第二章 数字控制系统的组成
第一节 数字控制系统硬件及软件组成
一、 硬件部分
计算机控制系统的硬件包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台等。
1、主机
它是过程计算机控制系统的核心，由中央处理器（CPU）和内存储器组成。主机根据输入通道送来的被控对象的状态参数，按照预先制定的控制算法编好的程序，自动进行信息处理、分析、计算，并作出相应的控制决策，然后通过输出通道发出控制命令，使被控对象按照预定的规律工作。
2、接口电路
它是主机与外部设备、输入/输出通道进行信息交换的桥梁。在过程计算机控制系统中，主机接收数据或者向外发布命令和数据都是通过接口电路进行的，接口电路完成主机与其它设备的协调工作，实现信息的传送。
3、过程输入/输出通道
过程输入输出（I/O）通道在微机和生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用，它是主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。
模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号转换为数字信号送给微机；模拟量输出通道则把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行设备，实现生产过程的自动控制。微机通过开关量（脉冲量、数字量）输入通道输入反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按纽等）或脉冲信号；通过开关量（数字量）输出通道控制那些能接受开关（数字）信号的电器设备。
1）、模拟量输入（AI）通道：
生产过程中各种连续的物理量(如温度、流量、压力、液位、位移、速度、电流、电压以及气体或液体的PH值、浓度、浊度等），只要由在线仪表将其转换为相应的标准模拟量电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。
2）、模拟量输出（AO）通道：
模拟量输出通道一般是输出4～20mA（或1～5V）的连续的直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置（如各种变频调速器）控制各种电机的转速，亦可通过电-气转换器或电-液转换器来控制各种气动或液动执行机构，例如控制气动阀门的开度等等。
3）、开关量输入（DI）通道：
用来输入各种限位（限值）开关、继电器或电磁阀门连动触点的开、关状态；输入信号可以是交流电压信号、直流电压信号或干接点信号。
4）、开关量输出（DO）通道：
用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声报警器等只具有开、关两种状态的设备。输出形式一般为无源触点和有源OC门两种。
5）、脉冲量输入（PI）通道：
现场信号中的转速计、涡街流量计及一些机械计数装置等输出的测量信号均为脉冲信号，脉冲量输入通道既可检测该类信号。
4、外部设备
外部设备按功能可分成三类：输入设备、输出设备和外存储器。一个过程控制系统外部设备的配置是根据系统的功能决定的。
5、操作台
操作台是过程控制系统人-机联系设备，专供操作人员使用。一般操作台有CRT显示器或LED数字显示器，用以显示系统运行的状态；有功能键盘，以便操作人员输入或修改控制参数和发送命令。
二、软件部分
为使过程计算机控制系统正常运行并充分发挥硬件功能，完成预定的任务，必须有软件的支持才能实现。软件是指计算机中使用的所有程序的总称。软件通常又可分为系统软件和应用软件。
系统软件是用来使用和管理计算机的程序。过程计算机控制系统的系统软件应根据控制系统的的规模和要求的功能选配。
应用软件是为了解决具体任务的用户程序，如在过程计算机控制系统中，各种数据采集程序、数字处理程序以及各种控制程序等，它由用户按需要而编制。
第二节 过程计算机控制系统的分类
过程计算机控制系统所采用的形式与所控制的生产过程的复杂程度密切相关，不同的被控对象和不同的控制要求，应有不同的控制方案。按照系统的功能和发展进程，典型计算机控制系统大致分为以下几种典型的形式。
一、 操作指导控制系统
操作指导控制系统的构成如图2.2.1所示。该系统不仅具有数据采集和处理的功能，而且能够为操作人员提供反映生产过程工况的各种数据，并相应地给出操作指导信息，供操作人员参考。
该控制系统属于开环控制结构。计算机根据一定的控制算法（数学模型），依赖测量元件测量的信号数据，计算出供操作人员选择的最优操作参数及操作方案。操作人员根据计算
机的输出信息，如CRT显示图形或数据、打印机的曲线数据等,手动改变控制器的给定值或直接操作执行机构。
二、 直接数字控制系统
直接数字控制系统DDC（Direct Digital Control）是指计算机直接控制生产过程。系统构成如图2.2.2所示。DDC系统用一台计算机取代模拟控制器，对生产过程中多种被控变量进行巡回检测，计算机按人们预先规定的控制程序（如PID、前馈、解耦等控制方式），对多种被测量进行分析、判断、处理，从而得到控制量，通过二进制形式输出到D/A转换器，并以4～20mA或0～10mA的模拟电流形式发出控制信号，实现对生产过程的闭环控制。
DDC系统的特点是计算机运算速度快，可分时处理多个控制回路，一台计算机可以取代几十台模拟控制器，实现几十个甚至更多的单回路的控制；并且计算机运算能力强，能很方便地实现各种比较复杂的控制规律，如串级控制、前馈控制、选择性控制、解耦控制以及大纯滞后补偿控制等。
由于直接数字控制系统中，计算机直接承担控制任务，所以要求实时性好、可靠性高和适应性强。这就需要合理地设计应用软件，使之完成所有的控制功能。
三、 监督计算机控制系统
监督计算机控制SCC（Supervisory Computer Control）系统中，计算机根据原始工艺信息和其他参数按照描述生产过程的数学模型或其他方法，自动地改变模拟调节器或以直接数字控制方式工作的微型计算机中的给定值，从而使生产过程始终处于最优的工况（保持高质量、高效率、低消耗、低成本等）下运行。从这个角度上说，它的作用是改变给定值，所以又称设定值控制SPC（Set Point Control）。监督控制系统有两种不同的结构形式，如图2.2.3所示。
1、SCC加上模拟控制器的控制系统
该系统由计算机系统对各物理量进行巡回检测，并按一定的数学模型对生产工况进行分析、计算后得出控制对象各参数最优给定值送给控制器，使工况保持在最优状态。当SCC 计算机出现故障时，可由模拟调节器独立完成操作。
