《微型计算机控制技术（第2版）潘新民》全书课后习题答案完整版

《微型计算机控制技术（第2版）潘新民》全书课后习题答案完整版第一章绪论习题1题目：微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分作用？

答案：主机（CPU+内存）：系统核心，完成信号采集、控制算法运算、逻辑判断、故障报警、数据管理，输出控制决策。I/O输入输出通道：微机与被控对象的信号桥梁。模拟输入通道：把连续模拟量转换成数字量；模拟输出通道：把数字量还原为连续模拟控制信号；数字量I/O：开关量、继电器、电平信号传输。外部设备（外设）：人机交互与数据存储。键盘、显示器、打印机、外存、操作操作台，实现参数设置、状态显示、报表打印。被控对象与执行机构：生产设备、调节阀、电机、传感器，完成生产工艺动作。习题2题目：微机控制系统软件包含哪几类？

答案：系统软件：操作系统、故障诊断程序、编译开发工具、数据库管理程序。应用软件（控制程序主体）数据采集与处理：巡回检测、数字滤波、标度变换；控制算法程序：PID、最少拍、大林算法；人机程序：显示、按键、上下限报警；输出驱动、事故处理、通信程序。数据库：保存历史参数、设定值、生产记录。习题3题目：微机控制系统分为哪几种类型？

答案：操作指导控制系统；直接数字控制系统（DDC）；监督计算机控制系统（SCC）；分布式控制系统DCS；现场总线控制系统FCS。第二章输入输出通道与数据采集习题1题目：采样有几种方法？区别是什么？

答案：实时采样（等间隔采样）：固定周期定时采样，适合周期平稳信号，最常用；同步采样：以被测信号周期为基准整周期采样，用于谐波分析；异步采样（非均匀采样）：采样间隔随机可变，多用于自适应控制。习题2题目：采样周期是不是越小越好？为什么？

答案：

不是。采样周期过小：数据量急剧增加，CPU运算负荷过大，容易出现程序溢出、实时性变差；硬件开销增大，A/D频繁启动转换，器件损耗大；受硬件转换速度限制，采样频率无法无限提高。

工程上按照香农采样定理：采样频率≥2倍信号最高频率，再兼顾CPU负载合理选取。习题6题目：采样保持器的作用？保持电容大小带来什么影响？

答案：

作用：保证A/D转换期间输入模拟电压保持恒定，避免信号变化造成转换误差，适用于快速变化的模拟信号。

电容特性：电容小：充电快，跟随输入信号能力强；但保持阶段漏电快，电压跌落严重，保持精度差；电容大：保持电压稳定，精度高；但是充电缓慢，对快速信号跟踪滞后。习题7题目：所有模拟输入通道都必须加装采样保持器吗？

答案：

不需要。如果A/D转换完成时间远小于被测信号的变化速率，在转换过程中输入电压几乎不变，就可以省略采样保持电路。只有电压变化较快的信号才必须配置采样保持器。习题9题目：多路模拟开关CD4051如何构成32路采集通道？

答案：

1片CD4051为8通道。搭建32路需要4片CD4051。共用A、B、C三位通道地址，选择片内0~7通道；额外增加2位译码信号，经译码器选通4片芯片，构成5位地址（共32路）；同一时刻只选中一片多路开关，保证同一时间只有一路模拟信号接通到后级A/D。第三章A/D、D/A转换与接口技术习题11题目：逐次逼近式A/D转换器工作原理

答案：寄存器从最高位开始逐位置1，将二进制数值送入内部D/A电路，转换成模拟电压Uo比较器把Uo和外部输入模拟电压U若Uo若Uo由高位到低位逐次比较，直到最低位，寄存器中最终数值就是对应模拟电压的数字量。

优点：转换速度快，精度高，是工业采集最常用类型。习题12题目：高于8位的D/A和8位单片机接口为什么要用双缓冲？

答案：

8位总线只能分两次送出高8位、低8位数据。若只用单锁存器，高低字节先后写入，输出电压会出现中间跳变毛刺。

双缓冲结构：先分别锁存高低字节，待全部数据到位后，再同时打入D/A转换寄存器，保证高低位同步更新，消除输出毛刺。

DAC0832双缓冲是两级锁存；多位扩展D/A则需要外接两级锁存芯片。典型综合题（8255+ADC0809八路采集）题干：8255地址8100H~8400H，查询方式A/D采集，结果送LED静态显示。

解题要点：PA口输出通道地址，PB口读A/D数据，PC口查询EOC转换结束信号；启动ADC0809，循环扫描IN0~IN7共8路；等待EOC电平变高，读取数字量；数值做标度变换，拆分成BCD码，软件译码送到静态LED；第一位显示通道号，后4位显示带小数点的工程量。第四章数字量输出、光电隔离与报警电路习题1题目：工业控制系统报警分为哪几类？

答案：声光报警：继电器驱动指示灯、蜂鸣器，用于现场常规超限报警；语言语音报警：播放文字语音，适合中控室远距离提醒；上位机弹窗+记录报警：把故障存入数据库，生成故障日志。习题3题目：光电耦合器的作用

答案：电气隔离：切断微机弱电系统和现场强电之间的地线环路，抑制共模干扰；电平转换：把单片机TTL电平转换成继电器、晶闸管驱动电平；保护CPU：防止现场高压浪涌串入损坏主控芯片。第五章数字滤波与标度变换算术平均值滤波：多次采样取平均，抑制随机白噪声；缺点是实时性变差。中值滤波：连续采样3~5次，去掉最大值最小值，取中间值，适合剔除脉冲干扰、尖峰毛刺。一阶惯性滤波（RC数字滤波）：公式

yk=α标度变换公式：

Y=Ymin+第六章数字PID控制算法（核心大题）1.位置式PID算式uk=2.增量式PID（工程首选）Δuk3.积分饱和抑制方法积分分离法：偏差大时取消积分项，只用比例+微分；偏差进入小范围后再投入积分。第七章最少拍控制系统、大林算法最少拍设计：针对纯滞后很小的系统，使输出在最少个采样周期内跟上给定值，缺点是对对象参数敏感，抗干扰弱。大林算法：专门针对含纯滞后的惯性环节，消除控制中的振铃（输出高频抖动），方法是去掉D(z)中靠近