计算机控制系统 试卷及答案 卷3

计算机控制技术课程试卷及答案c

一、填空（每小题3分，共18分）

1>DDC是_________________________________________________________

2、外部总线主要用于________________________________________________

3、计算机控制系统软件可分为_______________________________________

_________________________________________________________三部分。

4、MODBUS协议是________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________O

5、现场总线的本质是________________________________________________

6、电磁兼容的含义是________________________________________________

二、简答题（每小题3分，共18分）

1、什么是OPC?

2、什么是嵌入式控制系统？

3、什么是工业以太网？

4、画出炉温串级控制系统图，说明主、副回路的组成。

5、什么是智能制造系统？

6、机器人前沿技术主要包括哪些内容？

得分阅卷人

三、数据采集系统设计（18分）

设计ADS1213与STM32F103接口的12位AD转换电路，它能对四个差动通

道的模拟量（。〜5V）进行采集。

1.画出电路图；

2.写出程序设计步骤，编写AD转换程序；

3.若0〜5V对应的压力测量范围为0℃〜2000Pa,写出压力与采样值的函

数表达式。当采样值为2900时，对应的压力是多少？

得分阅卷人

四、过程输出通道设计（18分）

设计AD5410与STM32F103接口的12位D/A转换电路。

1.画出电路图；

2.写出程序设计的步骤；

3.若。〜4095的数字量输入对应4〜20mA的输出，写出电流I与数字量D

的函数表达式。当数字量D为2800时，对应的电流输出I是多少？

五、模拟量输入通道设计（10分）

采用74HC273八D锁存器、74HC14反相器、CD4051模拟开关扩展16通道

（AIN0-AIN15）单端模拟量输入电路，要求:

1.画出16通道单端模拟量输入电路图；

2.写出通道控制字；

3.如选择AIN12通道，通道控制字是什么？

4.任选一种语言，编写通道选择程序。（口地址为8000H）

得分阅卷人

六、综合设计（18分）

设有一温度控制系统，温度检测范围是0℃到1000C,温度控制指标是

750℃±2℃,用12位AD转换器采集温度，用12位DA转换器控制执行机构，

以调节炉温。

1.写出PID增量算式；

2.若Kp=3.0,KP是比例带，T尸0.2分,X是积分时间,Td=6秒,Td是微分时诃；

T=0.2秒，T是采样周期，测量温度值Y（k）=745,Y（k-1）=753,Y（k-2）=756,求

△U（k）；

3.若U(k・U)=2900,求U(k)；

4.若输出电流为4〜20mA,计算U(k)对应的输出电流;

5.画出单回路温度控制系统的结构图。

答案：

试卷C

一、填空

I.【答案】

用一台计算机对多个被控参数进行巡回检测，检测结果与给定值进行比较，并按预定的

数学模型(如PID控制规律)进行运算，其输出直接控制被控对象，使被控参数稳定在给

定值上。

2.【答案】

计算机系统与系统之旬或计算机系统与外部设备之间的通信。

3.【答案】

系统软件、应用软件和支持软件。

4.【答案】

应用于PLC或其他控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器之间、控制器通过

网络(如以太网)和其他没备之间可以实现串行通信，采用MODBUS协议，不同厂商生产

的控制设备可以互连成工业网络，实现集中监控。

5.【答案】

现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散功能块、通信线供电、开放式互连网络。

6.【答案】

首先，电子设备或系统内部的各个部件和子系统、一个系统内部的各台设备乃至相邻几

个系统应具有一定的电磁敏感度，以保证它们对电磁干扰具有一定的抗扰度；其次，该设备

或系统自己产生的电磁噪声必须限制在一定的电平，使由它所造成的电磁干扰不致对它周围

的电磁环境造成严重的污臾和影响其他设备或系统的正常运行。

二、简答题

I.【答案】

OPC是OLEforProcessControl的简称，即用于过程控制的对象连接与嵌入，是用于工

业控制自动化领域的信息通信接口技术。

2.【答案】

嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用

系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的计算机系统。

3.【答案】

工业以太网是按照工业控制的要求，发展适当的应用层和用户层协议，使以太网和

TCP/IP技术真正能应用到控制层，延伸至现场层，而在信息层又尽可能采用IT行业一切有

效而又最新的成果。

4.【答案】

炉温与煤气流量的串狭控制结构图如卜.:

为了及时检测系统中可能引起被控量变化的某些因素并加以控制，在该炉温控制系统的

主回路中，增加煤气流量控制副回路，构成串级控制结构，如上图所示。图中主控制器。

和副控制器4"）分别表示温度调节器TC和流量调节器FC的传递函数。

5.【答案】

智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动，并将这种智能活动与智能机器有

机融合，将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起

来的能发挥最大生产力的先进生产系统。

6.【答案】

机器人前沿技术主要包括如下内容：

⑴结构化/非结构化/有不确定性等特征的复杂环境及高难度作业要求下的灵巧操作技

术。

⑵自主导航技术。

⑶环境感知技术。

⑷人-机器人交互、人-机器人协同作业的安全性保障技术等。

三、数据采集系统设计

【答案】

1.ADS1213与STM32F103接口的12位A-D转换电路图如下：

2.程序设计步骤如下：

①写指令寄存器，设置操作模式、操作地址和操作字字节。

②写命令寄存器，设置偏置电压、基准电压、数据输出格式、串行引脚、通道选择、增益

大小等。

③轮询DRDY输出。

④从数据寄存器读取数据。循环执行最后两步，直至取得所需的数据。

A-D转换程序首先进行GPIO的初始化，ADS1213初始化，然后调用发送一个字节命

令函数，写指令寄存器，最后再调用读取转化结果函数，将转化后的结果赋值给ADValueH、

ADValueM和ADValueL三个全局变量。使用到的子函数如下：

(1)STM32的GPIO初始化函数

//***********************************************1*****************************

〃STM32的GPIO初始化，入口参数无，出口参数无。

〃***********************************************x*****************************

voidGPIO_Configuration(void)

