計算機控制技術(shù)復(fù)習(xí)資料

1、第一章1）簡述計算機控制系統(tǒng)與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及主要異同點。 基本結(jié)構(gòu)：生產(chǎn)i±程-1 - -B1-2計聲晦髒絃理區(qū)f +給定值國卜13）冊窗S相同點：1、結(jié)構(gòu)基本相同，功能相同。2、計算機控制系統(tǒng)是在常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來。不同點：1、計算機控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，從而達(dá)到較高的控制質(zhì)量。2、由于計算機具有分時操作的功能，所以計算機控制系統(tǒng)具有群控的功能。3、由于計算機的軟件有恢復(fù)功能，所以計算機控制系統(tǒng)靈活性強。4、由于計算機控制系統(tǒng)有有效的抗干擾，抗噪聲，所以可靠性高。5、由于計算機有監(jiān)控，報警，自診斷功能，所以計算機控制系統(tǒng)的可維護性強。2）分析說明圖1-

2、3計算機控制系統(tǒng)的硬件組成及其作用。1主機組成：中央處理器（CPU ）和存儲器（RAM和ROM）組成。作用：根據(jù)輸入通道送來的被控對象的狀態(tài)參數(shù)，進行信息處理、分析、計算，作出控制決 策，通過輸出通道發(fā)出控制命令。2常規(guī)外部設(shè)備外部設(shè)備按功能可分成三類：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外存儲器。輸入設(shè)備有鍵盤、光電輸入機、掃描儀等，用來輸入程序、數(shù)據(jù)和操作命令。 輸出設(shè)備有打印機、繪圖機、顯示器等，用來把各種信息和數(shù)據(jù)提供給操作者。 外存儲器有磁盤裝置、磁帶裝置、光驅(qū)裝置，兼有輸入、輸出兩種功能，用來存儲系統(tǒng)程序 和數(shù)據(jù)。3過程輸入/輸出通道過程輸入通道又分為模擬量輸入通道和數(shù)字量輸入通道兩種；過程輸出通

3、道又分為模擬量輸出通道和數(shù)字量輸出通道兩種。作用：主機和被控對象實現(xiàn)信息傳送與交換的通道。4操作臺操作臺是操作員與計算機控制系統(tǒng)之間進行聯(lián)系的紐帶，可以完成向計算機輸入程序、修改數(shù)據(jù)、顯示參數(shù)以及發(fā)出各種操作命令等功能。5.通信設(shè)備 在不同地理位置、不同功能的計算機之間通過通信設(shè)備連接成網(wǎng)絡(luò)，以進行信息交換。第二章1）課本14頁的圖2-2以4位D/A轉(zhuǎn)換器為例說明其工作原理數(shù)字量輸入I RfbRfbVo utVref位切換 開關(guān)D3基準(zhǔn) 電壓_R_ _ RR-2R電阻網(wǎng)絡(luò)D2DiDoI OUT運算放大器假設(shè)D3、D2、Di、DO全為1,則圖BS33、DBS2轉(zhuǎn)換療原理BS0全部與“ 1”端相連

4、。根據(jù)電流定 律，有：D3、D2、Di、DO控制的，并不一定全由于開關(guān)BS3 BSO的狀態(tài)是受要轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)是“1”。因此，可以得到通式:2out二口J、乙+ G匚+馬t +鞏召OUT =x23 + JD3x2a+哮恿到赦大器反相靖為虛址故：T _ TJ Rfh J r'TJT達(dá)取洛=費,可以毎到：OUT=F=X- +X- +X-）X對于 n D/A 轉(zhuǎn)扌奐器、它的徐出電圧卩師與輸入二進制數(shù) R（ Dr %）的關(guān)系式可寫旋：心尸7殆乂卯+ %孩嚴(yán)+心宀+編宀加嚳=-“警結(jié)論：可見，輸出電壓除了與輸入的二進制數(shù)有關(guān)，還與運算放大器的反饋電阻 Rfb以及基準(zhǔn)電壓VREF有關(guān)。2）D/A轉(zhuǎn)

5、換器的性能指標(biāo)有哪些?答：分辨率、轉(zhuǎn)換精度、偏移量誤差、線性誤差、穩(wěn)定時間。3）結(jié)合圖2-5分析說明由DAC8032組成的單緩沖接口電路的工作過程，編寫完成一次 D/A轉(zhuǎn)換的接口程序。（課本第19頁）4）結(jié)合圖2-6分析說明由DAC1210組成的接口電路的工作過程，編寫完成一次D/A轉(zhuǎn)換的接口程序。（課本第20頁）首先將被轉(zhuǎn)換數(shù)的高 8位傳給8位輸入寄存器DI11DI4，再將低4位傳給4位輸入寄存器 DI3DI0，然后再打開 DAC寄存器，把12位數(shù)據(jù)送到12位D /A轉(zhuǎn)換器去轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸出 指令執(zhí)行完后，DAC寄存器又自動處于鎖存狀態(tài)以保持?jǐn)?shù)模轉(zhuǎn)換的輸出不變。設(shè)12位被轉(zhuǎn)換數(shù)的高8位存放在DA