2、SCC加上DDC分级控制系统
这实际上是一个二级控制系统，SCC可采用高档计算机，它与DDC之间通过接口进行信息联系。SCC计算机可完成工段、车间高一级的最优化分析和计算，并给出最优给定值，送给DDC级执行过程控制。当DDC级计算机出现故障时，可直接由SCC计算机完成DDC的控制功能，这种系统提高了可靠性。
四、 集散控制系统
集散控制系统DCS（Distributed Control System）又称分布式控制系统，它采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为综合信息管理级、集中操作监控级、分散过程控制级，形成分级分布式控制。
五、现场总线控制系统
现场总线（fieldbus）是连接工业过程仪表和控制系统之间的全数字化、双向、多站点的串行通信网络，它与控制系统和现场仪表共同组成现场总线控制系统（Fieldbus Control System—FCS）。现场总线控制系统FCS不单单是一种通信技术，也不仅仅是用数字信号代替模拟信号，它是现场总线通信网络与控制系统的集成。
九十年代以来，逐渐形成的几种有影响的现场总线技术有，FF（Foundation Field）基金会现场总线、由美国Echelon公司推出的Lon Work现场总线、由德国西门子公司为主的Profibus总线、由德国Bosch公司推出的CAN（Control Area Netword）总线、由美国Rosemount公司推出的HART总线等。这些总线是根据行业的应用需要施加某些特殊规定后形成了各自的技术标准。
第三节 模拟量、开关量输入输出通道基本原理
过程输入输出通道由模拟量输入输出通道和开关量输入输出通道组成。
一、AI（Analog Input）通道
AI通道的一般结构如图2.3.1所示。过程参数由传感元件和变送器测量并转换成电压（或电流）形式后送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换
到后级，进行放大、采样和A/D 转换，实现过程参数的巡回检测。
模拟信号到数字信号的转换包含信号采样和量化两个过程。
采样信号在时间轴上是离散的，即连续信号y(t)幅值上的变化，通过采样变成离散信
号y *
(t)。微机只接受在时间上离散、幅值上变化的数字信号。
将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置是A/D转换器。字长为n的A/D转换器把y min ～y max 范围内变化的采样信号，变换为数字量，其最低有效位（LSB）所对应的模拟量q称为量化单位。其值为
12~0?n n
y y q 2min
max ?=
量化过程实际上是一个用q 去度量采样值幅值高低的小数归整过程。由于量化过程是一个小数归整过程，因而存在量化误差，其最大量化误差为±2
1q。
如果A/D 转换器的字长n 足够长，整量化误差就会变小，这样可以认为数字信号近似于采样信号。在这种假设下，数字系统便可沿用采样系统理论进行分析、设计系统。
A/D 转换器的任务是完成采样信号到数字信号的转换。常用的转换方式有逐次逼近式和双斜积分式。前者转换时间短（几个微秒～几百个微秒），但抗干扰能力较差；后者转换时间长（几十个毫秒～几百个毫秒），抗干扰能力较强，在信号变化缓慢，现场干扰严重的场合，宜用后者。
常用A/D 转换器芯片有，逐次逼近式集成A/D 转换器，如8位分辨率的ADC0809、12位分辨率的AD574等；双斜积分式集成A/D 转换器有11位分辨率的MC14433、14位分辨率的ICL7135等。
A/D 转换器的主要技术指标有转换时间、分辨率和线性误差等。 1、转换时间：指完成一次模拟到数字转换所需要的时间。
2、分辨率：通常用数字量的位数n（字长）来表示，如8位、12位、16位等。分辨率为n位，表示它能对满量程输入的1/2n
的增量作出反映，即数字量的最低有效位（LSB）对应于满量程输入的1/2n
。例如n=8，满量程输入为5.12V，则LSB对应于模拟电压5.12V/28
=20mV。
3、线性误差：理想转换特性（量化特性）应该是线性的，但实际转换特性并非如此。在满量程输入范围内，偏移理想转换的最大误差定义为线性误差。线性误差通常用LSB 表示，如
LSB LSB 12
1
±、。 二、AO （Analog Output ）通道
AO 通道有两种基本结构形式，多D/A 形式和共享D/A 结构，如图2.3.2所示，多D/A
形式输出速度快、工作可靠、精度高，是工业控制方面普遍采用的形式。
AO 通道中的D/A 转换器承担数字信号到模拟信号转换任务，保持器一般采用零阶形式，其作用是把微机在t=kT 时刻对执行机构的控制作用维持到下一个输出时刻t=(k+1)T。这是一种数字保持方式，送给D/A 转换器的数字信号不变，其模拟输出信号便保持不变。微机对通道i(i=1,2,…,n)的控制信号被D/A 转换器转换模拟形式后，由该通道的保持器将其记忆下来，并保持到下一次控制信号的到来。
常用D/A 转换器芯片的分辨率有8位、10位、12位等。其结构大同小异，通常都带有两级缓冲寄存器。主要技术指标有建立时间、分辨率、线性误差等。
1、分辨率：通常用D/A转换器输入二进制数的位数来表示，如8位、10位、12位。分辨率为n位，表示D/A转换器输入二进制数的最低有效位LSB与满量程输出的1/2n
相对应。
2、建立时间：输入数字信号的变化量是满量程时，输出模拟信号达到离终值±2
1LSB
所需的时间，一般为几μs。
3、线性误差：与A/D 转换器的线性误差定义相同。
三、DI （Digital Input ）、DO （Digital Output ）通道
开关量输入输出通道主要由I/O缓冲和I/O电气转换两部分构成，如图2.3.3所示。
输入缓冲器起着对外部输入信号的缓冲、加强和选通作用；输出锁存器锁存CPU输出的数据或控制信号，供外部设备使用。I/O缓冲功能可以用可编程接口电路构成，也可以用简单接口电路实现。I/O电气接口部分的功能主要是：滤波、电平转换、隔离、功率驱动等。
外部信号须经过滤波、隔离和过、反电压保护等处理后，才能送给微机。因此，输入信号调理电路主要处理信号中可能引入的干扰和过电压、瞬态尖锋和反极性输入等。因此，在许多应用场合开关量输出都要求一定的功率驱动能力，故输出通道的一个重要组成就是功率驱动。开关量输出驱动电路很多，如大、中、小功率晶体管、可控硅、达林顿阵列驱动器、固态继电器等。
