微型计算机控制技术第二版课后习题答案潘新民教材.docx

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微型计算机控制技术第二版课后习题答案潘新民教材

第一章

1.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？

各部分作用?

由四部分组成

（1）主机：

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。

主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算（如调节规律运算、最优化计算等）和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

（2）输入输出通道：

这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。

过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。

过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。

过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

（3）外部设备：

这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备（操作台）、输入输出设备（磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等）和外存贮器（磁盘）。

其中作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能.

（4）检测与执行机构:

a.测量变送单元：

在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量.b.

执行机构：

要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。

2、微型计算机控制系统的软件有什么作用？

说出各部分软件的作用。

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、应用软件及数据库。

（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。

系统软件包括：

a.操作系统：

即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；

b.诊断系统：

指的是调节程序及故障诊断程序；

c.开发系统：

包括各种程序设计语言、语言处理程序（编译程序）、服务程序（装配程序和编辑程序）、模拟主系统（系统模拟、仿真、移植软件）、数据管理系统等；

d.信息处理：

指文字翻译、企业管理等。

（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。

应用软件包括：

a.过程监视程序：

指巡回检测程序、数据处理程序、上下限检查及报警程序、操作面板服务程序、数字滤波及标度变换程序、判断程序、过程分析程序等；

b.过程控制计算程序：

指的是控制算法程序、事故处理程序和信息管理程序，其中信息管理程序包括信息生成调度、文件管理及输出、打印、显示程序等；

c.公共服务程序：

包括基本运算程序、函数运算程序、数码转换程序、格式编码程序。

（3）数据库：

数据库及数据库管理系统主要用于资料管理、存档和检索，相应软件设计指如何建立数据库以及如何查询、显示、调用和修改数据等。

3、常用工业控制机有几种？

各有什么用途？

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？

（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（DirectDigitalControl）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（SupervisoryComputerControl）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。

嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多数使用EPROM、EEPROM或闪存作为存储介质；嵌入式系统的软件部分包括操作系统软件和应用程序。

嵌入式系统功耗低、可靠性高、功能强大、性价比高、实时性强、支持多任务、占用空间小、效率高；面向特定应用，可根据需要灵活定制。

6、PLC控制系统有什么特点？

可靠性高、编程容易、组态灵活、输入/输出功能模块齐全、安装方便、运行速度快。

7、微型计算机控制系统与模拟控制系统相比有什么特点？

8、什么叫现场总线系统？

它有什么特点？

现场总线控制系统FCS是分布控制系统DCS更新换代产品，且已经成为工业生产过程自动化领域中的一个新的热点。

特点：

数字化的信息传输、分散的系统结构、方便的互操作性、开放的互联网络、多种传输媒介和拓扑结构。

9、未来控制系统发展趋势是什么？

大力推广应用成熟的先进技术：

普及应用可编程控制逻辑器（PLC），广泛使用智能化调节器，采用新型的DCS和FCS，FPGA将成为微型计算机控制技术的新宠

大力研究和发展智能控制系统：

分级递阶智能控制系统，模糊控制系统，专家控制系统，学习控制系统

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？

11、什么叫嵌入式系统?

与一般的工业控制系统有什么区别？

嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。

嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码少、高度自动化和响应速度快等特点，特别适合要求实时和多任务的体系。

它是可独立工作的“器件”

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？

物联网=互联网+传感器。

13、物联网终端由几部分组成？

各部分的作用是什么？

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。

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？

现场可编程门阵列（FPGA）

特点：

采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到适用的芯片；FPGA可做其他全定制或半定制ASIC电路的中试样片；FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚；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；FPGA

