C語言在電氣計算中的應用

摘 要：C語言提供了許多低級處理的功能，但仍然保持著良好跨平臺的特性，以一個標準規格寫出的C語言程序可在許多電腦平臺上進行編譯，甚至包含嵌入式處理器（單片機或稱MCU）以及超級電腦等作業平臺。因此學好C語言就顯得特別重要，我根據自己學習實踐心得寫《C語言在電氣計算中的應用》，告訴大家如何編好電氣計算C語言程序，為同學們學習C語言提供新方法。

關鍵詞：電氣測量;電氣計算; 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語言程序實驗所需的邏輯以及會面臨的問題。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。如果一個程序中大量使用的全局變量會造成程序復雜化，調試也變得很麻煩。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雜程序編程中已大量的使用，所以掌握C語言編程及實驗對以后的編復雜程序至關重要。其實只要掌握了編程思路，再找出易錯的地方，編程就顯得比較簡單。

二、問題提出

近年來，隨著計算機的不斷發展，電氣計算的方式也在不斷地變化，我們只需要測量少量電氣參數就能計算出其他電氣參數，為電氣測量的快捷、高效提供可能。

如何編寫一個快捷高效的電氣計算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，就會避免造成程序復雜化，會使代碼清晰，也可以更好地查找程序問題。

下面以一個電氣計算C程序編寫，來說明如何更好編寫一個電氣計算C程序。

1.程序目的

1. 高效實現多文件編譯。

2. 了解頭文件的作用。

2.程序內容

1. 編制程序計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，那就是一個電網的簡化電路，就可以用來計算電網短路電流，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 E 和所有電阻的電阻值。

3. 程序能判斷輸入值是否正確，不正確時能進行正確處理。輸入數據不正確

情況包括：電阻輸入 0 或負值，輸入電阻的數目為奇數。

4. 輸出計算結果：每個電阻上的電壓和電流。

3.程序要求

1. 建立新項目，錄入源代碼，編輯，編譯，運行，調試直至得出正確運行結果。

2. 將主函數 main、輸入 input、計算 calculate、輸出 output 共 4 個函數分配到 4 個源文件中，常量及函數原型聲明放到頭文件 def.h 中，進行編譯。

不允許使用全局變量，而要采用函數參數傳遞，通過實參和形參的結合傳遞必要 的參數。

單向傳遞可用值傳遞，雙向傳遞得用地址傳遞。

函數名 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、數組，并依次 調用其它 3 個子程序

input input.c

從鍵盤輸入電壓源電勢、電阻個數及每個電阻的阻值， 并通過函數參數返回 main 函數

calculate calculate.c

接收主函數給定的梯形電路的相關參數，計算每一個電 阻上的電流和電壓值并返回 main 函數

output output.c

接收主函數給定的相關參數，輸出每個電阻的阻值、電流和電壓

4.步驟

1. 進入編程環境，建立新項目。

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

3. 編譯和運行程序。

4. 如果編譯或運行有錯，修改錯誤或調試直至程序能給出正確的運行結果。

三、代碼的準備及過程

1.完成前的準備

首先完成該實驗需要四個源文件和一個頭文件，并且要求不允許使用全局變量。按照要求主函數應調用其他源文件中的三個函數，相當于原來我們在主函數中需要完成的輸入輸出和計算過程的代碼，把他們分別變成三個函數放到三個源文件中。既然主函數要調用其他三個函數，那其他三個函數就必須要先聲明，然后在三個源文件中分別對這三個函數的代碼進行編寫，最后在主函數中調用這三個函數。在主函數中要確定的變量有總電壓，電阻個數和每個電阻的大小以及每個電阻的電壓電流。我們應該明確總電壓e ，電阻個數n和每個電阻的阻值r，這些變量要在input 函數中輸入進來，然后把這些變量傳遞到main 函數中。然后把這些變量輸入到calculate 函數中，同時calculate 函數計算出每一個電阻對應的電壓v，電流i，把電壓v和電流i的值傳遞到主函數中。最后，把電壓v和電流i為傳遞到output 函數中， output 函數再把每一個電阻對應的電壓和電流顯示出來。這是編寫代碼的基本思路。

