《测试系统原理与设计》孙传友编著——习题答案个人.pdf

测试系统原理与设计 孙传友编著 习题答案 个人整理 测试系统原理与设计 孙传友编著 习题答案 个人整理 答案仅供参考 部分答案没有 由个人总结整理 若有错误或不当之处请见谅 第一章第一章 绪论绪论 1 为什么说仪器技术是信息的源头技术 为什么说仪器技术是信息的源头技术 仪器是一种信息的工具 起着不可或缺的信息源的作用 仪器是信息时代的信息获取 处理 传输的链条中的源头技术 如果没有仪器 就不能获取生产 科学 环境 社会等领 域中全方位的信息 进入信息时代将是不可能的 钱学森院士对新技术革命的论述中说 新 技术革命的关键技术是信息技术 信息技术由测量技术 计算机技术 通讯技术三部分组 成 测量技术则是关键和基础 现在提到信息技术通常想到的只是计算机技术和通讯技术 而关键的基础性的测量技术却往往被人们忽视了 从上所述可以看出仪器技术是信息的源头 技术 仪器工业是信息工业的重要组成部分 2 为什么现代测控系统一般都要微机化 2 为什么现代测控系统一般都要微机化 随着计算机技术的迅速发展 使得传统的测控系统发生了根本性变革 即采用微型计算 机作为测控系统的主体和核心 代替传统测控系统的常规电子线路 从而成为新一代的微机 化测控系统 将微型计算机技术引入测控系统中 不仅可以解决传统测控系统不能解决的问 题 而且还能简化电路 增加或增强功能 提高测控精度和可靠性 显著增强测控系统的自 动化 智能化程度 而且可以缩短系统研制周期 降低成本 易于升级换代等 因此 现代 测控系统设计 特别是高精度 高性能 多功能的测控系统 目前已很少有不采用计算机技 术的了 3 微机化测控系统有哪几种类型 画出它们的组成框图 3 微机化测控系统有哪几种类型 画出它们的组成框图 三种类型 微机化检测系统 微机化控制系统 微机化测控系统 图 1 3 1 微机化检测系统框图 图 1 3 2 微机化控制系统框图 图 1 3 3 微机的测控系统典型结构 1 第二章第二章 测控通道 输入测控通道 输入 输出通道 输出通道 1 模拟量输入通道有哪几种类型 各有何特点 模拟量输入通道有哪几种类型 各有何特点 一般说来 模拟输入通道应由传感器 信号调理电路 数据采集电路三部分组成 如图 2 1 1 所示 图 2 1 1 模拟输入通道的基本组成 多路模拟输入通道可分为集中采集式 简称集中式 和分散采集式 简称分布式 两大 类型 集中采集式多路模拟输入通道的典型结构有分时采集型和同步采集型两种 分时采集 型它的特点是多路信号共同使用一个 S H 和 A D 电路 简化了电路结构 降低了成本 但是 产生了时间偏斜误差 适用于不严格要求同步采集的场合 同步采集式的特点是在多路转换 开关之前 给每路信号通路各加一个采样 保持器 使多路信号的采样在同一时刻进行 即 同步采样 适用于严格要求同步采集的场合 分散采集式无 MUX N 路各用一个 S H 和 A D 2 什么情况下需要设置低噪声前置放大器 为什么 什么情况下需要设置低噪声前置放大器 为什么 答 采用大信号输出传感器 可以省掉小信号放大器环节 多数传感器输出信号都比较小 必须选用前置放大器进行放大 由于电路内部有这样或那样的噪声源存在 使得电路在没有 信号输入时 输出端仍存在一定幅度的波动电压 这就是电路的输出噪声 把电路输出端测 得的噪声有效值 VON 折算到该电路的输入端即除以该电路的增益 K 得到的电平值称为该 电路的等效输入噪声 即 K V V ON IN IN V 如果加在某电路输入端的信号幅度小到比该 电路的等效输入噪声还要低 那么这个信号就会被电路的噪声所 淹没 为了不使小信号 被电路噪声所淹没 就必须在该电路前面加一级放大器 前置放大器 IS V 3 图图2 1 13 a 所示采集电路结构只适合于什么情况 为什么 所示采集电路结构只适合于什么情况 