微型計算機控制技術課后答案解析(第二版)潘新民

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過程，按控制規(guī)律進行各種控制運算(如調節(jié)規(guī)律運算、最優(yōu)化計算等)和操作，根據(jù)運算結果作出控制決策；對生產過程進行監(jiān)督，使之處于最優(yōu)工作狀態(tài)；對事故進行預測和報警；編制生產技術報告，打印制表等等。(2) 輸入輸出通道：這是微機和生產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對象的被控參數(shù)轉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)，

2、轉換成可以對生產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(磁盤驅動器、鍵盤、打印機、顯示終端等)和外存貯器(磁盤)。其中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)的非電量轉換成電量.b.執(zhí)行機構：要

3、控制生產過程，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直線位移，并通過調節(jié)機構改變被調介質的流量或能量，使生產過程符合預定的要求。4、操作指導、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) 操作指導控制系統(tǒng)：在操作指導控制系統(tǒng)中，計算機的輸出不直接作用于生產對象，屬于開環(huán)控制結構。計算機根據(jù)數(shù)學模型、控制算法對檢測到的生產過程參數(shù)進行處理，計算出各控制量應有的較合適或最優(yōu)的數(shù)值，供操作員參考，這時計算機就起到操作指導的作用(2)直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC 系統(tǒng) )： DDC(Direct Digital Contro

4、l) 系統(tǒng)就是通過檢測元件對一個或多個被控參數(shù)進行巡回檢測，經輸入通道送給微機，微機將檢測結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)生產過程中最普遍的一種應用形式。(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。SCC 是操

5、作指導控制系統(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，可能產生較大的誤差。5試用CD4051設計一個32路模擬多路開關，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，所以要構建 32路的多路開關需要用到CD4051 。32路的多路開關應有 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）口5一二11111 , 00000 第 0 通道、11444第%另1標為 D1、D2、D3、D4、D540000

6、0"、乏31 通D3DI4 個 CD4051(07、815、16 23、24如選擇第三個CD4051時,可以選擇16-230000 10111IXiHo然而CD4051 的選D4=0通過控制各個"CD4051的INH高仍來實現(xiàn)。J7> 二 ,隹想讓翼蘭INH(D5&!D4) c(M051CD40U3213-支&的IN伴M1asJNHINH-AD5cci4J51”和 D4 E An LTB匚INH3=!(D5&!D4關系cd4051INH4=!(D5&D4)3-| cd4051NH1=!(!D5&1 VS5EUT6 采樣 - 保持

7、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頻率范圍，以適應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

8、片機處理完畢的數(shù)字量，有時需要轉換為模擬信號輸出， D/A 的作用正是用于把數(shù)字信號轉換為模擬信號。13 串行A/D 轉換器有什么特點？答： 與同位數(shù)并行A/D 轉換器精度一樣，但大大降低了成本，節(jié)約微型計算機I/O 口。26 試用DAC0832 設計一個單緩沖的D/A 轉換器，畫出接口電路，編寫程序。懿“*5m四；段W第褪注27試用8255A的B 口和DAC0832設計一個8位D/A裝換接口電路，并編寫程序。* *MAIN:Hr七席倒LU F 1*|1可|三將不|s 11 口 |q g k bl3 m03' "=fgn F3sr國剛3他;轉換量存放地址1.I司I |口9&q

9、uot; 1臼I 1 A日BUFFORGAJMPEQU 30H0000HMAINORG 0100HMOVMOVMOVX£ H kM 鬲r-i -I > Ml>0g El * E <» 卜3.一DPTR, #8003H;8255控制字地址A, #80HDPTR, A;設置PB 口為輸出方式START:MOVDPTR, #8001HMOVA,BUFFMOVXDPTR, ASJMP$END;8255 PB 口地址;輸出DA轉換的數(shù)字量29試用DAC0832芯片設計一個能夠輸出頻率為50Hz的脈沖波電路及程序。解：設8位D/A轉換器DAC0832的端口地址為7FF

10、FH(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:的MLPIO P1.1 PI? PI 3 PI l Pl± PI 6 PI J.8？POCAM ra.TAD)UI MtPOEMS A0：.M：丹口闋 Hl卿 即二為0 nir心 電皿門 P2.5rA13 P2.E,Wi 式閶GF：-：l 小迤 F92.1N1O :飛行K J.TE 的引If千占q PS'Hj工二二一JVT-.1aJl工工J£百LUK17A/VVVViJULW程序如下:MAIN:LOOP:START:ORG 0000HMO

11、VMOVMOVMOVSETBJNBCLRMOVMOVXA,#00HTMOD,#01HTH0,#0B1HTL0,#0E0HTR0TF0,$TF0DPTR,#7FFFHDPTR,A; 賦值;采用模式1;賦初值; 啟動定時器0; 計數(shù)器清零;等待中斷; 端口地址送DPTR;送數(shù)據(jù) 00H 到端口CPL A;取反MOV TH0,#0B1H;重新賦初值MOV TL0,#0E0HSJMP LOOP;循環(huán)END33. 某 A/D 轉換電路如圖2.43 所示。（ 1 ）試寫出A/D 轉換器的地址；（ 2 ）該電路采用什么控制方式？畫出該種轉換的程序框圖；（ 3 ）用 8051 匯編* *5,74ISI38，.

