北航三系计算机测试与控制复习题答案

1计算机测试与控制复习题1、绪论部分（1）计算机测控系统的特点和功能？（能给出4项以上主要功能）①自动对零功能②量程自动切换功能③多点快速测控④数字滤波功能⑤自动修正误差⑥数据处理功能（2）了解计算机测控系统主要组成框图（3）测控通道主要包括哪几种类型？模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道（4）计算机测控系统的工作步骤主要分为哪三步？“实时”的含义？①实时数据采集：通过测量变送装置完成被控量的瞬时值的检测和输入。②实时控制决策：对采集的数据进行分析和处理，按预定的控制策略决定采取何种控制行为。③实时控制输出：根据控制决策，向执行机构发出实时控制信号，完成系统控制任务。“实时”的含义是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间间隔内完成。2、测控通道部分（1）多通道模拟量输入通道结构形式有哪几种、各自的特点？按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个可分为两种：①集中采集式：有分时采集型和同步采集型两种。多路分时采集分时输入：共用采样/保持器(S/H)和A/D电路，电路简化，存在时间偏斜误差，适合中低速测试系统；多路同步采集分时输出：实现同步采样，信号路数较多时采样率不可能太高。②分散采集式：每一路信号都有一个S/H和A/D，多路同时采集同时输入。2（2）为什么电流输出传感器比电压输出传感器更适合信号远距离传输？4-20mA电流传感器与0-20mA的优点是什么？电流型信号既能保证精度又抗干扰，理想情况的外特性，相当于一个非常大的电压源串联了一个非常大的内阻。传输线上的电阻和接线处的接触电阻只要不太大，只要和负载电阻之和仍然远远小于信号源内阻，就可以认为不影响收到的电流大小，仍然等于信号源的“短路电流”。①4-20mA电流传感器可以用来检测电路中是否有断线,对于0-20mA,上电就为0,坏了也是0mA,改为4mA,如果线路损坏、断路,就是0mA,正常就是4mA；②变送器电路没有静态工作电流将无法工作，信号起点电流4mA.DC就是变送器的静态工作电流。（3）模拟量输入调理电路的作用主要有哪些？（3种以上）实现物理信号向电信号的转换、小信号放大、滤波、零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等（4）模拟量输入调理中前置放大器的作用？前置放大器安排在滤波器之前还是之后，为什么？作用：多数传感器输出信号都比较小，必须选用前置放大器进行放大。低噪声前置放大器安排在滤波器之前，防止小信号被电路噪声淹没，有利于减少电路的等效输入噪声。（5）主放大器与前置放大器有什么区别？设置不设置主放大器、设置哪种主放大器的依据是什么？主放大器：采集电路中的放大器。任务是将模拟信号数字化。前置放大器设置在模拟调理电路前端，它是为减小模拟输入通道的等效输入噪声提高系统接收弱信号的能力而设置的，放大的是连续电信号。主放大器设置在数据采集电路的MUX与S/H之间，放大的是经模拟多路切换器采样或选通的离散信号，它是为了提高数据采集电路的数据转换精度和数据转换范围而设置的依据：如果被测量的多路模拟信号都是恒定或变化缓慢的信号，而且各路信号的幅值也相差不大，那就没必要设置主放大器。（Vij随i和j变化不大）选取：①程控增益放大器：被测量的多路模拟信号都是恒定或变化缓慢的信号，但是各路信号的幅值相差很大；（Vij不随j变化但随i变化很大）②瞬时浮点放大器：被测量的多路模拟信号是随时间变化很快很大的信号，而且同一时刻各路信号的幅度也不一样。（Vij随i和j变化）（6）抗混叠滤波器的作用?滤掉被采样信号中高于fs/2的频率分量，消除混叠失真。由于实际低通滤波器的幅频特性不是矩形，即其下降陡度是有限值，而抗混叠滤波器的陡度应能保证把高于fs/2的干扰衰减到A/D的最小量化电平以下。3（7）采样保持器的主要参数，A/D转换加或不加采样保持器转换信号允许的最高频率分别为多少？