微型計算機控制技術(shù)課后答案(第二版)-潘新民15頁

1、第一章1.微型計算機控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？各部分作用?(1)主機：這是微型計算機控制系統(tǒng)的核心，通過接口它可以向系統(tǒng)的各個部分發(fā)出各種命令，同時對被控對象的被控參數(shù)進行實時檢測及處理。主機的主要功能是控制整個生產(chǎn)過程，按控制規(guī)律進行各種控制運算(如調(diào)節(jié)規(guī)律運算、最優(yōu)化計算等)和操作，根據(jù)運算結(jié)果作出控制決策；對生產(chǎn)過程進行監(jiān)督，使之處于最優(yōu)工作狀態(tài)；對事故進行預(yù)測和報警；編制生產(chǎn)技術(shù)報告，打印制表等等。(2)輸入輸出通道：這是微機和生產(chǎn)對象之間進行信息交換的橋梁和紐帶。過程輸入通道把生產(chǎn)對象的被控參數(shù)轉(zhuǎn)換成微機可以接收的數(shù)字代碼。過程輸出通道把微機輸出的控制命令和數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成可以對生產(chǎn)

2、對象進行控制的信號。過程輸入輸出通道包括模擬量輸入輸出通道和數(shù)字量輸入輸出通道。(3)外部設(shè)備：這是實現(xiàn)微機和外界進行信息交換的設(shè)備，簡稱外設(shè)，包括人機聯(lián)系設(shè)備(操作臺)、輸入輸出設(shè)備(磁盤驅(qū)動器、鍵盤、打印機、顯示終端等)和外存貯器(磁盤)。其中作臺應(yīng)具備顯示功能，即根據(jù)操作人員的要求，能立即顯示所要求的內(nèi)容；還應(yīng)有按鈕，完成系統(tǒng)的啟、停等功能；操作臺還要保證即使操作錯誤也不會造成惡劣后果，即應(yīng)有保護功能.(4)檢測與執(zhí)行機構(gòu):a.測量變送單元：在微機控制系統(tǒng)中，為了收集和測量各種參數(shù)，采用了各種檢測元件及變送器，其主要功能是將被檢測參數(shù)的非電量轉(zhuǎn)換成電量.b.執(zhí)行機構(gòu)：要控制生產(chǎn)過程，必須

3、有執(zhí)行機構(gòu)，它是微機控制系統(tǒng)中的重要部件，其功能是根據(jù)微機輸出的控制信號，改變輸出的角位移或直線位移，并通過調(diào)節(jié)機構(gòu)改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過程符合預(yù)定的要求。4、操作指導(dǎo)、DDC和SCC系統(tǒng)工作原理如何？它們之間有何區(qū)別和聯(lián)系？(1)操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)：在操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)中，計算機的輸出不直接作用于生產(chǎn)對象，屬于開環(huán)控制結(jié)構(gòu)。計算機根據(jù)數(shù)學(xué)模型、控制算法對檢測到的生產(chǎn)過程參數(shù)進行處理，計算出各控制量應(yīng)有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時計算機就起到操作指導(dǎo)的作用(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC系統(tǒng))：DDC(Direct Digital Control)系統(tǒng)就是通過檢測元件對一個或

4、多個被控參數(shù)進行巡回檢測，經(jīng)輸入通道送給微機，微機將檢測結(jié)果與設(shè)定值進行比較，再進行控制運算，然后通過輸出通道控制執(zhí)行機構(gòu)，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達到預(yù)定的要求。DDC系統(tǒng)是閉環(huán)系統(tǒng)，是微機在工業(yè)生產(chǎn)過程中最普遍的一種應(yīng)用形式。(3)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)(SCC系統(tǒng))：SCC(Supervisory Computer Control)系統(tǒng)比DDC系統(tǒng)更接近生產(chǎn)變化的實際情況，因為在DDC系統(tǒng)中計算機只是代替模擬調(diào)節(jié)器進行控制，系統(tǒng)不能運行在最佳狀態(tài)，而SCC系統(tǒng)不僅可以進行給定值控制，并且還可以進行順序控制、最優(yōu)控制以及自適應(yīng)控制等。SCC是操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)和DDC系統(tǒng)的綜合與發(fā)展。第二章2 采樣周期

