测控系统作业参考答案.pdf

班级姓名座号 第 1 章 绪论 一、填空题 (1)人类在认识世界改造世界过程中，通过各种方法获得客观事物的量值，称为 测量 ；通过 各种方法支配或约束客观事物的进程，称为 控制 。 (2)微机化监测或测试系统是以微机为核心，单纯以 检测为目的的系统；微机化控制系统 是以微机为核心，单纯以 控制 为目的的系统；微机化测控系统是以微机为核心、测控一体 化的系统，其实质是一种 闭环控制系统 。 (3)测控通道又可分为 模拟量输入 通道、 模拟量输出 通道、 开关量输入 通道和 开关量输出 通道。 二、简答题 1.画出微机化检测系统框图。 2.画出微机化测控系统典型框图 第 2 章 测控通道 一、填空题 (1)测量系统中，信号调理的任务包括小信号放大 、 滤波、零点校正 、 线性化处理、 温度补偿、 误差修正 和量程切换 等。 (2)微机化测试系统的信号输出通道有 模拟量 输出通道和 开关量 输出通道两种。 (3)模拟输出通道主要由输出数据寄存器、D/A 转换器和调理电路三部分组成。 (4)测控系统中的开关量信号主要是指按键、继电器和无触点开关等各种元件的应用。 (5)设ag为前后两个级联电路的阻抗匹配度，若要求信号源馈送给负载的电压最大，实现电 压匹配，则应取ag1；若要求信号源馈送给负载的电流最大，即实现电流匹配，则应取 ag1 ；若要求信号源馈送给负载的功率最大，即实现功率匹配，则应取ag=1 。 (6)前后两级电路的电气性能匹配主要包括 阻抗 匹配、 负载能力 匹配、 电平 匹配。 (7)前后两级电路信号耦合的方式包括 直接耦合、 阻容耦合 、 变压器耦合、 光电耦合、 二、简答题 1.什么是 AD 转换器的转换时间？ A/D 转换器从启动转换到转换结束后输出一组稳定的数字量，所需要的时间。转换器从启动转换到转换结束后输出一组稳定的数字量，所需要的时间。 2.画出多路分时采集分时输入结构和多路同步采集分时输入结构的模拟输入通道典型结构框 图。 多路分时采集分时输入结构多路分时采集分时输入结构 多路同步采集分时输入结构多路同步采集分时输入结构 3.什么是采样保持器的孔径时间？ S/H 从发出保持指令开始到模拟开关完全断开所经历的时间。从发出保持指令开始到模拟开关完全断开所经历的时间。 4.画出数据分配分时转换结构和数据分配同步转换结构的模拟输出通道框图 数据分配分时转换结构数据分配分时转换结构 数据分配同步转换结构数据分配同步转换结构 5.画出 RC 滤波的开关量输入消抖电路。 6.画出光电隔离的开关量输入调理电路。 第 3 章 主机及其接口 一、填空题 (1)通常把CPU 及与其相连的存储器和接口统称为主机电路。 (2)按键闭合时能向计算机输入数字(09 或 AF)的键称为 数字 键，能向计算机输入命令以 实现某项功能的键称为 功能 键。 (3)主机从 AD 转换器读取转换结果数据的联络方式，可以是 中断 、查询 或 定时 方式。 (4)对于内部无锁存器的 DAC，它不能和计算机的数据总线直接连接，必须外接 锁存器来 保存计算机输出给 D/A 的待转换数据。 (5)若独立式键盘有 n 个按键，则该键盘需要占用 n 个 I/O 端口。若行列式键盘有 m 根行线 和 n 根列线，则该键盘可组成 mn 个按键。 (6)键盘的扫描方法有扫描法和反转法。键盘的扫描工作方式有 编程扫描 方式、 定时扫描 方式和 中断工作 方式。 (7)RS232 的逻辑“1”电平范围是 -5-15V ，逻辑“0”电平范围是 +5+15V 。 二、简答题 1.分别画出内插式、外接式和组合式测控系统的构成框图。 内插式内插式 外接式外接式 组合式组合式 2.什么样的应用场合，用 V/F 转换器来代替 A/D 转换器比较合适？V/F 转换器与计算机接口 时有什么特点？ 应用于数据传输距离长、精度要求高、资金有限的场合。应用于数据传输距离长、精度要求高、资金有限的场合。 特点：特点： (1)接口简单、占用计算机硬件资源少。接口简单、占用计算机硬件资源少。 (2)抗干扰性能好。抗干扰性能好。 （3)便于远距离传输。可通过调制进行无线传输或光传输。便于远距离传输。可通过调制进行无线传输或光传输。 3.在微机测控系统中，功率接口的作用是什么？ 将低电压、小电流信号转换成高电压、大电流信号。将低电压、小电流信号转换成高电压、大电流信号。 4.