主要参数：孔径时间（从发出保持指令到模拟开关完全断开时间tAP）、捕捉时间（从发出采样指令后S/H输出电压从原来保持值过渡到跟踪输入信号所需时间tAC）①不加采样保持器：A/D的位数m,不加A/D转换时间为tcmax112mcft②加采样保持器：如果采样保持器的捕获时间为TAC、孔径时间为TAP、A/D转换时间为tc，为使孔径时间造成的误差小于1LSB，则输入信号的最高频率：max112mAPft而满足采样定理的输入信号的最高频率：max12()APACcfTTt（8）十进制A/D（如3位半）和二进制A/D（如8位）的分辨率如何计算？3位半A/D：输出为四位，最高位只输出0和1，其他三位可显示0到9各位数分辨率10.00051999D二进制A/D：11212nnD8位：已知分辨率计算位数：201log(1)nD（9）模拟量输入通道A/D转换器选择的主要依据是什么？①位数的确定（信号的动态范围、转换精度）：②A/D转换速率的确定4转换速率（单位时间内所能完成的转换次数）应由转换时间tc和休止时间t0二者共同决定：（10）模拟量输出通道的结构类型有哪几种？①数据分配分时转换结构②数据分配同步转换结构③模拟分配分时转换结构（11）为什么模拟量/开关量输出通道要通过锁存器与计算机数据总线相连？D/A芯片中集成两级锁存器结构的用途是什么？D/A转换需要一定时间且测控计算机接口总线不能被D/A独占，所以D/A输入端必须设置锁存器，以提供数据锁存功能。两级锁存器：能实现多通道D/A的同步转换输出（12）开关量输入通道为什么通过输入缓冲器与计算机数据总线相连？输入缓冲器的作用是将外部开关量输入设备与计算机总线隔离，当需要读入开关量状态信息时，缓冲器接通，使开关量数据通过总线读入计算机。（13）机械开关闭合状态输入往往出现信号抖动，可以采用什么措施可靠读入开关状态信息？①采用积分电路；②采用R-S触发器（14）开关量输出驱动感性负载可能引起的干扰或潜在危害是什么？可以采取的主要保护或抑制措施有哪些？5在感性负载情况下，电流相位滞后于电压，电流过零，会产生较高的反向感应电压。直流：采用续流二极管；交流：RC吸收回路。（15）固态继电器与机械触点继电器比的优点有哪些？①寿命高，可靠性高；②输入驱动信号通过光电耦合器与输出隔离，抗干扰能力强；③可直接与测控计算机I/O口相联；④快速转换，灵敏度高；⑤需要的控制电流很小。（16）了解步进电机驱动原理，能够画出三相步进电机单三拍正反转驱动波形、六拍驱动正反转波形、双三拍正反转驱动波形。电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕组。定子几何轴线依次分别与转子齿轴线错开0、1/3て、2/3て。单三拍正转与六拍正转的波形图（反转把图中B、C字母交换）：单三拍：A→B→C→A（正）A→C→B→A（反）六拍：A→AB→B→BC→C→CA→A（正）A→AC→C→CB→B→BA→A（反）双三拍：AB→BC→CA→AB（正）AB→ＣＡ→BC→AB（反）（17）了解直流电机PWM调速原理(P45)脉冲宽度调制（PWM）通过调节直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电机的转速。改变通电的方向，可改变电机转动的方向。（18）单元电路级联设计中，若分别要求信号源馈送给负载的电压、电流、功率最大，则对级联单元间阻抗匹配的要求是什么？匹配程度：6（19）信号以电压形式传输的模拟电路中，在前后级电路之间什么情况下需要插入电压跟随器，什么情况不需要，为什么？(P49)为实现负载匹配，在前级电路输出阻抗很大时需要插入电压跟随器。因为电压跟随器的输入阻抗大，输出阻抗小，插入电压跟随器，可以使负载获得更大的分压。（20）单元电路之间信号耦合方式有哪些种类？光电耦合为什么抗干扰能力强？直接耦合：上一级输出直接与下一级输入相连，两个单元电路存在相互影响；阻容耦合：通过隔直电容耦合，‘隔直传变’；变压器耦合：通过变压器电磁耦合，‘隔直传变’；光电耦合：电信号变为光信号实现耦合。