微型计算机控制技术课后答案分解429.pdf

第 1 页 习题一 1，微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：CPU，接口电路及外部设备组成。CPU，这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。接口电路，微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备 2，微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。答：软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件 1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。2)应用软件:它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。3，常用工业控制机有几种？它们各有什么用途？第 2 页 4，操作指导、DDC 和 SCC 系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？答：(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。(2)直接数字控制系统(DDC 系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC 系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。(3)计算机监督控制系统(SCC 系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比 DDC 系统更接近生产变化的实际情况，因为在 DDC 系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而 SCC 系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等 SCC 是操作指导控制系统和 DDC 系统的综合与发展。5，说明嵌入式系统与一般微型计算机扩展系统的区别。答：嵌入式计算机一般没有标准的硬件配置。嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器结构。软硬件协同设计采用统一的工第 3 页 具描述，可合理划分系统软硬件，分配系统功能，在性能、成本、功耗等方面进行权衡折衷，获取更优化的设计。嵌入式系统多为低功耗系统。简单地说，就是嵌入式系统和微型计算机的扩展标准不大一样。6，PLC 控制系统有什么特点？答：（1）可靠性高。由于 PLC 大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保护电路及自诊断功能，因而提高了系统的可靠性。（2）编程容易。PLC 的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句，其数量比微型机指令要少得多，除中、高档 PLC 外，一般的小型 PLC 只有 16 条左右。由于梯形图形象而简单，因而编程容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专门知识，就可进行编程。（3）组合灵活。由于 PLC 采用积木式结构，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。（4）输入/输出功能模块齐全。PLC 的最大优点之一，是针对不同的现场信号，均有相应的模块可与工业现场的器件直接连接，并通过总线与 CPU 主板连接。（5）安装方便。与计算机系统相比，PLC 的安装既不需要专门的机房，也不需要严格的屏蔽。使用时只需把检测器件与执行机构和 PLC 的 I/O 接口端子连接无误，便可正常工作。第 4 页 （6）运行速度快。由于 PLC 的控制是由程序控制执行的，因而不论其可靠性还是运行速度，都是继电器逻辑控制无法相比的。7，微型计算机控制系统与模拟控制系统相比有什么特点？答：1)结构上。模拟和数字部件的混合系统。2）含有模拟信号离散模拟、离散数字等多种信号。3）需采用专门的理论来分析和设计。即模拟调节规律离散化设计法和直接设计法。4）便于实现复杂的控制具有很大的灵活性和适应性。5）可实现多回路分时控制。6）控制的多功能性提高企业的自动化程度分级控制、集散控制、生产管理等。