下图为 ADC0809 以中断方式与单片机接口原理图， 请编写该单片机与 ADC0809 接口的初 始化程序和中断服务程序(ADC0809 的 8 个通道的数据都要读入到单片机中)。 初始化程序初始化程序 ORG 0000H AJMP START ORG 0013H AJMP INT1 START: MOV DPTR，#0F7F8H MOV R0,#30H MOV R2,#08H SETB IT1 SETB EX1 SETB EA START1: MOVX DPTR,A HERE: SJMP HERE DJNZ R2,START1 DONE: 中断服务程序：中断服务程序： INT1： MOVX A，DPTR MOVX R0,A INC R0 INC DPTR RETI 5.下图为某 VFC 与 8051 单片机接口原理示意图， 试编写该单片机读取 VFC 输出信号实现电 压-频率数字转换的程序(包括初始化程序和数据读取程序)。 初始化程序：初始化程序： MOV TMOD,#51H MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH SETB TR0 SETB TR1 SETB EA SETB ET0 中断服务程序：中断服务程序： AINT： CLR TR1 MOV R0,#20H MOVA，TL1 MOV R0,A INC R0 MOVA,TH1 MOV R0,A MOV TL1,#00H MOV TH1,#00H MOV TL0,#0B0H MOV TH0，#3CH SETB TR1 RETI 6.下图为 DAC0832 与 8051 单片机接口示意图，要求实现 DAC0832 两个输出通道同步转换 输出，试编写实现该功能的代码。 MOV DPTR,#0DFFFH MOVA,#data1 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#0BFFFH MOVA,#data2 MOVX DPTR,A MOV DPTR,#7FFFFH MOVX DPTR,A 7.简述键盘用反转法实现键盘扫描的基本思路。 (1)键盘键盘行线和列线都要通过上拉电阻接行线和列线都要通过上拉电阻接+5V； (2)将行线编程为输入线、列线编程为输出线，并使输出线输出全将行线编程为输入线、列线编程为输出线，并使输出线输出全“0” ，则行线中电平由高变到低所在行，则行线中电平由高变到低所在行 为按键所在行。为按键所在行。 (3)同第一步完全相反，将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出全同第一步完全相反，将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出全“0” ，则列线中电，则列线中电 平由高到低所在列为按键所在列。平由高到低所在列为按键所在列。 第 5 章测量数据处理 一、简答题 1.画出测量数据的产生过程，并简述各环节的作用。 传感器：把被测量转换成电信号传感器：把被测量转换成电信号 前置放大器：放大传感器弱信号前置放大器：放大传感器弱信号 滤波器：滤除信号中的杂波干扰滤波器：滤除信号中的杂波干扰 多路切换器：从多路输入信号中选择其中一路信号多路切换器：从多路输入信号中选择其中一路信号 主放大器：根据信号的大小把信号放大到跟主放大器：根据信号的大小把信号放大到跟 A/D 量程相匹配量程相匹配 采样保持器：采样要转换的信号，保证信号转换期间采集到的信号大小保持不变采样保持器：采样要转换的信号，保证信号转换期间采集到的信号大小保持不变 A/D 转换器：把模拟信号转换成数字信号转换器：把模拟信号转换成数字信号 CPU：处理数字信号：处理数字信号 2.什么是零位误差？什么是灵敏度误差？ 零位误差：输入零位误差：输入 x 为为 0 时，输出时，输出 D 不为不为 0，而是，而是 D0。 灵敏度误差：实际灵敏度灵敏度误差：实际灵敏度 K 与标准灵敏度与标准灵敏度 K0 存在偏差存在偏差K 3.画出量程自动切换原理框图，并简述量程切换原理。 若若 Hx UU ，则窗口比较器发出，则窗口比较器发出“过量程过量程”信号信号，单片机通过控制信号减小放大系数，单片机通过控制信号减小放大系数 K； 若若 Lx UU，则窗口比较器发出，则窗口比较器发出“欠量程欠量程”信号信号，单片机通过控制信号增大放大系数，单片机通过控制信号增大放大系数 K。 4.画出程控放大器和程控衰减器的原理图。 程控放大器程控放大器程控衰减器程控衰减器 5.