计算机控制技术复习资料.docx

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计算机控制技术复习资料

第一章

1）简述计算机控制系统与常规仪表控制系统的基本结构及主要异同点。

基本结构：

相同点：

1、结构基本相同，功能相同。

2、计算机控制系统是在常规仪表控制系统演变而来。

不同点：

1、计算机控制系统能够实现复杂的控制规律，从而达到较高的控制质量。

2、由于计算机具有分时操作的功能，所以计算机控制系统具有群控的功能。

3、由于计算机的软件有恢复功能，所以计算机控制系统灵活性强。

4、由于计算机控制系统有有效的抗干扰，抗噪声，所以可靠性高。

5、由于计算机有监控，报警，自诊断功能，所以计算机控制系统的可维护性强。

2）分析说明图1-3计算机控制系统的硬件组成及其作用。

1.主机

组成：

中央处理器（CPU）和内存储器（RAM和ROM）组成。

作用：

根据输入通道送来的被控对象的状态参数，进行信息处理、分析、计算，作出控制决策，通过输出通道发出控制命令。

2.常规外部设备

外部设备按功能可分成三类：

输入设备、输出设备和外存储器。

输入设备有键盘、光电输入机、扫描仪等，用来输入程序、数据和操作命令。

输出设备有打印机、绘图机、显示器等，用来把各种信息和数据提供给操作者。

外存储器有磁盘装置、磁带装置、光驱装置，兼有输入、输出两种功能，用来存储系统程序和数据。

3.过程输入/输出通道

过程输入通道又分为模拟量输入通道和数字量输入通道两种；过程输出通道又分为模拟量输出通道和数字量输出通道两种。

作用：

主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。

4.操作台

操作台是操作员与计算机控制系统之间进行联系的纽带，可以完成向计算机输入程序、修改数据、显示参数以及发出各种操作命令等功能。

5.通信设备

在不同地理位置、不同功能的计算机之间通过通信设备连接成网络，以进行信息交换。

第二章

1）课本14页的图2-2以4位D/A转换器为例说明其工作原理

假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。

根据电流定律，有：

由于开关BS3~BS0的状态是受要转换的二进制数D3、D2、D1、D0控制的，并不一定全是“1”。

因此，可以得到通式：

结论：

可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻Rfb以及基准电压VREF有关。

2）D/A转换器的性能指标有哪些？

答：

分辨率、转换精度、偏移量误差、线性误差、稳定时间。

3）结合图2-5分析说明由DAC8032组成的单缓冲接口电路的工作过程，编写完成一次D/A转换的接口程序。

（课本第19页）

4）结合图2-6分析说明由DAC1210组成的接口电路的工作过程，编写完成一次D/A转换的接口程序。

（课本第20页）

首先将被转换数的高8位传给8位输入寄存器DI11～DI4，再将低4位传给4位输入寄存器DI3～DI0，然后再打开DAC寄存器，把12位数据送到12位D/A转换器去转换。

当输出指令执行完后，DAC寄存器又自动处于锁存状态以保持数模转换的输出不变。

设12位被转换数的高8位存放在DATA单元中,低4位存放在DATA+1单元中。

转换程序：

DAC：

MOVDX，0381H

MOVAL，[DATA]

OUTDX，AL；送高8位数据

DECDX

MOVAL，[DATA+1]