为什么 答 若被测模拟信号为恒定或变化缓慢的信号 则可直接进行A D转换 被测信号不随时间 变化 被测信号不随通道间变化可以采用如图 a 的采集电路结构 5 多路测试系统在什么情况下会出现串音干扰 怎样减少和消除 多路测试系统在什么情况下会出现串音干扰 怎样减少和消除 答 在多通道数字测试系统中 MUX常被用作多选一开关或多路采样开关 每当某一道开 关接通时 其它各道开关全都是关断的 理想情况下 负载上只应出现被接通的那一道信号 其它被关断的各路信号都不应出现在负载上 然而实际情况并非如此 其它被关断的信号也 会出现在负载上 对本来是惟一被接通的信号形成干扰 这种干扰称为道间串音干扰 简称 串音 为减小串音干扰 应采取如下措施 减小 Ri 为此前级应采用电压跟随器 选用 Ron 极小 Roff 极大的开关管 减少输出端并联的开关数N 若N 1 则VN 0 选用寄生电容小的 MUX 2 6 主放大器与前置放大器有什么区别 设置不设置主放大器 设置哪种主放大器的依据是什 么 主放大器与前置放大器有什么区别 设置不设置主放大器 设置哪种主放大器的依据是什 么 1 主放大器的作用 将 MUX 输出的子样电压放大到接近 A D 满量程 使数字转换精度提高 K 倍 2 主放大器 与 前置放大器 的区别 前置放大器 主放大器 设置的位置 在每路调理电路的前端 在采集电路的 MUX 之后 每路各用一个 各路共用一个 放大对象 模拟电信号 采样脉冲 放大增益 固定不变 浮动可变 3 主放大器增益K的确定 既不能使A D溢出 又要满足转换精度 o的要求 0 ijij FS ijij ijij VK DE VK q EVK ij ij ij FS V E K V DE 0 即 式中V 多路切换器输出的第i道信号的第j次采样电压 ij 若 Vij 随 i 和 j 变化不大 则没有必要在采集电路中设置主放大器 若Vij不随j变化 只随i变化很大 则设置程控增益放大器Ki作为主放大器 若Vij既随i变化 又随j变化 则设置瞬时浮点放大器Kij作为主放大器 7 模拟输出通道有哪几种基本结构 各有何特点 模拟输出通道有哪几种基本结构 各有何特点 答 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 微机化测控系统的模拟信号输出通道的基本结构按信号输出路数来分 有单通道输出和 多通道输出两大类 多通道输出有以下三种 一 数据保持分时转换结构 特点 每个通道配置一个输入寄存器和一个 D A 转换器 微机将数据 Dij 分时选通至第 i 路输入寄存器 第 i 路 D A 立即对 Dij 进行 数模转换 缺点 各通道输出的模拟信号存在时间偏斜 因此不适合于要求多参量同步控制执 行机构的系统 二 数据保持同步转换结构 特点 每个通道配置两个寄存器 R1 R2 和一个 D A 转换器 微机将数据 Dij 分时选通至第 i 路寄存器 R1 然后同时将各路数据 Dij 从 R1 传送到 R2 各路 D A 同时对 Dij 进行数模转换 优点 各通道输出的模拟信号不存在时间偏斜 因此适合于要求多参量同步控制执 行机构的系统 三 模拟保持分时转换结构 特点 各个通道共用一个寄存器和一个 D A 转换器 各用一个 S H 微机在输出第 i 路数据给 D A 进行 D A 转换的同时 也控制第 i 路 S H 进行 采样 其他路 S H 都处于保持状态 3 8 为什么模拟输出要有零阶保持 怎样用电路实现 为什么模拟输出要有零阶保持 怎样用电路实现 答 零阶保持器就是把每个采样点的幅值保持到下一个采样点以填补采样点之间的空白 在 零阶保持器后接平滑滤波器 基本上可以从子样脉冲串恢复出光滑的信号波形 零阶保持有数字保持和模拟保持两种方式 其实现电路如下图所示 图 2 2 2 零阶保持的两种实现电路 