微型计算机技术复习笔记.doc

1多路开关的主要用途 (1)把多个模拟量参数分时地接通送入 A/D 转换器即完成多到一的转换。称为多路开关。 (2)把经计算机处理后输出 且由 D/A 转换器转换成的模拟信号按顺序输出到不同的控制回路/外部设备， 即完成一到多的转换。称多路分配器2多路开关的工作原理多路开关主要用于把多个模拟量参数分时地接通，常用于多路参数共用一台A/D转换器的系统中，完成多对一的转换。2.半导体多路开关 特点（1）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排（2）直接与 TTL（或 CMOS）电平相兼容；（3）内部带有通道选择译码器，使用方便；（4）可采用正或负双极性输入；（5）转换速度快， 6）寿命长，无机械磨损；（7）接通电阻低，一般小于100,有的可达几个。 （8）断开电阻高，通常达109以上。 3采样保持器工作原理（1）SH 有两种工作方式： 采样方式 采样保持器的输出跟随模拟量输入电压。 保持方式 采样保持器的输出保持在命令发出时刻的模 拟量输入值，直到保持命令撤消（即再度接到 采样命令）时为止。4采样保持器（Sample/Hold）的用途（1）保持采样信号不变，以便完成 A/D 转换；（2）同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；（3）减少 D/A 转换器的输出毛刺，从而消除输出电压 的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；（4）把一个 D/A 转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出的稳定性。保持电容的影响：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。5根据转换结束信号EOC的不同接法，能构成哪几种A/D工作方式？具体怎样接线？根据转换结束信号EOC的不同接法，能构成的工作方式有： 查询方式：EOC接一根口线。? 中断方式：EOC接中断申请线INT0或INT1。? 延时等待方式 6A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？答：A/D转换器是在数据进入微型计算机之前，把模拟量转换成数字量D/A转换器是把经过微型计算机处理后的数据由数字量转换成模拟量8在数据采集系统中，是不是所有数据输入系统都需要采样保持器？为什么？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，A/D转换器时间足够短，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。9A/D,D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么用途？答：在工业生产过程中，一方面被测参数都是连续变化的模拟量。而微型计算机处理的数据只能是数字量，所以数据在进入微型计算机之前，必须把模拟量转换成数字量，这就要用到A/D转换器另一方面，由于大多数执行机构都只能接受模拟量，为了控制执行机构，经微型计算机处理后的数据还必须再转换成模拟量，这就需要D/A转换器。可见，A/D和D/A转换是微型计算机接收、处理、控制模拟量参数过程中不可缺少的环节。10串行A/D转换器有什么特点适应对数据采样频率要求不是特别高的应用场合，使用方便；外部接口电路（如MAXl224/MAXl225系列）简单，其串行接口也易于与单片机连接，而且占用单片机口线少，所以设计和调试都非常容易；综合以上两点可以看出，串行A/D转换器性能优良、功耗低、精度高、可靠性好、接口简便，实用价值高11在工业过程控制中，键盘有几种? 它们各有什么特点和用途?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12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13按键防抖动技术多数键盘的按键均采用机械弹性开关。一个电信号通过机械触点的断开、闭合的过程，完成高低电平的切换。由于机械触点的弹性作用，一个按键开关在闭合及断开的瞬间必然伴随有一连串的抖动。为了使CPU对一次按键动作确认一次，必须消除抖动的影响。 防抖的措施： 硬件防抖技术：滤波防抖电路、双稳态防抖电路 软件防抖技术：软件延时 14编码键盘和非编码键盘有什么区别？在接口电路与软件设计上有什么区别非编码键盘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。 编码键盘内部设有键盘编码器，被按下的键号由编码器直接给出，同时具有防抖和解决重键等功能。非编码键盘接口电路复杂而编码键盘接口电路简单15说明动态显示与静态显示的的特点及各自的用途动态显示是每一时刻只有一位在显示，而且按照一定的周期循环显示，由于循环周期比较快，所以人眼看到的仍然是一个多位同时显示。静态显示是各位一起显示。动态显示用于仿真器，而静态显示则用于工业过程控制和智能化仪表。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。16什么叫重建？计算机如何处理重键重键是指一次按键产生多次击键的效果，编程时，将键的释放作为按键的结束。17键盘锁定技术 原因： 为了防止无意按键给系统带来破坏性的影响，常常在键盘上加锁。常用的键盘锁定的方法: 通过标志状态位进行控制。 将“锁”加在键值锁存器的控制信号上，通过改变控制信号的状态，来控制键盘的“锁定” 及“打开”。18复合键 目的： 采用复合键可使少量键具有更多控制功能。作法定义一个引导键。 只有该键与其它键同时按下时 ( 即按住引导键不放 ) ，才形成一个复合键，执行复合键相应的功能。