OUTDX，AL；送低4位数据

MOVDX，0384H

OUTDX，AL；完成12位数据转换

5）双极性输出方式：

如何得出公式2-3。

（课本第21页）

A1和A2为运算放大器，A点为虚地，故可得：

解上述方程可得双极性输出表达式：

图中运放A2的作用是将运放A1的单向输出变为双向输出。

当输入数字量小于80H即128时，输出模拟电压为负；当输入数字量大于80H即128时，输出模拟电压为正。

其它n位D/A转换器的输出电路与DAC0832相同，计算表达式中只要把28-1改为2n-1即可。

第三章

1）画图说明模拟量输入通道的功能、各组成部分及其作用。

（课本第29页）要会画出这个图

功能：

模拟量输入通道的任务是把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机可以接受的数字量信号。

各组成部分及其作用：

传感变送器：

将现场物理量转变成电量

信号调理：

对可能引入的各种干扰采取相应的技术措施保证A/D转换的精度；过滤，放大；光电隔离

多路模拟开关：

多路选择，提高工作效率

前置放大器：

将模拟输入信号放大至A/D转换范围

采样保持器：

保证A/D转换精度

A/D转换器：

将输入的模拟信号转换成数字信号

接口逻辑电路：

进行地址译码，产生片选信号和写信号

2）设计可变增益放大器（画出此图）

3）简述逐位逼近式、双积分式、电压/频率式的A/D转换原理。

（重点掌握双积分式）

1．逐位逼近式A/D转换原理:

从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。

2．双积分式:

将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。

①Vin对电容C在规定的时间T内进行正向充电，

②在控制开关的作用下，将其切换到与Vin极性相反的基准电源上，C放电，同时启动计数器。

③当比较器判定电容C放电完毕后停止计数，同时发出转换结束信号。

3.电压/频率式:

Ｖ/F转换电路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。

4）分析说明图3-19的8路12位A/D转换模版的工作原理。

该模版采集数据的过程如下：

1.通道选择：

将模拟量输入通道号写入8255A的端口C低4位（PC3-PC0），可以依次选通8路通道；

2.采样保持控制：

把AD574A的信号通过反相器连到LF398的信号采样保持端，当AD574A的转换期间=1，使LF398处于保持状态；

3.启动AD574A进行A/D转换：

通过8255A的端口PC6-PC4输出控制信号启动AD574A；

4.查询AD574A是否转换结束：

读8255A的端口A，查询是否已由高电平变为低电平；

5.读取转换结果：

若已由高电平变为低电平，则读8255A端口A、B，便可得到12位转换结果。

5）分析ADC0809的转换时序的工作过程。

（课本第41页图3-14）

转换过程：

首先ALE的上升沿将地址代码锁存、译码后选通模拟开关中的某一路，使该路模拟量进入到A/D转换器中。

同时START的上升沿将转换器内部清零，下降沿启动A/D转换，即在时钟的作用下，逐位逼近过程开始，转换结束信号EOC即变为低电平。

当转换结束后，EOC恢复高电平，此时，如果对输出允许OE输入一高电平命了，则可读出数据。

第四章

1）画图分析说明三极管型光电耦合隔离器的工作原理。

（课本第51页图4-2）

三极管型光耦器件的发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内，发光二极管为光耦隔离器的信号输入端，光敏三极管的集电极和发射极为光耦隔离器的输出端，它们之间的信号传递是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，传送给光敏三极管来完成的。

其输入、输出类似于普通三极管的输入、输出特性，即存在着截止区、饱和区与线性区三部分。

2）对比说明三极管驱动与继电器驱动电路的异同点。

同：

驱动电流均为小电流

异：

三极管驱动电路适合小功率、直流器件的驱动，是一种无触点开关驱动方式；继电器驱动电路适用于中小功率的直流或交流高电电压、大电流设备，是一种由触电开关驱动方式，而且一般应在继电器线圈两端反向并接一个徐流二极管。

第五章

1）简述何为键盘的抖动干扰及其消除的两种方法。

由于机械触点的弹性振动，按键在按下时不会马上稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开，因而在按键闭合和断开的瞬间均会出现一连串的抖动，这称为按键的抖动干扰

去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种

1．硬件方法

硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电路等硬件电路来避开按键的抖动时间。

2．软件方法

软件方法是指编制一段时间大于100ms的延时程序，在第一次检测到有键按下时，执行这段延时子程序使键的前沿抖动消失后再检测该键状态，如果该键仍保持闭合状态电平，则确认为该键已稳定按下，否则无键按下，从而消除了抖动的影响。