固态继电器（SSR）是一种四端有源器件，有直流SSR和交流SSR之分，交流SSR又有过零型（Z型）和调相型（P型）之分，图2.3.4（a）、（b）分别是Z型和P型AC SSR的内部工作原理框图。
D D C控制器直接数字控制系统(D i r e c t D i g i t a l C o n t r o l简 称D D C),
基本概述 DDC(Direct Digital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。D DC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电 脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。 它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于PLC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。DDC系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。 工作原理 所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。 DDC控制器是整个控制系统的核心。是系统实现控制功能的关键部件。它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制设备的运行。 功能介绍 DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不可能由其它人员进行修改。各个厂家的基础软件基本上是没有多少差别的。设置自检软件和保证DDC控制器的
《计算机控制系统》作业参考答案 作业一 第一章 1.1什么是计算机控制系统？画出典型计算机控制系统的方框图。 答：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与控制的自动控制系统,既:用算机代替模拟控 制装置,对被控对象进行调节和控制. 控制系统中的计算机是由硬件和软件两部分组成的.硬件部分: 计算机控制系统的硬件主要是由主机、外部设备、过程输入输出设备组成; 软件部分: 软件是各种程序的统称，通常分为系统软件和应用软件。 1.2.计算机控制系统有哪几种典型的类型？各有什么特点。 答：计算机控制系统系统一般可分为四种类型： ①数据处理、操作指导控制系统；计算机对被控对象不起直接控制作用,计算机对传感器产生的参数巡回检测、处理、分析、记录和越限报警，由此可以预报控制对象的运行趋势。 ②直接数字控制系统；一台计算机可以代替多台模拟调节器的功能，除了能实现PID 调节规律外, 还能实现多回路串级控制、前馈控制、纯滞后补偿控制、多变量解藕控制，以及自适应、自学习,最优控制等复杂的控制。 ③监督计算机控制系统；它是由两级计算机控制系统：第一级DDC 计算机, 完成直接数字控制功能；第二级SCC 计算机根据生产过程提供的数据和数学模型进行必要的运算，给DDC 计算机提供最佳给定值和最优控制量等。 ④分布式计算机控制系统。以微处理机为核心的基本控制单元，经高速数据通道与上一级监督计算机和CRT 操作站相连。 1.3.计算机控制系统与连续控制系统主要区别是什么？计算机控制系统有哪些优点？ 答：计算机控制系统与连续控制系统主要区别：计算机控制系统又称数字控制系统,是指计算机参与 控制的自动控制系统,既:用计算机代替模拟控制装置,对被控对象进行调节和控制。 与采用模拟调节器组成的控制系统相比较，计算机控制系统具有以下的优点： (1)控制规律灵活，可以在线修改。(2)可以实现复杂的控制规律，提高系统的性能指标. (3)抗干扰能力强，稳定性好。 (4)可以得到比较高的控制精度。 (5)能同时控制多个回路，一机多用，性能价格比高。 (6)便于实现控制、管理与通信相结合，提高工厂企业生产的自动化程度. (7)促进制造系统向着自动化、集成化、智能化发展。 图1.3-2 典型的数字控制系统 给定
自动控制原理实验报告 题目：数字控制系统设计 专业班级：电气工程及其自动化02 学号： 学生姓名： 指导教师： 学院名称：电气信息学院 完成日期： 2012年 5月20日 1．熟悉本实验涉及的部分MATLAB 函数 函数c2d 调用示例 某离散系统如图5.4 所示,利用函数c2d 获取其z 传递函数的程序段及运行结果如图5.5 所示。
图5.4 某离散系统 图5.5 例1 系统z 传递函数的获取及相关程序 函数step、impulse、lsim等可用于离散系统的仿真，其调用方法分别见图5.6、图5.7 和图5.8。 图5.6 函数step 的调用
图 5.7 函数impulse 的调用 图5.8 函数lsim 的调用 2．数字闭环系统的单位阶跃响应 利用本实验所附程序lab5_1.m，求取图5.4 所示系统的单位阶跃响应，并分析改变采样周期的后果。 程序段如下： num=[1]; den=[1 1 0]; sysc=tf(num,den); sysd=c2d(sysc,1,'zoh'); sys=feedback(sysd,[1]); T=[0:1:20]; step(sys,T) 实验结果如下 当T=1时，
当T=2时, 当T=3时，
改变采样周期了，系统的稳定性降低，采样输出不能真实反映实际输出。3．数字控制系统的根轨迹及其参数设计 图5.9 所示数字控制系统中，() () ()() 0.36780.7189 10.3680 z G z z z + = -- ， () () 0.3678 0.2400 K z D z z - = + ，其中，参数K待定。试利用本实验所附程序lab5_2.m 选取使该系统稳定的K 值。 图 5.9 某数字控制系统 程序段为 num=[0.3678 0.2644]; den=[1 -0.76 -0.24]; sys=tf(num,den); x=[-1:0.1:1];y=sqrt(1-x.^2); rlocus(sys);grid,hold on plot(x,y,'--',x,-y,'--') 结果如下
