C語言在電氣計(jì)算中的應(yīng)用

摘 要：C語言提供了許多低級(jí)處理的功能，但仍然保持著良好跨平臺(tái)的特性，以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格寫出的C語言程序可在許多電腦平臺(tái)上進(jìn)行編譯，甚至包含嵌入式處理器（單片機(jī)或稱MCU）以及超級(jí)電腦等作業(yè)平臺(tái)。因此學(xué)好C語言就顯得特別重要，我根據(jù)自己學(xué)習(xí)實(shí)踐心得寫《C語言在電氣計(jì)算中的應(yīng)用》，告訴大家如何編好電氣計(jì)算C語言程序，為同學(xué)們學(xué)習(xí)C語言提供新方法。

關(guān)鍵詞：電氣測(cè)量;電氣計(jì)算; C語言;文件編譯;全局變量;高效

一、 引言

本文著重闡述C語言程序編寫及C語言程序?qū)嶒?yàn)所需的邏輯以及會(huì)面臨的問題。在C語言編程中使用最多得就是變量，變量分為全局變量和局部變量。如果一個(gè)程序中大量使用的全局變量會(huì)造成程序復(fù)雜化，調(diào)試也變得很麻煩。而如果把他們改在不同的程序，作為局部變量，會(huì)使代碼清晰，也可以更好地查找程序問題。這種多文件編譯法在復(fù)雜程序編程中已大量的使用，所以掌握C語言編程及實(shí)驗(yàn)對(duì)以后的編復(fù)雜程序至關(guān)重要。其實(shí)只要掌握了編程思路，再找出易錯(cuò)的地方，編程就顯得比較簡單。

二、問題提出

近年來，隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展，電氣計(jì)算的方式也在不斷地變化，我們只需要測(cè)量少量電氣參數(shù)就能計(jì)算出其他電氣參數(shù)，為電氣測(cè)量的快捷、高效提供可能。

如何編寫一個(gè)快捷高效的電氣計(jì)算C程序呢？答案之一就是：程序中不要大量使用全局變量，而盡量使用的局部變量，就會(huì)避免造成程序復(fù)雜化，會(huì)使代碼清晰，也可以更好地查找程序問題。

下面以一個(gè)電氣計(jì)算C程序編寫，來說明如何更好編寫一個(gè)電氣計(jì)算C程序。

1.程序目的

1. 高效實(shí)現(xiàn)多文件編譯。

2. 了解頭文件的作用。

2.程序內(nèi)容

1. 編制程序計(jì)算階梯型電阻電路的電流值。電路示意圖如下：

此電路為一個(gè)電阻分壓直流電路，但如果電源為交流電，電阻改為電感和電阻和電容組成的電路，那就是一個(gè)電網(wǎng)的簡化電路，就可以用來計(jì)算電網(wǎng)短路電流，所以此電路的通用性非常大，編寫的程序通用性也非常大。

2. 能接收用戶輸入的電壓源電勢(shì) E 和所有電阻的電阻值。

3. 程序能判斷輸入值是否正確，不正確時(shí)能進(jìn)行正確處理。輸入數(shù)據(jù)不正確

情況包括：電阻輸入 0 或負(fù)值，輸入電阻的數(shù)目為奇數(shù)。

4. 輸出計(jì)算結(jié)果：每個(gè)電阻上的電壓和電流。

3.程序要求

1. 建立新項(xiàng)目，錄入源代碼，編輯，編譯，運(yùn)行，調(diào)試直至得出正確運(yùn)行結(jié)果。

2. 將主函數(shù) main、輸入 input、計(jì)算 calculate、輸出 output 共 4 個(gè)函數(shù)分配到 4 個(gè)源文件中，常量及函數(shù)原型聲明放到頭文件 def.h 中，進(jìn)行編譯。

不允許使用全局變量，而要采用函數(shù)參數(shù)傳遞，通過實(shí)參和形參的結(jié)合傳遞必要 的參數(shù)。

單向傳遞可用值傳遞，雙向傳遞得用地址傳遞。

函數(shù)名 所屬源文件 功能

main main.c

程序入口，聲明所有程序中用到的變量、數(shù)組，并依次 調(diào)用其它 3 個(gè)子程序

input input.c

從鍵盤輸入電壓源電勢(shì)、電阻個(gè)數(shù)及每個(gè)電阻的阻值， 并通過函數(shù)參數(shù)返回 main 函數(shù)

calculate calculate.c

接收主函數(shù)給定的梯形電路的相關(guān)參數(shù)，計(jì)算每一個(gè)電 阻上的電流和電壓值并返回 main 函數(shù)

output output.c

接收主函數(shù)給定的相關(guān)參數(shù)，輸出每個(gè)電阻的阻值、電流和電壓

4.步驟

1. 進(jìn)入編程環(huán)境，建立新項(xiàng)目。

2. 在項(xiàng)目中依次添加 5 個(gè)源文件：main.c， input.c， calculate.c， output.c（右鍵點(diǎn)擊 源文件，新建，選擇 C++文件），def.h 添加于頭文件下（右鍵點(diǎn)擊頭文件，新建，選 擇.h 文件）。