8，什么是现场总线系统？它有什么特点？答：现场总线控制系统 FCS 的核心是现场总线 现场总线控制系统 是一种数字通信协议，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。是控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合。具有现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散的功能模块、通信线供电、开放式互连网络等技术特点。第 5 页 保证控制系统可以适应目前工业界对数字通信和自动控制的需求，且使其与 Internet 网 互连构成不同层次的复杂网络成为可能。代表了工业控制体系结构发展的一种方向。9，未来控制系统发展趋势是什么？答：1）大力推广应用成熟的先进技术 2）大力研究和发展智能控制系 3）嵌入式系统的应用将更加深入 10，为什么说嵌入式微控制器是智能化仪器和中、小型控制系统中应用最多的一种微型计算机？答:嵌入式微控制器又称单片机。1)为适应不同的应用需求，一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。2)和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积小，功耗和成本低、可靠性高。3)微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。11、什么叫嵌入式系统？嵌入式系统与一般的工业控制系统有什么区别？答：嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。第 6 页 12、什么是物联网？为什么说“物联网给微型计算机控制技术”带来新的、更大的应用空间？答：物联网=互联网+传感器 该系统通过射频自动识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统（GPS）、激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。实际上它也是一种微型计算机控制系统，只不过更加庞大而已。13、物联网终端由几部分组成？各部分的作用是什么？答：物联网终端主要由外围接口模块、核心处理模块、网络通信模块及电源管理模块组成。通过外围感知接口与传感设备连接，如RFID读卡器，红外感应器，环境传感器等，将这些传感设备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后，按照网络协议，通过外部通讯接口，如：GPRS模块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的指定中心处理平台。14、FPGA是什么意思？它有什么特点？在微机控制系统和智能化仪器中有着怎样的影响？答：FPGA 是指现场可编程门阵列 特点FPGA 的特点 （1）采用 FPGA 设计 ASIC 电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。第 7 页 （2）FPGA 可做其它全定制或半定制 ASIC 电路的中试样片。（3）FPGA 内部有丰富的触发器和 IO 引脚。（4）FPGA 是 ASIC 电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。（5）FPGA 采用高速 CHMOS 工艺，功耗低，可以与 CMOS、TTL电平兼容。可以说，FPGA 芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。习题二 1.采样有几种方法？说明它们之间的区别？2.采样周期愈小愈好吗？为什么？答：不是。若采样间隔太小（采样频率太高），则对定长的时间记录来说其数字系列就很长，计算工作量迅速增大：如果数字序列长度一定，则只能处理很短的时间历程，可能产生较大的误差。3.简述多路开关的工作原理。4.多路开关如何扩展？试用两个 CD4097 扩展成一个双 16 路输入和双 2 路输出系统，并说明其工作原理。5.试用 CD4051 设计一个 32 路模拟多路开关，要求画出电路图并说明其工作原理。6.采样-保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。第 8 页 答：采样保持器的作用：A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持器。