5、越小越好嗎？為什么？答：不是。若采樣間隔太?。ú蓸宇l率太高），則對定長的時間記錄來說其數(shù)字系列就很長，計算工作量迅速增大，可能產(chǎn)生較大的誤差。5 試用CD4051設(shè)計一個32路模擬多路開關(guān)，畫出電路圖并說明其工作原理。思路：因為CD4051只有八個輸入接口，所以要構(gòu)建32路的多路開關(guān)需要用到4個CD4051。 32路的多路開關(guān)應(yīng)有5個控制口，其中前三個是CD4051的輸入口，后兩個是控制口。（因為CD4051就有三個輸入口） 分別標(biāo)為D1、D2、D3、D4、D5（0000011111，00000第0通道、11111第31通道）。 通過對4個CD4051的選擇來實現(xiàn)32個通道口的選擇(07、81

6、5、1623、2431)。如選擇第三個CD4051時，可以選擇16-23（1000010111）通道口。 然而CD4051的選擇是通過控制各個CD4051的INH高低電平來實現(xiàn)。 比如想讓第三個CD4051接通，就令它的INH通高電平（此時D5=1、D4=0,INH3=!(D5&!D4)）。故INH的選擇是控制D5和D4的邏輯關(guān)系來達到的。其中INH1=!(!D5&!D4);INH2=!(!D5&D4);INH3=!(D5&!D4);INH4=!(D5&D4)。6 采樣-保持器有什么作用？說明保持電容大小對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響。答：為了提高模擬量輸入信號的

7、頻率范圍，以適應(yīng)某些隨時間變化較快的信號的要求，可采用帶有保持電路的采樣器，即采樣保持器。保持電容對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的精度有很大影響。保持電容值小，則采樣狀態(tài)時充電時間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對輸入信號的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時放電時間常數(shù)也小，即保持電容放電快，故保持性能差；反之，保持電容值大，保持性能好，但跟隨特性差。9 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器在微型計算機控制系統(tǒng)中有什么作用？答：答：A/D的作用主要是把傳感器檢測到的模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，方便用于單片機中進行處理。D/A的作用，在單片機處理完畢的數(shù)字量，有時需要轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出，D/A的作用正是用于把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信

8、號。13 串行A/D轉(zhuǎn)換器有什么特點？答：與同位數(shù)并行A/D轉(zhuǎn)換器精度一樣，但大大降低了成本，節(jié)約微型計算機I/O口。26 試用DAC0832設(shè)計一個單緩沖的D/A轉(zhuǎn)換器，畫出接口電路，編寫程序。27 試用8255A的B口和DAC0832設(shè)計一個8位D/A裝換接口電路，并編寫程序。BUFFEQU30H;轉(zhuǎn)換量存放地址ORG 0000HAJMP MAINORG 0100HMAIN:MOVDPTR, #8003H ;8255控制字地址MOV A, #80HMOVXDPTR, A ;設(shè)置PB口為輸出方式START:MOV DPTR, #8001H;8255 PB口地址MOVA,BUFFMOVXDPT

9、R, A;輸出DA轉(zhuǎn)換的數(shù)字量SJMP $ END29試用DAC0832芯片設(shè)計一個能夠輸出頻率為50Hz的脈沖波電路及程序。解：設(shè)8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的端口地址為7FFFH(P2.7=0) ，頻率為50Hz即每隔20m輸出一次脈沖波，需將數(shù)字量00H、FFH交替輸出到DAC0832。電路圖如下：程序如下： ORG 0000HMAIN: MOV A,#00H ;賦值 MOV TMOD,#01H ;采用模式1 MOV TH0,#0B1H ;賦初值 MOV TL0,#0E0H SETB TR0 ;啟動定時器0LOOP: JNB TF0,$ ;等待中斷 CLR TF0 ;計數(shù)器清零STAR

