微型计算机控制技术课后答案 联系客服

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习题一

1,微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成?各部分的作用是什么? 答:CPU,接口电路及外部设备组成。 CPU,这是微型计算机控制系统的核心,通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令,同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

接口电路,微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。 外部设备:这是实现微机和外界进行信息交换的设备

2,微型计算机控制系统软件有什么作用?说出各部分软件的作用。

答:软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作,都是在软件的指挥下协调进行的,因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分,软件可分为系统软件、应用软件

1)系统软件:它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说,系统软件只是作为开发应用软件的工具,是不需要自己设计的。

2)应用软件:它是面向用户本身的程序,即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。

3,常用工业控制机有几种?它们各有什么用途?

4,操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何?它们之间有何区别和联系?

答:(1)操作指导控制系统:在操作指导控制系统中,计算机的输出不直接作用于生产对象,属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理,计算出各控制量应有的较合适或最优的数值,供操作员参考,这时计算机就起到了操作指导的作用。

(2)直接数字控制系统(DDC系统):DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测,经输入通道送给微机,微机将检测结果与设定值进行比较,再进行控制运算,然后通过输出通道控制执行机构,使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统,是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。

(3)计算机监督控制系统(SCC系统):SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况,因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制,系统不能运行在最佳状态,而SCC系统不仅可以进行给定值控制,并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。 5,说明嵌入式系统与一般微型计算机扩展系统的区别。 答:嵌入式计算机一般没有标准的硬件配置。嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器结构。软硬件协同设计采用统一的工具描述,可合理划分系统软硬件,分配系统功能,在性能、成本、功耗等方面进行权衡折衷,获取更优化的设计。嵌入式系统多为低功耗系统。简单地说,就是嵌入式系统和微型计算机的扩展标准不大一样。 6,PLC控制系统有什么特点? 答:(1)可靠性高。由于PLC大都采用单片微型计算机,因而集成度高,再加上相应的保护电路及自诊断功能,因而提高了系统的可靠性。

(2)编程容易。PLC的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句,其数量比微型机指令要少得多,除中、高档PLC外,一般的小型PLC只有16条左右。由于梯形图形象而简单,因而编程容易掌握、使用方便,甚至不需要计算机专门知识,就可进行编程。

(3)组合灵活。由于PLC采用积木式结构,用户只需要简单地组合,便可灵活地改变控制系统的功能和规模,因此,可适用于任何控制系统。

(4)输入/输出功能模块齐全。PLC的最大优点之一,是针对不同的现场信号,均有相应的模块可与工业现场的器件直接连接,并通过总线与CPU主板连接。

(5)安装方便。与计算机系统相比,PLC的安装既不需要专门的机房,也不需要严格的屏蔽。使用时只需把检测器件与执行机构和PLC的I/O接口端子连接无误,便可正常工作。

(6)运行速度快。由于PLC的控制是由程序控制执行的,因而不论其可靠性还是运行速度,都是继电器逻辑控制无法相比的。

7,微型计算机控制系统与模拟控制系统相比有什么特点? 答:1)结构上。模拟和数字部件的混合系统。

2)含有模拟信号离散模拟、离散数字等多种信号。

3)需采用专门的理论来分析和设计。即模拟调节规律离散化设计法和直接设计法。 4)便于实现复杂的控制具有很大的灵活性和适应性。 5)可实现多回路分时控制。

6)控制的多功能性提高企业的自动化程度分级控制、集散控制、生产管理等。 8,什么是现场总线系统?它有什么特点?

答:现场总线控制系统FCS 的核心是现场总线 现场总线控制系统

① 是一种数字通信协议,是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。

② 是控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合。

③ 具有现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散的功能模块、通信线供电、开放式互连网络等技术特点。

④ 保证控制系统可以适应目前工业界对数字通信和自动控制的需求,且使其与Internet网 互连构成不同层次的复杂网络成为可能。代表了工业控制体系结构发展的一种方向。 9,未来控制系统发展趋势是什么? 答:1)大力推广应用成熟的先进技术 2)大力研究和发展智能控制系 3)嵌入式系统的应用将更加深入

10,为什么说嵌入式微控制器是智能化仪器和中、小型控制系统中应用最多的一种微型计算机?

答:嵌入式微控制器又称单片机。

1)为适应不同的应用需求,一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。

2)和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积小,功耗和成本低、可靠性高。

3)微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。

11、什么叫嵌入式系统?嵌入式系统与一般的工业控制系统有什么区别?

