C语言在电气计算中的应用
2020-07-04罗智敏
摘 要：C语言提供了许多低级处理的功能，但仍然保持着良好跨平台的特性，以一个标准规格写出的C语言程序可在许多电脑平台上进行编译，甚至包含嵌入式处理器（单片机或称MCU）以及超级电脑等作业平台。因此学好C语言就显得特别重要，我根据自己学习实践心得写《C语言在电气计算中的应用》，告诉大家如何编好电气计算C语言程序，为同学们学習C语言提供新方法。
关键词：电气测量;电气计算; C语言;文件编译;全局变量;高效
一、 引言
本文着重阐述C语言程序编写及C语言程序实验所需的逻辑以及会面临的问题。在C语言编程中使用最多得就是变量，变量分为全局变量和局部变量。如果一个程序中大量使用的全局变量会造成程序复杂化，调试也变得很麻烦。而如果把他们改在不同的程序，作为局部变量，会使代码清晰，也可以更好地查找程序问题。这种多文件编译法在复杂程序编程中已大量的使用，所以掌握C语言编程及实验对以后的编复杂程序至关重要。其实只要掌握了编程思路，再找出易错的地方，编程就显得比较简单。
二、问题提出
近年来，随着计算机的不断发展，电气计算的方式也在不断地变化，我们只需要测量少量电气参数就能计算出其他电气参数，为电气测量的快捷、高效提供可能。
如何编写一个快捷高效的电气计算C程序呢？答案之一就是：程序中不要大量使用全局变量，而尽量使用的局部变量，就会避免造成程序复杂化，会使代码清晰，也可以更好地查找程序问题。
下面以一个电气计算C程序编写，来说明如何更好编写一个电气计算C程序。
1.程序目的
1. 高效实现多文件编译。
2. 了解头文件的作用。
2.程序内容
1. 编制程序计算阶梯型电阻电路的电流值。电路示意图如下：
此电路为一个电阻分压直流电路，但如果电源为交流电，电阻改为电感和电阻和电容组成的电路，那就是一个电网的简化电路，就可以用来计算电网短路电流，所以此电路的通用性非常大，编写的程序通用性也非常大。
2. 能接收用户输入的电压源电势 E 和所有电阻的电阻值。
3. 程序能判断输入值是否正确，不正确时能进行正确处理。输入数据不正确
情况包括：电阻输入 0 或负值，输入电阻的数目为奇数。
4. 输出计算结果：每个电阻上的电压和电流。
3.程序要求
1. 建立新项目，录入源代码，编辑，编译，运行，调试直至得出正确运行结果。
2. 将主函数 main、输入 input、计算 calculate、输出 output 共 4 个函数分配到 4 个源文件中，常量及函数原型声明放到头文件 def.h 中，进行编译。
不允许使用全局变量，而要采用函数参数传递，通过实参和形参的结合传递必要 的参数。
单向传递可用值传递，双向传递得用地址传递。
函数名 所属源文件 功能
main main.c
程序入口，声明所有程序中用到的变量、数组，并依次 调用其它 3 个子程序
input input.c
从键盘输入电压源电势、电阻个数及每个电阻的阻值， 并通过函数参数返回 main 函数
calculate calculate.c
接收主函数给定的梯形电路的相关参数，计算每一个电 阻上的电流和电压值并返回 main 函数
output output.c
接收主函数给定的相关参数，输出每个电阻的阻值、电流和电压
4.步骤
1. 进入编程环境，建立新项目。
2. 在项目中依次添加 5 个源文件：main.c， input.c， calculate.c， output.c（右键点击 源文件，新建，选择 C++文件），def.h 添加于头文件下（右键点击头文件，新建，选 择.h 文件）。
3. 编译和运行程序。
4. 如果编译或运行有错，修改错误或调试直至程序能给出正确的运行结果。
三、代码的准备及过程
1.完成前的准备
首先完成该实验需要四个源文件和一个头文件，并且要求不允许使用全局变量。按照要求主函数应调用其他源文件中的三个函数，相当于原来我们在主函数中需要完成的输入输出和计算过程的代码，把他们分别变成三个函数放到三个源文件中。既然主函数要调用其他三个函数，那其他三个函数就必须要先声明，然后在三个源文件中分别对这三个函数的代码进行编写，最后在主函数中调用这三个函数。在主函数中要确定的变量有总电压，电阻个数和每个电阻的大小以及每个电阻的电压电流。我们应该明确总电压e ，电阻个数n和每个电阻的阻值r，这些变量要在input 函数中输入进来，然后把这些变量传递到main 函数中。然后把这些变量输入到calculate 函数中，同时calculate 函数计算出每一个电阻对应的电压v，电流i，把电压v和电流i的值传递到主函数中。最后，把电压v和电流i为传递到output 函数中， output 函数再把每一个电阻对应的电压和电流显示出来。这是编写代码的基本思路。
2.main 函数代码编写