10、T: MOV DPTR,#7FFFH ;端口地址送DPTR MOVX DPTR,A ;送數(shù)據(jù)00H到端口 CPL A ;取反 MOV TH0,#0B1H ;重新賦初值 MOV TL0,#0E0H SJMP LOOP ;循環(huán)END33.某A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖2.43 所示。（1）試寫出A/D 轉(zhuǎn)換器的地址；（2）該電路采用什么控制方式？畫出該種轉(zhuǎn)換的程序框圖；（3）用8051 匯編 第三章 1、鍵盤為什么防止抖動?在計算機控制系統(tǒng)中如何實現(xiàn)防抖？ 為了使CPU對一次按鍵動作只確認一次，從而保證系統(tǒng)正常工作，所以必須防止抖動？硬件防抖有濾波防抖電路和雙穩(wěn)態(tài)防抖電路，還可以采用軟

11、件防抖法，即軟件延遲。 7、LED 發(fā)光二極管組成的段數(shù)碼管顯示器，就其結(jié)構(gòu)來講有哪兩種接法？不同接法對字符顯示有什么影響？答：就其結(jié)構(gòu)來講有共陰極與共陽極兩種接法。共陽極數(shù)碼管的8 個發(fā)光二極管的陽極二極管正端連接在一起。通常公共陽極接高電平一般接電源其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮。反之對應(yīng)的LED 段碼不亮對于共陰極數(shù)碼管則是高電平有效低電平無效。LED 數(shù)碼管顯示器共陰極的接法是發(fā)光二極管的陰極接地當(dāng)數(shù)碼管的筆劃發(fā)光二極管的陽極為高電平時該筆劃被點亮。共陽極的接法是發(fā)光二極管的陽極接高電平當(dāng)數(shù)碼管的筆劃發(fā)光二極管的陰極為

12、低電平時該筆劃被點亮。8、多位LED顯示器顯示方法有幾種？它們各有什么特點？ 常用的顯示方法有兩種：一種為動態(tài)顯示，一種為靜態(tài)顯示。動態(tài)顯示利用人的視覺暫留產(chǎn)生，優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低，線路簡單。但占用的機時長。靜態(tài)顯示占用機時少，顯示可靠，但是使用元件多，線路復(fù)雜。 9、硬件譯碼和軟件譯碼各有何優(yōu)缺點？ 軟件譯碼優(yōu)點是電路簡單，但顯示速度有所下降。硬件譯碼既能節(jié)省計算機的時間，而且程序設(shè)計簡單。 30.某顯示電路如圖3.37 所示，試回答下列問題：（1）說明圖中數(shù)碼管應(yīng)選用哪一種類型的數(shù)碼管？（2）該電路屬于哪一種顯示方法？（3）圖中74LS47

13、 的作用是什么？（4）設(shè)Y1, Y2 的地址分別為60H 和63H，要顯示的數(shù)據(jù)分別存放在DATABUF1 和DATABUF2 兩個內(nèi)存單元中，試設(shè)計出完整接口電路并編寫一個完成上述顯示的子程序。31.利用8255，ADC0809 設(shè)計一個8 路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求如下：（1）8255 口地址為8100H8400H；（2）A/D 轉(zhuǎn)換采用查詢方式；（3）把A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示在6 位LED 顯示器上，顯示方法要求靜態(tài)、軟件譯碼方式，且第一位顯示通道號，后4 位顯示采樣值（要求小數(shù)點后邊一位）。 第四章 1、 工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的報警方式有幾種？舉例說明各自的應(yīng)用場合？ 有聲、

