第1章微型计算机控制系统概述
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：①主机：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。②输入输出接口：这是微机和被控对象之间进行信息交换的纽带。③通用外部设备：为了扩大主机的功能而设置的，用来显示打印存储传送数据。④检测元件与执行机构：a.在微机控制系统中，为了收集和测量各种数据，采用了各种检测元件，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，b.执行机构：控制各参数的流入量。⑤操作台：人机对话的纽带，通过它人们可以向计算机输入程序，修改内存数据，显示被测参数及发出各种操作命令。
2、微型计算机控制的系统的软件有什么作用？请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。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。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？
答：①单片微型计算机:是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。一般用于扩展接口，如A/D,D/A转换接口,LED、LCD显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。②可编程逻辑控制器：目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域网都有用到。③现场可编程门阵列：可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化、软件硬化等功能。④工业PC机：完成STD总线工业控制机的检测、控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打印、数据处理曲线、工业控制流程图、PID柱形图像处理程序等。
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：原理：每隔一段时间计算机会进行一次采样，经 A/D 转换后，送入计算机加工处理，然后再进行报警、打印或显示，操作人员根据此结果进行设定值改变或必要操作。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，供操作员参考。②直接数字控制系统DDC 系统：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。③计算机监督控制系统SCC 系统：原理：由计算机按照过程数学模型计算出最佳给定值送给 DDC 计算机，最后由 DDC 计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作状态。
区别与联系：SCC 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.分布式控制系统（DCS）的特点是什么？
分布式计算机控制系统的特点是“控制分散，管理集中”
6.CIMS系统与DCS系统相比有哪些特点？
7、微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、什么叫现场总线系统？它有什么特点？
答：现场总线控制系统FCS的核心是现场总线。特点：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？
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。
6.A/D转换器的结束信号EOC有什么作用？根据该信号在I/O控制中的连接方式，A/D转换有几种控制方式？它们在接口电路和程序设计上有什么特点？
A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。常见的A/D转换有以下几种控制方式，各自特点如下：
?延时等待法:EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。?查询法: EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。?中断响应法: EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。
1.PLC控制系统有什么特点？
答:1可靠性高。2编程容易。3组合灵活。4输入/输出功能模块齐全.5安装方便。6运行速度快。
2.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？P14
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。
第2章模拟量输入/输出通道的接口技术
1、采样有几种方法，试说明它们之间的区别？
答：①简单随机抽样法，就是指总体中的每个个体被抽到的机会是相同的；②系统抽样法，也叫等距抽样法；③分层抽样法，也叫类型抽样法，它是从一个分成不同子总体（或称为层）的总体中，按规定的比例从不同层中随机抽取样品（个体）的方法；④整群抽样法，是将总体分成许多群，每个群由个体按一定方式结合而成，然后随机抽取若干群。
时域采样，频域采样…
2、采样周期越小越好吗？为什么?
答：不是。若采样间隔太小（采样频率太高），对系统硬件要求较高，且数据量较大。根据奈奎斯特采样定律，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍。
3、多路开关的工作原理。
多路开关主要用于把多个模拟量参数分时地接通，常用于多路参数共用一台A/D转换器的系统中，完成多对一的转换。
多路开关的特点。
答：①采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排；②直接与TTL（或CMOS）电平相兼容；③内部带有通道选择译码器，使用方便；④可采用正或负双极性输入；⑤转换速度快，通常其导通或关断时间在1ms 左右，有些产品已达到几十到几百纳秒（ns）。
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路输入系统，并说明其工作原理。
答：扩展时，将多路开关芯片交替使能（反相器）即可，两路开关扩展仍不能达到系统要求是，可采用译码器控制芯片使能端。
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。思路：因为CD4051只有八个输入接口，所以要构建32路的多路开关需要用到4个CD4051。
32路的多路开关应有5个控制口，其中前三个是CD4051的输入口，后两个是控制口。（因为CD4051就有三个输入口）
分别标为D1、D2、D3、D4、D5（00000—11111，00000第0通道、11111第31通道）。通过对4个CD4051的选择来实现32个通道口的选择(0—7、8—15、16—23、24—31)。如选择第三个CD4051时，可以选择16-23（10000—10111）通道口。
然而CD4051的选择是通过控制各个CD4051的INH高低电平来实现。
比如想让第三个CD4051接通，就令它的INH通高电平（此时D5=1、D4=0,INH3=!(D5&!D4)）。
故INH的选择是控制D5和D4的逻辑关系来达到的。其中INH1=!(!D5&!D4);
INH2=!(!D5&D4); INH3=!(D5&!D4); INH4=!(D5&D4)。P26扩展16通道
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、在数据采集系统中，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、香农定理的基本内容是什么？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。
答：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？
答：A/D转换器是在数据进入微型计算机之前，把模拟量转换成数字量；
D/A转换器是把经过微型计算机处理后的数据由数字量转换成模拟量。
