計(jì)算機(jī)控制作業(yè)答案1

作業(yè)課本(p.12)題2．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？請(qǐng)畫出計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖。答：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)主機(jī)系統(tǒng)、模擬量輸入輸出接口、數(shù)字量輸入輸出接口、鍵盤顯示接口、打印接口和通信接口等部分組成。課本(p.12)題4.實(shí)時(shí)、在線方式和離線方式的含義是什么？在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計(jì)算機(jī)直接連接，并受計(jì)算機(jī)控制的`方式稱為在線方式或聯(lián)機(jī)方式；生產(chǎn)過程不和計(jì)算機(jī)直接連接，且不受計(jì)算機(jī)控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機(jī)方式。所謂實(shí)時(shí)，是指信號(hào)的輸入、計(jì)算和輸出都要在一定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，亦即計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信息，以足夠快的速度進(jìn)行控制，超出了這個(gè)時(shí)間，就失去了控制的時(shí)機(jī)，控制也就失去了意義。實(shí)時(shí)地概念不能脫離具體的過程，一個(gè)在線的系統(tǒng)不一定是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。補(bǔ)充題1.兩種USB口的特點(diǎn)及區(qū)別？通用指標(biāo)，傳輸模式，USB器件，硬件接口。答：兩種USB的特點(diǎn)：(1)USB接口支持設(shè)備的熱插拔功能,采用菊花式的連接.(2)USB有2電源線（5V）,2數(shù)據(jù)線,采用差分信號(hào)傳輸,可為連接在其上的設(shè)備提供5V電壓/100mA電流的供電,最大可提供500mA的電流.(3)一個(gè)USB控制器可以連接多達(dá)127個(gè)外設(shè),而兩個(gè)外設(shè)間的距離（線纜長(zhǎng)度）可達(dá)5米.兩種USB的區(qū)別:協(xié)議不同,USB1.1傳輸速率是12Mbps,USB2.0傳輸速率是480Mbps.補(bǔ)充題2.光驅(qū)、硬盤、軟驅(qū)的總線形式。答：(1)光驅(qū):IDE，ATA/ATAPI，SCSI，USB，內(nèi)部并行總線.(2)硬盤:IDE，SATA，SCSI，內(nèi)部并行總線.(3)軟驅(qū):軟驅(qū)分內(nèi)置和外置兩種,內(nèi)置軟驅(qū)使用專用的FDD接口,而外置軟驅(qū)一般用于筆記本電腦,使用USB接口.補(bǔ)充題3.I2C、SPI、SCI總線的特點(diǎn)？答：(1)I2C總線由數(shù)據(jù)線SDA與時(shí)鐘線SCL兩條線構(gòu)成通信線路，既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)，在CUP與被控IC之間，IC與IC之間都可以進(jìn)行雙向傳送，最高傳輸速度為400Kbps.(2)SPI是一個(gè)環(huán)形總線結(jié)構(gòu),是一種標(biāo)準(zhǔn)的四線同步雙向串行總線,在SCK的控制下，兩個(gè)雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可以同時(shí)發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù).(3)SCI是一種通用異步通信接口UART.SCI模塊采用標(biāo)準(zhǔn)非歸零（NRZ）數(shù)據(jù)格式,能夠?qū)崿F(xiàn)多CPU之間或同其他具有兼容數(shù)據(jù)格式SCI端口的外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信.作業(yè)PC總線PC總線共有62條信號(hào)線，用雙列插槽連接，分A面（元件面）和B面。PC總線實(shí)際上是8088CPU核心電路總線的擴(kuò)充與重新驅(qū)動(dòng)。PC總線共有8條數(shù)據(jù)線、20條地址線（尋址空間為1MB）、總線時(shí)鐘頻率為4MHz、總線最大傳輸速率為4MB/s、最大負(fù)載能力為8個(gè)、采用半同步的工作方式。CPU在與I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)存在以下問題：1）速度不匹配。I/O設(shè)備速度一般比CPU慢許多，因種類不同，它們之間的速度差異很大，例如硬盤與打印機(jī)。2）時(shí)序不匹配。各個(gè)I/O設(shè)備都有自己的定時(shí)控制電路，以自己的速度傳輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時(shí)序取得統(tǒng)一。3）信息格式不匹配。存儲(chǔ)和處理信息的格式不同，如串行和并行、二進(jìn)制、ASCII碼和BCD碼等。4）信息類型。信號(hào)類型不同，數(shù)字、模擬，處理不同。因此I/O設(shè)備一般不和微機(jī)內(nèi)部直接相連，必須通過I/O接口，解決計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備連接時(shí)存在的各種矛盾。補(bǔ)充題1.指出RS-232、RS-485、USB等總線的特點(diǎn)。