9 在控制系统中被控设备的驱动有哪两种方式 有何异同 在控制系统中被控设备的驱动有哪两种方式 有何异同 答 被控设备的驱动常采用模拟量输出驱动和数字量 开关量 输出驱动两种方式 其中模 拟量输出是指其输出信号 电压 电流 可变 根据控制算法 使设备在零到满负荷之间运 行 在一定的时间T内输出所需的能量P 开关量输出则是通过控制设备处于 开 或 关 状态的时间来达到运行控制目的 10 在信号以电压形式传输的模拟电路中 前后两级电路之间 什么情况下需插接电压跟随 器 什么情况下不需要 为什么 在信号以电压形式传输的模拟电路中 前后两级电路之间 什么情况下需插接电压跟随 器 什么情况下不需要 为什么 电压跟随器的输入阻抗高 输出阻抗低特点 可以极端一点去理解 当输入阻抗很高 时 就相当于对前级电路开路 当输出阻抗很低时 对后级电路就相当于一个恒压源 即输出电压不受后级电路阻抗影响 一个对前级电路相当于开路 输出电压又不受后 级阻抗影响的电路当然具备隔离作用 即使前 后级电路之间互不影响 11 试述开关量输入输出通道的基本组成 试述开关量输入输出通道的基本组成 答 开关量输入通道主要由输入缓冲器 输入调理电路和输入地址译码电路等组成 开关量 输出通道主要由输出锁存器 输出驱动电路 输出口地址译码电路等组成 12 单元电路连接时要考虑哪些问题 单元电路连接时要考虑哪些问题 答 1 电气性能的相互匹配 阻抗匹配 负载能力匹配 电平匹配 2 信号耦合与时序配合 3 电平转换接口 4 第四章第四章 测量数据处理测量数据处理 1 为什么要切换量程 怎样实现量程切换 为什么要切换量程 怎样实现量程切换 答 量程自动切换是实现自动测量的重要组成部分 它使测量过程自动迅速地选择在最佳量 程上 这样既能防止数据溢出和系统过载 又能防止读书精度损失 保证一定的测量精度 针对不同的信号幅度 测试系统必须切换不同的放大器增益 以保证测量值有足够的分辨力 和准确度 为了实现量程切换 除了在输入通道中采用数控放大器 程控增益放大器 瞬时浮点放 大器 外 也可以在通道中串入数控衰减器 数控衰减器可由电阻分压网络和多路开关 MUX 构成 通过控制 MUX 可改变衰减器的衰减系数 微机根据窗口比较器的比较结果来控制数控 增益放大器或数控衰减器中的 MUX 动作 以实现量程切换 2 试采用应变电桥 放大器 试采用应变电桥 放大器 BCD码码A D与与LED显示器设计一个电子称 使显示器上能直接 显示公斤数 显示器设计一个电子称 使显示器上能直接 显示公斤数 3 试述零位误差和灵敏度误差的校正方法 试述零位误差和灵敏度误差的校正方法 答 4 1 1 软件校正方法 4 1 1 软件校正方法 一 理想的线性测试系统 完全可以由输出读数 x 按下式确定被测量的真值 y 0 k x y 4 1 1 式中k0为该通道的标称灵敏度或增益 二 实际的线性测试系统 存在 零位误差 和 灵敏度误差 0 xkyx 4 1 2 1 零位误差 x0 输入y为零时的输出 2 灵敏度误差 指实际灵敏度k与标称灵敏度k0的偏差 即 0 kkk 3 测量误差 如图 4 1 1 a 所示 0 00 0 k xkky k x y 4 1 3 0 0 0 k x k k yyy 4 1 4 4 误差校正算法 01 axay 4 1 5 12 12 1 xx yy a 12 2112 0 xx yxyx a 式 中 5 4 1 6 将上式代入 4 1 5 式得 2 11 21 yy yyxx 1 xx 4 1 7 若选取y1 0 x1 x0 则上式简化为 2 02 0 y xx xx y 4 1 8 实例 图 4 1 1 b 电压测量系统的系统误差校正电路 图 4 1 1 线性系统误差校正 5 误差校正的软件实现 按照公式 4 1 7 或 4 1 8 编写专门的计算子程序 将最近执行 误差校准 