12、J口EVrdI - I5 M HKH i工 81 iT1-StAK LAl FFh .爐,*g , u -' i 1以北（.）AGNDr &IXJKfJcRA圖243 A/D轉換電路圖* *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，就其結構來講有哪兩種接法？不同接法對字符顯示有什么影響？答：就其結構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)光二極管的陽極一極管

13、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動電路輸出端。工某段驅動電路的輸出端為低電平時則該端所連接的字段導通并點亮。反之對應的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數(shù)碼管的筆劃發(fā)光二極管的陰極為低電平時該筆劃被 點鳧。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。

14、靜態(tài)顯示占用機時少，顯示可靠，但是使用元件多，線路復雜。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的作用是什么？(4)設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DATABUF2兩個內存單元中，試設計出完整接口電路并編寫一個完成上述顯示的子程序。* *(1)說明圖中的數(shù)碼管應選擇哪一類型的數(shù)碼管？C2)該噌路屬于哪一種顯

15、示方式？ 圖中的74LS47的作用是什么？答案：(1)選擇LED顯示器件。(判斷方法：+5V電源, 驅動電路簡單。(2)屬于靜態(tài)顯示方式3 (判斷方法:74LS377鎖存器，只有靜態(tài)顯示才 用鎖存器Q(3) 74LS47起譯碼及驅動作用。31.利用8255 , ADC0809 設計一個8路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求如下：(1 ) 8255 口地址為 8100H 8400H ;(2) A/D轉換采用查詢方式；(3)把A/D 轉換結果顯示在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？

16、舉例說明各自的應用場合？有聲、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?？傊?，有耦合、隔離和開關的作用。18、某單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖 4.49所示。設每個通道的最大/最小允許值分別存放在MAX0MAX7 以及MIN0MIN7 為地址的內存單元中。試編寫巡回檢測程序，并將每通道的值與MAXi和MINi單元的內容相比較，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 XXX （其中i為通道號）（設8255的端口地址

17、為80008300H ）。事行n»-Uii，ALEcLAA D<JNL>1 :1* *解：設8位D/A 轉換器DAC083220m輸出一次脈沖波，需將數(shù)字量00H電路圖如下：UI的端口地址為7FFFH(P2.7=0),頻率為、FFH 交替輸出到DAC0832 。50Hz即每隔PTMF PO WD1 二二，： K03A1G POWjj nj公演 FC肛方.-.PQQ'AP2W p7幅 in P2池 K.-tfAV P:WL13 E網 F二辭節(jié)二二二二 m也 P3砸 ；i十H4TTOF35H1 叩廿至 孫而工：TH立 產nF- U；： U2卜空H|k'1西 1

18、=： 癥口 酬 儡 需 I01H2 IUU11程序如下：ORG 0000HMAIN: MOV A,#00H ; 賦值MOV TMOD,#01H ; 采用模式1MOV TH0,#0B1H ; 賦初值MOV TL0,#0E0HSETB 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DPTRMOVX 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,#0E0HSJMP LOOP ; 循環(huán)END22 . 一步進電機控制系統(tǒng)接

19、口電路如圖4.51 所示。* *(1)完成圖中8255A 與8031的接口設計；(2)試編寫程序，使其能實現(xiàn)下列功能：當S1按下時，步進電機正向單三拍旋轉2圈;當S2按下時，步進電機反向雙三拍旋轉1圈;20步;當S3按下時，步進電機正向三相六拍旋轉 其余情況步進電機不轉。23 .設某步進電機為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。(2)設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，

20、請在下表的空格處填上適當?shù)臄?shù)。圖4,52 步進電機接口電路步序控煙位D1 5 d D& Di D' Di Din D CB A通電技念捶制模型現(xiàn)即摘1234* *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)假設用此電機帶動一個滾動絲杠，每轉動一周(正向)相對位移為 4mm，試編寫移動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？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

21、幾個優(yōu)點：(1) 數(shù)字濾波是用程序實現(xiàn)的，不需要增加硬設備，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)生產經驗，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脈動干擾比較有效。（ 3 ）算術平均值濾波法：它適用于一般的

22、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 ）復合數(shù)字濾波：比單純的平均值濾波的效果要好6 、算術平均值濾波、加權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 N 較大時平滑度高，但靈敏度低；當N 較小時，平滑度低，但靈敏度高，應該視具體情

23、況選取N 值。對于一般流量，通常取N=12 ；若為壓力，則取N=4 。在算術平均濾波中，N 次采樣值在結果中所占的比重是均等的，即每次采樣值具有相同的加權因子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因子。這種方法稱為加權平均濾波法，也稱滑動平均或加權遞推平均。其算法為n1n1YnaiXni0 ai 1ai 1i0i0其中。 加權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)

24、丟掉，然后求包含新值在內的N 個數(shù)據(jù)的算術平均值或加權平均值。7 、標度變換在工程上有什么意義？在什么情況下使用標度變換程序？答：意義：減少硬件設備，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。二練習題21 .某壓力測量系統(tǒng)，其測量范圍為 01 000mmH2O 柱，經A/D 轉換后對應的數(shù)字量為00FFH,試編寫一標度變換子程序，使其能對該測量值進行標度變換。22 . 某梯度爐溫度變化范圍為0 1600 ，經溫度變送器輸出電壓范圍輕為15v ，再經ADC0809 轉換， ADC0809 的輸入范圍為05v ， ，試計算當采樣數(shù)值為9BH 時，所對應的的梯度爐溫度是多少？解： 9BH=155D, 所對應的的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調節(jié)中，系數(shù) K,等各有什么作用？他們對調節(jié)品質有什么影響？答：系數(shù)Kp 為比例系數(shù)，提高系