12、为什么高于8位的D/A转换器与8位的微型计算机的接口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：AD667 的第一级由3 个 4 位寄存器组成。
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第三章人机交互接口技术
1、键盘为什么要防止抖动？在计算机控制系统中如何实现防抖？
答：由于机械触点的弹性振动，按键在按下时不会马上稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开，因而在按键闭合和断开的瞬间均会出现一连串的抖动，这称为按键的抖动干扰。按键的抖动会造成按一次键产生的开关状态被CPU 误读几次。为了使CPU 能正确地读取按键状态，必须在按键闭合或断开时，消除产生的前沿或后沿抖动。去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种。硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电路等硬件电路来避开按键的抖动时间。软件方法是指编制一段时间大于100ms 的延时程序，在第一次检测到有键按下时，执行这段延时子程序使键的前沿抖动消失后再检测该键状态，如果该键仍保持闭合状态电平，则确认为该键已稳定按下，否则无键按下，从而消除了抖动的影响。
2、在工业过程控制中，键盘有几种？它们各有什么特点和用途？
答：①从功能上分：数字键和功能键。数字键用于数字的输入；功能键用于功能转换。②从结构上分：非编码键盘和编码键盘。非编码键盘通过软件识别按键；编码键盘通过硬件识别按键。
3、试说明非编码键盘扫描原理及键值计算方法。
答：扫描原理：通常采用软件的方法，逐行逐列检查键盘状态，当发现有键按下时，用计算或查表的方式得到该键的键值。扫描方法又分为程控扫描法、中断扫描法和定时扫描法。键值计算方法：判断有无键按下，去除键抖动，判断是哪一个键按下，以求出闭合键的键值，确定键值。
4、编码键盘和非编码键盘有什么区别？在接口电路和软件设计上有什么区别？答：编码键盘能自动识别按下的键并产生相应的代码，以并行或串行方式发送给 CPU。它使用方便，接口简单，响应速度快，但需要专门的硬件电路。非编码键盘只简单的提供按键开关的行列矩阵，有关键的识别，键码的输入与确定，以及去抖动等功能均由软件完成。
5、在计算机控制系统中，为什么有时采用复用键？复用键如何实现？
答：为了节省按键的数量，所以采用复用键。可以采用设置上下档开关的措施来构成复用键。
6、什么叫重键？计算机如何处理重键？
答：一次按键产生多次击键的效果，这叫做重键。为排除重键的影响，编制程序时，可以将键的释放作为按键的结束，等键释放电平后再转去执行相应的功能。
7、LED发光二极管组成的段数码管显示器，就其结构来讲有哪种两种接法？不同接法对字符显示有什么影响？
答：就其结构来讲有共阴极与共阳极两种接法。共阳极数码管的 8 个发光二极管的阳极二极管正端连接在一起。通常共阳极接高电平一般接电源其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时则该端所连接的字段导通并点亮。反之对应的 LED 段码不亮。对于共阴极数码管则是高电平有效低电平无效。LED 数码管显示器共阴极的接法是发光二极管的阴极接地当数码管的笔划发光二极管的阳极为高电平时该笔划被点亮。共阳极的接法是发光二极管的阳极接高电平当数码管的笔划发光二极管的阴极为低电平时该笔划被点亮。
8、多位LED显示器显示方法有几种？各有什么特点？
答：常用的显示方法有两种：一种为动态显示，一种为静态显示。动态显示利用人的视觉暂留产生，优点是使用硬件少，因而价格低，线路简单。但占用的机时长。静态显示占用机时少，显示可靠，但是使用元件多，线路复杂。
9、硬件译码和软件译码两种译码方法各有什么优缺点？
答：软件译码优点是电路简单，但显示速度有所下降。硬件译码既能节省计算机的时间，而且程序设计简单。
10、LCD显示与LED显示原理有什么不同？这两种显示方法各有什么优缺点？答：LCD与LED是两种不同的显示技术，LCD是由液态晶体组成的显示屏，而LED则是由发光二极管组成的显示屏。LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED的分辨率一般较低，价格也比较昂贵，因为集成度更高。
11、在LED显示中，硬件译码和软件译码的根本区别是什么？如何实现？
答：硬件译码，就是用硬件译码器代替软件求得显示代码，节省计算机的时间，且程序设计简单。译码显示芯片将BCD码（或十六进制码）从相应端口输出即可完成显示。
第四章常用控制程序的设计
1、工业控制系统中常用的报警方式有几种？试举例说明各自的应用场合。
答：①声音：如电铃、电笛发出，蜂鸣器，集成电子音乐芯片；②光：发光二极管或闪烁的白炽灯等；语音报警，语音芯片；③图形与声音混合报警，显示报警画面（如报警发生的顺序、报警发生的时间、报警回路编号、报警内容及次数等）。
3、光电隔离器有什么作用？
答：将被控系统与微型计算机控制系统通过光电效应连成系统，实现控制；并且可以屏蔽电磁干扰等一些不利因素，提高控制精度。总之，有耦合、隔离和开关的作用。
4、试说明固态继电器与继电器控制有什么区别？
答：在继电器控制中，采用电磁吸合的方式，是有触点的，会有火花或电弧产生，由电磁铁驱动，电流控制范围小，动作时间有延迟。而固态继电器是带光电隔离的无触点开关，动作快，无火花或电弧，控制电流范围大，几十到上百安培，但存在压降会发热，电流越大越严重，安装要加散热板。
5、试说明固态继电器、大功率场效应管开关及控制开关有什么区别？它们分别用在什么场合？
答：固态继电器：带光电隔离的无触点开关；大功率场效应管开关：无隔离作用，高输入阻抗，低关断电流，相应速度快，价格便宜，体积小；控制开关：用于电气控制和热工仪表的过程控制时的一种特殊开关。
6、说明PWM调速系统的工作原理。
答：通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。这种方法成为PWM。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度降低。只要按一定规律改变通断电时间，电机转速即可得到控制。
7、什么是远程报警？远程报警的关键技术是什么？
答：在某些场合，或是由于距离太远，或者因无人值守，但是一旦发生报警，需立刻通知相关人员，则称为远程自动无线报警系统。关键技术在于：调制解调器，借助电话交换器网络、移动通信网络等现有通信系统进行通信，且成本低，不受地域和时域限制，做到安全、迅速和可靠。
第六章总线接口技术
1、什么叫总线？总线分哪两大类？分别说出它们的特点和用途？
答：多个功能部件共享的信息传输线称为总线。总线分为串行和并行两类。
①并行总线：如果用若干根信号线同时传递信号，就构成了并行总线。并行总线的特点是能以简单的硬件来运行高速的数据传输和处理。②串行总线：串行总线是按照信息逐位的顺序传送信号。其特点是可以用几根信号线在远距离范围内传递数据或信息，主要用于数据通信。
2、串行通信传送方式有几种？它们各有什么特点？
答：串行通信传送方式有同步通信和异步通信。异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。同步通信以一个帧为传输单位，每个帧中包含有多个字符。在通信过程中，每个字符间的时间间隔是相等的，而且每个字符中各相邻位代码间的时间间隔也是固定的。
3、波特率是什么单位？它的意义如何？
答：符号/秒(symbol/s) 在电子通信领域，波特率（Baud rate）即调制速率，指的是信号被调制以后在单位时间内的变化，即单位时间内载波参数变化的次数。它是对符号传输速率的一种度量，1波特即指每秒传输1个符号。
4、收/发时钟在通信中有什么意义？
答：建立准确的未定时信号。
5、异步通信与同步通信的区别是什么？它们各有什么用途？
答：所谓同步通信是指在约定的通信速率下，发送端和接收端的时钟信号频率和相信始终保持一致（同步），这就保证了通信双方在发送和接收数据时具有完全一致的定时关系。
异步通信是指通信中两个字符之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。
同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流。