3. 編譯和運(yùn)行程序。

4. 如果編譯或運(yùn)行有錯(cuò)，修改錯(cuò)誤或調(diào)試直至程序能給出正確的運(yùn)行結(jié)果。

三、代碼的準(zhǔn)備及過程

1.完成前的準(zhǔn)備

首先完成該實(shí)驗(yàn)需要四個(gè)源文件和一個(gè)頭文件，并且要求不允許使用全局變量。按照要求主函數(shù)應(yīng)調(diào)用其他源文件中的三個(gè)函數(shù)，相當(dāng)于原來我們?cè)谥骱瘮?shù)中需要完成的輸入輸出和計(jì)算過程的代碼，把他們分別變成三個(gè)函數(shù)放到三個(gè)源文件中。既然主函數(shù)要調(diào)用其他三個(gè)函數(shù)，那其他三個(gè)函數(shù)就必須要先聲明，然后在三個(gè)源文件中分別對(duì)這三個(gè)函數(shù)的代碼進(jìn)行編寫，最后在主函數(shù)中調(diào)用這三個(gè)函數(shù)。在主函數(shù)中要確定的變量有總電壓，電阻個(gè)數(shù)和每個(gè)電阻的大小以及每個(gè)電阻的電壓電流。我們應(yīng)該明確總電壓e ，電阻個(gè)數(shù)n和每個(gè)電阻的阻值r，這些變量要在input 函數(shù)中輸入進(jìn)來，然后把這些變量傳遞到main 函數(shù)中。然后把這些變量輸入到calculate 函數(shù)中，同時(shí)calculate 函數(shù)計(jì)算出每一個(gè)電阻對(duì)應(yīng)的電壓v，電流i，把電壓v和電流i的值傳遞到主函數(shù)中。最后，把電壓v和電流i為傳遞到output 函數(shù)中， output 函數(shù)再把每一個(gè)電阻對(duì)應(yīng)的電壓和電流顯示出來。這是編寫代碼的基本思路。

2.main 函數(shù)代碼編寫

main函數(shù)中要定義電阻個(gè)數(shù)n總電壓e及每一個(gè)電阻的阻值r及它對(duì)應(yīng)的電壓v和電流i大小。r和v及i 應(yīng)定義為float型的數(shù)組，來存放每一個(gè)電阻的阻值，電壓和對(duì)應(yīng)的電流。n 應(yīng)定義為整形，e 應(yīng)定義為float型?，F(xiàn)在我們需要從input 的函數(shù)中得到e，n， r 這三個(gè)變量的值。但如果用return，無法返回那么多變量的值，可以換一種思路。在這里我們采用指針，把e， n ，r的地址傳遞到input 函數(shù)中， input 函數(shù)中直接把e，n， r 的地址作為scanf 函數(shù)的參數(shù)，從而把輸入的值賦值給e，n， r 這三個(gè)變量的地址對(duì)應(yīng)的變量（其實(shí)就是e，n， r 這三個(gè)變量）這樣就成功的把值賦值給了e，n， r 這三個(gè)變量，把函數(shù)定義為void，沒有返回值，達(dá)到同樣效果。r 是一個(gè)數(shù)組，其本身就代表著第0個(gè)元素的地址，所以input 函數(shù)只用把e， n 的地址和r作為函數(shù)的實(shí)參 。calculate函數(shù)應(yīng)輸入總電壓e，電阻個(gè)數(shù)n， 電阻阻值r，返回每一個(gè)電阻對(duì)應(yīng)的電壓v和電流i。v 和i 也是數(shù)組，可以像input 函數(shù)一樣把v， i 當(dāng)做函數(shù)的實(shí)參，這樣他們的地址就可以輸入函數(shù)中，經(jīng)過calculate 函數(shù)的計(jì)算，計(jì)算出每個(gè)電阻對(duì)應(yīng)的電壓和電流，直接把這些值存儲(chǔ)在v， i 這兩個(gè)數(shù)組中，從而其實(shí)就得到了v， i 的值。output 函數(shù)就只需要把v， i 作為實(shí)參傳遞進(jìn)去，然后用printf 函數(shù)顯示出來。

下面是參考代碼

#include"def.h"

#include

#include

int main（）

{

float e， r[1000]， v[1000]， i[1000];

int n;

input（&e，&n，r）;

calculate（e， n， r， v， i）;

output（i，v，n）;

system（"pause"）;

return 0;

}

3.其他函數(shù)編寫

input函數(shù)，主要是輸入函數(shù)，以下是參考代碼

void input（float *e， int *n， float r[]）

{

printf（"請(qǐng)輸入電壓"）;

scanf_s（"%f"，e）;

printf（"請(qǐng)輸入電阻個(gè)數(shù)"）;

scanf_s（"%d"，n）;

if （*n % 2 ！= 0）

printf（"電阻值必須為偶數(shù)"）;

printf（"請(qǐng)輸入各電阻值"）;

for （int i = 0; i < *n; i++）

scanf_s（"%f"，&r[i]）;

for （int i = 0; i < *n; i++）

{

if （r[i] <= 0）

printf（"第%d個(gè)電阻值錯(cuò)誤"， i）;