数字电源控制系统的应用实例 在数字电源的所有讨论中，必须区分两个关键的概念：功率控制和功率管理。Ericsson 公司采用电源控制这个术语来表达电源内部的控制功能，特别是器件内部能量流的逐周期管理。这个定义包括反馈回路和内部管理功能。与电源的开关频率相比，电源控制功能以实时方式运行。控制功能可以采用模拟或数字技术，通过采用通常对终端用户而言是一回事的任意一种技术的电源来实现。也就是说，采用数字电源控制可能不需要终端用户端的任何改变或新设计。 相比之下，电源管理是指一个或多个电源外部的通信和/或控制。这包括电源系统配置、个别电源的控制和监视以及故障检测通信。电源管理功能并不是实时的，这些功能以一个比电源的开关频率慢的时间刻度工作。现在，这些功能开始结合模拟和数字技术。例如，电阻通常对输出电压进行编程，而电源时序通常需要连接至每个电源的专用控制线路。根据Ericsson的定义，数字电源管理意味着所有这些功能都采用数字技术。此外还采用某种数据通信总线结构来最大限度地降低互连复杂性，而不是对每个电源采用多个定制的互连进行时序和故障监视。 电源控制 图1的左边是一个脉宽调制(PWM)IC，这个电路为标准模拟控制回路提供主要控制。一个电阻分压器对电源的输出电压进行采样，误差放大器将该输出电压与DC参考电压进行比较。误差放大器的输出是一个强度与所需的输出电压校正成正比的模拟信号。这个误差信号馈入到PWM芯片，该芯片产生一个其脉宽由误差信号定义的输出脉冲。PWM输出脉冲则控制功率级半导体(通常为MOSFET)的导通时间。由于MOSFET具有较大的输入门电容，因此驱动器电路有必要有效率地导通和关断它们。固定电阻电容网络一般会补偿回路，以确保动态响应和稳定性之间的正常平衡。
D D C控制器直接数字 控制器
DDC控制器直接数字控制器 DDC控制器直接数字控制器2010-06-24 18：08基本概述 DDC(Direct Digital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。DDC 系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于PLC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。DDC系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。 工作原理 所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。DDC控制器是整个控制系统的核心。是系统实现控制功能的关键部件。它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制设备的运行。 功能介绍
第二章 数字控制系统的组成 第一节 数字控制系统硬件及软件组成 一、 硬件部分 计算机控制系统的硬件包括主机、接口电路、过程输入/输出通道、外部设备、操作台等。 1、主机 它是过程计算机控制系统的核心，由中央处理器（CPU）和内存储器组成。主机根据输入通道送来的被控对象的状态参数，按照预先制定的控制算法编好的程序，自动进行信息处理、分析、计算，并作出相应的控制决策，然后通过输出通道发出控制命令，使被控对象按照预定的规律工作。 2、接口电路 它是主机与外部设备、输入/输出通道进行信息交换的桥梁。在过程计算机控制系统中，主机接收数据或者向外发布命令和数据都是通过接口电路进行的，接口电路完成主机与其它设备的协调工作，实现信息的传送。 3、过程输入/输出通道 过程输入输出（I/O）通道在微机和生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用，它是主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。 模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号转换为数字信号送给微机；模拟量输出通道则把微机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行设备，实现生产过程的自动控制。微机通过开关量（脉冲量、数字量）输入通道输入反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行程开关、按纽等）或脉冲信号；通过开关量（数字量）输出通道控制那些能接受开关（数字）信号的电器设备。 1）、模拟量输入（AI）通道： 生产过程中各种连续的物理量(如温度、流量、压力、液位、位移、速度、电流、电压以及气体或液体的PH值、浓度、浊度等），只要由在线仪表将其转换为相应的标准模拟量电信号，均可送入模拟量输入通道进行处理。 2）、模拟量输出（AO）通道： 模拟量输出通道一般是输出4～20mA（或1～5V）的连续的直流电流信号，用来控制各种直行程或角行程电动执行机构的行程，或通过调速装置（如各种变频调速器）控制各种电机的转速，亦可通过电-气转换器或电-液转换器来控制各种气动或液动执行机构，例如控制气动阀门的开度等等。 3）、开关量输入（DI）通道： 用来输入各种限位（限值）开关、继电器或电磁阀门连动触点的开、关状态；输入信号可以是交流电压信号、直流电压信号或干接点信号。 4）、开关量输出（DO）通道： 用于控制电磁阀门、继电器、指示灯、声报警器等只具有开、关两种状态的设备。输出形式一般为无源触点和有源OC门两种。
音频、视频采集与处理相关知识点 知识点整理: 1.音频数字化及存储量的计算 数字化音频是指通过采样和量化把模拟音频信号转换成由二进制数码“0”或“1”组成的数字化音频文件。 采样频率是指将单位时间的音频波形分隔成的点数，单位为赫兹（HZ）。采样频率决定了声音采集的质量，采样频率越高，声音的质量越好，存储容量越大。 量化位数是指将采样得到的点实现用二进制编码表示。量化位数越大，其量化值越接近采样值，即精度越高，所以存储量也越大。 常见的wave文件所占存储量的计算公式： 存储量（字节）＝采样频率*量化位数*声道数*时间（秒）、8 2.声音素材的采集 声音素材的获取途径：成品声音文件的使用、声音素材的截取等。 声音文件的录制分硬件设备和软件录制两个部分。硬件设备主要需要声卡、话筒等。常用的声音录制与编辑软件有：GoldWave、录音机、Cool Edit、Wave Edit等。 3.声音的基本处理 通过GoldWave软件的状态栏，观察打开声音文件的采样频率、量化位数、声道数、声音长度、文件格式等信息。利用GoldWave软件可以对音频文件进行删除、剪裁、设置静音、淡入、淡出、音量调整、合成等操作。 （1）用GoldWave软件进行声音素材的处理： ①打开的音频文件在状态栏显示的参数信息：