14、光、語言報警方式。例子自己想 3、光電隔離器有什么作用？ 將被控系統(tǒng)與微型計算機控制系統(tǒng)通過光電效應(yīng)連成系統(tǒng)，實現(xiàn)控制；并且可以屏蔽電磁干擾等一些不利因素，提高控制精度。總之，有耦合、隔離和開關(guān)的作用。 18、某單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖4.49 所示。設(shè)每個通道的最大/最小允許值分別存放在MAX0MAX7 以及MIN0MIN7 為地址的內(nèi)存單元中。試編寫巡回檢測程序，并將每個通道的值與MAXi 和MINi 單元的內(nèi)容相比較，若大于MAXi，則上限報警，顯示i Up；若下限報警則顯示i Do（w）。若采樣值正常，則顯示i ×××（其中i

15、為通道號）（設(shè)8255的端口地址為80008300H）。解：設(shè)8 位D/A 轉(zhuǎn)換器DAC0832 的端口地址為7FFFH(P2.7=0) ，頻率為50Hz 即每隔20m輸出一次脈沖波，需將數(shù)字量00H、FFH 交替輸出到DAC0832。電路圖如下：程序如下： ORG 0000HMAIN: MOV A,#00H ;賦值 MOV TMOD,#01H ;采用模式1 MOV TH0,#0B1H ;賦初值 MOV TL0,#0E0H SETB TR0 ;啟動定時器0LOOP: JNB TF0,$ ;等待中斷 CLR TF0 ;計數(shù)器清零START: MOV DPTR,#7FFFH ;端口地址送DPTR

16、MOVX DPTR,A ;送數(shù)據(jù)00H 到端口 CPL A ;取反 MOV TH0,#0B1H ;重新賦初值 MOV TL0,#0E0H SJMP LOOP ;循環(huán) END22. 一步進電機控制系統(tǒng)接口電路如圖4.51 所示。（1）完成圖中8255A 與8031 的接口設(shè)計；（2）試編寫程序，使其能實現(xiàn)下列功能： 當(dāng)S1 按下時，步進電機正向單三拍旋轉(zhuǎn)2 圈； 當(dāng)S2 按下時，步進電機反向雙三拍旋轉(zhuǎn)1 圈； 當(dāng)S3 按下時，步進電機正向三相六拍旋轉(zhuǎn)20 步； 其余情況步進電機不轉(zhuǎn)。23.設(shè)某步進電機為A，B，C，D 四相，（1）畫出此步進電機單四拍、雙四拍以及四相八拍3 種控制方式通電順序圖。

17、（2）設(shè)A 相控制電路如圖4.52 所示，其中8255A 的端口地址為0FCFFH0FFFFH。試用8255A 位控方式寫出使步進電機A 相通電的程序。（3） 若A，B，C，D 四相分別用P1.0P1.3 控制，請在下表的空格處填上適當(dāng)?shù)臄?shù)。25. 某三相步進電機控制電路如圖4.53 所示，（1）說明圖中光電隔離器4N25 的作用。（2）說明圖中R1，R2，R3 以及V1，V2，V3 的作用。（3）畫出三相步進電機所有各種方式通電順序圖。（4）假設(shè)用此電機帶動一個滾動絲杠，每轉(zhuǎn)動一周（正向）相對位移為4mm，試編寫一移動8mm 三相單三拍控制程序。 第七章3、數(shù)字濾波與模擬濾波相比有什么優(yōu)點？

18、答：數(shù)字濾波克服了模擬濾波器的不足，它與模擬濾波器相比，有以下幾個優(yōu)點： (1)數(shù)字濾波是用程序?qū)崿F(xiàn)的，不需要增加硬設(shè)備，所以可靠性高，穩(wěn)定性好，不存在阻抗匹配的問題； (2)數(shù)字濾波可以對頻率很低(如0.01Hz)的信號實現(xiàn)濾波，克服了模擬濾波器的缺陷； (3)數(shù)字濾波器可根據(jù)信號的不同，采用不同的濾波方法或濾波參數(shù)，具有靈活、方便、 功能強的特點。4、常用的數(shù)字濾波方法有幾種？各有什么優(yōu)缺點？答：常用的數(shù)字濾波方法有7種。 （1）程序判斷濾波法：是根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，確定出相鄰兩次采樣信號之間可能出現(xiàn)得最大 偏差。 （2）中值濾波法：它對于去掉偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的