答：(1)RS-232的特點(diǎn)：全雙工數(shù)據(jù)傳輸，單端輸入輸出,有地線、發(fā)送和接受三條線即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,傳輸速率20kb/s，傳輸距離限于15m,采用單端驅(qū)動(dòng)和接收電路.采用負(fù)邏輯高電平為（-5--15v），低電平為(5-15v)，電源電壓為+15v或+12v.(2)RS-485的特點(diǎn)：半雙工工作方式，差分信號(hào)傳輸，傳輸距離為幾十米到上千米，速率這是一種不完全地址譯碼方式．如果增加地址譯碼器，將P2.7／A15線改為高位地址譯碼器的輸出線，就可以形成完全譯碼。圖l中的P2.7／A15線作為整個(gè)AI~0809芯片的片選線．當(dāng)P2.7／A15=0時(shí)，或非門敞開，允許寫信號(hào)通過，將單片機(jī)負(fù)的寫脈沖轉(zhuǎn)換為ADC0809所需要的正脈沖，以選中AI~0809某一通道并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換．課本(p.75)題7.采樣保持器的作用是什么？是否所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持器？為什么？答：（1）保存即將轉(zhuǎn)換的信號(hào)，避免某些隨時(shí)間變化較快的信號(hào)在轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生變化，提高轉(zhuǎn)換精度，或者模擬量輸入信號(hào)的頻率范圍。（2）不是所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持器，當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化緩慢時(shí)，若A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間足夠短，可以不加采樣保持器。課本(p.75)題8.一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器，孔徑時(shí)間為100us，如果要求轉(zhuǎn)換誤差在轉(zhuǎn)換器的精度0.4%,求允許轉(zhuǎn)換的正弦模擬信號(hào)的最大頻率是多少？答：補(bǔ)充題6.簡(jiǎn)述電氣干擾信號(hào)的來源與傳播途徑，并說明常用抗干擾措施。(1).干擾的來源:外部干擾環(huán)境:主要是空間電或磁的影響，環(huán)境溫度、濕度等氣象條件也是外來干擾。內(nèi)部干擾：是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝所引入的。有分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸造成的波反射；多點(diǎn)接地造成的電位差引入的干擾；裝置及設(shè)備中各種寄生振蕩引入的干擾以及熱噪聲、閃變?cè)肼?、尖峰噪聲等引入的干擾；甚至元器件產(chǎn)生的噪聲等。(2).干擾的傳播途徑：干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。(3).常用的抗干擾措施：對(duì)串模干擾的抑制輸入低通濾波（濾除高頻干擾）雙積分A/D轉(zhuǎn)換（尖峰型串模干擾，工頻干擾）隔離與前置放大（電磁感應(yīng)）閾值與頻率特性等器件（采用高抗擾邏輯器件、通過高閾值電平）雙絞線（電磁感應(yīng)）共模干擾的抑制變壓器光電隔離屏蔽線浮地儀表放大器長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制終端電阻匹配：R=RP注意平衡高低電平的抗干擾能力始端電阻匹配：R=RP－R0；R0：門電路輸出為低始的輸出阻抗雙絞線：抗電磁干擾課本(p.75)題10.采用DAC0832和與PC/ISA總線工業(yè)控制機(jī)接口，設(shè)計(jì)出8路模擬量采集系統(tǒng)，請(qǐng)畫出接口電路原理圖，并編寫相應(yīng)的8路模擬量數(shù)據(jù)采集程序。若DAC0832的CS的口地址為BASE，則7FH轉(zhuǎn)換為模擬電壓的接口程序?yàn)椋篋AOUT：MOVDX，BASE MOVAL，7FH OUTDX，AL RET課本(p.75)題12.分別畫出D/A轉(zhuǎn)換器的單極性和雙極性電壓輸出電路，并分別推導(dǎo)出輸出電壓與輸入數(shù)字量之間的關(guān)系式。解：Vout1為單極性輸出，若D為輸入數(shù)字量，Vref為基準(zhǔn)參考電壓，且為n位D/A轉(zhuǎn)換器，則有：Vout2為雙極性輸出，且可推導(dǎo)得到：作業(yè)補(bǔ)充題1.試敘步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)答：1）步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)：用頻率、力矩、步距角和齒距角、相電流等表示。2）步進(jìn)電機(jī)輸入的是脈沖，輸出的是位移，誤差不累積，改變脈沖的頻率，則改變速度。改變各相導(dǎo)通順序可以控制步進(jìn)電機(jī)的方向。3）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3~5%，。4）步進(jìn)電機(jī)的力矩與其中的電流成正比，由于電感效應(yīng)力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。5）步進(jìn)電機(jī)高于一定的速度運(yùn)行時(shí)，若電機(jī)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，會(huì)產(chǎn)生失步或睹轉(zhuǎn)，睹轉(zhuǎn)不會(huì)燒毀電機(jī)，但伴有呼嘯聲。