保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。7.在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样-保持器，为什么？答：不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者 A/D 转换时间较快，使得在 A/D 转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D 转换精度内，就不必再选用采样保持器。8.采样频率的高低对数字控制系统有什么影响？试举工业控制实例加以说明。采样频率高低对数字控制系统有些影响，采样频率高，则对数据采集的准确性增加，但采样频率高，会过多的占用CPU的时间和内存资源，采样频率高，对采集的数据要进行实时分析和处理，CPU大部分时间用在数据采集分析处理上，影响了作其它事的时间。采样频率要低，就有可能漏掉该采集的数据没采到，数据实第 9 页 时分析就有可能不正确。9.A/D 和 D/A 转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？10.A/D 转换器转换原理有几种？它们各有什么特点和用途？答：并联比较型：电路规模庞大，转换速度最快，用在超高速的A/D 转换器中；主次渐进型：电路较小，速度不及并联比较型快，但较其他类型电路的转换速度快的多，用于集成 A/D 转换器中；双积分型：电路结构简单，性能稳定可靠，抗干扰能力强，转换速度很低，用在低速系统；V-F 变换型：调频信号具有很强的抗干扰能力，低速，用于遥测、遥控系统中。11.试说明逐次逼近型 A/D 转换器转换原理。从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A 转换器，经D/A 转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo，与送入比较器的待转换的模拟量 Vi 进行比较，若VoVi，该位1 被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送 D/A转换器，输出的 Vo再与 Vi 比较，若VoVi，该位1 被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。第 10 页 12.为什么高于 8 位的 D/A 转换器与 8 位的微型计算机计算机接口连接必须采用双缓冲方式？这种双缓冲工作与 DAC0832 的双缓冲工作在接口上有什么不同？答：原因：数据要分两次或三次输入，双缓冲结构避免了产生虚假的模拟量输出值。主要区别是 AD667 的第一级由 3 个 4 位寄存器 组成。13.串行 A/D 转换器有什么特点？24.用 8 位 DAC 芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为5V+5V，求对应以下偏移码的输出电压：（1）10000000；（2）01000000；（3）11111111；（4）00000001；（5）01111111；（6）11111110。答：解：VOUT1=-VREF.VOUT2=-(VREF+2VOUT1)（2）VOUT1=-VREF.=-1.25V+1.25V VOUT2=-(VREF+2VOUT1)=-2.5V+2.5V （6）VOUT1=-VREF.=-4.96+4.96V VOUT2=-(VREF+2VOUT1)=-4.92V+4.92V 25.DAC0832 与 CPU 有几种连接方式？它们在硬件接口及软件程序设计方面有何不同？26.试用 DAC0832 设计一个单缓冲的 D/A 转换器，要求画出接口电路图，并编写出程序。第 11 页 27.试用 8255A 的 B 口和 DAC0832 设计一个 8 位 D/A 转换接口电路，并编写出程序（设 8255A 的地址为 8000H8003H）。28.设 12 位 D/A 转换器 DAC1210 与 8031 接口电路连接，如图2.42 所示。（1）说明电路控制原理。（2）设数据存放在 DABUFF 为首地址的连续两个存储单元中，试编写一完成 D/A 转换的程序。29.试用 DAC0832 芯片设计一个能够输出频率为 50Hz 的脉冲波电路及程序。30.试用 13 题的电路设计出能产生三角波、梯形波和锯齿波的第 12 页 程序。31.A/D 转换器的结束信号（设为 EOC）有什么作用？根据该信号在 I/O 控制中的连接方式，A/D 转换有几种控制方式？它们各在接口电路和程序设计上有什么特点？