②选取音频文件中的部分音轨信息 方法一：通过“设标”按钮，设置基于时间位置的“开始”和“结束”的时间参数。 如下图所示： 方法二：借助“开始标记线”和“结束标记线”。这种方法对音频区间的选取在时间不是很准确，要做好相对准确，可以事先将音频文件放大。 注意：如果需要选择立体声音频中某一声道的音轨信息，需要先进行声道选择。如需选择“左声道”中1：00分钟——3：00分钟的音轨信息，则可以先通过“编辑”菜单中的“声道”去指定处理的音频是左声道还是右声道。 ③选中的音频信息的执行删除、剪裁操作 ：“开始标记”和“结束标记”之间的这段音频素材被删除。 ：“开始标记”和“结束标记”之间的这段音频素材被保留下来。 ④选中的音频信息淡入、淡出效果的设置 淡入：实现声音音量由小到大的效果。实现操作：选中音频信息，选择“效果”菜单中的“音量”→“淡入”，并设置好初始音量、淡化曲线等参数。其中初始音量参数在-160到时0之间。 淡出：实现声音音量由大到小的效果。实现操作：选中音频信息，选择“效果”菜单中的“音量”→“淡出”，并设置好最终音量、淡化曲线等参数。其中初始音量参数在-160到时0之间。 ⑤选中的音频信息更改音量效果的设置 选中音频信息，选择“效果”菜单中的“音量”→“更改音量”，并设置好音量或预设的参数。其中音量单位为分贝（dB），正值为音量增加，负值为音量减少。
基本概述 DDC(Direct Digital Control)直接数字控制，通常称为DDC控制器。DDC系统的组成通常包括中央控制设备(集中控制电 脑、彩色监视器、键盘、打印机、不间断电源、通讯接口等)、现场DDC控制器、通讯网络、以及相应的传感器、执行器、调节阀等元器件。 它代替了传统控制组件，如温度开关、接收控制器或其它电子机械组件,及优于P LC等，特别成为各种建筑环境控制的通用模式。DDC系统是利用微信号处理器来做执行各种逻辑控制功能，它主要采用电子驱动，但也可用传感器连接气动机构。DD C系统的最大特点就是从参数的采集、传输到控制等各个环节均采用数字控制功能来实现。同时一个数字控制器可实现多个常规仪表控制器的功能，可有多个不同对象的控制环路。 工作原理 所有的控制逻辑均由微信号处理器，并以各控制器为基础完成，这些控制器接收传感器，常用融点或其它仪器传送来的输入信号，并根据软件程序处理这些信号，再输出信号到外部设备，这些信号可用于启动或关闭机器，打开或关闭阀门或风门，或按程序执行复杂的动作。这些控制器可用手操作中央机器系统或终端系统。 DDC控制器是整个控制系统的核心。是系统实现控制功能的关键部件。它的工作过程是控制器通过模拟量输入通道(AI)和开关量输入通道(DI)采集实时数据，并将模拟量信号转变成计算机可接受的数字信号(A/D转换)，然后按照一定的控制规律进行运算，最后发出控制信号，并将数字量信号转变成模拟量信号(D/A转换)，并通过模拟量输出通道(AO)和开关量输出通道(DO)直接控制设备的运行。 功能介绍 DDC控制器的软件通常包括基础软件、自检软件和应用软件三大块。其中基础软件是作为固定程序固化在模块中的通用软件，通常由DDC生产厂家直接写在微处理芯片上，不需要也不可能由其它人员进行修改。各个厂家的基础软件基本上是没有多少差别的。设置自检软件和保证DDC控制器的正常运行，检测其运行故障，同时也可便于管理人员维修。应用软件是针对各个空调设备的控制内容而编写的，因此这
吉大16春学期《控制系统数字仿真》在线作业一 一、单选题（共 15 道试题，共 30 分。） 1. 数值积分法中，其计算精度p=2的算法是（）。 A. 欧拉法 B. 梯形法 C. 四阶—龙格库塔法 D. 以上都不是 满分：2 分 2. i=2; a=2i;b=2*i;c=2*sqrt(-1);程序执行后；a, b, c的值分别是（）。 A. a=4,b=4,c=2.0000i B. a=4,b=2.0000i, c=2.0000i C. a=2.0000i, b=4,c=2.0000i D. a=2.0000i,b=2.0000i,c=2.0000i 满分：2 分 3. 下列哪条指令是求矩阵的行列式的值（）。 A. inv B. diag C. det D. eig 满分：2 分 4. CAD软件中我们一般都用（）单位来做图以达到最佳的效果。 A. 米 B. 厘米 C. 毫米 D. 分米 满分：2 分 5. 在CAD命令输入方式中以下不可采用的方式有（）。
A. 点取命令图标 B. 在菜单栏点取命令 C. 用键盘直接输入 D. 利用数字键输入 满分：2 分 6. 角度x=[30 45 60]，计算其正弦函数的运算为（）。 A. SIN（deg2rad(x)） B. SIN(x) C. sin(x) D. sin(deg2rad(x)) 满分：2 分 7. 绘制系统奈氏曲线的命令是（）。 A. step B. pzmap C. nyquist D. sgrid 满分：2 分 8. 已知a=2:2:8, b=2:5，下面的运算表达式中，出错的为（）。 A. a'*b B. a.*b C. a*b D. a-b 满分：2 分 9. 下列哪个变量的定义是不合法的（）。 A. abcd-3 B. xyz_3 C. abcdef D. x3yz
计算机控制系统课后题答案 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。
音频、视频采集与处理相关知识点 单元知识点考试要求试题类型 音频、视频采集与处理1．音频的数字化和存储容量的计算 b 选择题、填空题 必考+加试2．声音素材的采集 C 3.声音素材的制作 C 4.声音的格式转换 C 5.视频的数字化和存储容量的计算 b 6.视频素材的采集和处理 C 知识点整理: 1.音频数字化及存储量的计算 数字化音频是指通过采样和量化把模拟音频信号转换成由二进制数码“0”或“1”组成的数字化音频文件。 采样频率是指将单位时间的音频波形分隔成的点数，单位为赫兹（HZ）。采样频率决定了声音采集的质量，采样频率越高，声音的质量越好，存储容量越大。 量化位数是指将采样得到的点实现用二进制编码表示。量化位数越大，其量化值越接近采样值，即精度越高，所以存储量也越大。 常见的wave文件所占存储量的计算公式： 存储量（字节）＝采样频率*量化位数*声道数*时间（秒）、8 2.声音素材的采集 声音素材的获取途径：成品声音文件的使用、声音素材的截取等。 声音文件的录制分硬件设备和软件录制两个部分。硬件设备主要需要声卡、话筒等。常用的声音录制与编辑软件有：GoldWave、录音机、Cool Edit、Wave Edit等。 3.声音的基本处理 通过GoldWave软件的状态栏，观察打开声音文件的采样频率、量化位数、声道数、声音长度、文件格式等信息。利用GoldWave软件可以对音频文件进行删除、剪裁、设置静音、淡入、淡出、音量调整、合成等操作。 （1）用GoldWave软件进行声音素材的处理： ①打开的音频文件在状态栏显示的参数信息：