同理，在检测到按键释放后，也同样要延迟一段时间，以消除后沿抖动，然后转入对该按键的处理。

2）分析说明图5-8二进制编码键盘接口电路的工作原理。

（红色字体是老师讲解的，记得不清晰）

1.由结构图可知，U1的优先级比U2的高；

2.开始时，由于U1的E=+5V，此时U1开始工作，S0~S7任何键按下，D0～D2输出；

3.当S0~S7无键按下，U1的E产生高电平，启动U2，S8~S15

（课本原话）其中由于U1的Eo作为U2的Ei，所以按键S0的优先级最高，S15的优先级最低。

U1和U2的输出O2~O0经或门A3~A1输出，以形成低3位编码D2~D0。

而最高位D3则由U2的GS产生。

当按键S8~S15中有一个闭合时，其输出为“1”。

从而S0~S15中任意一个键被按下，由编码位D3~D0均可输出相应的4位二进制码。

：

为了消除键盘按下时产生的抖动干扰，该接口电路还设置了由与非门B1、B2、电阻R2、电容C2组成的单稳电路和由或门A4、电阻R1、电容C1组成的延时电路，电路中E、F、G、H和I这五点的波形如图5-9所示。

由于U1和U2的GS接或门A4的输入端，所以当按下某键时，A4为高电平，其输出经R1和C1延时后使G点也为高电位，作为与非门B3的输入之一。

同时，U2的输出信号Eo触发单稳（B1和B2），在暂稳态持续时间ΔT内，其输出F点为低电位，也作为与非门B3的输入之一。

由于暂稳态期间（ΔT）E点电位的变化（即按键的抖动）对其输出F点电位无影响，所以此时不论G点电位如何，与非门B3输出（H点）均为高电位。

当暂稳延时结束，F点变为高电位，而G点仍为高电位（即按键仍闭合），使得H点变为低电位，并保持到G点变为低电位为止（即按键断开）。

也就是说，按下S0~S15中任意一个按键，就会在暂稳态期间ΔT之后（恰好避开抖动时间）产生选通脉冲（H点）或STB（I点），作为向CPU申请中断的信号，以便通知CPU读取稳定的按键编码D3~D0。

第六章

1）以4位LED为例，说明LED的动态显示原理及其显示效果、特点及适用场合。

原理：

1.因为要实现LED动态显示，所以对应的7断码数码管的数据线是共用的，而各自的COM线应独立分开地与控制线相连接。

2.显示时，先将需要显示的内容输到数据线上，然后用控制线选通某一个数码管的COM线，点亮对应的数码管，显示出数据线上的信息。

3.用控制线依次逐个点亮每一个数码管，秉运用视觉惯性，在不超过20ms的时间间隔内进行刷新一次，即可得到稳定的显示效果（似乎四个数码管同时被点亮了）

特点：

1.线路结构简单、硬件成本低；2.显示功耗低；3.占用CPU的时间太多。

场合：

小型的测控系统

第七章

1）何为数字调零？

何为系统校准？

零点偏移是造成系统误差的主要原因之一，因此零点的自动调整在实际应用中最多，常把这种用软件程序进行零点调整的方法称为数字调零。

上述数字调零不能校正由传感器本身引入的误差。

为了克服这种缺点，可采用系统校准处理技术。

系统校准的原理与数字调零差不多，只是把测量电路扩展到包括现场的传感器，而且不是在每次采集数据时都进行校准，而是在需要时人工接入标准参数进行校准测量，把测得的数据存储起来，供以后实际测量使用。