32.设某 12 位 A/D 转换器的输入电压为 0+5V，求出当输入模拟量为下列值时输出的数字量：（1）1.25V；（2）2V；（3）2.5V；（4）3.75V；（5）4V；（6）5V。（1）HBqD400000100000000102425.1即（4）HCBqD00001100000000307275.3即 33.某 A/D 转换电路如图 2.43 所示。（1）试写出 A/D 转换器的地址；（2）该电路采用什么控制方式？画出该种转换的程序框图；（3）用 8051 汇编 34.将上述电路改成中断控制方式，试画出电路图并编写出程序。35.设被测温度变化范围为 01200，如果要求误差不超过 0.4，应选用分辨率为多少位的 A/D 转换器（设 ADC的分辨率和精度一样）。第 13 页 36.高于 8 位的 A/D 转换器与 8 位 I/O 的微型计算机及16 位 I/O 的微型计算机接口有什么区别？试以 A/D574 A/D 转换器为例加以说明。37.试编写完成图 2-29 所示的串行 A/D 转换程序。习题三 1，键盘为什么要防止抖动？在计算机控制系统中如何实现防抖？答：由于机械触点的弹性振动，按键在按下时不会马上稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开，因而在按键闭合和断开的瞬间均会出现一连串的抖动，这称为按键的抖动干扰。按键的抖动会造成按一次键产生的开关状态被 CPU 误读几次。为了使CPU 能正确地读取按键状态，必须在按键闭合或断开时，消除产生的前沿或后沿抖动。去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种。硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电路等硬件电路来避开按键的抖动时间。软件方法是指编制一段时间大于 100ms的延时程序，在第一次检测到有键按下时，执行这段延时子程序使键的前沿抖动消失后再检测该键状态，如果该键仍保持闭合状态电平，则确认为该键已稳定按下，否则无键按下，从而消除了抖动的影响。第 14 页 2，在工业过程控制中，键盘有几种？它们各有什么特点和用途？答：(1)编码键盘：能自动识别按下的键并产生相应代码，以并行/串行方式送给 CPU。使用方便，接口简单，响应速度快，但较贵。(2)非编码键盘：通过软件来确定按键并计算键值。价格便宜，因此得到了广泛的应用。3，试说明非编码键盘扫描方法、原理及键值计算方法。答：扫描原理：通常采用软件的方法，逐行逐列检查键盘状态，当发现有键按下时，用计算 或查表的方式得到该键的键值。扫描方法又分为程控扫描法、中断扫描法和定时扫描法。键值计算方法：判断有无键按下，去除键抖动，判断是哪一个键按下，以求出闭合键的键值，确定键值。4、编码键盘和非编码键盘有什么区别？在接口电路和软件设计的区别？答：编码键盘能自动识别按下的键并产生相应的代码，以并行或串行方式发送给 CPU。它使用方便，接口简单，响应速度快，但需要专门的硬件电路。非编码键盘通过软件来确定按键并计算键值。5、在计算机控制系统中，为什么有时采用复用键？复用键是如何实现的？答：为了节省按键的数量，所以采用复用键。可以采用设置上下档开关的措施来构成复用键。第 15 页 6、什么叫重建？计算机如何处理重键？答：一次按键产生多次击键的效果，这叫做重键。为排除重键的影响，编制程序时，可以将键的释放作为按键的结束，等键释放电平后再转去执行相应的功能。7.LED 发光二极管组成的段数码管显示器，就其结构来讲有哪两种接法？不同接法对字符显示有什么影响？答：就其结构来讲有共阴极与共阳极两种接法。共阳极数码管的8 个发光二极管的阳极连接在一起。通常公共阳极接高电平，一般接电源，其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，反之对应的LED 段码不亮。对于共阴极数码管则是高电平有效低电平无效。LED 数码管显示器共阴极的接法是发光二极管的阴极接地，当数码管的笔划发光二极管的阳极为高电平时该笔划被点亮。共阳极的接法是发光二极管的阳极接高电平，当数码管的笔划发光二极管的阴极为低电平时该笔划被点亮。8、多位 LED 显示器显示方法有几种？它们各有什么特点？答：常用的显示方法有两种：一种为动态显示，一种为静态显示。动态显示利用人的视觉暂留产生，优点是使用硬件少，因而价格低，线路简单。但占用的机时长。静态显示占用机时少，显示可靠，但是使用元件多，线路复杂。9、无论动态显示还是静态显示，都有硬件译码和软件译码之分，这两种译码方法其段、位译码方法各有什么优缺点？