②选取音频文件中的部分音轨信息 方法一：通过“设标”按钮，设置基于时间位置的“开始”和“结束”的时间参数。 如下图所示： 方法二：借助“开始标记线”和“结束标记线”。这种方法对音频区间的选取在时间不是很准确，要做好相对准确，可以事先将音频文件放大。 注意：如果需要选择立体声音频中某一声道的音轨信息，需要先进行声道选择。如需选择“左声道”中1：00分钟——3：00分钟的音轨信息，则可以先通过“编辑”菜单中的“声道”去指定处理的音频是左声道还是右声道。 ③选中的音频信息的执行删除、剪裁操作 ：“开始标记”和“结束标记”之间的这段音频素材被删除。 ：“开始标记”和“结束标记”之间的这段音频素材被保留下来。 ④选中的音频信息淡入、淡出效果的设置 淡入：实现声音音量由小到大的效果。实现操作：选中音频信息，选择“效果”菜单中的“音量”→“淡入”，并设置好初始音量、淡化曲线等参数。其中初始音量参数在-160到时0之间。 淡出：实现声音音量由大到小的效果。实现操作：选中音频信息，选择“效果”菜单中的“音量”→“淡出”，并设置好最终音量、淡化曲线等参数。其中初始音量参数在-160到时0之间。 ⑤选中的音频信息更改音量效果的设置 选中音频信息，选择“效果”菜单中的“音量”→“更改音量”，并设置好音量或预设的参数。其中音量单位为分贝（dB），正值为音量增加，负值为音量减少。
计算机控制系统试卷一答案 一、简答题（每小题5分，共50分） 1、画出典型计算机控制系统的基本框图。答：典型计算机控制系统的基本框图如下： 2、根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型？ 答 (1) 周期采样指相邻两次采样的时间间隔相等，也称为普通采样。 (2) 同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同且同时进行采样，则称为同步采样。 (3) 非同步采样如果一个系统中有多个采样开关，它们的采样周期相同但不同时开闭，则称为非同步采样。 (4) 多速采样如果一个系统中有多个采样开关，每个采样开关都是周期采样的，但它们的采样周期不相同，则称多速采样。 (5) 随机采样若相邻两次采样的时间间隔不相等，则称为随机采样。 3、简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。 答：(1)比例调节器：比例调节器对偏差是即时反应的，偏差一旦出现，调节器立即产生控制作用，使输出量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数K P 。比例调节器虽然简单快速，但对 于系统响应为有限值的控制对象存在静差。加大比例系数K P 可以减小静差，但是K P 过大时，会使系统的 动态质量变坏，引起输出量振荡，甚至导致闭环系统不稳定。 (2)积分调节器：为了消除在比例调节中的残余静差，可在比例调节的基础上加入积分调节。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过累积作用影响控制量u，从而减小偏差，直到偏差为零。 积分时间常数T I 大，则积分作用弱，反之强。增大T I 将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定 性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。 (3)微分调节器：为加快控制过程，有必要在偏差出现或变化的瞬间，按偏差变化的趋向进行控制，使偏差消灭在萌芽状态，这就是微分调节的原理。微分作用的加入将有助于减小超调，克服振荡，使系统趋于稳定。 4、线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？ 答：线性离散控制系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根的模｜z i ｜<1，即闭环脉冲传递函数的极点均位于z平面的单位圆内。 5、为什么会出现比例和微分饱和现象？ 答：当给定值发生很大跃变时，在PID增量控制算法中的比例部分和微分部分计算出的控制增量可能比较大(由于积分项的系数一般小得多，所以积分部分的增量相对比较小)。如果该计算值超过了执行元件所允许的最大限度，那么，控制作用必然不如应有的计算值理想，其中计算值的多余信息没有执行就遗失了，从而影响控制效果。 二、已知系统的差分方程为（10分）
实验四基于LabVIEW的声音数据采集 一、背景知识 在虚拟仪器系统中，信号的输入环节一般采用数据采集卡实现。商用的数据采集卡具有完整的数据采集电路和计算机借口电路，但一般比较昂贵，计算机自带声卡是一个优秀的数据采集系统，它具有A/D和D/A转换功能，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、通用性强，软件特别是驱动程序升级方便。如被测对象的频率在音频范围内，同时对采样频率要求不是太高，则可考虑利用声卡构建一个数据采集系统。 1.从数据采集的角度看声卡 1.1声卡的作用 从数据采集的角度来看，声卡是一种音频范围内的数据采集卡，是计算机与外部的模拟量环境联系的重要途径。声卡的主要功能包括录制与播放、编辑和处理、MIDI接口三个部分。 1.2声卡的硬件结构 图1是一个声卡的硬件结构示意图。一般声卡有4~5个对外接口。 图1 声卡的硬件结构示意图 声卡一般有Line In 和Mic In 两个信号输入，其中Line In为双通道输入，Mic In仅作为单通道输入。后者可以接入较弱信号，幅值大约为0.02~0.2V。 声音传感器（采用通用的麦克风）信号可通过这个插孔连接到声卡。若由Mic In 输入，由于有前置放大器，容易引入噪声且会导致信号过负荷，故推荐使用Line In ，其噪声干扰小且动态特性良好，可接入幅值约不超过1.5V的信号。 另外，输出接口有2个，分别是Wave Out和SPK Out。Wave Out（或Line
