微機控制系統(tǒng)課后習題答案26

1、 第一章1微型計算機控制系統(tǒng)與連續(xù)控制系統(tǒng)的主要異同點是什么？答：將連續(xù)控制系統(tǒng)中的控制器用微型計算機來代替，就可以構成微型計算機系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)中引入微型計算機后，控制規(guī)律便可由程序?qū)崿F(xiàn)，微型計算機執(zhí)行相應的程序，實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制。在連續(xù)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的控制規(guī)律是由硬件電路實現(xiàn)的，改變控制規(guī)律就要改變硬件；而在微型計算機控制系統(tǒng)中，控制規(guī)律是通過程序?qū)崿F(xiàn)，改變控制規(guī)律只需改變程序。在微型計算機控制系統(tǒng)中，微型計算機的輸入和輸出都是數(shù)字信號，而變換發(fā)送單元送出的信號，以及大多數(shù)執(zhí)行機構所能接收的信號，都是模擬信號。因此，系統(tǒng)中需要有A/D轉(zhuǎn)換器和D/ A轉(zhuǎn)換器。連續(xù)控制系統(tǒng)不斷地測量，經(jīng)過

2、反饋及補償后，對生產(chǎn)過程產(chǎn)生連續(xù)不斷的控制。微型計算機控制系統(tǒng)是采樣控制系統(tǒng)。微型計算機每隔一個采樣周期T會對被控參數(shù)進行一次測量，根據(jù)一定控制規(guī)律算出控制量后，去控制生產(chǎn)過程。在兩次采樣時刻之間，微型計算機對被控參數(shù)不進行測量，其輸出控制量自然也保持不變。當用一臺微型計算機控制多個參數(shù)時，微型計算機按巡回測量控制方式工作。2.從微型計算機參與控制的方式上，微型計算機控制系統(tǒng)可分為哪幾類？各有什么特點？答:可分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）、監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCC）、分散型控制系統(tǒng)（DCS）。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中微型計算機通過模擬量、開關量輸入通道進

3、行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)進行分析處理，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的集中監(jiān)視及實現(xiàn)生產(chǎn)過程的操作指導。該系統(tǒng)中的微型計算機不直接參與生產(chǎn)過程控制，不會對生產(chǎn)過程產(chǎn)生直接影響。直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）：微型計算機通過模擬量輸入通道、數(shù)字量輸入通道進行數(shù)據(jù)采集，然后按照一定的控制規(guī)律進行實時決策，最后通過模擬量輸出通道、數(shù)字量輸出通道輸出控制信號，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的直接控制。由于該系統(tǒng)中奪得微型計算機直接參與生產(chǎn)過程的控制，故要求微型計算機系統(tǒng)實時性好、可靠性高和環(huán)境適應性好。監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)（SCC）：SCC系統(tǒng)是一種兩級微型計算機控制系統(tǒng)，其中DDC級微型計算機完成生產(chǎn)過程的直接數(shù)字控制；SSC級微型

4、計算機則根據(jù)生產(chǎn)過程的工作狀況和已定的數(shù)學模型，進行最優(yōu)化分析計算，產(chǎn)生最優(yōu)給定值，交由DDC級微型計算機執(zhí)行。分散型控制系統(tǒng)（DCS）：DCS系統(tǒng)利用多臺微型計算機，采用分散控制、集中操作、分級管理、分而自治和綜合協(xié)調(diào)的設計原則，把系統(tǒng)從上而下分為過程控制級、控制管理級、生產(chǎn)管理級等若干級，形成分布式控制。3微型計算機控制系統(tǒng)的硬件由哪幾部分組成？各部分的作用是什么？答：由四部分組成。圖1.1微機控制系統(tǒng)組成框圖(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

5、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)；對事故進行預測和報警；編制生產(chǎn)技術報告，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)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)外部設備：這是實現(xiàn)微機和外界進行信息交換的設備，簡稱外設，包括人機聯(lián)系設備(操作臺)、輸入輸出設備(磁盤驅(qū)動器、鍵盤、打印機、顯示終端等)和外存貯器(磁盤)。

6、其中操作臺應具備顯示功能，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，即應有保護功能。(4)檢測與執(zhí)行機構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，例如熱電偶把溫度轉(zhuǎn)換成mV信號；壓力變送器可以把壓力轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?，這些信號經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的計算機標準電平信號(05V或420mA)后，再送入微機。b.執(zhí)行機構：要控制生產(chǎn)過程，必須有執(zhí)行機構，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