(

GPIO_InitTypcDcfGPIO_InitStructurc;

/*PA1和PA4浮空输入*/

GPIOJnitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_l|GPIO_Pin_4;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;

GPIOJnit(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

/*PA2PA3PA5推挽输出*/

GPIOJnitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_5;

GPIOJnitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Modc_Out_PP;

GPIO_InilStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIOJnit(GPIOA,&GPIOJnitStructure);

(2)发送一个字节命令函数

〃***********************************************x*****************************

〃向ADS1213发送一个字节命令，入口参数：一个字节：出口参数无。

voidADS1213_WRCmd(u8command){

u8number=0x08;

while(number—){

if(command&0x80){

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);

}else{

GPlO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);

ADS⑵3_SCLK。；〃--个时钟周期脉冲

command«=I;

1

return;

（3）读转化结果函数

〃***********************************************x*****************************

〃从ADS1213读取一个字节，入口参数无，出口参数一个字节。

//***********************************************x*************************》***

u8ADS1213_RDData(void){

□8value=0,number=0x08;

ul6variable;

while(numbcr-){

value«=1;

ADS1213_SCLK[);〃一个时钟周期脉冲

variable=GPIOA->IDR;

invariable&0x0008){

value|=0x01;

}else{

value&=(~0x01);

retum(value);

)

(4)ADS1213初始化函数

//*********************************************木*X********************木木木

〃对ADS1213进行初始化，入口参数无，出口参数无。

〃***********************************************X*************************今***

voidADS1213」nit(void)

(

GPIO_ResetBits(GP[OA,GPIO_Pin_5);//CS端置0

while(!(GPIOA->IDR&GPIO_Pin_l));

while(GPIOA->IDR&GPIO_Pin_l);

delay」us⑻；

ADSI213_WRCmd(0x64);〃写INSR寄存器，准备操作32位CMR

delay_lus(10);

ADS⑵3_WRCmd(0x52);〃写CMR3寄存器，单极性，串行数据从SDOUT输出

ADS12l3_WRCmd(0x00);〃写CMR2寄存器，正常操作

ADSI2l3_WRCmd(0x8l);〃写CMRI寄存器，漕强模式率16

ADS1213_WRCmd(OxOO);〃写CMR0寄存器与CMR1寄存器决定采样精度和数据

〃输出速率有效分辨率为21位fDATA=976Hz,

〃每次转换时间约为1ms

return;

（5）读取转化结果函数

//*************************************************

〃从ADS1213读取转化结果，入口参数无，出口参数无。

voidADS1213_RD_Result(void){

while(!(GPIOA->IDR&GPIO_Pin_l));

while(GPIOA->IDR&GPIO_Pin_l);

delay_lus(8);

ADS1213_WRCmd(0xA0);

delay_lus(10);

ADValueH=ADS1213_RDData();

ADValueM=ADS1213_RDData();

ADValucL=ADS1213_RDData();

return;

(6)产生ADS12I3所需的一个时钟周期函数

//木木***木*木**********木木***木********本**************x******木***太**木***木****木***木木木

〃产生ADSI2I3所需的一个时钟周期，入口参数无，出口参数无。

〃***********************************************X****************：§：********今***

voidADS1213_SCLK(void){

GPIO_SctDiu(GPIOA.GPIO_Pin_2);

delay」us⑸；//时钟高电平约5us

GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);

delay_lus(5);//时钟低电平约5us

return;

3.由题意可知：Ao=OcC,Am=2000,N„,=2,2-1=4095o

由标度变换公式可知：

M

Ax=(Am—Ao)+Ao=x(2000-0)+0

4095

M

即Av=--x2000o

4095

200()

当采样值为2500时，此时的温度Av=--x2900=1416.3℃。

4095

四、过程输出通道设计

【答案】

1.AD5410与STM32F103接口的12位D-A转换电路图如下:

STM32F1O3AD54I0

AVDDO+I5V

FAUIJT,OUT

SDINBOOST

SDC)IT

SCLKREEOUT

CLEARREFIN

LATCHDWc

SELECT

GND

2.程序设计的步骤为：

①通过控制寄存器进行软件复位。

②写控制寄存器。设置是否启用外部电流设置电阻、是否启用数字压摆率控制、是否

启用菊花链模式、电流输出范围，并使能输出。

③写数据寄存器。设置要输出的电流大小。

④不再需要电流输出时，写控制寄存器，关闭输出功能。

3.电流I与数字量D的函数表达式为：

由题意可知：Ao=4"M,A〃=20〃N,M„=212-1=4095O

N-NN

A=—―4)+4=^M20-4)+4

N、「NQ”为4095

当数字量为2800时代入上式，其对应的电流输出为：

2X()()

A=-----X(20-4)+4=14.94/77A

4095

五、模拟量输入通道设计

【答案】

1.16通道单端模拟量输入电路图

CD4051

+5V

D0~D774HC27312V—Vpo0—AINO

2VCCJ-6V—%1—AIN1

笫IQA2—AIN2

22QD15J—AIN3

•3Q

黑c4——AIN4

4Q

5QINH5—AIN5

黑6QCOM6——AIN6

7Q%7—AIN7

m8Q匚

dKCLR

cECD405I

Hs-H=H>+5V

bGN4D12V———AIN8

-6V——AIN9

—AIN1O

一AIN11

—AIN12

—AIN13

AD

—AINU

转换器

JT—AINI5

2.通道控制字：AIN0~AIN15对应的通道