2.main 函數代碼編寫

main函數中要定義電阻個數n總電壓e及每一個電阻的阻值r及它對應的電壓v和電流i大小。r和v及i 應定義為float型的數組，來存放每一個電阻的阻值，電壓和對應的電流。n 應定義為整形，e 應定義為float型?，F在我們需要從input 的函數中得到e，n， r 這三個變量的值。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 函數中， input 函數中直接把e，n， r 的地址作為scanf 函數的參數，從而把輸入的值賦值給e，n， r 這三個變量的地址對應的變量（其實就是e，n， r 這三個變量）這樣就成功的把值賦值給了e，n， r 這三個變量，把函數定義為void，沒有返回值，達到同樣效果。r 是一個數組，其本身就代表著第0個元素的地址，所以input 函數只用把e， n 的地址和r作為函數的實參 。calculate函數應輸入總電壓e，電阻個數n， 電阻阻值r，返回每一個電阻對應的電壓v和電流i。v 和i 也是數組，可以像input 函數一樣把v， i 當做函數的實參，這樣他們的地址就可以輸入函數中，經過calculate 函數的計算，計算出每個電阻對應的電壓和電流，直接把這些值存儲在v， i 這兩個數組中，從而其實就得到了v， i 的值。output 函數就只需要把v， i 作為實參傳遞進去，然后用printf 函數顯示出來。

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.其他函數編寫

input函數，主要是輸入函數，以下是參考代碼

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

{

printf（"請輸入電壓"）;

scanf_s（"%f"，e）;

printf（"請輸入電阻個數"）;

scanf_s（"%d"，n）;

if （*n % 2 ！= 0）

printf（"電阻值必須為偶數"）;

printf（"請輸入各電阻值"）;

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個電阻值錯誤"， i）;

}

}

calculate函數，主要是計算函數，如何計算在此不做說明，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函數為輸出函數，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中進行函數的聲明，并在main.c文件中用#include"def.h"把這些聲明添加進去，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、可能出現的問題

1.函數調用時的實際參數與形參不對應，造成編譯通不過或得到的結果不對。如void calculate（ float e，? int n， float r[]， float v[]， float i[]），但調用時卻成了calculate（e， n， r，i，v）;造成得到的電壓v實際存儲電流i，電流i實際存儲為電壓v。

2.聲明時函數的變量與編寫時類型不符合?；蛉缏暶骱瘮禃r為void calculate（ float，? int ，? float []， float []， float []）;但編寫時卻成了void calculate（ float e，? float n， float r[]， float v[]， float i[]）聲明時第二個參數n為int型，但編寫時把它當作float型，造成編譯錯誤。

3.沒分清函數聲明與調用，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函數中應該調用函數，而這里卻成了聲明函數，聲明應該在main函數前，這樣就錯了。

4.如下

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

{

printf（"請輸入電壓"）;

scanf_s（"%f"，&e）;

printf（"請輸入電阻個數"）;

scanf_s（"%d"，&n）;

if （*n % 2 ！= 0）

printf（"電阻值必須為偶數"）;

printf（"請輸入各電阻值"）;

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個電阻值錯誤"， i）;

}

}

這里scanf_s函數需要的是實參e和n的地址，input函數中形參e，n為指針，他們為實參e，n的地址，在scanf_s函數中直接用指針e，n，這樣就能直接給形參e，n賦值，如果再對形參e，n取地址，那么scanf_s函數將把輸入的值賦值給形參e，n，并沒有實現對實參e，n賦值。

四、運行結果

五、結束語

應用C語言編寫電氣計算程序，可以實現用C語言計算電氣參數，減少電氣參數的測量，簡化測量設備。并通過計算機實現電氣參數的存儲，轉換，傳輸等功能。為進一步實現計算機在電氣設備中的普及運用打下基礎，更為設備的電氣自動化、信息化等提供可能，同時又省去大量的測量儀表，為進一步提高電氣控制自動化提供可能。

參考文獻（References）

[1]《C語言程序設計》? 彭慧卿

[2]《C程序設計語言》? 布萊恩？克尼漢

[3]電路基礎 [美] 查爾斯K.亞歷山大

作者簡介：

羅智敏，從事水電自動化學習.