异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。异步通信有起始位部分和终止部分，传输过程中多两个部分，降低了有效传输效率，所以异步通信的通信开销较大，但接收端可使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。
6、串行通信有几种传送方式？各有什么特点？
答：①异步通信：异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。
②同步通信：同步通信以一个帧为传输单位，每个帧中包含有多个字符。在通信过程中，每
个字符间的时间间隔是相等的，而且每个字符中各相邻位代码间的时间间隔也是固定的。同步通信用于计算机到计算机之间的通信，以及计算机到CRT或外设之间的通信。详见P202-204
7.串行通信中为什么要用MODEM？MODEM在接收和发送中的作用是什么？
8.8. RS-232总线在实际应用中有几种接线方式？它们都应用在哪些场合？
8、RS-232总线最重要的接线有哪些？其功能是什么？
答：
TXD（第2脚）：发送数据线，输出。发送数据到MODEM。
RXD（第3脚）：接收数据线，输入。接收数据到计算机或终端。
RTS（第4脚）：请求发送，输出。计算机通过此引脚通知MODEM，要求发送数据。CTS（第5脚）：允许发送，输入。发出CTS作为对RTS的回答，计算机才可以进行发送数据。
DSR（第6脚）：数据装置就绪(即MODEM准备好)，输入。表示调制解调器可以使用，该信号有时直接接到电源上，这样当设备连通时即有效。
CD（第8脚）：载波检测(接收线信号测定器)，输入。表示MODEM已与电话线路连接好。RI（第22脚）：振铃指示，输入。MODEM若接到交换台送来的振铃呼叫信号，就发出该信号来通知计算机或终端。
DTR（第20脚）：数据终端就绪，输出。计算机收到RI信号以后，就发出DTR信号到MODEM作为回答，以控制它的转换设备，建立通信链路。
GND（第7脚）：地。
9、RS-422和RS-485总线为什么比RS-232-C传送距离长？
答：RS-422采用两对平衡差分信号线，RS-485采用一对。平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。
10、说明SPI总线、I2C总线各自的特点。
答：SPI总线特点：①全双工；②主从方式；③有4种可编程主方式频率（最大为10.5MHz）；
④最大从方式频率为 2.1MHz；⑤具有可编程极性和相应的串行时钟；⑥有传送结束中断标志；⑦有写冲突出错标志；⑧有总线冲突出错标志。
I2C总线特点：①只要求两条总线线路：一条串行数据线SDA，一条串行时钟线SCL；②每个连接到总线的器件都可以通过唯一的地址和一直存在的简单的主机/从机关系软件设定地址，主机可以作为主机发送器或主机接收器；③它是一个真正的多主机总线，如果两个或更多主机同时初始化，数据传输可以通过冲突检测和仲裁防止数据被破坏；④串行的8 位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbit/s，快速模式下可达400kbit/s，高速模式下可达3.4Mbit/s；
11.设某一循环码，其生成多项式为G（x）=x 4+x+1，试求出信息序列11101010001的循环校验码CRC（要求写出计算步骤）。
12. 设某一信息码，其生成多项式为G（x）=x 4+x 2+x+1，R（x）=x 3+x 2 试求出信息序列多项式B（x）= x 6+x 5 的循环校验码CRC（要求写出计算步骤）。
16. LonWorks总线的核心部件是什么？它有几个微处理器？各有什么功能？
17. MC143150与MC143120两种芯片在结构上有什么异同？
12.
11、现场总线有什么特点？常用的现场总线有几种类型？它们各有什么特点？答：特点：①数字信号完全取代4~20mA模拟信号；②使基本过程控制、报警和计算功能等完全分布在现场完成；③使设备增加非控制信息，如自诊断信息、组态信息及补偿信息等；
④实现现场管理和控制的统一；⑤真正实现系统的开放性、互操作性。
5大类型：CAN、LonWorks、PROFIBUS、HART和FF
第七章过程控制数据处理的方法
1.工业控制程序结构有什么特点？
答：（1）可用程序代替硬件电路，完成多种运算（2）能自动修正误差
（3）能对被测参数对象进行较复杂的计算和处理（4）不仅能对被测参数进行测量和处理，而且可以进行逻辑判断（5）微型计算机数据处理系统不但精度高，而且稳定可靠，不受外界干扰。
2、工业控制程序常用的语言有几种？它们分别应用在何种场合?
答：汇编语言、C语言、工业控制组态软件。汇编多用于单片机系统，用于智能化仪器或小型控制系统；C语言主要用于工业PC的大型控制系统中；工业控制组态软件用于大型工业控制系统中。
3、数字滤波与模拟滤波相比有什么特点？
答：①数字滤波是用程序实现的，不需要增加任何硬设备，系统可靠性高；②可以多个通道共用，可以降低成本，还可以提高可靠性和稳定性；③可以对频率很低的信号实现滤波，而模拟滤波器由于受电容容量的影响，频率不能太低；④灵活性好，方便。可以用不同的滤波程序实现不同的滤波方法。
4、常用的数字滤波方法有几种？它们各自有什么优缺点？
答：①程序判断滤波法：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。②中值滤波法：它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。③算术平均值滤波法：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。④加权平均值滤波：可以提高滤波效果。⑤滑动平均值滤波法：采样时间短，可以提高检测速度。⑥惯性滤波法：适用于慢速随机变量的滤波。⑦复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好
6、算术平均滤波、加权平均滤波及滑动平均滤波三者的区别是什么？
答：算术滤波实际上是求取采样值的平均值，每一次采样值所占的比例均相等；加权滤波则是在加权的基础上求取平均值，每次采样值所占的比例不等，可以突出某些部分，使其所占的比例增大；滑动滤波则是每采一个新数据，计算一个新的平均值，每次只更新一个采样值，因而采样速度快。
7、标度变换在工程上有什么意义？在什么情况下使用标度变换程序？
答：意义：标度变换将数字量变成人们熟悉的十进制工程量，便于操作人员对生产过程进行监视和管理。使用情况：在微机控制系统中，生产中的不同量纲的各种参数要经过变送器转换成ad转换器所能接受的的0-5v的电压信号，又转化为8为二进制数字量，为进一步显示记录打印报警等，必须将这些数字量转化为不同的单位，以便操作人员对生产过程进行监事和管理。工程量的实际值还需要经过一次变换，为了实现上述变换，可把它设计成专门的工作程序，把各个不同的参数所对应的数字量放在存储器中，然后当某一参数进行标度变换时，只要调用标度变换子程序即可。
8、在微型计算机控制系统中，系统误差是如何产生的？怎样自动校正系统误差？
答：误差产生原因：存在零点偏移和漂移，以及放大电路的增益误差及器件参数的不稳定等现象；自动校正系统误差详见P266-267
9．全自动校准与人工校准有什么区别？它们分别应用在什么场合？
答：全自动校准由系统自动完成不需要人的介入，只适用于基准参数是电信号的场合，他不能校正由传感器引入的误差，而人工校准就可以。全自动校准适用于对电路器件没有高要求电路。
10、为什么要采用量程自动转换技术？
答：传感器提供的信号范围很宽，为了保证送到计算机的信号一致，同时为了减少硬件设备，使用了可编程增益放大器，通用性很强，方法倍数可以通过程序控制，使A/D转换器满量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。
11、线性插值有什么优缺点？使用中分段是否越多越好？
答：它是代数插值法中最简单的形式，将非线性参量变为线性参量，使计算方便，在误差范围内符合工程要求，缺点是精度低。不是，分段多了，计算量比较大而且占用内存多。
第八章数字PID及其算法
1、在PID调节器中，系数K P、K I、K D各有什么作用？它们对调节品质有什么影响？