操作获得的最新的校准数据 x y x y 1122 存入内存 每次测量后就调用式 4 1 7 或 4 1 8 的计算子程序 从输出读数x计算出被测量y 因为零位和灵敏度的变化是非 常缓慢的 在短时间内基本上不会变化 而代入公式计算的 x y x y 1122 正是刚不久 才校准过的最新数据 所以从输出读数x计算出的被测量y就不会存在零位误差和灵敏度误差 了 在零点和灵敏度都发生漂移的情况下 通常是先调零 后调灵敏度 7 与硬件滤波器相比较 采用数字滤波器方法来克服随机误差有何优点 与硬件滤波器相比较 采用数字滤波器方法来克服随机误差有何优点 答 所谓数字滤波 即通过一定的计算程序 对采集的数据进行某种处理 从而消除或减弱 干扰噪声的影响 提高测量的可靠性和精度 采用数字滤波具有如下优点 节约硬件成本 可靠稳定 功能强 方便灵活 不会丢失原始数据 8 常用的数字滤波算法有哪些 说明各种滤波算法的特点和使用场合 常用的数字滤波算法有哪些 说明各种滤波算法的特点和使用场合 答 一 限幅滤波 由于测控系统中存在随机脉冲干扰 或由于变声器不可靠而将尖脉 冲干扰引入输入端 从而造成测控信号的严重失真 二 中位值滤波 是对某一被测参数连续采样 n 次 一般 n 取奇数 然后把 n 次采 样值按大小排列 取中间值为本次采样值 中位值滤波能有效地克服偶然因素引起的波动或 采样器不稳定引起的误码等脉冲干扰 三 算术平均滤波 适用于一般具有随机干扰的信号进行滤波 四 去极值平均滤波 五 移动平均滤波 递推平均滤波 6 六 加权平均滤波 七 低通滤波 八 复合滤波 9 试绘出递推平均滤波算法的框图 并用汇编语言编写其程序 试绘出递推平均滤波算法的框图 并用汇编语言编写其程序 答 移动平均滤波的方法 每进行一次采样 就计算一次最近 N 个数据的平均值 1 0 1 N i inn x N y 移动平均滤波程序流程 程序清单见教材 10 试导出一阶高通数字滤波的差分方程 试导出一阶高通数字滤波的差分方程 7 第五章第五章 PID控制算法控制算法 1 试述试述P PI PD控制规律的特点以及连续控制规律的特点以及连续PID算式离散化的方法 算式离散化的方法 答 PID 调节器各校正环节的作用 1 比例环节 即时成比例地反应控制系统的偏差信号 e t 偏差一旦产生 调节 器立即产生控制作用以减小偏差 2 积分环节 主要用于消除静差 提高系统的无差度 积分作用的强弱取决于积分 时间常数 TI TI 越大 积分作用越弱 反之则越强 3 微分环节 能反应偏差信号的变化趋势 变化速率 并能在偏差信号的值变得太 大之前 在系统中引入一个有效的早期修正信号 从而加快系统的动作速度 减 小调节时间 模拟 PID 控制规律的离散化 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 数字 PID 控制器的差分方程 0 0 0 1 unununu unene T T ie T T neKnu DIP n i D I P 2 试述完全微分型试述完全微分型PID控制算法的两种表达式 并对增量式的程序流程作一说明 控制算法的两种表达式 并对增量式的程序流程作一说明 答 PID 算法的两种类型 1 位置型控制 0 0 1 unene T T ie T T neKnu n i D I P 2 增量型控制 2 1 2 1 1 nenene T T Kne T T KneneK nununu D P I PP 增量型 PID 算法的程序流程 1 增量型 PID 算法的算式 2 1 210 neaneaneanu 1 0 T T T T Ka D I P 2 1 1 T T Ka D P T T Ka D P 2 式中 8 2 增量型 PID 算法的程序流程 图 5 1 7 程序清单见教材 3 完全微分型完全微分型PID算式有何不足之处 