測控系統(tǒng)原理與設(shè)計重點題型

1、1、微機化測控系統(tǒng)分拿幾類？微機化檢測系統(tǒng)、微機化控制系統(tǒng)、微機化測控系統(tǒng)2、模擬量輸入通道由那幾部分組成？以及各部分的作用？傳感器：將非電量轉(zhuǎn)換為電量調(diào)理電路 : 放大、濾波采集電路：將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號3、模擬量輸出通道由哪幾部分組成？輸出數(shù)據(jù)寄存器、D/A 轉(zhuǎn)換器、調(diào)理電路（模擬顯示器、模擬記錄器、模擬執(zhí)行機構(gòu)）4、前置放大器：判斷信號大小準則？所放位置前后的判斷？放大倍數(shù)如何確定?判斷信號大小準則輸出噪聲 : 電路在沒有信號輸入時，輸出端輸出一定幅度的波動電壓. 等效輸入噪聲 :把電路輸出端測得的噪聲有效值VON折算到該電路的輸入端VINVONK判斷依據(jù)：是否被淹沒？如果加在某電路

2、輸入端的信號幅度小到比該電路的等效輸入噪聲還要低.VONVIS < VINK前置放大器的作用:總輸出噪聲 : VON'(VIN 0K0K )2(VIN K )2總的等效增效輸入噪聲 : VIN'VON'VIN20(VIN )2K 0 KK 0為使： VIN'VIN須滿足以下條件： VIN 0VIN11K 02位置上，在濾波器的前面OR 后面在測控領(lǐng)域，被測信號的頻率通常比較低，濾波器大多采用RC有源濾波器。由于電阻元件是電路噪聲的主要根源，因此RC濾波器產(chǎn)生的電路噪聲比較大。如果把放大器放在濾波器后面，濾波器的噪聲將會被放大器放大，使電路輸出信噪比降低。&

3、#39;(VIN 1 K )2(VIN 0 K )222VINKVIN 0VIN 1濾波器1 / 91、隔直電容的作用使調(diào)理電路的零漂電壓不會隨被測信號一起送到采集電路。2、高通濾波器濾除低頻干擾3、陷波器抑制交流電干擾。4、低通濾波器濾除高頻干擾，“去混淆”5、采集電路的四種方案？PGA SH的作用？采集電路的設(shè)計（實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的電路、AD芯片的選擇是核心）測模擬信號恒定或變化緩慢的場合被測模擬信號隨時間變化的場合6、前置與主放大器的區(qū)別以及適用情況？主放大器為了避免弱信號采樣電壓在A/D 轉(zhuǎn)換時達不到要求的轉(zhuǎn)換精度，將MUX輸出的子樣電壓放大到接近A/D 滿量程，使數(shù)字轉(zhuǎn)換精度提

4、高 K 倍。7、DA+保持器（數(shù)據(jù)保持器及模擬保持器的機構(gòu)與優(yōu)缺點）？數(shù)據(jù)保持器：2 / 9數(shù)據(jù)完好、成本高數(shù)據(jù)誤差、成本低8、開關(guān)量輸入輸出通道。技術(shù)指標：抗干擾、可靠性輸入微機總線輸入緩沖輸入調(diào)理生產(chǎn)過程器電路片選地址譯碼器開關(guān)量輸出通道結(jié)構(gòu)9、單元電路級聯(lián)設(shè)計：電器匹配方案（3 種）、信號耦合方式？步進電機的正反轉(zhuǎn)控制電器匹配方案：電氣性能的相互匹配、信號耦合與時序邏輯、電平轉(zhuǎn)換接口信號耦合方式：1、直接耦合方式前后級電路間直接或通過電阻連接。特點：前級的直流成分和交變信號都傳到后級。不處理。 2、阻容耦合方式前后級電路間通過電容連接，特點：前級的直流成分被隔斷，僅交變信號傳到后級。“隔

5、直傳變”10、主機電路組合方式：內(nèi)插式外接式3 / 9組合式11、CPU的讀取方式：定時、中斷、查詢12、接口電路： 3-2-1:3-2-213、AD 計算（ P20）14、DA 接口15、單緩沖、雙緩沖方式適用情況？分析（片地址、模塊功能、工作方式）適用情況：是否需要同步輸出單緩沖：分時鎖存并轉(zhuǎn)換雙緩沖：先分時鎖存，后同時轉(zhuǎn)換接線的區(qū)別：(P2.7 0地址碼 7FFH)(P2.6 0地址碼 BFFH)(P2.5 0地址碼 DFFH)16、人機接口程序（4 例題） +系統(tǒng)設(shè)計題設(shè)計舉例 1設(shè)計 8 只獨立式按鍵的鍵盤接口電路并編制相關(guān)程序。主機采用8031 單片機，用8155 擴展 I/O 接