答：系数K p为比例系数，提高系数K p可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境的提高系数K p最终将导致系统不稳定。比例调节可以保证系统的快速性。系数K i为积分常数，K i越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在误差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏差为零。积分调节可以消除静差，提高控制精度。系数K d为微分常数，k d越大，微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的响应速度，减小超调，克服震荡，消除系统惯性的影响。
2、在PID调节器中，积分项有什么作用？常规PID、积分分离与变速积分3中算法有什么区别和联系？
答：积分项用于消除静差。在常规PID调节中，由于系统的执行机构线性范围受到限制，当偏差较大时，会产生很大的超调量，使系统不停的震荡。为消除这一现象，积分分离法在控制量开始跟踪时，取消积分作用，直到被跳量接近给定值时，才产生积分作用。而变速积分则是改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应，偏差大时，积分作用弱，偏差小时，积分作用增强。变速积分和积分分离的控制方法很类似，但调节方式不同。积分分离对积分项采取“开关”控制，而变速积分则是线性控制。
3、在数字PID中，采样周期是如何确定的？它与哪些因素有关？采样周期的大小对调节品质有何影响？
答：一种是计算法，一种是经验法。因素：扰动频率的高低；对象的动态特性；执行机构的类型；控制回路数；控制质量。T的大小的影响：T太小，偏差信号也过小，计算机会失去调节作用；T过大，会引起误差。
4、位置型PID和增量型PID有什么区别？它们各有什么优缺点？
答：区别：位置型需要历次的偏差信号，而增量型只需一个增量信号即可。
位置型计算繁琐，保存E占用很多内存，控制不方便。
增量型误动作小，易于实现手动/自动的无扰动切换，不产生积分失控。但是缺点在于积分截断效应大，溢出影响大。
5、在自动调节系统中，正、反作用如何判定？在计算机控制系统中如何实现？答：输出量与被测量变化一致则为正，否之为反。计算机中两种方法：一是改变偏差的公式实现；二是在PID运算之后，先将结果求补，再送到D/A转换器中转换，进而输出。
6、在自动控制系统中，积分饱和现象是如何产生的？在微型机控制系统中，如何消除饱和？
答：由于积分项不断累加引起的。消除方法有遇限削积分法、有效偏差法、积分分离法等。
7、在微型机自动控制系统中是否需要要加手动后援，为什么？
答：需要。因为这是系统安全可靠运行的重要保障。除了自动控制工作模式外，为了保证系统安全可靠性，特别是在系统控制器发生故障时，系统不至于影响生产，系统因专门增加手动后援操作。
8、采样周期的大小对微型机控制系统有什么影响？
答：当采样周期T太小时，偏差信号E（K)也会过小，此时计算机将会失去调节的作用；而采样周期T过长又会引起误差，因此，采样周期T必须综合考虑。
第九章模糊控制技术
1、与PID控制和直接数字控制相比，模糊控制具有哪些优点？
答：①模糊控制可以应用于具有非线性动力学特征的复杂系统。②模糊控制不用建立对象精确的数学模型。③模糊控制系统的鲁棒性好。④模糊控制是以人的控制经验作为控制的知识模型，以模糊集合、模糊语言变量以及模糊逻辑推理作为控制算法。
3、如何建立模糊数模型？这种模型有什么实际意义？
答：总结操作者的手动控制策略、相关法、模糊推理极大极小合成法，修正因子法、引用模糊数和插值原理等方法。
4、模糊-PI控制与传统PID控制各有什么优点？
答：模糊-PI控制优点：操作简单，执行速度快，占用内存少，开发方便、迅速。
PID优点：①是模拟调节系统中技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式；②结构灵活；③参数整定方便；④适应性强。
第十章微型机控制系统的设计
1、在微型机控制系统设计时，如何选择硬件和软件？
答：硬件和软件设计相互联系，相互影响，硬件和软件有一定的互换性。用硬件完成的功能，速度比较快，节省CPU的时间，但系统硬件比较复杂，价格比较贵，用软件实现的功能，则比较经济，但要占用CPU时间，软件比较复杂，因此在具体设计时硬件、软件要同时惊醒并要反复权衡。
2、在做微型机控制系统总体方案时，主要考虑哪些问题？
答：一、控制系统总方案的确定：①选择检测元件；②执行机构；③输入/输出通道及外围设备；④画出系统原理图。
二、微型计算机及接口的选择：①成品微型机系统；②工业控制机；③单片机系统。
三、控制算法的选择：①直接数字控制算法；②数字PID算法。
四、控制系统硬件的设计：①存储器扩展；②模拟量输入通道的扩展；③模拟量输出通道的扩展；④开关I/O接口设计；⑤操作面板；⑥系统速度匹配。
五、控制系统的软件设计：①软件，硬件的折衷问题；②系统资源；③软件开发过程。
《微型计算机控制技术》学科复习总结★第一部分选择题 ?使用说明：本部分对应考试题型的选择题部分，注意看选项答案，莫只记选项！ ★★1. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是（C）（1分） A. 0.3V以下 B. 0.7V以上 C. -3V以下 D. +3V以上2．下面关于微型计算机控制技术的叙述，正确的是( D )。 A．微型计算机控制技术只能用于单片机系统 B．任何控制系统都可以运用微型计算机控制技术 C．微型计算机控制技术不能用于自动化仪表 D．微型计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表3. 计算机监督系统(SCC)中，SCC计算机的作用是( B )。 A．接收测量值和管理命令并提供给DDC计算机 B．按照一定的数学模型计算给定值并提供给DDC计算机 C．当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作 D．SCC计算机与控制无关 4．关于现场总线控制系统，下面的说法中，不正确的是( C )。 A．省去了DCS中的控制站和现场仪表环节 B．采用纯数字化信息传输 C．只有同一家的FCS产品才能组成系统 D．FCS强调“互联”和“互操作性” 5. 闭环控制系统是指（B） A.系统中各生产环节首尾相连形成一个环 B.输出量经反馈环节回到输入端，对控制产生影响 C.系统的输出量供显示和打印 D.控制量只与控制算法和给定值相关 6. 多路开关的作用是（A） A.完成模拟量的切换 B. 完成数字量的切换 C.完成模拟量与数字量的切换 D. 完成模拟量或数字量的切换 7. 采样-保持电路的逻辑端接+5V，输入端从2.3V变至2.6V，输出端为（A）
微型计算机控制技术学习心得 转眼间，一个学期又过去了。微机原理与控制技术课程已经结束了。通过从大三下学期的微机原理与接口技术到这学期的微机原理与控制技术的学习，回想起来受益匪浅，主要是加深了对计算机的一些硬件情况和运行原理的理解和汇编语言的编写，期间也听老师讲过，微机原理这门课程是比较偏硬件一点的。正是因为这一点我还是对它比较喜欢的，因为它和我的专业方向“机电工程”有很大的联系，在机电工程领域很多场合要应用到微机，而且是微机原理是考研复试面试时必考问的专业课，因为我要考研，本着一定要考上的心态，因此对该课程的学习还是有浓厚的兴趣和动力的。下面谈谈这期学习该课程的心得与体会：总体介绍下这门课程的轮廓吧（也就是教学大纲）： 一、课程性质与设置目的 （一）课程性质 微型计算机控制技术是高等院校计算机应用专业本科教学中的一门选修专业课，是从微型计算机原理到微型计算机控制，从理论到实际的必经桥梁，是着重解决和处理工程实际问题的一门课程。在该课程的教学过程中，将课堂教学与实验教学有机结合，注意培养同学分析问题、解决问题的方法和能力。 该课程主要介绍微型计算机应用在工业控制中的各种技术，重点讲述微型机用于实时控制中的软件、硬件设计方法，以及它们之间的结合问题。课程注重理论联系实际，从工程实际出发，在设计方法，即实验技术、操作运行、系统调试等方面对学生进行训练，为学生的毕业设计及将来的实际工作奠定基础。（二）教学目的 通过本课程的学习，可使我们对微型机在工业过程控制和智能化仪器方面的应用有个比较全面的了解，为以后的工作和毕业设计打下基础。 二、下面我对该门课程的教学内容做了一个详细的总结 1.第1章微型计算机控制系统概述 2.教学要点 1.微型计算机控制系统的组成 2.微型计算机控制系统的分类 3.微型计算机控制系统的发展 3.教学内容 通过对本章的学习，应当对微型计算机控制系统有一个完整的概念，具体掌握以下几方面的内容。 4. 1.了解微型计算机控制系统的组成。 2.学习并掌握微型计算机控制系统的分类 及各系统之间的区别。