第二章

1采样有几种方法，说明它们之间的区别。

2采样周期越小越好吗？

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，可能产生较大的误差。

3简述多路开关的原理？

4多路开光如何扩展？

试用两个CD4097扩展成一个双16路输出和双2路输出系统，说明其工作原理。

5试用CD4051设计一个32路模拟多路开关，画出电路图并说明其工作原理。

答：

见PPT

6采样-保持器有什么作用？

说明保持电容大小对数据采集系统的影响。

答：

为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器。

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：

并不是所有的模拟量输入通道都需要采样保持器的，因为采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。

8采样频率的高低对数字控制系统有什么影响？

举出工业控制实例加以说明？

9A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？

答：

答：

A/D的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号，方便用于单片机中进行处理。

D/A的作用，在单片机处理完毕的数字量，有时需要转换为模拟信号输出，D/A的作用正是用于把数字信号转换为模拟信号。

10A/D转换器转换原理有几种？

他们各有什么特点和用途？

答：

逐次逼近型，分辨率高，误差较低，转换速度快，应用十分广泛；双积分型：

性能比较稳定，转换精度高，抗干扰能力强，电路较简单，工作速度低，多用于对转换精度要求较高，对转换速度要不高的场合，如数字电压表等检测仪器中，用的十分普遍。

并联比较型：

转换速度快，精度高，但使用的比较器和触发器多，适用于速度高，精度要求不高的场合。

11说明逐次逼近型A/D转换器的转换原理。

答：

开始转换以后，时钟信号首先将寄存器的最高有效位置为1，使输出数字为100…0，这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压U0，送到比较器中并与比较电压U1比较，若U0>U1,将高位的1清除；若U0

然后，按同样的方法把次高位置成1，并且经过比较确定这个1是否保留。

这样逐位比较下去一直到最低位为止。

12为什么高于8位的D/A转换器与8为微型计算机的接口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：

在要求分辨率较高的场合，采用的D／A转换器常常大于8位。

而常用的微机多采用8位数据线。

此时若采用单缓冲的工作方式，将高位和低位分为两个地址的数据锁存器，则在向它送数据时，由于高位和低位送数据的时间差，将引起输出电压产生"毛刺"。

为保证D／A转换器的高位数据与低位数据同时送入，通常采用双缓冲的工作方式，将高位与低位的数据分别送入各自的输入寄存器，然后再将它们同时送输入DAC寄存器中，使输出发生变化。

高于8位的D/A转换器与8位数据线的CPU相连时，将高8位数据输入线与CPU的数据总线相连，而低4位的数据输入线与高8位输入线中的高4位并连。

采用双缓冲工作模式。

而DAC0832的双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到DAC寄存器，即分两次锁存输入资料。

13串行A/D转换器有什么特点？

答：

与同位数并行A/D转换器精度一样，但大大降低了成本，节约微型计算机I/O口。

25DAC0832与CPU有几种连接方式？

他们在硬件接口及软件程序设计方面有何不同？

答：

单缓冲,双缓冲,直通，

26试用DAC0832设计一个单缓冲的D/A转换器，画出接口电路，编写程序。

27试用8255A的B口和DAC0832设计一个8位D/A装换接口电路，并编写程序。

2829303334略

31A/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？

他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输出的数字量

1.25V：

0100000000002V：

0110011001102.5V：

100000000000

3.75V:

1100000000004V:

1100110011005V:

111111111111

35设被测温度变化范围为0℃—1200℃，如果要求误差不超过0.4℃，应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）

答：

12位

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AD574A为例加以说明。

37编程

第三章 

1、键盘为什么防止抖动?