常见的非线性校正算法有哪些？ 查找法、插值法、拟合法查找法、插值法、拟合法 6.数字滤波与硬件滤波相比有哪些优点？ (1)节省硬件成本；节省硬件成本；(2)可靠稳定；可靠稳定；(3)功能强；功能强；(4)方便灵活；方便灵活；(5)不会丢失原始数据不会丢失原始数据. 7.下图为某一阶 RC 低通滤波器电路原理图，输入信号为ui，输出信号为uo。(1)列写关于 ui和uo关系的微分方程；(2)写出关于ui和uo的传递函数；(3)写出关于ui和uo的离散化 低通滤波算法。 (1)微分方程微分方程 R uu t u C oio d d 整理得整理得 io d d uu t u RC o (2)传递函数传递函数 1 1 )( )( i o sRCsU sU (3)离散化算法离散化算法 )()( ) 1()( io oo kuku T kuku RC 整理得整理得 )() 1()( ioo ku TRC T ku TRC RC ku 第 6 章 PID 控制算法 一、填空题 (1)PID 控制算法中，P 是指 比例 ，I 是指 积分 ，D 是指 微分 。 (2)PID 调节器的参数整定方法一般归结为 理论计算 法和 工程整定 法两种。 二、简答题 1.画出微机过程控制系统基本框图。 2.写出模拟式 PID 控制方程，写出对应的传递函数。写出增量型数字 PID 方程，要给出离散 化过程。 (1)模拟式模拟式 PID 方程方程 t t te Ttte T teKtu 0 D I P d )(d d)( 1 )()(式中)()()(tctrte (2)传递函数传递函数 ST ST K SE SU SD D I P 1 1 )( )( )( (3)增量型数字增量型数字 PID 方程方程 模拟形式离散化形式 )()()(tctrte)()()(ncnrne dT tde )( T nene) 1()( t dtte 0 )( n i n i ieTTie 00 )()( 0 0 D I P ) 1()()()()(unene T T ie T T neKnu n i 0 1 0 D I P )2() 1()() 1() 1(unene T T ie T T neKnu n i )2() 1(2)()() 1()( ) 1()()( nenene T T Kne T T KneneK nununu D P I PP 则：则：)() 1()(nununu 3.简述扩充临界比例度法整定 PID 参数的基本过程。 (1)(1)选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下。选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下。 (2)(2)去掉积分作用和微分作用去掉积分作用和微分作用， 逐渐增大比例度系数逐渐增大比例度系数 P K直至系统对阶跃输入的响应达到临界振荡状态直至系统对阶跃输入的响应达到临界振荡状态( (稳稳 定边缘定边缘) )，记下此时的临界比例系数，记下此时的临界比例系数 K K及系统的临界振荡周期及系统的临界振荡周期 K T。 (3)(3)选择控制度。选择控制度。 模拟 控制度 0 2 0 2 )(e )(e dtt dtt DDC 通常，当控制度为通常，当控制度为 1.051.05 时。就可以认为时。就可以认为 DDCDDC 与模拟控制效果相当。与模拟控制效果相当。 (4)(4)根据选定的控制度，查表求得根据选定的控制度，查表求得T T、K KP P、T TI I、T TD D的值。的值。 4.简述扩充响应曲线法整定 PID 参数的基本过程。 (1)(1)让系统处于手动操作状态让系统处于手动操作状态，将被调量调节到给定值附近将被调量调节到给定值附近，并使之稳定下来并使之稳定下来，然后突然改变给定值然后突然改变给定值，给给 对象一个阶跃输入信号。对象一个阶跃输入信号。 (2)(2)用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，如图所示。用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，如图所示。 (3)(3)在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间，被控对象时间常数，被控对象时间常数T T以及它们的比值以及