19、脈動干擾比較有效。 （3）算術(shù)平均值濾波法：它適用于一般的具有隨機干擾信號的濾波。它特別適合于信號本身在某一數(shù)值范圍附近作上下波動的情況。 （4）加權(quán)平均值濾波：可以提高濾波效果 （5）滑動平均值濾波法：采樣時間短，可以提高檢測速度 （6）慣性濾波法：適用于慢速隨機變量的濾波 （7）復(fù)合數(shù)字濾波：比單純的平均值濾波的效果要好6、 算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波以及滑動平均濾波三者的區(qū)別是什么？ 答：算術(shù)平均值法適用于對壓力、流量等周期脈動信號的平滑，這種信號的特點是往往在某一數(shù)值范圍附近作上、下波動，有一個平均值。這種算法對信號的平滑程度取決于平均次數(shù)N，當(dāng)N較大時平滑度高，但靈敏度低；當(dāng)N較

20、小時，平滑度低，但靈敏度高，應(yīng)該視具體情況選取N值。對于一般流量，通常取N=12；若為壓力，則取N=4。在算術(shù)平均濾波中，N次采樣值在結(jié)果中所占的比重是均等的，即每次采樣值具有相同的加權(quán)因子1/N。但有時為了提高濾波效果，往往對不同時刻的采樣值賦以不同的加權(quán)因子。這種方法稱為加權(quán)平均濾波法，也稱滑動平均或加權(quán)遞推平均。其算法為 其中。加權(quán)因子選取可視具體情況決定，一般采樣值愈靠后，賦予的比重越大，這樣可增加新的采樣值在平均值中的比例，系統(tǒng)對正常變化的靈敏性也可提高，當(dāng)然對干擾的靈敏性也稍大了些?；瑒悠骄禐V波法，依次存放N次采樣值，每采進一個新數(shù)據(jù)，就將最早采集的那個數(shù)據(jù)丟掉，然后求包含新值在

21、內(nèi)的N個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值或加權(quán)平均值。7、標(biāo)度變換在工程上有什么意義？在什么情況下使用標(biāo)度變換程序？答：意義：減少硬件設(shè)備，降低成本，便于人工檢測和管理情況：在多回路檢測系統(tǒng)中，各回路參數(shù)信號不一樣，需要各種量程放大器的情況下使用尺度變換程序。2 練習(xí)題21某壓力測量系統(tǒng)，其測量范圍為01 000mmH2O柱，經(jīng)A/D 轉(zhuǎn)換后對應(yīng)的數(shù)字量為00FFH，試編寫一標(biāo)度變換子程序，使其能對該測量值進行標(biāo)度變換。22.某梯度爐溫度變化范圍為01600，經(jīng)溫度變送器輸出電壓范圍輕為15v，再經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換，ADC0809的輸入范圍為05v，試計算當(dāng)采樣數(shù)值為9BH時，所對應(yīng)的的梯度爐溫度是多少？解：9BH=155D,所對應(yīng)的的AD輸入電壓v1=(155/255)5v=3.04v所以溫度T=（3.04-1）/(5-1)1600=816第八章1.、在PID調(diào)節(jié)中，系數(shù)K,等各有什么作用？他們對調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響？答：系數(shù)Kp為比例系數(shù)，提高系數(shù)Kp可以減小偏差，但永遠不會使偏差減小到零，而且無止境的提高系數(shù)Kp最終將導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。比例調(diào)節(jié)可以保證系統(tǒng)的快速性。系數(shù)Ki為積分常數(shù)，Ki越大積