河南理工大学微型计算机控制技术 课后答案.docx

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河南理工大学微型计算机控制技术课后答案

第一章

1．计算机控制系统中的实时性、离线方式和在线方式的含义是什么？

2．计算机控制系统由哪几部分组成？

各有何作用？

3．计算机控制系统按功能分类有哪几种?

4．DCS和FCS各有什么特点?

第二章

1.什么是接口？

计算机控制系统中为什么要有I/O接口电路？

2.I/O接口的控制方式有哪几种？

3.I/O端口地址译码方式及各自特点？

3.香农采样定理的核心是什么？

采样频率的高低对数字控制系统有何影响？

5.多路转换开关在模拟量输入通道中的作用是什么？

对它们有何要求？

6.试述零阶保持器的作用及原理。

是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？

为什么？

补充：

模拟量输入通道由哪些部分组成？

各部分的作用是什么？

答：

模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。

（1）I/V变换：

提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。

（2）多路转换器：

用来切换模拟电压信号的关键元件。

（3）采样保持器：

A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。

在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。

这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。

（4）A/D转换器：

模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器（Analog/DigitalConverter，简称A/D转换器或ADC）。

补充：

采样保持器有什么作用？

试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。

答：

采样保持器的作用：

A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。

在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。

这样，就需要在A/D转换器之前加入采样保持器。

保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。

保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。

补充：

在数据采样系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样保持器？

为什么？

答：

不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。

补充：

A/D转换器的结束信号有什么作用？

根据该信号在I/O控制中的连接方式，A/D转换有几种控制方式？

它们在接口电路和程序设计上有什么特点？

答：

A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。

常见的A/D转换有以下几种控制方式，各自特点如下

•延时等待法:

EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。

•保持等待法:

EOC与READY相连,EOC无效时,自动插入等待状态。

直至EOC有效时，取数据。

•查询法:

EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。

•中断响应法:

EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。

8.设有8路模拟量输入信号（0~5V），要求每次从0号通道开始，顺序将8个通道输入的模拟量转换成数字量，存放到规定的内存单元中。

通过中断和查询两种方式读取数据。

（1）设计ADC0809与AT89S51单片机的接口电路。

（2）编写出实现上述数据采集功能的流程图和程序。

本例给出用AT89C51、ADC0809设计的数据采集系统实例。

接口电路原理图如图所示，ADC0809的地址分别为FEF8H~FEFFH；把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H~37H单元中。

采样完一遍后停止采集。

其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下：

初始化程序：

MOVR0，#30H；设立数据存储区指针

MOVR2，#08H；设置8路采样计数值

SETBIT0；设置外部中断0为边沿触发方式

SETBEA；CPU开放中断SETBEX0；允许外部中断0中断

MOVDPTR，#0FEF8H；送入口地址并指向IN0

MOVX@DPTR，A；启动A/D转换，A的值无意义

HERE：

SJMPHERE；等待中断

中断服务程序：

MOVXA，@DPTR；读取转换后的数字量

MOV@R0，A；存入片内RAM单元

INCDPTR；指向下一模拟通道

INCR0；指向下一个数据存储单元

DJNZR2，INT0；8路未转换完，则继续

CLREA；已转换完，则关中断

CLREX0；禁止外部中断0中断

RETI；中断返回

INT0：

MOVX@DPTR，A；再次启动A/D转换

RETI；中断返回

其查询式数据采集程序如下：

MOVR0，#30H；设立数据存储区指针

MOVR2，#08H；设置8路采样计数值

SETBP3.2

MOVDPTR，#FEF8H；送入口地址并指向IN0

LOOP：

MOVX@DPTR，A；启动A/D转换，A的值无意义

JNBP3.2,$

MOVXA，@DPTR；读取转换后的数字量

MOV@R0，A；存入片内RAM单元

INCDPTR；指向下一模拟通道

INCR0；指向下一个数据存储单元

DJNZR2，LOOP；8路未转换完，则继续

HERE：

SJMPHERE

10.试述V/F转换器的工作原理及优越性。

1.DAC0832与CPU有几种连接方式？

他们在硬件接口及软件设计上有什么不同？

其中用了哪些控制信号，其作用是什么？

2.用DAC0832与AT89S51设计一个单缓冲的D/A转换器，要求画成接口电路，并编写出实现矩形和锯齿波的程序，要求每输出一个值的持续时间相同。

实现矩形的程序：

LL:

MOVA,#00H;低电平

MOVDPTR,#0FEFFH

MOVX@DPTR,A;送转换

LCALLDMS1;低宽度

MOVA,#0FFH;高电平

MOVX@DPTR,A;送转换

LCALLDMS2;高宽度

SJMPLL

DMS1:

MOVR6,#10

L1:

MOVR7,#100

NOP

L2:

DJNZR7,L2

DJNZR6,L1

RET

DMS2:

MOVR4,#200

L11:

MOVR5,#248

NOP

L12:

DJNZR5,L12

DJNZR4,L11

RET

产生三角波

MOVA,#00H

MOVDPTR,#0FEFFH

SS1:

MOVX@DPTR,A;送转换NOP

NOP

NOP

SS2:

INCA;等速上升

JNZSS1

SS3:

DECA

MOVX@DPTR,A

NOP

NOP;等速下降

JNZSS3

SJMPSS2

3.用DAC0832与AT89S51设计一个双缓冲的D/A转换器，要求画成接口电路，并编写出实现三角波的程序。

CS1：

EQU280H

CS2：

EQU281H

CS3：

EQU282H

CS4：

EQU283H

CS5：

EQU284H

CS6：

EQU285H

XEFR:

EQU286H

LL:

MOVA,#0

MOVDPTR,#280H

LL1：

MOVX@DPTR,A;送DA

MOVDPTR,#286H

MOVX@DPTR,A;打开DAS,启动DA

NOP

NOP

SS2:

INCA;等速上升

JNZLL1

SS3:

DECA

MOVX@DPTR,A;送DA

MOVDPTR,#286H

MOVX@DPTR,A;打开DAS,启动DA

NOP

NOP;等速下降

JNZSS3

SJMPSS2

11.利用DAC0832与AT89S51设计D/A输出接口电路，要求实现单极性模拟输出。

前面的都是单极性模拟输出

14.什么是串模干扰和共模干扰？

如何抑制？

15.数字信号通道一般采取哪些抗干扰措施？

第三章

因为：

双线性变换法：

阶跃响应不变法：

位置式

两式相减得

位置式递推式

增量式

答：

采样周期的选择需要考虑以下那些因素：

（1）从调节品质上看，希望采样周期短，以减小系统纯滞后的影响，提高控制精度。

通常保证在95%的系统的过渡过程时间内，采样6次～15次即可。

（2）从快速性和抗扰性方面考虑，希望采样周期尽量短，这样给定值的改变可以迅速地通过采样得到反映，而不致产生过大的延时。

（3）从计算机的工作量和回路成本考虑，采样周期T应长些，尤其是多回路控制时，应使每个回路都有足够的计算时间；当被控对象的纯滞后时间τ较大时，常选T=（1/4~1/8）τ。

（4）从计算精度方面考虑，采样周期T不应过短，当主机字长较小时，若T过短，将使前后两次采样值差别小，调节作用因此会减弱。

另外，若执行机构的速度较低，会出现这种情况，即新的控制量已输出，而前一次控制却还没完成，这样采样周期再短也将毫无意义，因此T必须大于执行机构的调节时间。

第四章

第五章

1.简述常用的数字滤波方法有几种？

它们有什么优缺点？

2.数字滤波与模拟滤波相比有什么优点？

3.根据设计一个算术平均滤波程序。

4.根据设计一个复合滤波程序。

5.线性插值和二次抛物线插值有什么优缺点？

6.某温度测量仪表的量程为100-900℃，利用89S52单片机和ADC0809进行AD转换。

在某一时刻计算机采样并经过数字滤波后的数字量为0CDH，求此时对应的温度值是多少？

（设仪表的量程是线性的）。

11.设计一报警处理程序。

只有采样值连续2次异常时，系统才进行报警处理。

第七章

1.简述微型计算机控制系统设计的一般步骤。

3.设计微机控制系统总体方案时，应考虑哪些问题？