如何克服 说明不完全微分型算式的实现方法 算式有何不足之处 如何克服 说明不完全微分型算式的实现方法 答 微分作用是按偏差的变化趋势进行控制 因此 微分作用的引入 有利于改善高阶系统 的调节品质 同时 微分作用会带来相位超前 每引入一个微分环节 相位就超前90 从 而有利于改善系统的稳定性 但微分作用对输入信号的噪声很敏感 因此对一些噪声比较大 的系统 如流量 液位控制系统 一般不引入微分作用 或在引入微分作用的同时 先对 输入信号进行滤波 另外 理想的微分作用 会由于偏差的阶跃变化而引起输出的大幅度变化 从而引起执 行机构在全范围内剧烈动作 这对控制过程往往是不利的 一 不完全微分型 PID 控制算法 1 不完全微分型 PID 算法传递函数 1 11 1 S K T ST ST KSG D D D I PC 二 微分先行和输入滤波 1 微分先行 微分先行是把对偏差的微分改为对被控量的微分 这样 在给定值变化时 不会 产生输出的大幅度变化 而且由于被控量一般不会突变 即使给定值已发生改变 被控量也是缓慢变化的 从而不致引起微分项的突变 微分项的输出增量为 9 1 ncnc T TK nu DP D 2 输入滤波 输入滤波就是在计算微分项时 不是直接应用当前时刻的误差 e n 而是采用滤波值 e n 即用过去和当前四个采样时刻的误差的平均值 再通过加权求和形式近似构成微分项 3 2 3 1 3 6 nenenene T TK nu DP D 4 3 2 2 6 1 2 6 nenenenene T TK nu DP D 4 如何改进数字如何改进数字PID算式 试对各种改进方法作一简要叙述 算式 试对各种改进方法作一简要叙述 5 何谓积分饱和 其影响如何 具体说明防止积分饱和的方法 何谓积分饱和 其影响如何 具体说明防止积分饱和的方法 答 积分作用虽能消除控制系统的静差 但它也有一个副作用 即会引起积分饱和 在 偏差始终存在的情况下 造成积分过量 当偏差方向改变后 需经过一段时间后 输出 u n 才脱离饱和区 这样就造成调节滞后 使系统出现明显的超调 恶化调节品质 这种由积分 项引起的过积分作用称为积分饱和现象 克服积分饱和的方法 1 积分限幅法 积分限幅法的基本思想是当积分项输出达到输出限幅值时 即停止积分项的计算 这时积分 项的输出取上一时刻的积 2 积分分离法 积分分离法的基本思想是在偏差大时不进行积分 仅当偏差的绝对值小于一预定的门限值 时才进行积分累积 这样既防止了偏差大时有过大的控制量 也避免了过积分现象 3 变速积分法 变速积分法的基本思想是在偏差较大时积分慢一些 而在偏差较小时积分快一些 以尽快消 除静差 6 简述简述PID调节器参数整定的方法及确定采样周期的主要依据 调节器参数整定的方法及确定采样周期的主要依据 答 PID 参数整定方法 理论计算法 依赖被控对象准确的数学模型 一般较难做到 工程整定法 不依赖被控对象准确的数学模型 直接在控制系统中进行现场整定 简单易 行 1 扩充临界比例度法 适用于有自平衡特性的被控对象 整定数字调节器参数的步骤是 1 选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下 2 去掉积分作用和微分作用 逐渐增大比例度系数直至系统对阶跃输入的响 P K 应达到临界振荡状态 稳定边缘 记下此时的临界比例系数及系统的临界振荡 K K 周期 K T 10 3 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 1 05 时 就可以认为 DDC 与模拟控制效果相当 4 根据选定的控制度 查表 5 3 2 求得 T KP TI TD 的值 2 扩充响应曲线法 适用于多容量自平衡系统 参数整定步骤如下 1 让系统处于手动操作状态 将被调量调节到给定值附近 