第 16 页 答：软件译码优点是电路简单，但显示速度有所下降。硬件译码既能节省计算机的时间而且程序设计简单。10.LCD 显示与 LED 显示原理有什么不同？这两种显示方法各有什么优缺点？11.在 LED 显示中，硬件译码和软件译码的根本区别是什么？如何实现？12、薄膜式开关的优点？如何与单片机进行接口？答：色彩亮丽赏心悦目；文字说明一目了然；形意图案更加使用方便；键体美观清秀；透明视窗画龙点睛。13、大屏幕 LED 显示设计方法有几种？如何与单片机进行接口？14、遥控键盘有什么优点？15、遥控键盘的分类有几种？简要说明各自的设计方法。27.试用 8255A 的 C 口设计一个 44=16 的键阵列，其中 09为数字键，AF 为功能键，采用查询方式，设计一接口电路，并编写键扫描程序。28.在题 27 中，如果要求 AF 各功能键均为双功能键，则其硬件、软件应如何设计？29.在图 3.13 中，如果采用中断方式处理，说明其接口电路及程序设计与查询方法有什么不同？30.某显示电路如图 3.37 所示，试回答下列问题：（1）说明图中数码管应选用哪一种类型的数码管？（2）该电路属于哪一种显示方法？第 17 页（3）图中 74LS47 的作用是什么？（4）设 Y1,Y2 的地址分别为 60H 和 63H，要显示的数据分别存放在 DATABUF1 和 DATABUF2 两个内存单元中，试设计出完整接口电路并编写一个完成上述显示的子程序。31.利用 8155，ADC0809 设计一个 8 路数据采集系统，要求如下：（1）8155 口地址为 8100H8400H；（2）A/D 转换采用查询方式；（3）把 A/D 转换结果显示在 6 位 LED 显示器上，显示方法要求静态、软件译码方式，且第一位显示通道号，后 4 位显示采样值（要求小数点后边一位）。32.33.34 习题四 1、工业控制系统中常用的报警方式有几种？举例说明各自的应用场合？答：声音 如电铃、电笛发出，蜂鸣器，集成电子音乐芯片；光 发光二极管或闪烁的白炽灯等；语音报警，语音芯片；图形与声音混合报警，显示报警画面（如报警发生的顺序、报警发生的时间、报警回路编号、报警内容及次数等）。2、说明硬件报警和软件报警的实现方法，并比较其优缺点？答：硬件报警：报警要求不通过程序比较得到，直接由传感器产生。第 18 页 软件报警：将参数经传感器、变送器、模/数转换器送到计算机，再与规定的上下限比较，根据比较结果进行处理。实际上硬件报警是在软件报警基础上的简化，即将警报信号提前至传感器那一步骤，而不是需要送到计算机比较后才得出。3、光电隔离器有什么作用？答：将被控系统与微型计算机控制系统通过光电效应连成系统，实现控制；并且可以屏蔽电磁干扰等一些不利因素，提高控制精度。总之，有耦合、隔离和开关的作用。4、试说明固态继电器控制和继电器控制有什么区别？答：在继电器控制中，采用电磁吸合的方式，而固态继电器是带光电隔离的无触点开关。5、试说明固态继电器、大功率场效应管开关及控制开关有什么区别？它们分别用在什么场合？6、说明 PWM 调速系统的工作原理。答：通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。这种方法成为 PWM。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度降低。只要按一定规律改变通断电时间，电机转速即可得到控制。7、什么是远程报警？远程报警的关键技术是什么？18、某单片机数据采集系统如图 4.49 所示。设每个通道的最大/最小允许值分别存放在 MAX0MAX7 以及 MIN0MIN7 为地址的内存单元中。试编写巡回检测程序，并将每个通道的值与 MAXi 第 19 页 和 MINi 单元的内容相比较，若大于 MAXi，则上限报警，显示 i Up；若下限报警则显示 i Do（w）。若采样值正常，则显示 i（其中 i 为通道号）（设 8255 的端口地址为 80008300H）。解：设 8 位 D/A 转换器 DAC0832 的端口地址为 7FFFH(P2.7=0)，频率为 50Hz 即每隔 20m 输出一次脉冲波，需将数字量 00H、FFH 交替输出到 DAC0832。电路图如下：示波器显示如下：程序如下：ORG 0000H MAIN:MOV A,#00H ;赋值 MOV TMOD,#01H ;采用模式 1 MOV TH0,#0B1H ;赋初值 MOV TL0,#0E0H SETB TR0 ;启动定时器 0 LOOP:JNB TF0,$;等待中断 CLR TF0 ;计数器清零 START:MOV DPTR,#7FFFH ;端口地址送 DPTR MOVX DPTR,A ;送数据 00H 到端口 CPL A ;取反 MOV TH0,#0B1H ;重新赋初值 MOV TL0,#0E0H 第 20 页 SJMP LOOP ;循环 END 19.