main函数中要定义电阻个数n总电压e及每一个电阻的阻值r及它对应的电压v和电流i大小。r和v及i 应定义为float型的数组，来存放每一个电阻的阻值，电压和对应的电流。n 应定义为整形，e 应定义为float型。现在我们需要从input 的函数中得到e，n， r 这三个变量的值。但如果用return，无法返回那么多变量的值，可以换一种思路。在这里我们采用指针，把e， n ，r的地址传递到input 函数中， input 函数中直接把e，n， r 的地址作为scanf 函数的参数，从而把输入的值赋值给e，n， r 这三个变量的地址对应的变量（其实就是e，n， r 这三个变量）这样就成功的把值赋值给了e，n， r 这三个变量，把函数定义为void，没有返回值，达到同样效果。r 是一个数组，其本身就代表着第0个元素的地址，所以input 函数只用把e， n 的地址和r作为函数的实参 。calculate函数应输入总电压e，电阻个数n， 电阻阻值r，返回每一个电阻对应的电压v和电流i。v 和i 也是数组，可以像input 函数一样把v， i 当做函数的实参，这样他们的地址就可以输入函数中，经过calculate 函数的计算，计算出每个电阻对应的电压和电流，直接把这些值存储在v， i 这两个数组中，从而其实就得到了v， i 的值。output 函数就只需要把v， i 作为实参传递进去，然后用printf 函数显示出来。
下面是参考代码
#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.其他函数编写
input函数，主要是输入函数，以下是参考代码
void input（float *e， int *n， float r[]）
{
printf（"请输入电压"）;
scanf_s（"%f"，e）;
printf（"请输入电阻个数"）;
scanf_s（"%d"，n）;
if （*n % 2 ！= 0）
printf（"电阻值必须为偶数"）;
printf（"请输入各电阻值"）;
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个电阻值错误"， i）;
}
}
calculate函数，主要是计算函数，如何計算在此不做说明，以下为参考代码
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函数为输出函数，以下为参考代码 void output（float i[]， float v[]， int n） { int a; for （a = 0; a < n; a++） { printf（"第%d的电阻电流为%f"， a + 1， i[a]）; printf（"第%d的电阻电压为%f＼n"， a + 1， v[a]）; } } 此外，还需要在def.h中进行函数的声明，并在main.c文件中用#include"def.h"把这些声明添加进去，以下为参考代码 void input（float *，int *，float []）; void calculate（ float， int ， float []， float []， float []）; void output（float[]， float []， int ）; 四、可能出现的问题 1.函数调用时的实际参数与形参不对应，造成编译通不过或得到的结果不对。如void calculate（ float e， int n， float r[]， float v[]， float i[]），但调用时却成了calculate（e， n， r，i，v）;造成得到的电压v实际存储电流i，电流i实际存储为电压v。 2.声明时函数的变量与编写时类型不符合。或如声明函数时为void calculate（ float， int ， float []， float []， float []）;但编写时却成了void calculate（ float e， float n， float r[]， float v[]， float i[]）声明时第二个参数n为int型，但编写时把它当作float型，造成编译错误。 3.没分清函数声明与调用，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函数中应该调用函数，而这里却成了声明函数，声明应该在main函数前，这样就错了。 4.如下 void input（float *e， int *n， float r[]） { printf（"请输入电压"）; scanf_s（"%f"，&e）; printf（"请输入电阻个数"）; scanf_s（"%d"，&n）; if （*n % 2 ！= 0） printf（"电阻值必须为偶数"）; printf（"请输入各电阻值"）; 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個电阻值错误"， i）; } } 这里scanf_s函数需要的是实参e和n的地址，input函数中形参e，n为指针，他们为实参e，n的地址，在scanf_s函数中直接用指针e，n，这样就能直接给形参e，n赋值，如果再对形参e，n取地址，那么scanf_s函数将把输入的值赋值给形参e，n，并没有实现对实参e，n赋值。 四、运行结果 五、结束语 应用C语言编写电气计算程序，可以实现用C语言计算电气参数，减少电气参数的测量，简化测量设备。并通过计算机实现电气参数的存储，转换，传输等功能。为进一步实现计算机在电气设备中的普及运用打下基础，更为设备的电气自动化、信息化等提供可能，同时又省去大量的测量仪表，为进一步提高电气控制自动化提供可能。 参考文献（References） [1]《C语言程序设计》 彭慧卿 [2]《C程序设计语言》 布莱恩？克尼汉 [3]电路基础 [美] 查尔斯K.亚历山大 作者简介： 罗智敏，从事水电自动化学习.