浅谈计算机控制技术及应用 摘要：随着科学技术的发展，人们越来越多的用计算机来实现控制。近年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、CRT显示技术、通信与网络技术和微电子技术的高速发展，给计算机控制技术带来了巨大的发展。然而，设计一个性能好的计算机控制系统是非常重要的。计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，一个完整的控制系统还需要考虑系统的抗干扰性能，系统的抗干扰性能力是关系到整个系统可靠运行的关键。 关键词：计算机控制技术、系统、应用 Chat computer control technology and its application Abstract：With the development of science and technology, more and more people use computers to achieve control. In recent years, computer technology, automation technology, detection and sensor technology, CRT display technology, communications and network technology and the rapid development of microelectronic technology, a computer control technology has brought great development. However, the design of a computer control system for good performance is very important. Computer control system is mainly composed of two major components of hardware and software, a complete control system also need to consider the anti-interference performance of the system, the system is related to the anti-jamming capabilities and reliable operation of the system key. Key words：computer control technology、system、apply 正文： 一、计算机控制技术的概述 1、计算机控制的概念 （1）开环控制系统 若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。在开环 控制系统中，既不需要对系统的输出量进行测量，也不需要将它反馈到输入端与输入量 进行比较。 （2）闭环控制系统 凡是系统的输出信号对控制作用能有直接影响的系统都叫作闭环控制系统，即闭环 系统是一个反馈系统。闭环控制系统中系统的稳定性是一个重要问题。
第一章计算机控制系统概述 习题与思考题 1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统较模拟系统有何优点？举例说明。 解答：由计算机参与并作为核心环节的自动控制系统，被称为计算机控制系统。与模拟系统相比，计算机控制系统具有设计和控制灵活，能实现集中监视和操作，能实现综合控制，可靠性高，抗干扰能力强等优点。例如，典型的电阻炉炉温计算机控制系统，如下图所示： 炉温计算机控制系统工作过程如下：电阻炉温度这一物理量经过热电偶检测后，变成电信号（毫伏级），再经变送器变成标准信号（1-5V或4-20mA）从现场进入控制室；经A/D 转换器采样后变成数字信号进入计算机，与计算机内部的温度给定比较，得到偏差信号，该信号经过计算机内部的应用软件，即控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制双向晶闸管对交流电压（220V）进行PWM调制，达到控制加热电阻两端电压的目的；电阻两端电压的高低决定了电阻加热能力的大小，从而调节炉温变化，最终达到计算机内部的给定温度。 由于计算机控制系统中，数字控制器的控制算法是通过编程的方法来实现的，所以很容易实现多种控制算法，修改控制算法的参数也比较方便。还可以通过软件的标准化和模块化，这些控制软件可以反复、多次调用。又由于计算机具有分时操作功能，可以监视几个或成十上百个的控制量，把生产过程的各个被控对象都管理起来，组成一个统一的控制系统，便于集中监视、集中操作管理。计算机控制不仅能实现常规的控制规律，而且由于计算机的记忆、逻辑功能和判断功能，可以综合生产的各方面情况，在环境与参数变化时，能及时进行判断、选择最合适的方案进行控制，必要时可以通过人机对话等方式进行人工干预，这些都是传统模拟控制无法胜任的。在计算机控制系统中，可以利用程序实现故障的自诊断、自修复功能，使计算机控制系统具有很强的可维护性。另一方面，计算机控制系统的控制算法是通过软件的方式来实现的，程序代码存储于计算机中，一般情况下不会因外部干扰而改变，因此计算机控制系统的抗干扰能力较强。因此，计算机控制系统具有上述优点。 1.2计算机控制系统由哪几部分组成？各部分的作用如何？ 解答：计算机控制系统典型结构由数字控制器、D/A转换器、执行机构和被控对象、测量变送环节、采样开关和A/D转换环节等组成。 被控对象的物理量经过测量变送环节变成标准信号（1-5V或4-20mA）；再经A/D转换器采样后变成数字信号进入计算机，计算机利用其内部的控制算法运算后得到一个控制信号的数字量，再经由D/A转换器将该数字量控制信号转换成模拟量；控制信号模拟量作用于执行机构触发器，进而控制被控对象的物理量，实现控制要求。 1.3应用逻辑器件设计一个开关信号经计算机数据总线接入计算机的电路图。
１、什么就是计算机控制系统？它由哪几部分组成？ 计算机控制系统就就是利用计算机来实现生产过程自动控制得系统。它就是工业控制机构生产过程得大部分组成，工业控制机就是指生产过程控制得特点与要求而设计得计算机,它包括硬件与软件部分,生产过程包括被控对象,测量变送，执行机构,电气开关等。 2、计算机控制系统得典型形式有哪些？各有什么优缺点？ 计算机控制系统得典型形式：(1)操作指导控制系统。优点:结构简单，控制灵活与安全,缺点就是由人工操作,速度受到限制，不能控制多个对象.(2)直接数字控制系统(ＤＤC),实时性好,可靠性高与适应性强.（３）监督控制系统（SSC），就是生产过程始终处于最优工况。 (4)分型控制系统（DCS)，分散控制，集中操作，分级管理.（５)现场总线控制系统（FＣＳ)，降低成本,提高可靠性，可实现真正得开放式互连系统结构 3、实时，在线方式与离线方式得含义就是什么？ 实时就是指信号得输入,计算与输出都要在一定得时间范围内完成,即计算机对输入信息以足够快得速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义.在线方式：在计算机控制系统中，生产过程与计算机直接连接,并受计算机控制得方式。离线方式:生产过程不与计算机相连且不受计算机控制，而就是靠人进行联系并作相应操作得方式. ４、工业控制机有哪几部分组成？ 工业控制机包括硬件与软件两部分。硬件包括：主机(CPU、RＡM、ROＭ）板,人-—机接口，外部总线与内部总线，系统支持板，磁盘系统通信接口，输入、输出通道.软件包括系统软件、支持软件与应用软件。 5、什么就是总线，内部总线与外部总线？ 总线就是一组信号线得集合，它定义了各引线得信号、电机、机械特性,使计算机内部各组成部分之间以及不同得计算机之间建立信号联系,进行信息传送与通信。内部总线：就就是计算机内部功能模板之间进行通信得总线,它就是构成完整得计算机系统得内部信息枢纽，但按功能仍要分为数据总线DＢ，地址总线ＡB,控制总线ＣB，电源总线ＰB。外部总线就是计算机与计算机之间或计算机与其她智能设备之间进行通信得连接。 6、什么就是接口,接口技术与过程通道？ 接口就是计算机与外部设备交换信息得桥梁，它包括输入接口与输出接口,接口技术就是研究计算机与外部设备之间如何交换信息得技术,过程通道就是在计算机与生产过程之间设置得信息传送与转换得连接通道，它包括ＡI、AＯ、ＤＩ、DO。 7、采用７4LS244与74LＳ２73与PＣ总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量)输入接口与8路数字量(开关量）输出接口,请画出接口电路原理图,并分别编写数字量输入与数字量输出程序。 8、用8位A/D转换器ＡDＣ080９通过８255A与PC总线工业控制机接口,实现８路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量得数据采集程序 9、有源I／V变换:设输入为4~2０mA得电流，对应输出为1~5Ｖ，输入电阻Ｒi=２50Ω，试确定I/V变换电路及电路参数，画出电路原理图. 10、什么就是采样过程、量化、孔径时间？ 采样时指按一定得时间间隔T，把时间上连续与幅值上也连续得模拟信号转变成在时间刻０、Ｔ、2T···ＫＴ得一连串脉冲输出信号得过程，所谓量化就就是采用一组数码(二进制码)来逼近离散模拟信号得幅值，将其转换为数字信号,将采样信号转换为数字信号得过程称为量化过程,孔径时间，在模拟量输入通道中，Ａ／D转换器将模拟信号转换为数字量总需要一定得时间，完成一次A/D转换所需得时间. 11、采样保持器得作用就是什么？就是否所有得模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？