在计算机控制系统中如何实现防抖？

为了使CPU对一次按键动作只确认一次，从而保证系统正常工作，所以必须防止抖动？

硬件防抖有滤波防抖电路和双稳态防抖电路，还可以采用软件防抖法，即软件延迟。

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：

从功能上分：

数字键和功能键（数字键用于数字的输入；功能键用于功能转换）

从结构上分：

非编码键盘通过软件识别按键；编码键盘通过硬件识别按键

3、试说明非编码键盘扫描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？

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？

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。

6、什么叫重建？

计算机如何处理重键？

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。

8、多位LED显示器显示方法有几种？

它们各有什么特点？

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、硬件译码和软件译码各有何优缺点？

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。

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？

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。

12、薄膜式开关的优点？

色彩亮丽；文字说明一目了然；形意图案使用方便；键体美观；透明视窗。

第四章 

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？

 有声、光、语言报警方式。

例子自己想 

2、说明硬件报警和软件报警的实现方法，并比较其优缺点？

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。

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？

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、固态继电器控制和继电器控制有什么区别？

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。

6、说明PWM调速系统的工作原理？

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。

第六章

1,什么叫总线？

总线分哪俩大类？

分别说出他们的特点和用途？

总线是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，分为并行和串行俩种。

并行通信：

数据各位同时传送

串行通信：

数据一位一位的按顺序传送

2串行通信传送方式有几种？

他们各有什么特点？

有三种方式：

单工方式、半双工方式和全双工方式。

单双工方式只允许数据按照一个固定的方向传送。

半双工方式在同一时刻只能进行一个方向传送，不能双向同时传输。

全双工方式比单工方式灵活，但是效率依然比较低，信号传送速度大增，但是成本增加。

3，波特率是什么单位？

他的意义如何？

波特率即调制速率，指的是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数。

它是对符号传输速率的一种度量。

4，收/发时钟在通信中有什么意义？

5，异步通信和同步通信的区别是什么？

他们各有什么用途？

简单来说，同步通信是一种比特同步通信技术，要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号，只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符，使发收双方建立同步，此后便在同步时钟的控制下逐位发送/接收。

相对于同步通信，异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时隙可以是任意的。

但是接收端必须时刻做好接收的准备。

发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。

异步通信的好处是通信设备简单、便宜，但传输效率较低

6，串行通信有几种传送方式？

各有什么特点？

第七章

1.工业控制程序有什么特点？

答：

（1）可用程序代替硬件电路，完成多种运算

（2）能自动修正误差

（3）能对被测参数对象进行较复杂的计算和处理（4）不仅能对被测参数进行测量和处理，而且可以进行逻辑判断（5）微型计算机数据处理系统不但精度高，而且稳定可靠，不受外界干扰。

2.工业控制程序常用的语言有几种？

它们分别应用在什么场合？

答：

汇编语言、C语言、工业控制组态软件。

汇编多用于单片机系统，用于智能化仪器或小型控制系统；C语言主要用于工业PC的大型控制系统中；工业控制组态软件用于大型工业控制系统中。

3.数字滤波与模拟滤波相比有什么优点？

答：

数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比，有以下几个优点：

（1）数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好，不存在阻抗匹配的问题；

（2）数字滤波可以对频率很低（如0.01Hz）的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷；

（3）数字滤波器可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。

4.常用的数字滤波方法有几种？

各有什么优缺点？

答：

常用的数字滤波方法有7种。

（1）程序判断滤波法：

是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。

（2）中值滤波法：

它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。

（3）算术平均值滤波法：

它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。

它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。

（4）加权平均值滤波：

可以提高滤波效果

（5）滑动平均值滤波法：

采样时间短，可以提高检测速度

（6）惯性滤波法：

适用于慢速随机变量的滤波

（7）复合数字滤波：

比单纯的平均值滤波的效果要好

5.在程序判断滤波方法中，

如何确定？

其值越大越好吗？

答：

 △y是相邻两次采样值所允许的最大偏差，通常可根据经验数据获得，必要时，也可由实验得出。

△y太大，各种干扰信号将“趁虚而入”，是系统误差增大；△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的选取时非常重要的。