6、TA單元中，低4位存放在DATA+1單元中。轉(zhuǎn)換程序：DAC : MOV DX , 0381HMOVAL , DATAOUTDX , AL;送高8位數(shù)據(jù)DECDXMOVAL , DATA+1OUTDX , AL;送低4位數(shù)據(jù)MOVDX , 0384HOUT DX , AL;完成12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換DACOE5）雙極性輸出方式：如何得出公式2-3。（課本第21頁）DJDtDbmDiDDlDl.A1 和 A2*052問】256hkkkLLbTWDDDDDDDDIIIIVr _22?遠(yuǎn)2J?解上述方程可得雙極性輸出表達(dá)式：圖中運放A2的作用是將運放 A1的單向輸出變?yōu)殡p向輸出。當(dāng)輸入數(shù)字量小于80 H即1

7、28時，輸出模擬電壓為負(fù)；當(dāng)輸入數(shù)字量大于80 H即128時，輸出模擬電壓為正。其它 n位D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電路與 DAC0832相同，計算表達(dá)式中只要把 28-1改為2n-1即可。第三章1）畫圖說明模擬量輸入通道的功能、各組成部分及其作用。 圖（課本第29頁）要會畫出這個過程參數(shù)傳感變送器心號調(diào)理%路模扭開拡-前賈枚大器L采W-保持器一一A/D轉(zhuǎn)換器一接口電路- 2 一| TT丿M.&線功能：模擬量輸入通道的任務(wù)是把被控對象的過程參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、重量等 模擬量信號轉(zhuǎn)換成計算機可以接受的數(shù)字量信號。各組成部分及其作用：傳感變送器：將現(xiàn)場物理量轉(zhuǎn)變成電量A/D轉(zhuǎn)換的精度；過

8、濾，放大;信號調(diào)理：對可能引入的各種干擾采取相應(yīng)的技術(shù)措施保證 光電隔離多路模擬開關(guān)：多路選擇，提高工作效率前置放大器：將模擬輸入信號放大至A/D轉(zhuǎn)換圍采樣保持器：保證 A/D轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號接口邏輯電路：進行地址譯碼，產(chǎn)生片選信號和寫信號2）設(shè)計可變增益放大器（畫出此圖）:沖&3） 簡述逐位逼近式、雙積分式、電壓/頻率式的A/D轉(zhuǎn)換原理。（重點掌握雙積分式）1. 逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理：從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。2雙積分式：將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，屬于

9、間接轉(zhuǎn)換。 Vin對電容C在規(guī)定的時間T進行正向充電， 在控制開關(guān)的作用下，將其切換到與Vin極性相反的基準(zhǔn)電源上，C放電，同時啟動計數(shù)器。 當(dāng)比較器判定電容 C放電完畢后停止計數(shù)，同時發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。3電壓/頻率式：V /F轉(zhuǎn)換電路把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與模擬電壓成正比的脈沖信號。4）分析說明圖3-19的8路12位A/D轉(zhuǎn)換模版的工作原理。該模版采集數(shù)據(jù)的過程如下：1通道選擇：將模擬量輸入通道號寫入 8255A的端口 C低4位（PC3-PC0）,可以依次選通8 路通道；2采樣保持控制：把AD574A的信號通過反相器連到LF398的信號采樣保持端，當(dāng)AD574A的轉(zhuǎn)換期間=1，使LF398處

10、于保持狀態(tài)；3啟動AD574A進行A/D轉(zhuǎn)換：通過 8255A的端口 PC6-PC4輸出控制信號啟動 AD574A ;4查詢AD574A是否轉(zhuǎn)換結(jié)束：讀 8255A的端口 A，查詢是否已由高電平變?yōu)榈碗娖剑?讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果：若已由高電平變?yōu)榈碗娖?，則讀8255A端口 A、B ,便可得到12位轉(zhuǎn)換結(jié)果。5）分析ADC0809的轉(zhuǎn)換時序的工作過程。（課本第41頁圖3-14）轉(zhuǎn)換過程：首先 ALE的上升沿將地址代碼鎖存、譯碼后選通模擬開關(guān)中的某一路，使該路 模擬量進入到A/D轉(zhuǎn)換器中。同時START的上升沿將轉(zhuǎn)換器部清零，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換,即在時鐘的作用下， 逐位逼近過程開始， 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC

11、即變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后， EOC恢復(fù)高電平，此時，如果對輸出允許OE輸入一高電平命了，則可讀出數(shù)據(jù)。第四章廠5乙V忙（課本第51頁圖4-2）YVQ軸出Mi1）畫圖分析說明三極管型光電耦合隔離器的工作原理。 三極管型光耦器件的發(fā)光二極管和光敏三極管封 裝在一個管殼，發(fā)光二極管為光耦隔離器的信號輸入 端，光敏三極管的集電極和發(fā)射極為光耦隔離器的輸 出端，它們之間的信號傳遞是靠發(fā)光二極管在信號電 壓的控制下發(fā)光，傳送給光敏三極管來完成的。其輸 入、輸出類似于普通三極管的輸入、輸出特性，即存 在著截止區(qū)、飽和區(qū)與線性區(qū)三部分。2）對比說明三極管驅(qū)動與繼電器驅(qū)動電路的異同點。同：驅(qū)動電流均為小電流

12、異：三極管驅(qū)動電路適合小功率、直流器件的驅(qū)動，是一種無觸點開關(guān)驅(qū)動方式；繼電器驅(qū)動電路適用于中小功率的直流或交流高電電壓、大電流設(shè)備，是一種由觸電開關(guān)驅(qū)動方式， 而且一般應(yīng)在繼電器線圈兩端反向并接一個徐流二極管。第五章1）簡述何為鍵盤的抖動干擾及其消除的兩種方法。由于機械觸點的彈性振動， 按鍵在按下時不會馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時也不能一下子完全 地斷開，因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會出現(xiàn)一連串的抖動，這稱為按鍵的抖動干擾 去抖動的方法有硬件方法和軟件方法兩種1. 硬件方法硬件方法是設(shè)計一個濾波延時電路或單穩(wěn)態(tài)電路等硬件電路來避開按鍵的抖動時間。2. 軟件方法軟件方法是指編制一段時間大于100m

13、s的延時程序，在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行這段延時子程序使鍵的前沿抖動消失后再檢測該鍵狀態(tài)，如果該鍵仍保持閉合狀態(tài)電平， 則確認(rèn)為該鍵已穩(wěn)定按下，否則無鍵按下，從而消除了抖動的影響。同理，在檢測到按鍵釋放后，也同樣要延遲一段時間，以消除后沿抖動，然后轉(zhuǎn)入對該按鍵的處理。2）分析說明圖5-8二進制編碼鍵盤接口電路的工作原理。（紅色字體是老師講解的， 記得不清晰）1由結(jié)構(gòu)圖可知，U1的優(yōu)先級比U2的高；2開始時，由于 U1的E=+5V，此時U1開始工作，S0S7任何鍵按下，DOD2輸出；3當(dāng)S0S7無鍵按下，U1的E產(chǎn)生高電平，啟動 U2, S8S15（課本原話）其中由于 U1 的Eo作為U2的

14、Ei,所以按 鍵SO的優(yōu)先級最高，S15的 優(yōu)先級最低。U1和U2的輸 出02 O0經(jīng)或門A3 A1 輸出，以形成低3位編碼D2 DO。而最高位 D3貝U由U2 的GS產(chǎn)生。當(dāng)按鍵S8 S15 中有一個閉合時，其輸出為“ 1 ”。從而SO S15中任意 一個鍵被按下，由編碼位D3 DO均可輸出相應(yīng)的4位二 進制碼。：為了消除鍵盤按下時產(chǎn)生的抖動干擾，該接口電路還設(shè)置了由與非門B1、B2、電阻R2、電容C2組成的單穩(wěn)電路和由或門 A4、電阻R1、電容C1組成的 延時電路，電路中E、F、G、H和I這五點的波形如圖5-9所示。由于U1和U2 的GS接或門A4的輸入端，所以當(dāng)按下某鍵時，A4為高電平，