答:嵌入式系统:以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

12、什么是物联网?为什么说“物联网给微型计算机控制技术”带来新的、更大的应用空间?

答:物联网=互联网+传感器

该系统通过射频自动识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。实际上它也是一种微型计算机控制系统,只不过更加庞大而已。

13、物联网终端由几部分组成?各部分的作用是什么?

答:物联网终端主要由外围接口模块、核心处理模块、网络通信模块及电源管理模块组成。 通过外围感知接口与传感设备连接,如RFID读卡器,红外感应器,环境传感器等,将这些传感设备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后,按照网络协议,通过外部通讯接口,如:GPRS模块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的指定中心处理平台。 14、FPGA是什么意思?它有什么特点?在微机控制系统和智能化仪器中有着怎样的影响?

答:FPGA是指现场可编程门阵列 特点.FPGA的特点

(1)采用FPGA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。 (2)FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。 (3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。

(4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 (5)FPGA采用高速CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。

可以说,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

习题二

1. 采样有几种方法?说明它们之间的区别? 2. 采样周期愈小愈好吗?为什么?

答:不是。若采样间隔太小(采样频率太高),则对定长的时间记录来说其数字系列就很长,计算工作量迅速增大:如果数字序列长度一定,则只能处理很短的时间历程,可能产生较大的误差。

3. 简述多路开关的工作原理。

4. 多路开关如何扩展?试用两个CD4097扩展成一个双16路输入和双2路输出系统,并说明其工作原理。

5. 试用CD4051设计一个32路模拟多路开关,要求画出电路图并说明其工作原理。 6. 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。

7. 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。 8. 采样频率的高低对数字控制系统有什么影响?试举工业控制实例加以说明。

采样频率高低对数字控制系统有些影响,采样频率高,则对数据采集的准确性增加,但采样频率高,会过多的占用CPU的时间和内存资源,采样频率高,对采集的数据要进行实时分析和处理,CPU大部分时间用在数据采集分析处理上,影响了作其它事的时间。采样频率要低,就有可能漏掉该采集的数据没采到,数据实时分析就有可能不正确。

9. A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用? 10. A/D转换器转换原理有几种?它们各有什么特点和用途?

答:并联比较型:电路规模庞大,转换速度最快,用在超高速的A/D转换器中;主次渐进型:电路较小,速度不及并联比较型快,但较其他类型电路的转换速度快的多,用于集成A/D转换器中;双积分型:电路结构简单,性能稳定可靠,抗干扰能力强,转换速度很低,用在低速系统;V-F变换型:调频信号具有很强的抗干扰能力,低速,用于遥测、遥控系统中。

11. 试说明逐次逼近型A/D转换器转换原理。

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。逐次逼近法转换过程是:初始化时将逐次逼近寄存器各位清零;转换开始时,先将逐次逼近寄存器最高位置1,送入D/A转换器,经D/A转换后生成的模拟量送入比较器,称为 Vo,与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较,若Vo

12.为什么高于8位的D/A转换器与8位的微型计算机计算机接口连接必须采用双缓冲方式?这种双缓冲工作与DAC0832的双缓冲工作在接口上有什么不同?

答:原因:数据要分两次或三次输入,双缓冲结构避免了产生虚假的模拟量输出值。主要区别是 AD667 的第一级由 3 个 4 位寄存器 组成。 13.串行A/D转换器有什么特点?

24. 用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路,其参考电压为-5V~+5V,求对应以下偏移码的输出电压: (1)10000000;(2)01000000;(3)11111111;(4)00000001;(5)01111111;(6)11111110。 答:解:VOUT1=-VREF.

VOUT2=-(VREF+2VOUT1)

(2) VOUT1=-VREF. =-1.25V~+1.25V VOUT2=-(VREF+2VOUT1) =-2.5V~+2.5V (6)VOUT1=-VREF. =-4.96~+4.96V

VOUT2=-(VREF+2VOUT1) =-4.92V~+4.92V

25. DAC0832与CPU有几种连接方式?它们在硬件接口及软件程序设计方面有何不同? 26. 试用DAC0832设计一个单缓冲的D/A转换器,要求画出接口电路图,并编写出程序。 27.试用8255A的B口和DAC0832设计一个8位D/A转换接口电路,并编写出程序(设8255A的地址为8000H~8003H)。

28. 设12位D/A转换器DAC1210与8031接口电路连接,如图2.42所示。 (1)说明电路控制原理。

(2)设数据存放在DABUFF为首地址的连续两个存储单元中,试编写一完成D/A转换的