6.算术平均值滤波、加权平均值滤波以及滑动平均滤波三者的区别是什么？

答：

算术平均值法适用于对压力、流量等周期脉动信号的平滑，这种信号的特点是往往在某一数值范围附近作上、下波动，有一个平均值。

这种算法对信号的平滑程度取决于平均次数N，当N较大时平滑度高，但灵敏度低；当N较小时，平滑度低，但灵敏度高，应该视具体情况选取N值。

对于一般流量，通常取N=12；若为压力，则取N=4。

在算术平均滤波中，N次采样值在结果中所占的比重是均等的，即每次采样值具有相同的加权因子1/N。

但有时为了提高滤波效果，往往对不同时刻的采样值赋以不同的加权因子。

这种方法称为加权平均滤波法，也称滑动平均或加权递推平均。

其算法为

其中。

加权因子选取可视具体情况决定，一般采样值愈靠后，赋予的比重越大，这样可增加新的采样值在平均值中的比例，系统对正常变化的灵敏性也可提高，当然对干扰的灵敏性也稍大了些。

滑动平均值滤波法，依次存放N次采样值，每采进一个新数据，就将最早采集的那个数据丢掉，然后求包含新值在内的N个数据的算术平均值或加权平均值。

7.标度变换在工程上有什么意义？

在什么情况下使用标度变换程序？

答：

意义：

减少硬件设备，降低成本，便于人工检测和管理

情况：

在多回路检测系统中，各回路参数信号不一样，需要各种量程放大器的情况下使用尺度变换程序。

8.在微型计算机控制系统中，系统误差是如何产生的？

怎样自动校正系统误差？

答：

系统误差是指在相同条件下，经过多次测量，误差的数值（包括大小、符号）保持恒定，或按某种已知的规律变化的误差。

在电路的输入部分加一个多路开关，系统在刚通电或每隔一段时间时，自动进行一次校准，测出这时的输入值x0，然后把开关接标准电压Vr，测出这时的输入值Xi，设测量信号的x与y的关系式线性关系即y=a1+a0，由此的纠正公式y=Vr（x-x0）/（x1-x0）

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？

答：

全自动校准由系统自动完成不需要人的介入，只适用于基准参数是电信号的场合，他不能校正由传感器引入的误差，而人工校准就可以。

全自动校准适用于对电路器件没有高要求电路。

10.为什么要采用量程自动转换技术？

答：

由于传感器所提供的的信号变化范围很宽，特别在多回路检测系统中，当各回路的参数信号不一样时，必须提供各种两成的放的放大器，才能保证送到计算机的信号一直在0-5v。

在模拟系统中，为了放大不同的信号，需要使用不同倍数的放大器。

而在电动单位组合仪表中，常常使用各种类型的变送器、差压变送器、位移变送器等。

但是这种变送器的造价比较贵，系统也复杂。

随着微型机的应用，为了减少硬件设备，已经研制出可编程逻辑放大器，可实现量程自动转化。

11.线性插值法有什么优缺点？

使用中分段是否越多越好？

答：

（1）优点：

是代数插值法中最简单的形式，处理非线性函数运用最多的方法；对于多数工程而言，基本满足要求，比查表法省事；缺点：

当函数曲率或斜率变化较大时，有误差产生；而减小误差有需要把基点分的很细，这样就占用内存；应用非等距插值法时，点的选取麻烦，光滑度不高。

（2）不是越多越好，分段多误差虽会降低，但占用内存，增长时间，开销变大，得不偿失，所以分段数应合理选择。

2．练习题

18.19.20.21.24.25.26略

22.某梯度炉温度变化范围为0℃~1600℃，经温度变送器输出电压范围轻为1~5v，再经ADC0809转换，ADC0809的输入范围为0~5v，，试计算当采样数值为9BH时，所对应的的梯度炉温度是多少？

解：

9BH=155D,所对应的的AD输入电压v1=（155/255）

5v=3.04v

所以温度T=[（3.04-1）/（5-1）]

1600℃=816℃

23简述PGA102集成可编程逻辑放大器的原理

解：

随着计算机的应用，为了减少硬件设备，可以使用可编程增益放大器（PGA:

ProgrammableGainAmplifier）。

它是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可以根据需要用程序进