Out）给出的信号没有经过放大，需要外接功率放大器，例如可以接到有源音箱；SPK Out给出的信号是通过功率放大的信号，可以直接接到喇叭上。这些接口可以用来作为双通道信号发生器的输出。 1.3声卡的工作原理 声音的本质是一种波，表现为振幅、频率、相位等物理量的连续性变化。声卡作为语音信号与计算机的通用接口，其主要功能就是将所获取的模拟音频信号转换为数字信号，经过DSP音效芯片的处理，将该数字信号转换为模拟信号输出。输入时，麦克风或线路输入（Line In）获取的音频信号通过A/D 转换器转换成数字信号，送到计算机进行播放、录音等各种处理；输出时，计算机通过总线将数字化的声音信号以PCM（脉冲编码调制）方式送到D/A 转换器，变成模拟的音频信号，进而通过功率放大器或线路输出（Line Out）送到音箱等设备转换为声波。 1.4声卡的配置及硬件连接 使用声卡采集数据之前，首先要检查Line In 和Mic In的设置。如图2，打开“音量控制”面板，在“选项”的下拉菜单中选择“属性”，得到如图3的对话框，在此对话框上选择“录音”，并配置列表中的选项即可。可以通过控制线路输入的音量来调节输入的信号的幅度。 图2 音量控制面板
音频信息的采集与编辑（培训作业） 教学设计 3.2 音频信息的采集与编辑 所需课时：1课时 教学目标： 1、了解音频信息获取条件、获取途径及选用依据； 2、进一步掌握音频信息获取与加工的基本方法； 3、体验音频信息在表达、交流中的运用效果。 教学过程 一、音频信息的采集原理（10分钟） 教师在线播放网络歌曲“老鼠爱大米”，提问： 1、现在这首歌是在线播放的，平时同学们听歌都是在线听的吗？ 引导学生回答：通过MP3播放器、CD、录音带、听别人用话筒唱等。 归纳：类似的音频信息可以通过外部设备输入到计算机中，从而进行处理。 2、计算机为什么能采集外部的声音并进行处理？怎样实现？ (学生回答后，教师展示一台主机机箱，指出声卡的位置，同时指明各个输入端口的名称。) 归纳：在多媒体计算机中，声卡是获取音频信息的主要器件之一。声卡上包含记录和播放声音所需的元件和电路，如模拟/数字转换芯片和数字/模拟转换芯片、MIDI合成器、混音器等。 利用声卡采集声音是获取音频信息的一种重要途径。声卡主要用于实现如下功能： 采集来自话筒、录音机等音源的信号，并将其转换成数字音频； 将数字音频还原成模拟音频信号，放大后送到音箱还原声音信号； 对数字化的声音文件进行编辑加工以达到某一特殊的效果； 控制音源的音量，对各种音源进行混合，具有混音器的功能； 采集数据时，对数字化声音信号进行压缩，以便存储；播放时进行解压缩； 接受来自MIDI控制器的MIDI信号，使计算机可以控制多台具有MIDI接口的电子乐器；同时，可以将MIDI文件输出到电子乐器中，发出相应的声音。 学生操作：将自己喜欢的一首歌保存到计算机中。（自己想想都有哪些途径，选一种）完成后填写表3—4。 二、数字音频的编辑、加工（35分钟） （教师播放流行歌曲“童话”） 我们听到的歌曲大都由唱片公司制作发行。唱片公司拥有精良的设备，可以制作出精美的歌曲专辑。但是现在有越来越多的网络翻唱歌曲出现，它们大多不在唱片公司制作，而是由翻唱歌手自己制作，效果同样非常好。如果我们想制作自己的“翻唱专辑”，有没有可能？答案是肯定的。我们借助音频编辑软件就可以实现。Cool Edit Pro就是很好的软件。 我们现就用Cool Edit Pro来制作一首自己的歌。 第一步：选一首自己喜欢又熟悉的歌曲，比如“童话”；找到它的伴奏音乐，保存到计算机中。找不到？网上也没有？没关系！Cool Edit Pro可以用原唱歌曲来制作伴奏音乐。用“Vocal Cut”（剪切歌声）功能加上滤波器消除人声，就得到了伴奏音乐。
计算机控制系统 一、简答题 1. 画出典型计算机控制系统的基本框图。（chap 1） 2. 根据采样过程的特点，可以将采样分为哪几种类型. （chap 2） 3. 简述比例调节、积分调节和微分调节的作用。（chap 5） 4. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？（chap 4） 5. 为什么会出现比例和微分饱和现象？（chap 5） 6. 什么是振铃现象？如何消除振铃现象？（chap 6） 7. 连续控制系统相比，计算机控制系统具有哪些特点？（chap 1） 8. 简述计算机控制系统的一般控制过程。（chap 1） 9. 简述典型的计算机控制系统中所包含的信号形式。（chap 2） 10.增量型PID控制算式具有哪些优点？（chap 5） 11.如何利用试凑法调整PID算法的参数？（chap 5） 12．简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。（chap 2） 13.什么是采样或采样过程？（chap 2） 14.线性离散系统的脉冲传递函数的定义是什么？（chap 3） 15.何为积分饱和现象？（chap 5） 16.等效离散化设计方法存在哪些缺陷？（chap 5） 17.何为最少拍设计？（chap 6） 18.使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？（chap 2）
19.什么是信号重构？（chap 2） 20.写出零阶保持器的传递函数，引入零阶保持器对系统开环传 递函数的极点有何影响？（chap 5） 21.阶跃响应不变法的基本思想是什么？（chap 5） 22.如何消除积分饱和现象？（chap 5） 23.给出常规的直接设计法或离散化设计法的具体设计步骤。（chap 6） 24.简述采样定理的基本内容。（chap 2） 25. 线性离散控制系统稳定的充要条件是什么？（chap 4） 26. 脉冲响应不变法的基本思想是什么？（chap 5） 27. 写出位置型与增量型PID 的差分控制算式。（chap 5） 28. 如何消除比例和微分饱和现象？（chap 5） 29.简要说明A/D 转换的基本原理有哪些？举例说明逐次逼近的基本过程？（chap 2） 30.简要说明D/A 转换器的梯形电阻法基本原理？（chap 2） 31.简要说明微分先行算法要解决的问题，并说明其是通过什么方法实现的？（chap 5） 二、计算题 1、已知系统的差分方程为 )2()1()(-=-+k r k y k y 输入信号是 ? ??<≥=0001)(k k k r