7、直線位移，并通過調(diào)節(jié)機構改變被調(diào)介質(zhì)的流量或能量，使生產(chǎn)過程符合預定的要求。例如，在溫度控制系統(tǒng)中，微機根據(jù)溫度的誤差計算出相應的控制量，輸出給執(zhí)行機構(調(diào)節(jié)閥)來控制進入加熱爐的煤氣(或油)量以實現(xiàn)預期的溫度值。常用的執(zhí)行機構有電動、液動和氣動等控制形式，也有的采用馬達、步進電機及可控硅元件等進行控制。4工業(yè)控制微型計算機與主要用于科學計算方面的微型計算機有何異同點？答：工業(yè)控制微型計算機與主要用于科學計算方面的信息處理機是兩類不同用途的計算機。二者都是以微型計算機為核心所構成的裝置。與信息處理計算機相比，工控機具有可靠性高、環(huán)境適應性強、可維護性好、硬件配置上的可裝配性和可擴充性好、豐富的

8、過程輸入/輸出能力、應用軟件豐富等特點。5何謂微型計算機系統(tǒng)的實時性？如何保證微型計算機系統(tǒng)的實時性？答：所謂“實時”，是指信號的輸入、計算和輸出都是在一定時間范圍內(nèi)完成的，即計算機對輸入信息以足夠快的速度進行處理，并在一定的時間內(nèi)作出反應并進行控制，超出了這個時間就會失去控制時機，控制也就失去了意義。實時性指標涉及一系列時間延遲，如儀表延遲、輸入延遲、運算處理延遲、輸出延遲等。另外，中斷是微型計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)實時控制的一個十分重要的功能。6簡述DDC和SCC系統(tǒng)的工作原理。答：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

9、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，使系統(tǒng)的被控參數(shù)達到預定的要求。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用形式。其原理框圖如下圖所示。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)控制以及自適應控制等。其原理框圖如下圖所示。7進一步查閱資料，了解計算機控

10、制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。答：大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，提高了計算機的可靠性和性能價格比，從而使計算機控制系統(tǒng)的應用也越來越廣泛。為更好地適應生產(chǎn)力的發(fā)展，擴大生產(chǎn)規(guī)模，以滿足對計算機控制系統(tǒng)提出的越來越高的要求，目前計算機控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢有以下幾個方面：a.普及應用可編程序控制器 b.采用集散控制系統(tǒng) c.研究和發(fā)展智能控制系統(tǒng)第二章1在模擬量輸入輸出通道中，采樣保持器起何作用？是否在所有的模擬量輸入輸出通道中都需要采樣保持器？為什么？答：采樣保持器的作用：A/D轉(zhuǎn)換器完成一次A/D轉(zhuǎn)換總需要一定的時間。在進行A/D轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。這樣，就需要在A/D轉(zhuǎn)換

11、器之前加入采樣保持器。不是在所有的模擬量輸入輸出通道中都需要采樣保持器。當被測信號變化緩慢時，若A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間足夠短，則可以不加采樣保持器。2A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度主要根據(jù)系統(tǒng)模擬量輸入點數(shù)和輸入模擬量的最高頻率來選擇。現(xiàn)假設模擬量輸入點數(shù)為8，最高信號頻率分別為2kHz和10kHz，則A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度各為多少？解： 最高信號頻率為2kHz時，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度為：v= =512000位/秒最高信號頻率為10kHz時，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度為：v= =2560000位/秒3A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和線性誤差兩技術指標含義上有何不同？答：分辨率是衡量A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化

12、程度的技術指標。線性誤差是指A/D轉(zhuǎn)換器的理想轉(zhuǎn)換特性應該是線性的，但實際轉(zhuǎn)換特性并非如此。在滿量程輸入范圍內(nèi)，偏移理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為線性誤差。4設計一塊PC總線或其他總線的32路單輸入12位A/D轉(zhuǎn)換模板。A/D轉(zhuǎn)換器選AD574A，所需的多路開關、運算放大器、采樣保持器和其他器件自選，要考慮總線驅(qū)動。轉(zhuǎn)換結(jié)束后用中斷方式通知主機，系統(tǒng)分配給該模板的地址為2C8H2CFH（或另行分配）。1）設計該模板的硬件原理圖。2）設計數(shù)據(jù)采集程序，系統(tǒng)每隔一個采樣周期T=2s，對32路輸入巡回采樣一遍，采集到得數(shù)據(jù)送以BUFE為首地址的內(nèi)存緩沖區(qū)中。3）計算出該模塊的最高數(shù)據(jù)采集頻率（各器件的

13、有關參數(shù)可通過查閱手冊得到）。解：1）2）AD574 PROC NEAR MOV CX,32MOV BL,00000000BLEA SI,BUFNEXTCH:MOV DX,212HMOV AL,BLOUT DX,ALNOPNOPOR AL,01000000BOUT DX,ALNOPAND AL,10111111BOUT DX,ALMOV DX,210HPOLING:IN AL,DXTEST AL,80HJNZ POLINGMOV AL,BLOR AL,00010000BMOV DX,212HOUT DX,ALOR AL,01000000HOUT DX,ALMOV DX,210HIN AL,DX