19多功能键 根据一个键按下的次数,同时配合一个启动键,可使一个键具有多种功能。 作法: 选择一个 RAM 单元，对按下次数进行计数， 按下启动键后，当前计数值有效，不同的计数值转入相应的功能程序。20LCD 是借助外界光线照射液晶材料而实现显示的被动显示器件。工作原理：液晶材料被封装在上、下两片导电玻璃电极板之间 由于晶体的四壁效应，使其分子彼此正交，并呈水 平方向排列于正（上）、背（下）玻璃电极之上， 而其内部的液晶分子呈连续扭转过渡，从而使光的偏振方向产生 90旋转。21LCD的驱动方式1. 直接（静态）驱动方式 直接驱动的 LCD 电路中， 显示器件只有一个背极， 每个字符段都有独立的引脚。 采用异或门进行驱动 通过对异或门输入端电平的控制字符段显示或消隐。2. 多极驱动方式 具有多个背极的驱动方式。22报警方式：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，报警程序可分为 简单的越限报警程序； 报警处理程序。23LED发光二极组成的段数码管显示器发光二极组成的段数码管显示器就其结构来讲有哪两种接法？不同接法对字符显不同接法对字符显示有什么影响？答：共阴极：共阴极LED数码管的发光二极管的阴极共地，当某个发光二极管的阳极电压为高电平时，二极管发光。 共阳极：共阳极LED数码管是发光二极管的阳极共接，当某个发光二极管的阴极电压为低电平时，二极管发光。24多位LED显示器显示方法有哪两种？两种显示都需要解决的问题是什麽？ 怎样解决？一种是动态显示，另一种是静态显示。两种显示方式都需要解决的问题是将待显示的字符变成LED显示码，即译码。可以用硬件译码器实现，也可以用软件程序完成25 8多位LED显示器显示方法有几种？它们各有什么特点？LED静态显示方式 静态显示方式的特点： （1）每块显示器件都处于选通状态 （2）只要控制显示位的段选码，就可显示出相应的字符 （3）每一位都可独立显示，在同一时刻每一位显示的字符可以不同 静态显示方式的缺点： （1）需要N8根I/O口线，占用的I/O资源较多 （2）显示位比较多时，硬件线路比较复杂，成本增加 LED动态显示方式 LED动态显示就是将所有显示位的段选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，而位选线则由其他的I/O口控制，实现各位的分时选通。 8位动态LED显示电路只需要两个8位的I/O口 一个控制位选码I/O（1） 一个控制段选码I/O（2） 由于所有位的段选码由一个I/O口控制，因此要使每位显示不同的字符，必须采用扫描显示方式，即每一时刻选通一个显示位。同时段选控制I/O口输出要显示字符对应的段选码，使该位显示相应的字符。显示一段时间后，再选通下一显示位。如此循环下去。每一时刻只能选择一位。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。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。26重键与连击的处理 按键的确定方法:(1) 按下时间最长的为当前按键 (2) 最先按下的键为当前按键，(3) 最后释放的键看成是输入键。4) 采用单键按下有效，多键同时按下无效。27光电隔离技术原理：当发光二极管有正向电流通过时，即产生红外光。光敏三极管接收光以后便导通。而当该电流撤去时，发光二极管熄灭，三极管截止。作用通过电光电的转换实现对输出设备进行控制的，彼此之间没有电气连接，因而起到隔离作用，利用这种特性即可达到开关控制的目的。提高系统的抗干扰能力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可控硅晶闸管工作原理当阳极的电位28软件报警的实现方法 软件报警程序 把被测参数经传感器，变送器、模数转换器，送到微型机后，再与规定的上、下限值进行比较，根据比较的结果进行报警或处理，整个过程都由软件实现。硬件报警 报警要求直接由传感器产生 利用开关量信号，通过中断的办法来实现对参数或位置的监测。29PWM调速系统的工作原理。答：PWM调速：采用脉冲信号作为电机的控制信号，通过改变脉冲信号的占空比实现对电机速度的控制。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。（）开关SW1和SW4闭合时，电机全速正转；开关SW2和SW3闭合时，马达全速反转。 SW2 和 SW4（或SW1和SW4）闭合时，电机绕组被短路，电机处于刹车状态。将四个开关全部打开，电机自由滑行）30 PWM控制意味着什么？它有什么作用？微型机控制系统中是怎样实现的？PWM是脉冲宽度调速系统，它用来控制马达的转速和方向。其方法是通过改变对电机的通电时间达到调整电机转速的目的。具体作法是，首先根据电机转速的要求，确定占空比，即通电时间与通电周期之比，再按照通、断电时间送出控制模型，使电机按要求的转速运转。方向是通过改变4个开关的通电状态来实现的。 31开环脉冲宽度调速系统五部分组成1占空比D的设定（通过开关给定，用电位器给定，由拨码键盘给定）2）脉冲宽度发生器3 驱动器4电子开关5电动机32闭环调速系统。在开环系统的基础上增加电机速度检测回路即构成闭环系统，意在将检测到的速度与给定值进行比较，并由数字调节器（PID调节器或直接数字控制）进行调节。测速发电机(1)将转子转速转换成电信号的装置。(2)根据结构及工作原理不同测速发电机分:直流测速发电机、交流测速发电机两种。(3)交流测速发电机分为 同步测速发电机、异步测速发电机两种形式。(4)同步测速发电机有永磁式、感应式和脉冲式； 异步测速发电机按其结构可分为鼠笼式和杯形转子两种33测速发电机 输出电压的幅值与转子的速度成正比,转子转向相反时，输出电压的相位也相反步进电机实际上是一个数字角度转换器，也是一个串行的数模转换器。错齿是促使步进电机旋转的根本原因。步进电机控制系统主要是由步进控制器、功率放大器及步进电机组成。