第8章 数字系统分析与设计 教学目标 理解数字系统的基本概念 熟悉数字系统自上而下的设计方法 掌握数字系统设计的描述 本章节通过对数字系统基本概念的介绍，传统设计方法与现代设计方法的比较，并通过十字路口红绿灯数字系统的分析与设计，进一步巩固数字系统分析与设计的基本方法。 8.1数字系统的基本概念 当前，随着数字技术的快速发展，在我们的日常生产、生活、学习、教学、科研等各个领域中。大到复杂的计算机控制系统，小到我们学习生活中的各类家用电器，从第一代GSM手机到今天的各种智能手机，加之在国防、智能机器人、医用设备的研究等等，随处都可见到数字技术的应用。 8.1.1数字系统 通过前面各章节的学习，我们对常用数字基本部件，如各种门电路、加法器、比较器、编码器、译码器、数据选择器、数据分配器、计数器、移位寄存器、存储器等已经有了一定的掌握和了解，它们在功能上比较单一，如能够完成加法运算、数据比较、编码、译码、数据选择、计数、数据存储等功能。我们把这些能够执行某种单一功能的电路称为基本逻辑功能部件级电路。而把由若干基本逻辑功能部件级电路构成的、能够实现数据存储、传送和处理，并按照一定程序操作功能的电路称为数字系统(Digital System)。数字密码锁、计算机等都是典型的数字系统。 8.1.2数字系统的基本组成 如图8.1所示，一个数字系统DS通常由输入电路、控制电路、受控电路、时基电路、输出电路组成。其中控制电路是整个系统的核心。
图8.1 数字系统的基本组成框图 1.输入电路 输入电路的功能是将各种外部信号（包括模拟信号如声音、温度等和数字信号如开关的通和断等）引入数字系统DS后供控制电路加以处理。 2.控制电路 控制电路是数字系统的核心，又常被称为控制器或控制单元。它根据时钟信号和受控电路送回的信号进行综合分析处理后，发出控制信号去控制和管理输人、输出电路及受控电路，使整个数字系统协调、有条不紊地工作。 3.时基电路 时基电路作用是产生各种时钟信号，用来保障数字系统在时钟信号作用下按照一定的顺序完成对应的控制操作。 4.受控电路 受控电路是数字系统的数据存储与处理单元，数据的存储、传送和处理均在数据子系统中进行。它从控制单元接收控制信息，并把处理过程中产生的状态信息反馈给控制单元。由于它主要完成数据处理功能且受控制器控制，因此也常常把它叫做数据处理器。 5.输出电路 输出电路将经过处理之后的信号（模拟信号或数字信号）推动执行机构（扬声器、数码管等）。 数字系统和功能部件之间的区别的一个重要标志是看有无控制器。凡是有控制器且能按照一定程序进行操作的，不管其规模大小，均称为数字系统。例如数字密码锁，虽然仅由几片MSI器件构成，但因其中有控制电路，所以应该称之为数字系统。而没有控制器、不能按照一定程序进行操作的，不论其规模多大，只作为一个功能部件来对待，例
---稽山中学信息技术学业水平考试复习资料音频与视频音频、视频采集与处理相关知识点 知识条目： 单元知识点考试要求试题类型 1．音频的数字化和存储容量的计算b 2．声音素材的采集 C 3.声音素材的制作C 选择题、音频、视频采集填空题 必考+加试与处理 4.C 声音的格式转换 5.视频的数字化和存储容量的计算b 6.C 视频素材的采集和处理 : 知识点整理音频数字化及存储量的计算1. 数字化音频是指通过采样和量化把模拟音频信号转换成由二进制数码“0”或“1”组成的数字化音频文件。 采样频率是指将单位时间的音频波形分隔成的点数，单位为赫兹（HZ）。采样频率决定了声音采集的质量，采样频率越高，声音的质量越好，存储容量越大。 量化位数是指将采样得到的点实现用二进制编码表示。量化位数越大，其量化值越接近采样值，即精度越高，所以存储量也越大。 常见的wave文件所占存储量的计算公式： 8时间（秒）、量化位数*声道数*存储量（字节）＝采样频率*2.声音素材的采集 声音素材的获取途径：成品声音文件的使用、声音素材的截取等。 声音文件的录制分硬件设备和软件录制两个部分。硬件设备主要需要声卡、话筒等。常用的声音录制与编辑软件有：GoldWave、录音机、Cool Edit、Wave Edit等。 3.声音的基本处理 通过GoldWave软件的状态栏，观察打开声音文件的采样频率、量化位数、声道数、声音长度、文件格式等信息。利用GoldWave软件可以对音频文件进行删除、剪裁、设置静音、淡入、淡出、音量调整、合成等操作。 （1）用GoldWave软件进行声音素材的处理： ①打开的音频文件在状态栏显示的参数信息：
习题参考答案 1-1典型的计算机控制系统与常规控制系统之间有哪些区别？ 常规：由控制计算机系统与生产过程（被控对象、执行机构、测量变送）组成，结构相对复杂，可靠性较低，成本稍高； 典型：结构简单、控制灵活、安全；但是需要人工操作，速度受限制，不能控制多个对象，实用性好。 1-3计算机控制系统结构有哪些分类？并指出主要的应用场合。 1.操作指导控制系统 2.直接数字控制系统 3.计算机监督控制系统 4.集散控制系统操作管理功能的集中和控制功能的分散 5.现场总线控制系统 6.工业过程计算机系统集成制造系统综合管理、指挥调度和经营管理 2-3 信号调理单元的功能是什么？通常包括那些电路？ 放大、电平变换、电隔离、阻抗变换、线性化和滤波，将传感器输出的电信号尽可能不失真地转变为标准的电流或电压信号（通常为4～20mA、0～5V等）。 通常包括标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等。 2-5 仪表放大器与普通运算放大器有何不同？其特点有哪些？ 对于输出阻抗大，共模电压高的输入信号，需要用到高输入阻抗和高共模抑制比的差动放大器，仪器放大器是专为这种应用场合设计的增益可调的放大器。 如果由普通的运放构成增益可设定的差动放大器，因其输入阻抗低，电阻参数对称性调整复杂，共模抑制比低，故而不适合作为传感器输出信号的差动放大器。 2-7 为何要使用I/V变换电路？ 为了后续的检测、放大、调理电路如果只是检测变化缓慢的电流大小，可以直接用电流检测电路即可但是如果要检测变化较快、幅值很小、存在干扰的电流信号呢，就要进行I/V变换了。比如光电检测中的光电二极管输出即是电流信号，有的在uA级，有的在mA 级，你必须变换后进行放大、滤波等处理才能由AD采样。 2-9 在模拟量输入通道中，为何通常要使用可编程放大器？ 答：因为在模拟输入通道中，多路被测信号常常共用一个测量放大器，而各路的输入信号大小往往不同，但都要放大到模数转换器的同一量程范围内获取适合的分辨力，所以常要使用可编程放大器。 2-11 采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？ 采样保持器的作用是：在A/D转换期间保持输入模拟信号不变。 并不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器，如被采样的模拟信号的变化频率相对于A/D转换的转换速度较低的话，可以不加采样保持器。 2-13 A/D转换器有哪些技术指标？ (1) 分辨率通常用转换后的数字量的位数表示，如8位、10位、12位、16位等 (2) 量程它是指所能转换的电压范围。如5V、10V等。 (3) 转换精度它是指转换后所得结果相对于实际值的准确度。