并使之稳定下来 然后突然改 变给定值 给对象一个阶跃输入信号 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 5 3 1 所示 3 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 T 以及它们的比值 T 4 由求得的 T 及 T 查表 5 3 3 即可求得数字调节器的有关参数 KP TI TD 及 采样周期 T 3 归一参数整定法 令 K TT1 0 KI TT5 0 则增量型 PID 控制的公式简化为 KD TT125 0 2 25 1 1 5 3 45 2 neneneKnu P 改变 KP 观察控制效果 直到满意为止 选择采样周期应综合考虑的因素选择采样周期应综合考虑的因素 1 给定值的变化频率 加到被控对象上的给定值变化频率越高 采样频率应越高 以使给定值的改变通过采样迅速 得到反映 而不致在随动控制中产生大的时延 2 被控对象的特性 考虑对象变化的缓急 若对象是慢速的热工或化工对象时 T 一般取得较大 在对象变化较 快的场合 T 应取得较小 考虑干扰的情况 从系统抗干扰的性能要求来看 要求采样周期短 使扰动能迅速得到校正 3 使用的算式和执行机构的类型 采样周期太小 会使积分作用 微分作用不明显 同时 因受微机计算精度的影响 当采样 周期小到一定程度时 前后两次采样的差别反映不出来 使调节作用因此而减弱 执行机构的动作惯性大 采样周期的选择要与之适应 否则执行机构来不及反应数字控制器 输出值的变化 11 4 控制的回路数 要求控制的回路较多时 相应的采样周期越长 以使每个回路的调节算法都有足够的时间来 完成 控制的回路数 n 与采样周期 T 有如下关系 n j j TT 1 式中 Tj 是第 j 个回路控制程序的执行时间 12 第六章第六章 监控程序设计监控程序设计 1 监控程序包括哪些部分 简述各部分的作用 监控程序包括哪些部分 简述各部分的作用 答 通常由监控主程序 初始化管理 键盘管理 显示管理 中断管理 时钟管理 自诊断 手 自动控制等模块组成 2 试述一键一义和一键多义键盘管理的实现方法 并对它们的监控程序流程作一说明 试述一键一义和一键多义键盘管理的实现方法 并对它们的监控程序流程作一说明 答 一键一义 即一个按键代表一个确切的命令或一个数字 编程时只要根据当前按键的编 码把程序直接分支到相应的处理模块的入口 而无需知道在此以前的按键情况 一键多义 一个按键有多种功能 既可作多种命令键 又可作数字键 在一键多义的情 况下 一个命令不是由一次按键 而是由一个按键序列所组成 换句话说 对一个按键含义 的解释 除了取决于本次按键外 还取决于以前按了些什么键 因此对于一键多义的监控程 序 首先要判断一个按键序列 而不是一次按键 是否已构成一个合法命令 若已构成合法命 令 则执行命令 否则等待新按键输入 3 单片机测控系统中常见的中断源有哪些 说明中断的过程以及中断管理程序的设计方法 单片机测控系统中常见的中断源有哪些 说明中断的过程以及中断管理程序的设计方法 答 微机化测控系统中常见的中断源有 过程通道 实时时钟 面板按键 通信接口 系统 故障 4 试述时钟在微机化测控系统中的应用 并举例说明定时的实现方法 试述时钟在微机化测控系统中的应用 并举例说明定时的实现方法 5 如何实现手动操作以及手动如何实现手动操作以及手动 自动之间的无扰动切换 自动之间的无扰动切换 答 在用户RAM区中开辟一个输出控制值单元 作为当前输出控制量的映象 无论是手操 还是自动控制 都是对这一输出值的映象单元进行加或减 在输出模块程序作用下 输出通 道把此值送到执行机构上去 这样就用极其简单的方法实现了无扰动切换 6 为什么微机化测控系统要具备自检功能 自检方式有哪几种 常见自检内容有哪些 