于海生---微型计算机控制技术课后习题答案

1、。第一章计算机控制系统概述练习和参考答案1.计算机控制系统的控制过程是什么？计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：检测控制量的瞬时值并输入计算机。(2)实时决策：分析收集到的代表被控参数的状态变量，并根据建立的控制律确定下一步的控制过程。(3)实时控制：根据决策，及时向执行器发送控制信号，完成控制任务。2.实时、在线和离线模式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”是指信号的输入、计算和输出在一定的时间范围内完成，即计算机以足够快的速度处理输入信息，并在一定的时间内对其进行响应和控制。超过这个时间，控制机会将会失去，控制将会失去它的意义。(2)“在线”模式：在计算机控

2、制系统中，如果生产过程设备直接与计算机相连，生产过程由计算机直接控制，则称为“在线”模式或“在线”模式。(3)“离线”模式：如果生产过程设备没有直接连接到计算机，并且其工作不是由计算机直接控制，而是通过中间记录介质，则称为“离线”模式或“离线”模式。3.微机控制系统的硬件由哪些部分组成？每个部分的功能是什么？它由四部分组成。图1.1微机控制系统框图(1)主机：这是微机控制系统的核心。通过该接口，可以向系统各部分发出各种命令，同时实时检测和处理被控对象的受控参数。主机的主要功能是控制整个生产过程，进行各种控制操作(如调整规则操作、优化计算等)。)和操作，并根据操作结果做出控制决策。监督生产过程，

3、使其处于最佳工作状态；事故预测和报警；准备生产技术报告，打印表格等。(2)输入输出通道：这是微机与生产对象之间信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道将生产对象的受控参数转换成可由微型计算机接收的数字代码。过程输出通道将微型计算机输出的控制命令和数据转换成可以控制生产对象的信号。过程输入和输出通道包括模拟输入和输出通道以及数字输入和输出通道。(3)外部设备：这是微机与外界进行信息交换的设备。简称为外围设备。它包括人机接触设备(控制台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)。)和外部存储器(磁盘)。其中，控制台应该具有显示功能，即根据操作者的要求，它可以立即显示所需的内容；还应该有按钮

4、来完成系统的启动和停止功能。控制台还应确保即使操作错误，也不会造成不良后果，即应具有保护功能。(4)检测和执行机制A.测量和传输单元：为了采集和测量各种参数，在微机控制系统中使用了各种检测元件和变送器。其主要功能是将被测参数的非电量转换成电量，如热电偶将温度转换成毫伏信号；压力变送器可以将压力转换成电信号。这些信号由发射机转换成统一的计算机标准电平信号(0 5V或4 20mA)，然后送到微机。B.执行机构：为了控制生产过程，必须有一个执行机构，它是微机控制系统中的一个重要部件。其功能是根据微机输出的控制信号改变输出角位移或线位移，并通过调节机构改变被调节介质的流量或能量，使生产过程满足预定要求

5、。例如，在温度控制系统中，微型计算机根据温度计算相应的控制量微机控制系统软件的功能是什么？说出软件每个部分的功能。软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作在软件的指挥下协调一致，所以软件是计算机系统的中枢神经。按照功能，软件可以分为系统软件、应用软件和数据库。(1)系统软件：是计算机设计人员专门为使用和管理计算机而提供的程序。对于用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，不需要自己设计。系统软件包括：操作系统：即管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等。B.诊断系统：指调整程序和故障诊断程序；C.开发系统：包括各种编程语言、语言处理程序(编译器)、服务程序(汇编器和编

6、辑器)、模拟主机系统(系统模拟、模拟、移植软件)、数据管理系统等。D.信息处理：指文本翻译、企业管理等。(2)应用软件：是面向用户的程序，是指用户根据需要解决的实际问题编写的各种程序。应用软件包括：A.过程监控程序：指巡检检测程序、数据处理程序、上下限检测和报警程序、操作面板服务程序、数字滤波和标度转换程序、判断程序、过程分析程序等。b过程控制计算程序：指控制算法程序、事故处理程序和信息管理程序，其中信息管理程序包括信息生成和调度、文件管理和输出、打印和显示程序等。C.公共服务程序：包括基本计算程序、功能计算程序、数字转换程序和格式编码程序。(3)数据库：数据库和数据库管理系统主要用于数据管理

7、、归档和检索。相应的软件设计是指如何建立数据库，如何查询、显示、调用和修改数据等。微机控制系统的特点是什么？与传统的自动控制系统相比，微机控制系统具有以下特点：A.灵活多样的控制法则和便捷的变更(b)控制精度高，抗干扰能力强，能够实现最优控制c、可以实现数据统计和工况显示，控制效率高D.集成控制和管理，进一步提高自动化水平6.操作说明、数据中心和数据中心系统是如何工作的？他们之间有什么区别和联系？(1)操作指导和控制系统：在操作指导和控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型和控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，并计算出每个控制量的合适或最优值，供操

8、作者参考，然后计算机起到操作指导的作用。原理框图如图1.2所示。图1.2操作指导和控制系统原理框图(2)直接数字控制系统(DDC): DDC(直接数字控制)系统是通过检测元件对一个或多个受控参数进行电路检测，并通过输入通道送至微机。微机将检测结果与设定值进行比较，然后进行控制操作，然后通过输出通道控制执行器，使系统的受控参数满足预定要求。DDC系统是一个闭环系统，是微机在工业生产中最常见的应用形式。原理框图如图1.3所示。图1.3直接数字控制系统原理框图(3)计算机监控系统(SCC系统):SCC(监控计算机控制)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中，计算机只代替模拟调节

9、器进行控制，系统不能在最佳状态下运行，而SCC系统不仅能进行给定值控制，还能进行顺序控制、最优控制和自适应控制。SCC系统的原理框图如图1.4所示。图1.4 SCC系统原理框图SCC是作战指挥控制系统的集成和发展大规模和超大规模集成电路的发展提高了计算机的可靠性和性价比，从而使得计算机控制系统的应用越来越广泛。为了更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，满足对计算机控制系统越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势如下。A.可编程控制器的推广应用B.使用分布式控制系统C.智能控制系统的研究与发展本章的家庭作业简述了几种常见计算机控制系统的特点和应用领域。第二章输入输出流程渠道练习和参考答案1.