光电耦合实现了上下级之间的电气隔离，而且噪声源产生的大电压小电流不足以使光电耦合导通，因而光电耦合抗干扰能力强。（21）单片机与CPU的区别？MCS-51单片机是多少位单片机？其数据线多少位？地址线多少位？外扩程序存储器空间和数据存储器空间最大为多少？这两个空间是否重叠？单片机内除了集成有CPU外，还集成了存储器（RAM/ROM）、输入输出接口（I/O）计数器/定时器以及其他有关部件，一块芯片就构成一台有独立功能的计算机。而CPU主要功能是处理数据，只是单片机的一部分。MCS-51单片机是8位单片机，数据线8位，地址线16位，程序存储器和数据存储器的最大扩展空间各为64KB,不重叠。7（22）单片机外部存储器、扩展可编程器件寻址方式（线选法、译码法）原理①线选法：直接利用系统的高位地址线作为存储器芯片（或I/O接口芯片）的片选信号，当要选中某个芯片时，单片机对应的片选信号引脚应为低电平，其它引脚为高电平。优点：电路简单，不需要地址译码器硬件，体积小，成本低。缺点：可寻址的器件数目受到限制，地址空间不连续，地址不唯一。②译码法：利用常用的译码器芯片（74LS138（3-8译码器）74LS139（双2-4译码器）74LS154（4-16译码器））产生片选信号，单片机发地址码时，译码器只有某一个固定的引脚输出为低电平，其余的为高电平。同类存储器间不会产生地址重叠的问题。（23）串行通信与并行通信的区别？同步和异步通信的区别？①串行通信：所传送数据的各位按顺序一位一位地发送或接收，只需一根数据，一根地线，共2根（如双向通信发送和接收各需1根数据线）。成本低，硬件方便，适合远距离通信，传输速度低。②并行通信：所传送数据的各位同时发送或接收，还可附加一位数据校验位，数据有多少位就需要多少根数据线。速度快，成本高，适合近距离传输。①异步(串行)通信是以字符为单位传送数据，用起始位0和停止位1标识每个字符的开始和结束，两次传送时间间隔不固定。为可靠传递数据，在每次传送数据同时，增加了一些标志位。②同步(串行)通信以数据块为单位传送数据，用同步字符(常约定1～2个字节)指示一帧的开始，除数据线、地线，还有时钟同步线，为提高速度去掉了标志位。（24）什么是全双工、什么是半双工通信方式？按通信方向氛围单工、半双工、全双工通信方式：①单工方式：一端是发送端，另外一端是接收端②半双工：每端口有一个发送器和一个接收器，通过开关连接在线路上，数据可以双向传送③全双工：通信双方用两个独立的收发器单独连接,可以同时发送和接收数据,因而提高速度（25）RS232C标准的电气特性（电缆长度、逻辑电平、通信速率）最大电缆长度：15米最大传输速率：20KB/S采用负逻辑：“1”——-5V~-15V“0”——+5V~+15V不带负载时输出电平：―25V∽+25V输出短路电流：0.5A最大负载电容:2500pF（26）LED显示器共阴极、共阳极结构及7/8段字型编码8（27）LED静态显示方式和动态显示方式原理及优缺点①静态显示方式：各位的公共端连接在一起（接地或+5V）。每位的段码线（a～dp）分别与一个8位的锁存器输出相连。显示字符一确定，相应锁存器的段码输出将维持不变，直到送入另一个段码为止。优缺点：显示的亮度高，但口线占用较多。②动态显示方式：所有位的段码线的相应段并在一起，由一个8位I/O口控制，形成段码线的多路复用，各位的公共端分别由相应的I/O线控制，形成各位的分时选通，利用人的视觉暂留现象，使数码管轮流显示本身应显示的数字。优缺点：口线占用少，适合用在显示位数较多的场合，通常需采用专门的驱动芯片，循环时间不超过41ms。（28）键盘输入防抖动软/硬件设计软件方法：检测出键闭合后执行一个延时程序产生5~10ms延时，等前沿抖动小时候再一次检测键的状态硬件方法：R-S触发器（29）矩阵键盘扫描输入法和线反转法原理扫描法：先把某一列置低电平，其余各列为高电平，检查各行线电平的变化，如果某行线电平为低，可确定此行列交叉点处的按键被按下。线反转法：1.列线输出为全低电平，则行线中电平由