为什么微机化测控系统要具备自检功能 自检方式有哪几种 常见自检内容有哪些 答 自检就是利用事先编制的程序对测控系统的主要部件进行自动检测 以确定是否有故障 以及故障的内容和位置 自检是微机化测控系统应具备的基本功能之一 也是提高可靠性和 可维护性的重要手段之一 自检方式的三种类型 1 开机自检 在电源接通或系统复位之后进行 自检中如果没发现问题 就进入测量程序 如果发现问题 则及时报警 2 周期性自检 在测控系统运行过程中 间断插入的自检操作 这种操作可以保证测控系统在使用过程中一 直处于正常状态 周期性自检不影响测控系统的正常工作 因而只有当出现故障给予报警时 用户才会觉察 3 键盘自检 具有键盘自检功能的测控系统面板上应设有 自检 按键 当用户对系统的可信度发出怀疑 时 便通过该键来启动一次自检过程 13 第七章第七章 抗干扰技术抗干扰技术 1 电路输入阻抗高是否容易接收高频噪声干扰 为什么 电路输入阻抗高是否容易接收高频噪声干扰 为什么 2 接地方式有哪几种 各适用于什么情况 接地方式有哪几种 各适用于什么情况 串联单点接地 并联单点接地 多点接地 两个或两个以上的电路共用一段地 线 各个电路的地线只在一点 系统地 汇合 各个电路或元件的地线 以最短的距离就近连到 地线 所用地线少 所用地线多 地线短 底板表面镀银 低频有地线公共阻抗耦合噪声 低频没有公共阻抗耦合噪声 低频有公共阻抗耦合噪 声 主要用于低频 低于 1 兆赫 系统 主要用于高频系统 3 信号传输线屏蔽层接地点应怎样选择 信号传输线屏蔽层接地点应怎样选择 答 信号传输线屏蔽层必须妥善接地 才能有效地抑制电场噪声对信号线的电容性耦合 但 同时又必须防止通过屏蔽层构成低阻接地环路 当放大器接地而信号源浮地时 屏蔽层的接 地点应选择在放大器的低输入端 当信号源接地而放大器浮地时 信号传输线的屏蔽应接到 信号源的低端 4 何谓 接地环路 它有什么危害 应怎样避免 何谓 接地环路 它有什么危害 应怎样避免 答 1 当信号源和系统地都接大地时 两者之间就构成了接地环路 2 由于大地电阻和 地电流的影响 任何亮点接地点的电位都不相等 通常信号源和系统之间的距离可达数m至 数十m 此时这两个接地点之间的电位差的影响将不能忽视 在工业系统中 这个地电压常 常是一个幅值随机变化的50Hz的噪声电压 两个接地点之间的电位差 地电压 将产生共 模干扰 3 如何避免 改成一点接地 并保持信号源与地隔离 5 屏蔽有哪几种类型 屏蔽结构有哪几种形式 屏蔽有哪几种类型 屏蔽结构有哪几种形式 答 有以下三种类型 静电屏蔽 电磁屏蔽 磁屏蔽 消除静电干扰 抑制高频电磁场的干扰 防止低频磁场干扰 选用低电阻材料作屏蔽盒 选用低内阻的金属材料 用高导磁材料 制成屏蔽罩 屏蔽盒都应用良好的接地 屏蔽盒都应用良好的接地 屏蔽结构形式主要有屏蔽罩 屏蔽栅网 屏蔽铜箔 隔离仓和导电涂料等 14 6 为什么长线传输大都采用双绞线传输 为什么长线传输大都采用双绞线传输 答 由传感器来的信号线有时长达数百米甚至上千米 干扰源通过电磁或静电耦合在信号线 上的感应电压数值是相当可观的 为了实现双线平衡传输 通常采用双绞线 双绞线由于双 线绞合较紧 各方面处于基本相同的条件 因此有很好的平衡特性 而且双绞线对电感耦合 噪声有很好的抑制作用 长线感应干扰的抑制方法 1 采用双线传输 单线传输 单端对地输入方式 双线传输 双端对地差动输入方式 传输线上的感应电压和地电压 传输线上的感应电压和地电压 都会形成干扰 不会形成干扰 2 采用电流信号传输 3 采用数字信号传输或频率信号传输 7 为什么光电耦合器具有很强的抗干扰能力 采用光电耦合器时 输入输出部分能否共用电 源 为什么 为什么光电耦合器具有很强的抗干扰能力 采用光电耦合器时 输入输出部分能否共用电 源 为什么 答 抑制干扰的原理 电 光 电 