2）简述数字滤波及其特点。

数字滤波，就是计算机系统对输入信号采样多次，然后用某种计算方法进行数字处理，以削弱或滤除干扰噪声造成的随机误差，从而获得一个真实信号的过程。

这种滤波方法只是根据预定的滤波算法编制相应的程序，实质上是一种程序滤波。

因而可靠性高，稳定性好，修改滤波参数也容易，而且一种滤波子程序可以被多个通道所共用，因而成本很低。

另外，数字滤波可以对各种干扰信号，甚至极低频率的信号进行滤波。

它的不足之处是需要占用CPU的机时。

第八章

1）串模干扰的成因是什么？

如何抑制串模干扰？

串模干扰是指迭加在被测信号上的干扰噪声，即干扰源串联在信号源回路中。

对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号Us串联。

目前常采用双绞线与滤波器两种措施。

2）共模干扰的成因是什么？

如何抑制共模干扰？

共模干扰是指计算机控制系统中不同“地”之间存在着电位差，其差值经输入通道中的信号放大器后，变成了干扰性的电压信号。

具体的有变压器隔离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施。

3）在计算机控制系统中，敷设信号线时应注意哪些问题？

（1）模拟信号线与数字信号线不能合用同一根电缆，要绝对避免信号线与电源线合用同一根电缆。

（2）屏蔽信号线的屏蔽层要一端接地，同时要避免多点接地。

（3）信号线的敷设要尽量远离干扰源，如避免敷设在大容量变压器、电动机等电器设备的附近。

如果有条件，将信号线单独穿管配线，在电缆沟内从上到下依次架设信号电缆、直流电源电缆、交流低压电缆、交流高压电缆。

表８－３号线和交流电力线之间的最少间距，供布线时参考。

（4）信号电缆与电源电缆必须分开，并尽量避免平行敷设。

如果现场条件有限，信号电缆与电源电缆不得不敷设在一起时，则应满足以下条件：

①电缆沟内要设置隔板，且使隔板与大地连接，如图8-17（a）所示。

②电缆沟内用电缆架或在沟底自由敷设时，信号电缆与电源电缆间距一般应在15cm以上，如图8-17（b）（c）所示；如果电源电缆无屏蔽，且为交流电压220VAC、电流10A时，两者间距应在60cm以上。

③电源电缆使用屏蔽罩，如图8-17（d）所示。

4）结合图8-30，简述程序运行监视系统的工作原理。

CPU可设计成由程序确定的定时器1，看门狗被设计成另一个定时器2，它的计时启动将因CPU的定时访问脉冲P1的到来而重新开始，定时器2的定时到脉冲P2连到CPU的复位端。

两个定时周期必须是

T1＜T2，T1就是CPU定时访问定时器2的周期，也就是在CPU执行的应用程序中每隔T1时间安插一条访问指令。

在正常情况下，CPU每隔T1时间便会定时访问定时器2，从而使定时器2重新开始计时而不会产生溢出脉冲P2；而一旦CPU受到干扰陷入死循环，便不能及时访问定时器2，那么定时器2会在T2时间到达时产生定时溢出脉冲P2，从而引起CPU的复位，自动恢复系统的正常运行程序。

第九章

三道例题考其中一道，例9-3没有弄出来，在课本152-155页

例9.1

求解步骤：

1.求等效脉冲传递函数2.设计误差传递函数3.计算求取最少拍控制器4.输出和误差的验证

例9.1解

从图中可以看出，系统经过了两个采样周期以后，输出完全跟踪了输入，稳态误差为零。

例9.2

第十章

1）CSMA/CD和令牌传送在原理和控制策略上有什么不同？

二者工作原理的不同

CSMA/CD（CarrierSenseMultipleAccessWithCollisionDetection），即带有冲突检测的载体监听多重访问技术，是一种竞争方式，适用于总线型网络结构。

CSMA/CD采取的控制策略是：

竞争发送、广播式传输、载体监听、冲突检测、冲突后退、再试发送。

当工作站有数据需要发送时，首先监听线路是否空闲，若空闲，则该站就可发送数据。

载体监听技术虽然能够减少线路冲突，但还不能完全避免冲突。

如两个工作站同时监听到线路空闲时，会同时发送数据，造成数据作废。

解决的办法是在发送数据的同时，发送站还进行冲突检测，当检测到冲突发生时，工作站将等待一段随机时间再次发送。

令牌传送

这种方式中，有一个称为令牌（TokenPassing）的信息段在网络中各节点间依次传递。

令牌有空、忙两种状态，开始时为空。

节点只有得到空令牌时才具有信息发送权，同时将令牌置为忙。

令牌绕节点一周且信息被目标节点取走后，令牌被重新置为空。

令牌传送既适合于环型网（称为令牌环——TOKENRING），又适合于总线型网（称为令牌总线——TOKENBUS）。

总线型网情况下，各站被赋予一逻辑位置，所有站型成一个逻辑环。

令牌环遵守IEEE802.5标准，令牌总线遵守IEEE802.4标准。

令牌传送效率高、信息吞吐量大，实时性好。