14、AND AL,0FHMOV AH,ALINC DXIN AL,DXMOV SI,AXINC SIINC SIINC BLLOOP NEXTCHMOV AL,00111000BMOV DX,212HOUT DX,ALRETAD574 END3）AD574速度：25s;AD625速度：40nsLF398速度:10sCD4051速度：500 ns故該模塊的最高數(shù)據(jù)采集頻率為40K.5.設ADC0809與CPU的連接如圖2-45所示。要求用查詢方式采樣來自IN4通道的輸入信號，采樣100點，采樣數(shù)據(jù)存入ADBUF緩沖區(qū)，試編程實現(xiàn)。解：編程：OUT 84H,ALMOV R1，#64HLOOP: DEC

15、 R1WAIT: IN AL,70HTEST AL,01HJZ WAITIN R0,60HDEC R0CJNE R1,#00H,LOOP6.試設計一個數(shù)據(jù)采集電路，要求該電路能對8路模擬信號進行連續(xù)巡回檢測，電壓轉(zhuǎn)換范圍010V，相對精度0.05%，采樣間隔為1s，按此要求畫出巡回檢測系統(tǒng)的電路原理圖，并回答以下問題：1）在該電路中A/D轉(zhuǎn)換器至少應采用多少位的？2）該電路的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成，采用何種方式了解？3）編寫啟動A/D轉(zhuǎn)換器及讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的程序段。4）畫出實現(xiàn)8路巡回采樣的程序流程圖。解：電路圖如下：1）7位 2）STS，A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標志 3）啟動：OR AL,01000

16、000B OUT DX,ALNOP 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果：MOV DX,210HPOLING:IN AL,DXTEST AL,80HJNZ POLINGMOV AL,BLOR AL,00010000BMOV DX,212HOUT DX,ALOR AL,01000000HOUT DX,ALMOV DX,210HIN AL,DXAND AL,0FHMOV AH,ALINC DXIN AL,DXMOV SI,AX4）程序流程圖：7.某熱處理爐溫度變化范圍為01350，經(jīng)溫度變送器變換為15V電壓送至ADC0809.當T=kT時，ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果為6AH，問此時的爐內(nèi)溫度為多少度？解：6AH轉(zhuǎn)換成十進制

17、數(shù)是106T= 5598編制一個能完成中值加均值濾波的子程序，設m=8,8個采樣值排序后，取中間的四個采樣值平均。采樣值為12位2進制數(shù)。;ADDR為數(shù)據(jù)首地址；最后平均值在R7中MOVR0,ADDRSORT:MOVA,R0MOVR1,AMOVR5,#08HCLRF0DECR5MOVA,R1LOOP:MOVR3,AINC R1CLRCMOVA,R1SUBBA,R3JNCLOOP1SETBF0MOVA,R3XCHA,R1DECR1XCHA,R1INCR1LOOP1:MOVA,R1DJNZR5,LOOPJBF0,SORTAVE:MOVR1,ADDR+2MOVA,R1INCR1ADDA,R1INCR

18、1ADDA,R1INCR1ADDA,R1MOVB,#04HDIVABMOVR7,A9DAC0832用做波形發(fā)生器。試根據(jù)圖2-46中的接線，分別寫出產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波的程序，產(chǎn)生的波形如圖2-47所示。解：鋸齒波：ORG 2000HSTART:MOV R0,#FEHMOV A,#00HLOOP:MOVX R0，AINC ASJMP LOOP三角波：ORG 2000HSTART: MOV R0，#0FEHMOV A,#00HUP: MOVX R0，AINC AJNZ UPDOWN: DEC AMOVX R0，AJNZ DOWN SJMP UP矩形波：ORG 2000HSTART:MOV R

19、0,#0FEHLOOP: MOV A,#DATA1MOVXR0,ALCALL DEALY1MOV A,#DATA2MOVX R0,ALCALL DELAY2SJMP LOOP10.欲利用兩片DAC0832控制執(zhí)行機構實現(xiàn)X-Y繪圖儀功能。設所測待繪曲線的數(shù)據(jù)分別存入ARRAY1和ARRAY2數(shù)據(jù)區(qū)中，數(shù)據(jù)區(qū)中長度為30H，請編程實現(xiàn)將ARRAY1和ARRAY2兩片數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)分別從1#和2#DAC0832同時繪出，控制X-Y繪圖儀繪出所測曲線（DAC0832與總線接口電路如圖2-48所示，設1#和2#DAC0832的端口輸入寄存器地址為320H、321H，DAC寄存器地址為323H）。解：兩路模擬量輸出是為了使繪圖筆能沿X-Y軸作平面運動，而模擬量同步輸出則是