画图说明小功率直流电机双向控制原理，并说明如何实现正、反、滑行及刹车控制。20.某电机控制系统如图 4.50 所示。（1）说明图中光电隔离器 4N25 的作用。（2）说明图中电机控制原理。（3）画出电机控制程序流程图。（4）根据流程图编写出电机控制程序。第 21 页 21.试画出四相、六相步进电机正、反向通电顺序图。22.一步进电机控制系统接口电路如图 4.51 所示。（1）完成图中 8255A 与 8031 的接口设计；（2）试编写程序，使其能实现下列功能：当 S1 按下时，步进电机正向单三拍旋转 2 圈；当 S2 按下时，步进电机反向双三拍旋转 1 圈；当 S3 按下时，步进电机正向三相六拍旋转 20 步；其余情况步进电机不转。第 22 页 23.设某步进电机为 A，B，C，D 四相，（1）画出此步进电机单四拍、双四拍以及四相八拍 3 种控制方式通电顺序图。（2）设 A 相控制电路如图 4.52 所示，其中 8255A 的端口地址为0FCFFH0FFFFH。试用 8255A 位 控方式写出使步进电机 A 相通电的程序。（3）若 A，B，C，D 四相分别用 P1.0P1.3 控制，请在下表的空格处填上适当的数。24.在如图 4.45 所示的步进电机控制系统中，若使步进电机的速度为 200 转每秒，试编写出能完成上述任务的单三拍控制程序。25.某三相步进电机控制电路如图 4.53 所示，（1）说明图中光电隔离器 4N25 的作用。（2）说明图中 R1，R2，R3 以及 V1，V2，V3 的作用。（3）画出三相步进电机所有各种方式通电顺序图。（4）假设用此电机带动一个滚动丝杠，每转动一周（正向）相第 23 页 对位移为 4mm，试编写一移动 8mm 三相单三拍控制程序。习题七 1.工业控制程序结构有什么特点？答：2.工业控制程序常用的语言有几种？它们分别应用在何种场合？答：3.数字滤波与模拟滤波相比有什么优缺点？答:无需增加任何硬件设备；系统可靠性高；多通道共享，降低成本；对频率很低的信号进行滤波；使用灵活，方便。第 24 页 4、常用的数字滤波方法？它们各自有什么优缺点？答：1、程序判断滤波:主要用于变化比较缓慢的参数温度、物位等；2、中值滤波:中值滤波可以解决随机的脉冲干扰(电网的波动变送器的临时故障等)；3、算术平均值滤波:算术平均滤波主要用于对周期脉动的采样值进行平滑加工，如压力、流量等；4、加权平均值滤波:加权平均值滤波适合于有脉动式干扰的场合；5、滑动平均值滤波:采用滑动平均值滤波法，可加快平均滤波的速度；6、RC 低通数字滤波:变化比较慢的参数，如温度；7、复合数字滤波:周期性的脉动采样值进行平滑加工，可以解决随机的脉冲干扰(电网的波动变送器的临时故障等)。5、在程序判断滤波方法中，Y 如何确定，其值越大越好吗？答：程序判断滤波的方法，便是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现的最大偏差 Y。最大允许误差Y 的选取，Y 太大，各种干扰信号将“乘机而入”，使系统误差增大；Y 太小，又会使某些有用信号被“拒之门外”，使计算机采样效率变低。因此，门限值Y 的选取是非常重要的。通常可根据经验数据获得，必要时，也可由实验得出。6、算术滤波、加权滤波、滑动滤波的区别是什么?答：算术滤波实际上是求取采样值的平均值；加权滤波则是在加权的基础上求取平均值；滑动滤波则是每采一个新数据，计算一个新的平均值。第 25 页 7、标度转换在工程上有什么意义？什么情况下使用标度转换程序？答：为进一步显示、记录、打印以及报警等，必须把这些数字量转换成不同的单位，以便操作人员对生产过程进行监视和管理。这就是所谓的标度变换。工程量的实际值还需要经过一次变换，为了实现上述变换，可把它设计成专门的工作程序，把各个不同的参数所对应的数字量放在存储器中，然后当某一参数进行标度变换时，只要调用标度变换子程序即可。8在微型计算机控制系统中，系统误差是如何产生的？如何自动校正系统误差？9全自动校准与人工校准有什么区别？它们分别应用在什么场合？10、为什么采用量程自动转换技术？答：因为这样能使 A/D 转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。11线性插值法有什么优缺点？使用中分段是否越多越好？答：它是代数插值法中最简单的形式将非线性参量变为线性参量，使计算方便，在误差范围内符合工程要求，缺点是精度低。不是，分段多了，计算量比较大而且占用内存多。