15、其輸出經(jīng)R1和 C1延時后使G點也為高電位，作為與非門B3的輸入之一。同時，U2的輸出信 號Eo觸發(fā)單穩(wěn)（B1和B2），在暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間 T,其輸出F點為低電位，也作 為與非門B3的輸入之一。由于暫穩(wěn)態(tài)期間（ T）E點電位的變化（即按鍵的抖動）對其輸出F點電位無 影響，所以此時不論G點電位如何，與非門B3輸出（H點）均為高電位。當(dāng)暫穩(wěn) 延時結(jié)束，F(xiàn)點變?yōu)楦唠娢?，而G點仍為高電位（即按鍵仍閉合），使得H點變?yōu)?低電位，并保持到G點變?yōu)榈碗娢粸橹梗窗存I斷開）。也就是說，按下SO S15 中任意一個按鍵，就會在暫穩(wěn)態(tài)期間 T之后（恰好避開抖動時間）產(chǎn)生選通 脈沖（H點）或STB （I點），作為向C

16、PU申請中斷的信號，以便通知 CPU讀取 穩(wěn)定的按鍵編碼D3D0。第六章1）以4位LED為例，說明tp cc t c t c b st * a < b ai： 14 d < k af I * 4 c 心111 1111 11 11 11 1-1LCIOKf茫OilD)&2DI原理：1因為要實現(xiàn)LED動態(tài)顯示，所以對 應(yīng)的7斷碼數(shù)碼管的數(shù)據(jù)線是共用的， 而各自的COM線應(yīng)獨立分開地與控 制線相連接。2顯示時，先將需要顯示的容輸?shù)綌?shù)據(jù) 線上，然后用控制線選通某一個數(shù)碼LED的動態(tài)顯示原理及其顯示效果、特點及適用場合。 管的 COM 線，點亮對應(yīng)的數(shù)碼管，顯示出數(shù)據(jù)線上的信息。3

17、. 用控制線依次逐個點亮每一個數(shù)碼管，秉運用視覺慣性，在不超過20ms 的時間間隔進行刷新一次，即可得到穩(wěn)定的顯示效果（似乎四個數(shù)碼管同時被點亮了）特點： 1.線路結(jié)構(gòu)簡單、硬件成本低； 2.顯示功耗低； 3.占用 CPU 的時間太多。 場合：小型的測控系統(tǒng)第七章1）何為數(shù)字調(diào)零？何為系統(tǒng)校準(zhǔn)？零點偏移是造成系統(tǒng)誤差的主要原因之一， 因此零點的自動調(diào)整在實際應(yīng)用中最多， 常 把這種用軟件程序進行零點調(diào)整的方法稱為數(shù)字調(diào)零。上述數(shù)字調(diào)零不能校正由傳感器本身引入的誤差。 為了克服這種缺點， 可采用系統(tǒng)校準(zhǔn) 處理技術(shù)。系統(tǒng)校準(zhǔn)的原理與數(shù)字調(diào)零差不多， 只是把測量電路擴展到包括現(xiàn)場的傳感器， 而且不

18、是在每次采集數(shù)據(jù)時都進行校準(zhǔn)， 而是在需要時人工接入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進行校準(zhǔn)測量， 把測得的 數(shù)據(jù)存儲起來，供以后實際測量使用。2）簡述數(shù)字濾波及其特點。 數(shù)字濾波，就是計算機系統(tǒng)對輸入信號采樣多次，然后用某種計算方法進行數(shù)字處理， 以削弱或濾除干擾噪聲造成的隨機誤差，從而獲得一個真實信號的過程。這種濾波方法只是根據(jù)預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序， 實質(zhì)上是一種程序濾波。 因而 可靠性高，穩(wěn)定性好，修改濾波參數(shù)也容易，而且一種濾波子程序可以被多個通道所共用， 因而成本很低。另外， 數(shù)字濾波可以對各種干擾信號， 甚至極低頻率的信號進行濾波。 它的不足之處是需要 占用 CPU 的機時。第八章 1）串模干擾的

19、成因是什么？如何抑制串模干擾？ 串模干擾是指迭加在被測信號上的干擾噪聲，即干擾源串聯(lián)在信號源回路中。 對串模干擾的抑制較為困難，因為干擾 Un 直接與信號 Us 串聯(lián)。目前常采用雙絞線與濾波 器兩種措施。2）共模干擾的成因是什么？如何抑制共模干擾？ 共模干擾是指計算機控制系統(tǒng)中不同 “地” 之間存在著電位差， 其差值經(jīng)輸入通道中的信號 放大器后， 變成了干擾性的電壓信號。 具體的有變壓器隔離、 光電隔離與浮地屏蔽等三種措 施。3）在計算機控制系統(tǒng)中，敷設(shè)信號線時應(yīng)注意哪些問題？（1）模擬信號線與數(shù)字信號線不能合用同一根電纜，要絕對避免信號線與電源線合用同一 根電纜。（2）屏蔽信號線的屏蔽層要一