微型计算机控制技术课 后答案第二版潘新民 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
第一章1.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分作用 (1)主机：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。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。 (3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能. (4)检测与执行机构:a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量.b. 执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。 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 (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。 第二章 2 采样周期越小越好吗为什么 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，可能产生较大的误差。
第1章概述 1.什么是自动控制、控制系统、自动化和控制论 [指导信息]:参见自动控制的基本概念。 自动控制(autocontrol)：不用人力来实现的控制，通常可用机械、电气等装置来实现。通常相对手动控制而言。 控制系统(control system)：通过控制来实现特定功能目标的系统。而系统(system)是由相互联系、相互作用要素组成的具有一定结构和功能的有机整体。控制系统通常有一定的规模和复杂性，否则常称为控制装置或控制机构。 自动化(automation)：在无人工干预情况下，一个或多个控制系统或装置按规定要求和目标的实现过程。自动化强调的是自动控制过程，其核心概念是信息。 控制论(cybernetics)：研究各类系统的调节和控制规律的科学。各类系统包括动物(及人类)和机器系统。自从1948 年诺伯特·维纳发表了着名的《控制论——关于在动物和机中控制和通讯的科学》一书以来，控制论的思想和方法已经渗透到了几乎有的自然科学和社会科学领域。控制论着重于研究过程中的数学关系。 2.控制的本质是什么 [指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。 控制过程本质上是一系列的信息过程，如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等。控制系统中的目标信息、被控对象的初始信息、被控对象和环境的反馈信息、指令信息、执行信息等，通常由电子或机械的信号来表示。 3.自动控制中有哪些基本问题 [指导信息]:参见1.1.2 自动控制中的基本问题。 自动控制中的基本问题包括：自动控制系统的结构、过程、目标和品质等。 结构包括组成及其关系两个部分；控制过程主要为一系列的信息过程，如信息获取、信息传
重庆航天职业技术学院 温度采集报警报告 报告题目：数字温度计 系部：电子工程系专业：计算机控制技术 姓名： 学号： 指导老师：汤平
温度采集报警任务书 题目：数字温度计 任务与要求： 1、查阅数字温度计设计相关资料，熟悉数字温度计设计的原 理，查阅A/D转换及传感器相关知识，画出数字温度计原理图，并编写相应 的源程序。 2、使用8052单片机作为处理器，设计数字温度计设计，设定温 度最高值和最低值。数码管进行循环显示，显示实际温度值。 3、实现单路的电压采集和显示，显示3位温度值，最后1位显示“C” 4、并用喇叭报警。 发挥部分：将仿真电路图和程序修改为中断方式实现温度采集和显示。
前言 温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生活中的更加广泛的应用，利用新型数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发，本文设计了一种基于80C52的温度检测及报警系统。该系统可以方便的实现温度采集和显示，并可根据需要任意设定上下限报警温度，它使用起来相当方便，具有精度高、量程宽、灵敏度高、体积小、功耗低等优点，适合于我们日常生活和工、农业生产中的温度测量，也可以当作温度处理模块嵌入其它系统中，作为其他主系统的辅助扩展。该系统设计和布线简单，结构紧凑，抗干扰能力强，在大型仓库、工厂、智能化建筑等领域的温度检测中有广泛的应用前景。
目录 1、原理 (1) 2、元器件介绍 (2) 3、元器件清单 (7) 4、参考电路图 (8) 5 电路图详解 (10) 6、元器件的排版与焊接 (11) 7、参考程序编写与导入 (12) 8、成品的调试 (15) 9、总结 (16) 10、参考文献 (17)
10电气（2）班姓名：陆继赟学号：01 计算机控制技术及应用 一、计算机控制技术应用和发展 在近10多年里，计算机技术得到了极大的发展和完善；无论是在系统硬件成本，还是在计算速度和存贮容量方面都取得了很大的进步。特别是面向用户的编程语言也大大简化了。同时，由于采用了更多的可靠元件、尖端的设计工艺，增加了容错技术、冗余诊断程序，系统的可靠性也得到较大的提高；传统的过程控制功能与诸如生产计划、调度、优化及操作控制等实时信息处理和决策应用的不断渗透、融合，使通过高级计算机控制实现各种过程高性能目标的手段变得越来越可靠和更为强劲有力；功能价格比也日趋合理。因而，使计算机控制在工业中的应用得到了迅猛的发展，而且正越来越广泛地应用于石油、化工、钢铁、造纸、电力等工业部门，并在提高设备处理能力和生产效率、产品质量；有效利用能源(水、人力、材料等资源)，满足环保、人身安全等严格要求及在日益激烈的国内外市场竞争中，发挥着举足轻重的作用。 二、（一）、计算机控制技术的概述 1、计算机控制的概念 （1）开环控制系统 若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，则称该系统为开环控制系统。在开环 控制系统中，既不需要对系统的输出量进行测量，也不需要将它反馈到输入端与输入量 进行比较。 （2）闭环控制系统 凡是系统的输出信号对控制作用能有直接影响的系统都叫作闭环控制系统，即闭环 系统是一个反馈系统。闭环控制系统中系统的稳定性是一个重要问题。 2、计算机控制系统 采用计算机进行控制的系统称为计算机控制系统，也称它为数字控制系统。若不考
