微型计算机控制技术课后答案

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(DirectDigitalControl)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(SupervisoryComputerControl)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VoVi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的Vo再与Vi比较，若VoVi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。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～+1.25VVOUT2=-(VREF+2VOUT1)=-2.5V～+2.5V（6）VOUT1=-VREF.=-4.96～+4.96VVOUT2=-(VREF+2VOUT1)=-4.92V～+4.92V25.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