转换在完全密封条件下进行 不会受到外界光的影响 光耦合器的输入阻抗很低 干扰源的内阻一般很大 使馈送到光电耦合器输入端的噪声自 然很小 不能使二极管发光 从而被抑制掉 光耦合器的输入端与输出端的寄生电容极小 而绝缘电阻又非常大 因此光耦合器一边的 各种干扰噪声都很难通过光耦合器馈送到另一边去 在光电耦合器的输入部分和输出部分必须分别采用独立的电源 如果两端共用一个电 源 则光电耦合器的隔离作用将失去意义 8 什么叫 共地 什么叫 浮地 各有何优缺点 什么叫 共地 什么叫 浮地 各有何优缺点 答 如果系统地与大地绝缘 则该系统称为浮地系统 浮地系统的系统地不一定是零电位 如果把系统地与大地相连 则该系统称为共地系统 共地系统的系统地与大地电位相同 常 用的工业电子控制装置宜采用共地系统 它有利于信号线的屏蔽处理 机壳接地可以免除操 作人员的触电危险 如采用浮地系统 要么使机壳与大地完全绝缘 要么使系统地不接机壳 9 何谓 共模干扰 何谓 差模干扰 应如何克服 何谓 共模干扰 何谓 差模干扰 应如何克服 答 共模干扰是在信号线与地之间传输 属于非对称性干扰 是由于两个信号输入电路上所 加的共模电压VG引起的 要抑制共模干扰 必须从两方面着手 一方面要设法减少共模电 压Ucm 另一方面要设法减少共模增益Kc或提高共模抑制比CMRR 接地和屏蔽是减少Ucm 15 的主要方法 下面是其它抑制共模干扰的措施 隔离变压器 纵向扼流圈 光电隔离器 浮置技术 浮动电容切换法 所谓差模噪声可以简单地认为是与被测信号叠加在一起的噪声 它可能是信号源产生 的 也可能是引线感应耦合的 正因为差模噪声与被测信号叠加在一起 所以对信号就会形 成干扰 即差模干扰 抑制差模干扰除了从源头上采取措施切断噪声耦合途径另一方面就是 利用干扰与信号的差别把干扰消除掉或减到最小 常用措施有 频率滤波法 积分法 电平 鉴别法 脉宽鉴别法 10 如何抑制来自电源与电网的干扰 如何抑制来自电源与电网的干扰 答 1 电源滤波和退耦 2 采用不间断电源和开关式直流稳压电源 3 系统分别供电和 采用电源模块单独供电 4 供电系统馈线要合理布线 11 在印刷电路板上用地线隔开输入与输出线能抑制干扰吗 为什么 在印刷电路板上用地线隔开输入与输出线能抑制干扰吗 为什么 答 单元电路的输入和输出线 应当用地线隔开 由于输出线和输入线之间有地线 起到屏 蔽作用 消除了寄生电容和寄生反馈 12 在软件抗干扰中有哪几种对付程序 乱飞 的措施 各有何特点 在软件抗干扰中有哪几种对付程序 乱飞 的措施 各有何特点 13 何谓软件冗余技术 它包括哪些方法 何谓软件冗余技术 它包括哪些方法 答 软件冗余是一种由于干扰而使运行程序发生混乱 导致程序乱飞或陷入死循环时采取使 程序纳入正规的措施 包括指令冗余技术 NOP的使用 重要指令冗余 时间冗余 重复 检测法 重复输出法 指令复执技术 程序卷回技术 延时避开法 14 何谓软件陷阱 软件陷阱一般设置在程序的什么地方 何谓软件陷阱 软件陷阱一般设置在程序的什么地方 答 1 软件陷阱 就是用引导指令强行将捕获到的乱飞程序引向复位入口地址 0000H 在 此处将程序转向专门对程序出错进行处理的程序 使程序纳入正轨 2 软件陷阱的安排 1 未使用的中断区 2 未使用的 EPROM 空间 3 非 EPROM 芯 片空间 4 运行程序区 5 中断服务程序区 6 RAM 数据保护的条件陷阱 15 何谓 看门狗 技术 有哪些实现方法 何谓 看门狗 技术 有哪些实现方法 答 看门狗 技术就是不断监视程序循环运行时间 若发现时间超过已知的循环设定时间 则认为系统陷入了 死循环 然后强迫程序返回到 0000H 入口 在 0000H 处安排一段出错 处理程序 使系统运行纳入正规 看门狗 技术既可由硬件实现 也可由软件实现 还可由两者结合来实现 16 第八章第八章 微