}

}

calculate函數(shù)，主要是計(jì)算函數(shù)，如何計(jì)算在此不做說明，以下為參考代碼

void calculate（ float e，? int n， float r[]， float v[]， float i[]）

{

float ratio;

int k = n-1;

v[k] = 1.0;

i[k] = v[k]/r[k];

k--;

i[k] = i[k+1];

v[k] = r[k] * i[k];

k--;

while（k > 0）

{

v[k] = v[k+1] + v[k+2];

i[k] = v[k]/r[k];

k--;

i[k] = i[k+1] + i[k+2];

v[k] = r[k] * i[k];

k--;

}

ratio = e / （v[0] + v[1]）;

for（k=0; k

{

i[k] *= ratio;

v[k] *= ratio;

}

}

output函數(shù)為輸出函數(shù)，以下為參考代碼

void output（float i[]， float v[]， int n）

{

int a;

for （a = 0; a < n; a++）

{

printf（"第%d的電阻電流為%f"， a + 1， i[a]）;

printf（"第%d的電阻電壓為%f＼n"， a + 1， v[a]）;

}

}

此外，還需要在def.h中進(jìn)行函數(shù)的聲明，并在main.c文件中用#include"def.h"把這些聲明添加進(jìn)去，以下為參考代碼

void input（float *，int *，float []）;

void calculate（ float，? int ，? float []， float []， float []）;

void output（float[]， float []， int ）;

四、可能出現(xiàn)的問題

1.函數(shù)調(diào)用時(shí)的實(shí)際參數(shù)與形參不對(duì)應(yīng)，造成編譯通不過或得到的結(jié)果不對(duì)。如void calculate（ float e，? int n， float r[]， float v[]， float i[]），但調(diào)用時(shí)卻成了calculate（e， n， r，i，v）;造成得到的電壓v實(shí)際存儲(chǔ)電流i，電流i實(shí)際存儲(chǔ)為電壓v。

2.聲明時(shí)函數(shù)的變量與編寫時(shí)類型不符合。或如聲明函數(shù)時(shí)為void calculate（ float，? int ，? float []， float []， float []）;但編寫時(shí)卻成了void calculate（ float e，? float n， float r[]， float v[]， float i[]）聲明時(shí)第二個(gè)參數(shù)n為int型，但編寫時(shí)把它當(dāng)作float型，造成編譯錯(cuò)誤。

3.沒分清函數(shù)聲明與調(diào)用，如

int main（）

{

float e， r[1000]， v[1000]， i[1000];

int n;

void input（float *e， int *n， float r[]）;

void calculate（ float e，? int n，? float r[]， float v[]， float i[]）;

void output（float a[]， float b[]， int n）;

system（"pause"）;

return 0;

}

main函數(shù)中應(yīng)該調(diào)用函數(shù)，而這里卻成了聲明函數(shù)，聲明應(yīng)該在main函數(shù)前，這樣就錯(cuò)了。

4.如下

void input（float *e， int *n， float r[]）

{

printf（"請(qǐng)輸入電壓"）;

scanf_s（"%f"，&e）;

printf（"請(qǐng)輸入電阻個(gè)數(shù)"）;

scanf_s（"%d"，&n）;

if （*n % 2 ！= 0）

printf（"電阻值必須為偶數(shù)"）;

printf（"請(qǐng)輸入各電阻值"）;

for （int i = 0; i < *n; i++）

scanf_s（"%f"，&r[i]）;

for （int i = 0; i < *n; i++）

{

if （r[i] <= 0）

printf（"第%d個(gè)電阻值錯(cuò)誤"， i）;

}

}

這里scanf_s函數(shù)需要的是實(shí)參e和n的地址，input函數(shù)中形參e，n為指針，他們?yōu)閷?shí)參e，n的地址，在scanf_s函數(shù)中直接用指針e，n，這樣就能直接給形參e，n賦值，如果再對(duì)形參e，n取地址，那么scanf_s函數(shù)將把輸入的值賦值給形參e，n，并沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)參e，n賦值。

四、運(yùn)行結(jié)果

五、結(jié)束語

應(yīng)用C語言編寫電氣計(jì)算程序，可以實(shí)現(xiàn)用C語言計(jì)算電氣參數(shù)，減少電氣參數(shù)的測(cè)量，簡化測(cè)量設(shè)備。并通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)電氣參數(shù)的存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)換，傳輸?shù)裙δ堋檫M(jìn)一步實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在電氣設(shè)備中的普及運(yùn)用打下基礎(chǔ)，更為設(shè)備的電氣自動(dòng)化、信息化等提供可能，同時(shí)又省去大量的測(cè)量儀表，為進(jìn)一步提高電氣控制自動(dòng)化提供可能。

參考文獻(xiàn)（References）

[1]《C語言程序設(shè)計(jì)》? 彭慧卿

[2]《C程序設(shè)計(jì)語言》? 布萊恩？克尼漢

[3]電路基礎(chǔ) [美] 查爾斯K.亞歷山大

作者簡介：

羅智敏，從事水電自動(dòng)化學(xué)習(xí).