微型计算机控制技术课后答案第二版潘新民.docx

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微型计算机控制技术课后答案第二版潘新民

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?

（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。

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。

第二章

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。

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。

思路：

因为CD4051只有八个输入接口，所以要构建32路的多路开关需要用到4个CD4051。

32路的多路开关应有5个控制口，其中前三个是CD4051的输入口，后两个是控制口。

（因为CD4051就有三个输入口）

分别标为D1、D2、D3、D4、D5（00000—11111，00000第0通道、11111第31通道）。

通过对4个CD4051的选择来实现32个通道口的选择（0—7、8—15、16—23、24—31）。

如选择第三个CD4051时，可以选择16-23（10000—10111）通道口。

　然而CD4051的选择是通过控制各个CD4051的INH高低电平来实现。

比如想让第三个CD4051接通，就令它的INH通高电平（此时D5=1、D4=0,INH3=!

（D5&!

D4））。

故INH的选择是控制D5和D4的逻辑关系来达到的。

其中INH1=!

（!

D5&!

D4）;INH2=!

（!

D5&D4）;INH3=!

（D5&!

D4）;INH4=!

（D5&D4）。

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。

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。

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。

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。

BUFFEQU30H;转换量存放地址

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0100H

MAIN:

MOVDPTR,#8003H;8255控制字地址

MOVA,#80H

MOVX@DPTR,A;设置PB口为输出方式

START:

MOVDPTR,#8001H;8255PB口地址

MOVA,BUFF

MOVX@DPTR,A;输出DA转换的数字量

SJMP$

END

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。

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：

程序如下：

ORG0000H

MAIN:

MOVA,#00H;赋值

MOVTMOD,#01H;采用模式1

MOVTH0,#0B1H;赋初值

MOVTL0,#0E0H

SETBTR0;启动定时器0

LOOP:

JNBTF0,$;等待中断

CLRTF0;计数器清零

START:

MOVDPTR,#7FFFH;端口地址送DPTR

MOVX@DPTR,A;送数据00H到端口

CPLA;取反

MOVTH0,#0B1H;重新赋初值

MOVTL0,#0E0H

SJMPLOOP;循环

END

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

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。

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二

极管正端连接在一起。

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？

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。

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？

（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8255，ADC0809设计一个8路数据采集系统，要求如下：

（1）8255口地址为8100H～8400H；

（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）。

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 

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。

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

MAX0～MAX7以及MIN0～MIN7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和MINi单元的内容相比较，若大于MAXi，则上限报警，显示iUp；

若下限报警则显示iDo（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8000～8300H）。

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：

程序如下：

ORG0000H

MAIN:

MOVA,#00H;赋值

MOVTMOD,#01H;采用模式1

MOVTH0,#0B1H;赋初值

MOVTL0,#0E0H

SETBTR0;启动定时器0

LOOP:

JNBTF0,$;等待中断

CLRTF0;计数器清零

START:

MOVDPTR,#7FFFH;端口地址送DPTR

MOVX@DPTR,A;送数据00H到端口

CPLA;取反

MOVTH0,#0B1H;重新赋初值

MOVTL0,#0E0H

SJMPLOOP;循环

END

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：

①当S1按下时，步进电机正向单三拍旋转2圈；

②当S2按下时，步进电机反向双三拍旋转1圈；

③当S3按下时，步进电机正向三相六拍旋转20步；

④其余情况步进电机不转。

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0FCFFH～0FFFFH。

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P1.0～P1.3控制，请在下表的空格处填上适当的数。

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）相对位移为4mm，试编写一

移动8mm三相单三拍控制程序。

第七章

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

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。

二．练习题

21．某压力测量系统，其测量范围为0～1000mmH2O柱，经A/D转换后对应的数字量为

00～FFH，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℃

第八章

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。

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。

6、积分饱和现象是如何产生的？

如何消除？

答：

是由于积分项不断累加引起的。

消除方法有遇限削积分法，有效偏差法等。