18.试根据公式（7-1）设计一个程序判断滤波程序。19某计算机控制系统，如图 6.21 所示。用一个音频振荡器接第 26 页 在输入端，其数字滤波计算公式为：试编写一计算 y(k)的程序。理想的带通滤波器能通过所有大于 f1 而小于 f2 的频率，因而这个频率范围称为通频带。它可以由一个理想的低通滤波器与一个理想的高通滤波器组成，设低通及高通滤波器的数字表达式分别为：试求出计算 Z（k）的数字滤波公式，并编写程序。21某压力测量系统，其测量范围为 01 000mmH2O 柱，经 A/D转换后对应的数字量为 00FFH，试编写一标度变换子程序，使其能对该测量值进行标度变换。22某梯度炉温度变化范围为 01 600C，经温度变送器输出电压为 15V，再经 ADC0809 转换，ADC0809 的输入范围为 05V，试计算当采样数值为 9BH 时，所对应的梯度炉温度是多少？23简述 PGA102 集成可编程增益放大器的原理。24用 用 8086 汇编语言编写出图 6.13 所示的量程自动转换数字电表的量程自动转换程序。25 现有一微型计算机炉温控制系统。它的温度检测元件为热电偶。由于此元件的热电势与温度之间的关系是非线性的，这对于第 27 页 微型计算机采样、转换以及计算精度将会有一定影响。因此，必须对其进行非线性补偿，以便提高控制精度。经过一系列统计和计算，得到一个近似数学公式：式中，V 为热电偶的输出值，单位为 mV。根据此公式可得到两条折线，它与原函数曲线相近似（见图 6.22）。在计算时，就用它来代替原函数，其误差满足工程要求，试编写出完成上式计算的源程序。26在 1040范围内的温度控制系统中，常用热敏电阻作为测温元件。若取 1V 的 5/128（约 39mV）为单位，即 7 位数值中个位变化为 1，则热敏电阻两端电压与温度 T 的关系近似为：T=-0.761E+72.5 试用汇编语言编写出一个读 A/D（设 0#通道）并计算温度的定点子程序。计算的结果存放在累加器中，如温度超出上述测温范围，以进位为 1 返回，否则以 0 返回。习题八 1.、在 PID 调节中，系数 K,等各有什么作用？他们对调节品质有什么影响？答：系数 Kp 为比例系数，提高系数 Kp 可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境的提高系数 Kp 最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。系数 Ki 为积分常数，Ki 越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在误差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。第 28 页 积分调节可以消除静差，提高控制精度。系数 Kd 为微分常数，kd 越大，微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的响应速度，减小超调，克服震荡，消除系统惯性的影响。2、在 PID 调节其中，积分项有什么作用？常规 PID，积分分离与变速积分 3 中算法有什么区别和联系？答：积分项用于消除静差。在常规 PID 调节中，由于系统的执行机构线性范围受到限制，当偏差较大时，会产生很大的超调量，使系统不停的震荡。为消除这一现象，积分分离法在控制量开始跟踪时，取消积分作用，直到被跳量接近给定值时，才产生积分作用。而变速积分则是改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差大时，积分作用弱，偏差小时，积分作用增强。变速积分和积分分离的控制方法很类似，但调节方式不同。积分分离对积分项采取“开关”控制，而变速积分则是线性控制。3、在数字 PID 中，采样周期是如何确定的？它与哪些因素有关？对调节品质有何影响？答：一种是计算法，一种是经验法。因素：扰动频率的高低；对象的动态特性；执行机构的类型；控制回路数；控制质量。T太小，偏差信号也过小，计算机会失去调节作用；T 过大，会引起误差。4、位置型PID和增量型PID有什么区别？他们各有什么优缺点？答：（位置型需要历次的偏差信号，而增量型只需一个增量信号即可。位置型计算繁琐，保存 E 占用很多内存，控制不方便。增第 29 页 量型误动作小，易于实现手动/自动的无扰动切换，不产生积分失控。但是缺点在于积分截断效应大，溢出影响大。）