補(bǔ)充題2.試敘步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的種類和特點(diǎn)答：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的種類:單電壓驅(qū)動(dòng)：簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。高低壓驅(qū)動(dòng)：簡(jiǎn)單實(shí)用、較單電壓驅(qū)動(dòng)性能有一定提高，但是高壓固定，不能兼顧各種頻率。恒流嶄波：采用較高的驅(qū)動(dòng)電壓，控制相電流快速導(dǎo)通和保持恒定，在一定頻率范圍具有均勻的力矩，大大提高運(yùn)行頻率，但可能產(chǎn)生噪聲，特別在一定頻率范圍產(chǎn)生震蕩。調(diào)頻調(diào)壓：采用可調(diào)的驅(qū)動(dòng)電壓，保證相電流快速導(dǎo)通和恒定，在一定頻率范圍具有均勻的力矩，大大提高運(yùn)行頻率，不會(huì)產(chǎn)生噪聲。細(xì)分電路驅(qū)動(dòng)：采用細(xì)分電路或者等分調(diào)節(jié)各相電流，將原來的一步細(xì)分為多步運(yùn)行，減少脈沖當(dāng)量，提高精度。作業(yè)補(bǔ)充題3.何時(shí)需要采用PID位置算法？何時(shí)需要采用PID增量算法？答：PID位置算法可以直觀得到PID參數(shù)，便于調(diào)整。要用到過去誤差的所有累加值，計(jì)算工作量大；位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動(dòng)作影響大。在控制系統(tǒng)中，如果執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用調(diào)節(jié)閥，則控制量對(duì)應(yīng)閥門的開度，表征了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置，此時(shí)控制器應(yīng)采用數(shù)字PID位置式控制算法。PID增量算法容易計(jì)算，不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)；算法得出的是控制量的增量，計(jì)算誤差對(duì)誤動(dòng)作影響??；算式中不出現(xiàn)u0項(xiàng)，則易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無沖擊切換。如執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)，每個(gè)采樣周期，控制器輸出的控制量，是相對(duì)于上次控制量的增加，此時(shí)控制器應(yīng)采用數(shù)字PID增量式控制算法。補(bǔ)充題4.求慣性環(huán)節(jié)的差分方程。解：由有化成微分方程：以采樣周期離散上述微分方程得即用一階后向差分近似代替得：代入上式得整理得課本(p.144)題2.某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計(jì)為：試用雙線性變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(z),并分別給出3種方法對(duì)應(yīng)的遞推控制算法。課本(p.144)題4.課本(p.144)題5.課本(p.144)題7.擴(kuò)充臨界比例擴(kuò)充臨界比例度法：比值Tτ/比值Tτ/τ被控對(duì)象時(shí)間常數(shù)Tτ以及他們的的在階躍輸入下的整個(gè)變化過程的曲線；課本(p.144)題9.課本(p.144)題11.被控對(duì)象的傳遞函數(shù)為采樣周期T=1s，要求：(1)采用Smith補(bǔ)償控制，求取控制器的輸出；(2)采用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器，并求取的遞推形式。(1)采用Smith補(bǔ)償控制廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)為其中則(2)采用大林算法設(shè)計(jì)數(shù)字控制器取T=1S,,K=1,T1=1,L==1,設(shè)期望閉環(huán)傳遞函數(shù)的慣性時(shí)間常數(shù)T0=0.5S則期望的閉環(huán)系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)為廣義被控對(duì)象的脈沖傳遞函數(shù)為則又則上式反變換到時(shí)域，則可得到作業(yè)課本（p.233）題3.課本（p.233）題4.課本（p.233）題5.課本（p.233）題6.補(bǔ)充題1.還有其他方法可以代替A/D嗎？答：可以采用VF轉(zhuǎn)換的方法，就是電壓頻轉(zhuǎn)換芯片，把電壓模擬量轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，然后通過檢測(cè)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出。16.對(duì)７４ＬＳ２４４與７４ＬＳ２７３如何實(shí)現(xiàn)控制？它們有什么不同的特點(diǎn)和應(yīng)用？答：（1）對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，往往需要采集生產(chǎn)過程的狀態(tài)信息，根據(jù)狀態(tài)信息，再給出控制量，因此，可用三態(tài)門緩沖器７４ＬＳ２４４取得狀態(tài)信息。如下圖所示，經(jīng)過端口地址譯碼，得到片選信號(hào)。當(dāng)在執(zhí)行IN指令周期時(shí)，產(chǎn)生I