20、端接地，同時要避免多點接地。（3）信號線的敷設(shè)要盡量遠(yuǎn)離干擾源，如避免敷設(shè)在大容量變壓器、電動機等電器設(shè)備的 附近。 如果有條件， 將信號線單獨穿管配線， 在電纜溝從上到下依次架設(shè)信號電纜、直流電 源電纜、交流低壓電纜、 交流高壓電纜。表8-3號線和交流電力線之間的最少間距，供布線時參考。（4 ）信號電纜與電源電纜必須分開，并盡量避免平行敷設(shè)。如果現(xiàn)場條件有限，信號電纜 與電源電纜不得不敷設(shè)在一起時，則應(yīng)滿足以下條件：電纜溝要設(shè)置隔板，且使隔板與連接，如圖8-17（ a）所示。電纜溝用電纜架或在溝底自由敷設(shè)時，信號電纜與電源電纜間距一般應(yīng)在15cm以上,如圖8-17（b）（c）所示；如果電源電

21、纜無屏蔽，且為交流電壓220VAC、電流10A時，兩者間距應(yīng)在60 cm以上。電源電纜使用屏蔽罩，如圖8-17（ d）所示。4）結(jié)合圖8-30，簡述程序運 行監(jiān)視系統(tǒng)的工作原理。CPU可設(shè)計成由程序確定的 定時器1，看門狗被設(shè)計成另 一個定時器2,它的計時啟動 將因CPU的定時訪問脈沖 P1 的到來而重新開始，定時器2的定時到脈沖 P2連到CPU的 復(fù)位端。兩個定時周期必須是應(yīng)円桓庠T1 v T2, T1就是CPU定時訪問定時器2的周期，也就是在 CPU執(zhí)行的應(yīng)用程序中每隔 T1 時間安插一條訪問指令。在正常情況下，CPU每隔T1時間便會定時訪問定時器 2,從而使定時器 2重新開始計時而 不會

22、產(chǎn)生溢出脈沖 P2;而一旦CPU受到干擾陷入死循環(huán)，便不能及時訪問定時器2,那么定時器2會在T2時間到達(dá)時產(chǎn)生定時溢出脈沖P2,從而引起CPU的復(fù)位，自動恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行程序。第九章三道例題考其中一道，例 9-3沒有弄出來，在課本 152-155頁例9.1匏）.L >1III0IG!J R| ：啲r 丄I丄,真助u（z）. I r被控對象 ©）-s（s + l）采樣周期Tls輸入：單位速度衣：最少拍數(shù)字控制器求解步驟：1.求等效脈沖傳遞函數(shù)2.設(shè)計誤差傳遞函數(shù)3.計算求取最少拍控制器4.輸出和誤差的驗證例9.1解莎:被拎燉喙介保持器的竽效脈沖傳遞函數(shù)為= nm-z-l)z 亠

23、-丄卜一Ls1 S S + 13,6Sz-'(l 4 Q.71-1)U-z"iXI-0.36X2'1)根嘉杲少擴系統(tǒng)設(shè)計的要求對單位速度輸人血選叭二（1 -屮fi-(i-y F_rr 丨，廣036KZ-1)O.54H1 1 6軟詛工)(l-z_1Mli-<r7lNz_l)此時輸出Y(z- cp(7)/ii rr - l 他二蛀加"3從圖中可以看出，系統(tǒng)經(jīng)過了兩個采樣周期以后，輸出完全跟蹤了輸入，穩(wěn)態(tài)誤差為零。t543 -25T7T圖：單位速度輸入下輸出和誤差變化波形例9.2被揑對舉3-頑i$ + D（oz I D采樣周期二oz 篩入：單隧階躍獨：被控對

24、錄與零階佟i黑的等效脈沖傳遞函數(shù)為G(r| = U-zlZ恥）056 '(I 1-CT0fc )(1 + 1.06 jg-1)(I0,13?2-)(1 «01S3z_t)XI-仃根據(jù)譴計量少拍系統(tǒng)的限制條件*川假設(shè)二-.臉）在單位國外和個滯厲岡了 T8-39)4>.(刃=(1 - 1屮 8-40)由1）左）=1 dbfz）H. t r c z h cb（ *）j§ 1 j是.同I階択乃壩式.f L盡能簡單1*<8-11.U-40 -II ., u h r, i-.i -1 I- .壯-旳：.日-4和式（8-41）分別代入恒尊式可軻az Tl + LOb也)+(1 - 忑")(1十反")=I解得(J 0.484h 0.516<P( j) = 0+4X4廠"I + 1.065z_l)0(,(z = (l -z (l I 0.516Z1)Dz) =g) 1(l + l.()65zli 0 5l6r_1)0.76