6、口，并用中斷方式處理8 只按鍵。采用軟件消抖方式消除鍵抖動。采用中斷工作方式，即只有當鍵盤中有鍵被按下時，才執(zhí)行掃描工作。下圖為采用中斷方式處理只按鍵的接口電路圖當無鍵按下時，條測試線均為高電平，經(jīng)與非門及反相器后仍為高電平，不會產(chǎn)生中斷。當其中任一鍵按下時，INT0 變?yōu)榈碗娖?，?031 申請中斷。 8031 響應(yīng)后便進入中斷服務(wù)程序，然后用掃描方法尋找到申請中斷的功能鍵并執(zhí)行相應(yīng)功能處理程序設(shè)計舉例 2設(shè)計 32 鍵矩陣式鍵盤與單片機接口電路并編制相關(guān)程序。主機采用8031，用 8155 擴展 I/O 端口，并采用編程掃描工作方式的行掃描法來識別鍵值。4 / 91. 行掃描法該圖為 4&

7、#215;8 矩陣鍵盤與單片機接口電路。8155 的端口 C 工作于輸出方式，用于行掃描。端口A 工作于輸入方式，用來讀入列值。由圖可知，8155 的命令 /狀態(tài)寄存器、端口A、端口 B 和端口 C 的地址分別為0100H、0101H、0102H 和 0103H。采用編程掃描工作方式的行掃描法步驟如下：(1)判是否有鍵按下。實現(xiàn)方法：使端口C 所有的行輸出均為低電平，然后從端口A 讀入列值。如果沒有鍵按下，讀入值應(yīng)為 FFH，如果有鍵按下，則不為FFH。(2) 若有鍵按下，則延時 10ms，再判斷是否確實有鍵按下。(3)若確實有鍵按下，則求出按下鍵的鍵值。其實現(xiàn)方法是對鍵盤進行逐行掃描。即先令

8、PC0 為 0，讀入列值，若列值等于FFH，說明該行無鍵按下，再令PC1為 0，對下一行進行掃描；若列值不等于FFH，說明該行有鍵按下，求出其鍵值。求鍵值時要設(shè)置行值寄存器和列值寄存器。每掃完一行，若無鍵按下，則行值寄存器加上08H；若有鍵按下，行值寄存器保持原值，轉(zhuǎn)而求相應(yīng)的列值。求列值的方法是，將列值右移，每移位一次列值寄存器加1，直至移出位為低電平為止。最后將行值和列值相加即得鍵值。若需要十進制鍵值，可進行DAA修正。(4) 為保證按鍵每閉合一次 CPU只做一次處理，程序需等閉合的鍵釋放后再對其做處理設(shè)計舉例 3設(shè)計 LED靜態(tài)顯示接口電路及顯示程序。要求顯示器接口電路完成一位極性和3

9、位十進制數(shù)字的顯示，并根據(jù)小數(shù)點狀態(tài)信息點亮相應(yīng)位的小數(shù)點。主機采用8031，并用 74LS244 為總線驅(qū)動器， 74LS273 作為鎖存器， 74LS138作為地址譯碼5 / 9設(shè) 8031 片內(nèi) RAM的 30H 至 34H為顯示緩沖區(qū)，共五個單元。30H單元是小數(shù)點狀態(tài)信息存儲單元，低4 位每一位分別對應(yīng)相應(yīng)位顯示器的小數(shù)點，如果為1 點亮該點小數(shù)點。 31H 單元存放極性碼， 0A 表示正， 0B 表示負，其對應(yīng)的段碼位FFH（顯示空白）和 BFH（顯示“ - “）存放于表中 SEG+10和 SEG+11單元中。 32H至 34H 順序存放從高位到低位被顯示的3 位十進制數(shù)字。設(shè)計舉

10、例 4設(shè)計 LED動態(tài)掃描顯示接口電路及顯示程序。主機采用8031,8155 作為接口芯片， 6 位 LED顯示，顯示緩沖區(qū)為30H35H,利用軟件譯碼的方法求出待顯示數(shù)對應(yīng)的段碼，各位從左到右依次進行顯示，每位數(shù)碼管顯示35ms，顯示完一位后，再重復(fù)上述過程，得到連續(xù)的顯示效果5、模擬量輸入通道設(shè)計對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的幾個要求：1、能夠采集 8 個模擬量，即有8 個輸入通道6 / 92、系統(tǒng)的分辨率為 12 位，即要求12 位 A/D 轉(zhuǎn)換3、單極性工作方式，電壓范圍 010V4、轉(zhuǎn)換速度 25s+12V+5V100 100K 5、系統(tǒng)采用查詢方式進行數(shù)據(jù)輸入100K 12/8 V LOGIC8