10、什么是流程渠道？流程渠道的分类是什么？过程通道是计算机和生产过程之间进行信息传输和转换的连接通道。根据信息传递的方向，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道。根据传输和交换的信息，过程通道可分为数字过程通道和模拟过程通道。2.数字量处理渠道的组成部分是什么？每个部分的功能是什么？数字量处理通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。数字输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址解码电路、并行接口电路和定时计数电路组成。数字输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路和输出地址解码电路组成。其中，输入调节电路将来自控制装置或生产过程的各种开关值转换为电平，并将它们的开关状态转换为相应的高电平和低电

11、平。同时，它还考虑了滤波、保护、消除接触抖动和信号隔离等问题。3.简述两种硬件防抖电路的工作原理。采用积分电路的硬件防抖电路首先用积分电路滤除高频抖动部分，然后用施密特触发器整形。采用RS触发器的硬件防抖电路主要利用RS触发器的保持功能来实现防抖。4.简述光耦合器的工作原理及其在工艺通道中的作用。光耦合器由封装在外壳中的发光二极管和光电晶体管组成，如图2.1所示。当输入电流流过二极管时，它发光并照射光电晶体管使其导通，完成信号的光电耦合传输。它实现了过程通道中输入和输出的完全电气隔离。图2.1光耦电路图5.模拟输入通道的组成部分是什么？每个部分的功能是什么？模拟输入通道一般由输入/输出转换器、

12、多路复用器、采样保持、模数转换器、接口和控制逻辑电路组成。(1)I/V转换：提高信号远距离传输过程中的抗干扰能力，减少信号衰减，方便与标准化仪器和执行器的匹配。(2)多路复用器：用于切换模拟电压信号的关键元件。(3)采样保持：模数转换器需要一定的时间来完成模数转换。在模数转换期间，希望输入信号不会再次改变，以避免转换误差。这样，就有必要在模数转换器前增加一个样品架。(4)模数转换器：模拟输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。能够完成这项任务的设备称为模拟/数字转换器(简称模数转换器)。6.理想多路复用器的要求是什么？理想多通道开关的开路电阻是无穷大，多通道开关导通时的导通电阻为零。此外，它还具

13、有开关速度快、噪声低、使用寿命长、运行可靠等优点。7.样品架的功能是什么？试解释保持电容对数据采集系统的影响。采样保持功能：模数转换器完成模数转换需要一定的时间。在模数转换期间，希望输入信号不会再次改变，以避免转换误差。这样，就有必要在模数转换器前增加一个样品架。在数据采集系统中，保持电容对采样和保持的精度有很大影响。如果保持电容的值小，则采样状态下的充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号具有良好的跟随特性，但是保持状态下的放电时间常数也小，即保持电容放电快，所以保持性能差。相反，保持电容值大，保持性能好，但以下特性差。8.在数据采样系统中，是否所有输入通道都需要添加样品架？为什么？

14、不，输入信号变化缓慢，如温度信号；或者模数转换时间快，因此在模数转换期间输入信号变化很小，并且在允许的模数转换精度范围内，不必选择样本保持器。9.模数转换器的结束信号有什么作用？根据输入输出控制中该信号的连接方式，模数转换有多少种控制方式？它们在接口电路和编程方面有什么特点？模数转换器的结束信号的功能是判断该模数转换是否完成。普通模数转换有以下控制模式，它们各自的特点如下延迟等待方法：EOC不能与输入/输出端口连接。编程时，数据在延迟大于模数转换器转换时间后获取。等待方法：EOC连接到就绪。当平机会无效时，等待状态自动插入。数据将在平机会有效之前获取。查询方法：可与任何输入/输出端口连接。在程

15、序设计过程中，反复判断平机会是否有效，直到平机会有效，才取数据。中断响应方法： EOC连接到外部中断。完成模数转换后，发送中断应用程序，并从中断服务程序中检索数据。10.将测得的温度变化范围设置为0oC1200oC。如果误差不超过0.4，应选择多少位模数转换器？选择依据：11.设计一个8通道模拟采集系统。请画出接口电路的原理图，并编写相应的8通道模拟数据采集程序。本例给出了一个用8031和DAC0809设计的数据采集系统的例子。采样转换得到的数字量依次存储在30h至37h的片内随机存储器中。取样一次后停止收集。数据采集初始化程序和中断服务程序如下：初始值设定项：MOV R0，# 30H设置数据存储区指针MOVR2，# 08H设置8个采样计数值SETB IT0；将外部中断0设置为边沿触发SETB环境署；中央处理器打开中断SETB EX0；允许外部中断0中断MOVDPTR，发送入口地址并指向IN0环路：MOVX DPTR；开始模数转换，A的值是没有意义的。这里：SJMP这里；等待中断中断服务程序：“DPTR；读取转换后的数字量MOV R0，A；片内随机存取存储器单元中的存储器DPTR公司；指向下一个模拟频道IN