虑量化问题，计算机控制系统即为采样系统。进一步，若将连续的控制对象和保持器一 起离散化，那么采样控制系统即为离散控制系统。所以采样和离散系统理论是研究计算 机控制系统的理论基础。 3、计算机控制系统的控制过程 （1）实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。 （2）实时控制决策：对采集到的被控量进行数据分析和处理，并按已定的控制规律决 定进一步的的控制过程。 （3）实时控制：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 4、计算机控制系统的特点 （1）结构上。计算机控制系统中除测量装置、执行机构等常用的模拟部件之外，其执 行控制功能的核心部件是数字计算机，所以计算机控制系统是模拟和数字部件的混合系统。 （2）计算机控制系统中除仍有连续模拟信号之外，还有离散模拟、离散数字等多种信号形式。 （3）由于计算机控制系统中除了包含连续信号外，还包含有数字信号，从而使计算机控制系统与连续控制系统在本质上有许多不同，需采用专门的理论来分析和设计。 （4）计算机控制系统中，修改一个控制规律，只需修改软件，便于实现复杂的控制规律和对控制方案进行在线修改，使系统具有很大灵活性和适应性。 （5）计算机控制系统中，由于计算机具有高速的运算能力，一个控制器（控制计算机）经常可以采用分时控制的方式而同时控制多个回路。 （6）采用计算机控制，如分级计算机控制、离散控制系统、微机网络等，便于实现控制与管理一体化，使工业企业的自动化程度进一步提高。 5、计算机控制系统的组成 计算机控制系统主要由硬件和软件两大部分组成，而一个完整的计算机系统应由下列几部分组成：被控对象、主机、外部设备、外围设备、自动化仪表和软件系统。 （1）硬件：a)由中央处理器，时钟电路，内存储器构成的计算机主机是组成计算机控制系统的核心部分。 b)通用外围设备按功能可分为输入设备、输出设备和外存储器三类。 c)过程Ｉ／Ｏ通道，又称过程通道。 d)通用接口电路，一般有并行接口、串行接口和管理接口（包括中断管理、 直接存取DMA管理、计数/定时等）。 e)传感器的主要功能是将被检测的非电学量参数转变成电学量。变送器的作 用是将传感器得到的电信号转变成适用于计算机借口使用的标准的电 信号（如０～１０ＭＡＤＣ）。 f)计算机控制系统一般要有一套专供运行操作人员使用的控制台称为运行 操作台，操作台一般包括各种控制开关、数字键、功能键、指示灯、声 信器、数字显示器或ＣＲＴ显示器等。 （2）软件：软件是指计算机控制系统中具有各种功能的计算机程序的总和，如完成操作、监控、管理、控制、计算和自诊断等功能的程序。整个系统在软件指挥下协 调工作。从功能区分，软件可分为系统软件和应用软件。 （二）集成系统控制 计算机技术的不断发展，使计算机系统的数据采集、处理、存贮、高速执行复杂计算任
1.计算机控制系统：就是利用计算机(通常称为工业控制计算机，简称工业控制机)来实现生产过程自动控制的系统。 2.计算机控制系统的工作原理： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。 ②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。 ③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行发出控制信号，完成控制任务。 3.计算机控制系统由计算机(工业控制机)和生产过程两大部分组成。 4.在线方式和离线方式 在线方式(on-line): 生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式。 离线方式(off-line): 生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。 5.实时的含义 实时(real-time)：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间围完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。而且这个时间围的大小跟被控对象联系非常的紧密！不同的被控对象，对时间围的要求不同。 6.逐点比较法插补: 每走一步都要和给定轨迹上的坐标值进行比较，看这点在给定轨迹的上方或下方，或是给定轨迹的里面或外面，从而决定下一步的进给方向。比较一次，决定下一步走向，以便逼近给定轨迹，即形成逐点比较插补。 7.直线插补计算过程：①偏差判别②坐标进给③偏差计算④终点判断
8.圆弧插补计算过程：①偏差判别②坐标进给③偏差计算④坐标计算○5终点判断 9.凑试法确定PID参数整定步骤： (1)首先只整定比例部分。比例系数由小变大，观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。系统无静差或静差已小到允许围，并且响应效果良好，那么只须用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。 (2)若静差不能满足设计要求，则须加入积分环节。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略为缩小(如缩小为原值的0．8倍)，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静差得到消除。在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与整定参数。 (3)若使用比例积分调节器消除了静差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。在整定时，可先置微分时间TD为零。在第二步整定的基础上，增大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。 10.扩充临界比例度法确定PID参数整定步骤： ①选择一个足够短的采样周期，具体地说就是选择采样周期为被控对象纯滞后时间的十分之一以下。 ②用选定的采样周期使系统工作。这时，数字控制器去掉积分作用和微分作用，只保留比例作用。然后逐渐减小比例度δ（δ=1/K P )，直到系统发生持续等幅振荡。记下使系统发生振荡的临界比例度 δ k 及系统的临界振荡周期T k 。 ③选择控制度。模拟 控制度 ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? = ? ? ∞ ∞ 2 2 ) ( ) ( dt t e dt t e DDC ④根据选定的控制度，求得T、K P 、T I 、T D 的值 11. 扩充响应曲线法确定PID参数整定步骤： ①数字控制器不接入控制系统，让系统处于手动操作状态下，将被调量调节到给定值附近，并使 之稳定下来。然后突然改变给定值，给对象一个阶跃输入信号。 ②用记录仪表记录被调量在阶跃输入下的整个变化过程曲线，此时近似为一个一阶惯性加纯滞后环节的响应曲线。 ③在曲线最大斜率处作切线，求得滞后时间τ，被控对象时间常数Tτ以及它们的比值Tτ／T，
第六章机车微机控制系统 第一节机车微机控制系统概述 一、微机控制系统的基本概念和特点 微机控制系统一般都具有三个要素，即控制对象、信息处理机构、执行机构控制目标；信息处理机构将目标值和实际情况进行比较、运算，给执行机构控制对象出动作指令；执行机构根据接收到的动作指令进行调节，以求达到或尽员接近控制目标。图6一1所示为控制系统示意图。 控制系统有开环控制和闭环控制之分。在开环控制中，输出信号不反馈到信息处理机构；在闭环控制中，信息处理机构是根据给定目标与输出反馈信号的差值来进行控制的。毫无疑问，闭环控制比开环控制易于稳定并具有较高的精度。 一个复杂的控制系统可以由多个闭环系统组合而成，如速度环、电流环、电压环等。例如，55型电力机车微机控制系统，不论是在正常工况下还是在故障工况下，都采用闭环控制，由系统自动调节，从而减轻了司机的劳动强度，简化了司机的操作程序。 在电力机车上，微机的控制目标主要是电机电枢电流和机车速度，信息处理机构是微型计算机，执行机构是晶闸管变流装置。即微机根据司机给定的手柄级位以及实际机车速度来调节晶闸管的触发角，从而使机车稳定运行在司机希望的工况。 我国558型电力机车是国产电力机车中首次采用微机控制的车型。以往的机车都采用模拟控制，如553、554改和55：型机车等，它们都是采用以运算放大器为基础的模拟控制方式。随着电力电子技术、半导体集成技术的发展和控制要求的提高，用微机控制来取代模拟控制是牵引动力技术发展的必由之路，它标志着机车控制技术水平上升到了新阶段。与膜拟控制相比，微机控制有以下特点： (l）微机控制系统不仅需要有硬件，而且必须有软件，而模拟控制中左右硬件。硬件是指各种能完成一定功能的电子插件，是看得见摸得着的。软件是指为实现一定功能而*制的程序，它通常存储在断电也能保存的器件（如 EPROM、ROM）中，是一串由0和1构成的代码。软件又分系统软件和应用软件。对用户来讲，主要是根据需要编制应用软件。 （2）微机控制系统的硬件是通用的，它不是针对某个特定任务设计的。例如，我们现在使用的微机控制硬件就能在所有交直传动车上使用，尽管有些功能可能在某种车型上并不需要。因此，微机控制的优点就是通用，易于从一种车型移植推广到另一种车型，而且易于适应设计过程中新增加的控制功能要求。而模拟控制的电路有一定的针对性，不同的车型不能互相通用。 （3）微机控制具有灵活可变的软件，对于不同机车的不同的控制功能要求，可用改变软件的方法来实现。在研发过程中，对于设计，调试过程中新提出的问题可以通过修改，增加一段程序的方法来解决，一般不必改动硬件。而在模拟控制中，没增加一个功能都必须通过增加相应的电路来实现，功能越多，则硬件电路越多，也越复杂。有些控制功能用硬件来实现电路比较复杂，如果用软件来是实现则只是增加一段相应的程序。因此，在微机控制中，有时用软件来实现一些硬件难于实现的功能。例如，多段折线的函数发生器，空转保护中的速度差，加速度，加速度的变化率，轮径修正及减流曲线等，用软件实现既方便快