区别：（1）位置式 PID 控制的输出与整个过去的状态有关，用到了误差的累加值；而增量式 PID 的输出只与当前拍和前两拍的误差有关，因此位置式 PID 控制的累积误差相对更大；（2）增量式PID 控制输出的是控制量增量，并无积分作用，因此该方法适用于执行机构带积分部件的对象，如步进电机等，而位置式 PID 适用于执行机构不带积分部件的对象，如电液伺服阀。（3）由于增量式 PID 输出的是控制量增量，如果计算机出现故障，误动作影响较小，而执行机构本身有记忆功能，可仍保持原位，不会严重影响系统的工作，而位置式的输出直接对应对象的输出，因此对系统影响较大。位置型 PID 优点：增量型 PID 优点：(1)由于计算机输出增量，所以误动作影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉；(2)增量设计只与本次的偏差值有关，与阀门原来的位置无关，因而增量算法易于实现手动自动无扰动切换。(3)不产生积分失控，所以容易获得较好的调节品质。增量控制缺点：(1)积分截断效应大，有静态误差；(2)溢出的影响大。因此，应该根据被控对象的实际情况加以选择。5、在自动调节系统中，正、反作用如何判定？在计算机中如何实现？第 30 页 答：输出量与被测量变化一致则为正，否之为反。计算机中两种方法：一是改变偏差的公式实现，二是在 PID 运算之后，先将结果求补，再送到 D/A 转换器中转换，进而输出。6、在自动控制系统中，积分饱和现象是如何产生的？在微型计算机控制系统中，如何消除饱和？答：是系统输出 M(k)虽然不断上升，但由于控制量受到限制其增加速度减慢偏差 E(k)将比正常情况下持续更长的时间保持在正值而使式(8-14)中的积分项有较大的积累值。当输出超过给定值 r(t)后开始出现负偏差但由于积分项累计值很大还要经过相当一段时间之后，控制量 P(t)才能脱离饱和区。这样就使系统的输出出现明显的超调。主要有遇限削弱积分法、有效偏差法、积分分离法 遇限削弱积分法一旦控制量进入饱和区则停止进行增大积分的运算。有效偏差法将相当于这一控制量的偏差值作为有效偏差值进行积分而不是将实际偏差进行积分。7、在微型机自动控制系统中是否需要添加手动后援，为什么？答：需要。因为这是系统安全可靠运行的重要保障。8、采样周期的大小对微型机控制系统有什么影响？18.已知某连续控制器的传递函数为 现用数字 PID 算法实现它，试写出其相应的位置型和增量型 PID算法输出表达式。设采样周期 T=0.2s。19.已知sssD05.015.01)(1，ssD218)(2，T=1s，要求：第 31 页（1）分别写出与)(1sD，)(2sD相对应的增量型 PID 算法的输出表达式。（2）若用增量型 PID 算法程序（PIDIN）实现以上算法，问，在计算)(1sD及)(2sD时，PK，IK和DK的值是多少？习题十 1.在微型计算机控制系统设计时，如何选择硬件和软件？答：硬件和软件设计相互联系，相互影响，硬件和软件有一定的互换性。用硬件完成的功能，速度比较快，节省 CPU 的时间，但系统硬件比较复杂，价格比较贵，用软件实现的功能，则比较经济，但要占用 CPU 时间，软件比较复杂，因此在具体设计时硬件、软件要同时进行并要反复权衡。2.在设计微型机控制系统总体方案时，主要考虑哪些问题？答：1）控制系统总方案的确定（1）选择检测元件（2）执行机构（3）输入/输出通道及外围设备（4）画出系统原理图 2）微型计算机及接口的选择（1）成品微型机系统（2）工业控制机（3）单片机系统 第 32 页 3）控制算法的选择（1）直接数字控制算法（2）数字 PID 算法 4）控制系统硬件的设计（1）存储器扩展（2）模拟量输入通道的扩展（3）模拟量输出通道的扩展（4）开关 I/O 接口设计（5）操作面板（6）系统速度匹配 5）控制系统的软件设计（1）软件，硬件的折衷问题（2）系统资源（3）软件开发过程 3.试说明“分时采样，分时转换”与“同时采样，分时转换”两种多路模拟量输入通道的区别和用途。4.多路模拟量输出通道有几种连接方式？在应用中各有什么特点？5.设计图 10.10 中译码器 74LS138 的详细电路图（设0Y3Y的地址分别为 8000H、8400H、8800H、8C00H）。6.试分析图 10.11 编码键盘中当 4 号键按下时，BCD 输出值和KEYSTROBE 的电平，并画出电路中电流流动方向图。第 33 页 7.采用 DAC0832、运算放大器、CD4051 与 89C51 单片机，设计一个 8 通道 D/A 输出系统，要求画出电路图并编写出程序。8.试用计数器T0和T1分别代替软件计数方法设计一个自动装箱控制系统，并编写出相应的计数程序。9.根据图 10.30，设计一个 LED 并行显示电路和子程序。10.根据图 10.30，设计一个 4X4 矩阵键盘电路及编写处理程序。