步进控制器 作用:把输入的脉冲转换成环型脉冲，以便控制步进电机，并能进行正、反向控制。功率放大器 把控制器输出的环型脉冲放大，以驱动步进电机转动。 35步进电机的方向控制方法是1用微型机输出接口的每一位控制一相绕组。2根据所选定的步进电机及控制方式，写出相应控制方式的数学模型36步进电机程序设计的主要任务是：判断旋转方向；按顺序传送控制脉冲；判断所要求的控制步数是否传送完毕37滤波。目的：提高信/噪这就是数字滤波。方法： 模拟滤波 数字滤波38数字滤波器的优点无需增加任何硬设备。系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题。可多通道共享，从而降低了成本。可以对频率很低(如0.01Hz)的信号进行滤波。使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤 波方法，或改变滤波器的参数。39数字滤波的几种常用方法：（1）程序判断滤波（2）中值滤波（3）算术平均值滤波（4）加权平均值滤波（5）滑动平均值滤波6）RC低通数字滤波7）复合数字滤波 Y如何确定，其值越大越好吗？可根据经验获得，必要时由实验得出。 太大，会使系统误差增大；太小，使计算机采样效率降低。40平均滤波有几种？并说明各自的特点。平均滤波有三种：算术平均滤波、加权平均滤波、滑动平均滤波。算术平均滤波每一次采样值所占的比例均相等；加权平均滤波则每次采样值所占的比例不等，可以突出某些部分，使其所占的比例增大，但各次采样的系数总和为Ci=0；而滑动平均滤波则是每次只更新一个采样值，因而采样速度快。 41说明算术平均滤波、加权平均滤波和滑动平均滤波之间的区别以及各自的用途算术平均滤波每一次采样值所占的比例均相等；可用于任何场合，如压力、流量等。加权平均滤波则每次采样值所占的比例不等，可以突出某些部分，使其所占的比例增大，但各次采样的系数总和为Ci=0；这种滤波主要用于那些想突出采样的某些部分的场合。而滑动平均滤波则是每次只更新一个采样值，因而采样速度快。此滤波主要用于实时性要求比较快的场合。标度转换在工程上的意义标度变换将数字量变成人们熟悉的十进制工程亮，便于操作人员对生产过程进行监视和管理41为什么要进行标度变换 生产中的各个参数都有着不同的数值和量纲如测温元件用热 电偶或热电阻，温度单位为为进一步进行显示、记录、打印以及报警等操作，必须把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。42为什么采用量程自动转换技术？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量程自动转，如果传感器和显示器的分辨率一定，而仪表的测量范围很宽时，为了提高测量精度，智能化测量仪表应能自动转换量程。43计算机控制主要任务1程序和顺序控制2比例积分微分控制3直接数字控制4最优控制5模糊控制44PID调节的实质就是根据输入的偏差值，按比例、积分、微分的函数关系进行运算，运算结果用以控制输出。45比例调节的优缺点 优点:调节及时 调节作用强。缺点: 存在静差。 对于扰动较大，惯性也较大的系统，纯比例调节就难以兼顾动态和静态特性46积分作用的特点 调节作用的输出与偏差存在的时间有关，只要偏差存在调节器的输出就会随时间增长，直至偏差消除。积分作用能消除静差。 （2）积分作用缓慢，且在偏差刚刚出现时，调节作用很弱，不能及时克服扰动的影响，致使被调参数的动听偏差增大，比例积分即克服了单纯比例调节存在静差的缺点，又克服了积分作用调节慢的缺点，即静态和动态特性都得到了改善47微分作用的特点 其输出只能反映偏差出入变化的速度，对于一个固定的偏差，不论其数值多大，都不会引起微分作用，因此，它不能消除静差，而只是在偏差刚刚出现时产生一个大的调节作用。48PID调节系统中，微分调节起何作用？为什麽在有些系统中采用不完全微分算式，它与常规算式有哪些区别？微分的作用是加快调整速度。由于微分只存在于瞬间，因而有时会使系统产生震荡，而使调节品质下降。为了避免震荡，在一些系统中采用不完全微分算法，它的基本思想是使微分作用漫漫减弱，以避免由于微分突然下降到0而产生震荡。49增量控制优点：(1)由于计算机输出增量，误动作影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉；(2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。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？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？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。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？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、积分饱和现象是如何产生的？如何消除？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。50在 PID 调节器中系数 Kp、 Kd、 Ki 各有什么作用？它们对调节 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 境地提高系数 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， 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 偏差，其输出的调节作用便随时 间不断加强，直到偏差为零。在 被调量的偏差消除后，由于积分 规律的特点，输出将停留在新的 位置而不回复原位，因