第1章概述.................................................................................................................................... 1-2第2章计算机控制系统的理论基础.......................................................................................... 2-1第3章数字控制器的设计与实现.............................................................................................. 3-1第4章控制系统中的计算机及其接口技术.............................................................................. 4-1第5章计算机控制系统中的过程通道...................................................................................... 5-1第6章控制系统的可靠性与抗干扰技术.................................................................................. 6-1第7章控制系统的组态软件....................................................................................................... 7-1第8章DCS集散控制系统.......................................................................................................... 8-1第9章计算机控制系统的解决方案.......................................................................................... 9-1第10章计算机控制技术在简单过程控制中的应用............................................................ 10-1第11章计算机控制技术在流程工业自动化中的应用 ....................................................... 11-1
第11 章计算机控制系统实例 本章的教学目的与要求 掌握各种过程通道的结构、原理、设计及使用方法。 授课主要内容 硫化机计算机群控系统 主要外语词汇 Sulfurate Machine: 硫化机重点、难点及对学生的要求说明：带“ *** ”表示要掌握的重点内容，带“ ** ”表示要求理解的内容，带“ *”表示要求了解的内容，带“☆”表示难点内容，无任何符号的表示要求自学的内容 硫化机计算机群控系统的软硬件设计*** ☆ 辅助教学情况 多媒体教学课件( POWERPOINT ) 复习思考题 硫化机计算机群控系统的软硬件设计 参考资料刘川来，胡乃平，计算机控制技术，青岛科技大学讲义 硫化机计算机群控系统 内胎硫化是橡胶厂内胎生产的最后一个环节，硫化效果将直接影响内胎的产品质量和使用寿命。目前国内大部分生产厂家都是使用延时继电器来控制硫化时间，由于硫化中所需 的蒸汽压力和温度经常有较大的波动，单纯按时间计算可能会产生过硫或欠硫现象，直接影响了内胎的质量。 因此，设计一种利用先进计算机控制技术的硫化群控及管理系统，不仅能提高企业的自动化水平，也能降低硫化机控制装置的维护成本和硫化操作人员的劳动强度，提高硫化过程中工艺参数的显示和控制精度，同时也避免了个别硫化操作人员为提高产量而出现的“偷时”现象(即操作人员缩短硫化时间，未硫化完毕就开模) ，使内胎的产品质量得到保证。 1. 系统总体方案 内胎硫化过程共包括四个阶段: 合模、硫化、泄压、开模。由于所有硫化机的控制方式相同，所以特别适合群控。在自动模式下，当硫化操作人员装胎合模后，由控制系统根据温度计算内胎的等效硫化时间并控制泄压阀、开模电机的动作。为克服温度波动的影响，经过大量实验，选用阿累尼乌斯(Arrhenius) 经验公式来计算等效硫化时间。 某橡胶制品有限公司硫化车间共有内胎硫化机96 台，为便于整个生产过程的控制和管理拟采用计算机群控及管理系统。根据企业的现场情况，借鉴DCS (Distributed Control System ，集散控制系统) 系统结构，使用PLC 作为直接控制级，完成现场的控制功能; 使用工业控制计算机作为管理和监视级。系统总体方案见图11.8。 PLC 通过温度采集模块采集现场的96 台硫化机温度信号，进行等效计算后，按设定 型号的参数计算硫化机的硫化时间并对泄压阀、开模电机动作进行控制，完成内胎的整个硫
微型计算机控制技术复习习题答案
第一章计算机控制系统概述 习题参考答案 1.计算机控制系统的控制过程是怎样的? 计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤： (1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。 (2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。 2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？ (1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。 (3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。 3.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？ 由四部分组成。 图1.1微机控制系统组成框图 (1)主机：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。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最
优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。 (2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。 (3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。 (4)检测与执行机构 a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。 b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。 4.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。 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、应用软件及数据库。 (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。系统软件包括： a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；
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。