11、 通道模擬量輸入電路原理圖 PA PAPAPBPC 總線8255APBPCPCPCPCPCPCPC7STSBIFOFF-12V3D 11REFIN0D 8100REFOUT+15V-15V7D 7+15V8AD574A0D 013V DDV EE10V IN56CELF398S mCS4CD4051S 0V 057R/C64AGNDC HINH3A 0-15V2C1DGNDB0AS 7V 7V SS17、測量數(shù)據(jù)處理包括哪些？零位和靈敏度的誤差校正；量程自動切換；超限自動報警；標度變換；非線性校正算法；數(shù)字濾波圖3-198 路12 位 A/D轉(zhuǎn)換模板電路18、靈敏度誤差、零位誤差？“零位誤差”

12、 x0輸入 y 為零時的輸出；“靈敏度誤差”指實際靈敏度k 與標稱靈敏度k0 的偏差19、軟件校正方法？20、量程自動切換（為什么、實現(xiàn)）原因 1、使測量過程自動迅速地選擇在最佳量程上；2、既能防止數(shù)據(jù)溢出和系統(tǒng)過載，又能保證一定的測量精度。實現(xiàn)：21、標度變換（為什么）；軟件實現(xiàn)方法計算題原因：為能從顯示器上直接讀取帶有被測量量綱的數(shù)值所進行必要的變換計算題：某微機化溫度測量儀表的量程為 100900，利用單片機 803l 和 ADC0809進行 AD轉(zhuǎn)換。在某一時刻計算機采樣并經(jīng)過數(shù)字濾波后的數(shù)字量為 CDH，求此時對應(yīng)的溫度值是多少 ?( 設(shè)儀表的量程是線性的 )NiNL ( DiDL)

13、 NHNL100 205900100743.1( C)DHDL255022、數(shù)字濾波類型（3 種）？以及原理？1、限幅濾波：比較本次采樣值和上一次采樣值，如果它們的差值未超過允許的最大偏差值，則認為本次采樣值有效而保留。如果它們的差值超過允許的最大偏差值，則認為本次采樣值無效而用上一次采樣值替代2、中位值濾波：對某一被測參數(shù)連續(xù)采樣n 次( 一般 n 取奇數(shù) ) ，然后把 n 次采樣值按大小排列，取中間值為本次采樣值。3、平均濾波（去極值平均濾波）：連續(xù)采樣N次，去掉一個最大值，去掉一個最小值，再求余下N-2 個采樣值的平均值23、什么叫 PID？比例積分微分調(diào)節(jié)24、位置式與增量式公式以及優(yōu)

14、缺點？計算題k位置式： u(k )K p e(k)K ie( j )K d e(k)e( k1)j0增量式：u( k) K p e( k) e(k 1)T e(k )Td e(k ) 2e(k 1) e(k 2)TiT優(yōu)缺點：位置式k1、積分項e( j ) （計算繁瑣，占內(nèi)存太多。）j 17 / 92、其輸出與閥位一一對應(yīng)，故稱：位置式（能準確定位，但誤動作危害大）3、每次輸出需要計算閥的絕對位置增量式1、每次都在上一閥位計算增量，故稱：增量式。2、數(shù)據(jù)存儲所需空間少（保存3 個采樣值）3、誤動作危害少。不易引起積分飽和。手/ 自動切換方便。計算題5-1設(shè)有一溫度控制系統(tǒng)，溫度測量范圍是0-6

15、00 . 溫度采用 PID 控制，控制指標450±2已知比例系數(shù)Kp=4，積分時間 Ti=60s, 微分時間 TD=5S,采樣周期 T=5s, 當測量值 c （n）=448C(n-1)=449,c(n-2)=452時，計算增量輸出u(n).若 u(n-1)=1860, 計算 u(n)?K IT451K DTD41512KP TI60 3，K P T5，e( n)rc( n)4504482，e(n1) rc(n1)450449 1，e( n2)rc(n2)4504522，u(n)4(21)1212221(2)19，3u(n)u(n1)u(n)1860(19)184125、不完全 PID

16、 改進（不完全微分法、抗飽和積分法）計算題（舉例）某溫度控制系統(tǒng)，溫度量程為 0至1275 ， A/D轉(zhuǎn) 換 為8 位，并采用8 位字長定點運算。設(shè)KP=1,T=1S,TI=10s,e(k)=50T1255uI (k )KP TIe( k)10(127550)126、無擾動切換？如何對位平衡操作？1、無平衡無擾切換的要求：在進行手動到自動或自動到手動的切換之前，無須由人工進行手動輸出控制信號與自動輸出控制信號之間的對位平衡操作，就可以保證切換時不會對執(zhí)行機構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動。2、無平衡無擾切換的措施：在手動 (SM或 HM)狀態(tài)下，應(yīng)使給定值 (CSV)跟蹤被控量 (CPV)，同時也要把歷史數(shù)據(jù)，如 e(n-1) 和 e(n-2) 清零，還要使 u(n-1) 跟蹤手動控制量 (MV 或 VM)。從輸出保持狀態(tài)或安全輸出狀態(tài)切向正常的自動工作狀態(tài)時，可采取類似的措施。27、自檢方式？