计算机控制技术复习提纲11
计算机控制技术复习提纲
1.计算机控制系统概念及其组成。
2.计算机控制系统的工作原理。
3.在线方式与离线方式。
4.实时数据采集、实时控制决策的概念及与计算机系统的关系。
5.计算机控制系统的典型形式种类与特点。（操作指导控制系统、直接数字控制系统、
监督控制系统、集散型控制系统、现场总线控制系统）。
6.DDC、SCC、DCS、FCS系统的含义和主要特点。
7.RS-232、RS-485、RS-442、USB总线的特点（电气、物理）与区别。
8.CPU与I/O设备进行数据交换时存在的问题。
9.计算机用户IO端口的地址分配及特点。
10.IO端口的地址译码方法，看懂电路原理。
11.两种开关译码的特点和目的。
12.看懂ISA总线端口扩展电路原理。
13.计算机数字量接口和过程通道的概念和特点。
14.74LS244与74LS273的特点和应用？
15.数字量通道的输入调理电路的概念、作用和组成结构。
16.小功率直流驱动电路的形式和特点。
17.大功率驱动电路的形式和特点（光电隔离、继电器、接触器）。
18.由三极管驱动的继电器的电路形式是怎样的？其中的续流二极管的作用。如果将继
电器接在三极管e级有什么缺点？
19.模拟量输入接口和过程通道的概念和特点。
20.什么是标准的接口电压、电流信号，为什么要采用标准的接口电压、电流信号？
21.标准的接口电压、电流信号哪一种最常用？为什么？
22.画出有源I/V变换和无源I/V变换的电路，并说明其工作原理。
23.简述多路转换器的作用，什么时候需要采用多路转换器？
24.为什么要对模拟信号采样？模拟信号的采样特点，香农采样定理的要点。
25.量化的概念：用一组数码逼近离散模拟信号的幅值，量化误差：±q/2，量化单位
q=(y max-y min)/(2n-1)。
26.采样保持器电路结构、工作原理及常用器件外特性。
27.模拟信号最高频率、孔径时间和量化精度的相互关系。
28.A/D转换器的主要技术指标。（转换时间、分辨率、量程）
29.A/D转换器ADC0809的工作原理和接线。
30.模拟量输出通道的两种结构型式和特点。
31.D/A转换器关键技术指标，输出接口形式。
32.D/A转换器单极性与双极性输出电路及其应用场合，推导输出电压与输入数字量的
公式。
33.V/I变换的目的、原理和方法。
34.分析直接将电压变换为负载电流的电路原理，计算V/I关系。
35.DAC0832与工业控制机ISA总线的接口电路原理和D/A转换程序。
36.干扰的产生种类及其特点（三类干扰源）。
37.硬件抗干扰技术包括哪些？
38.串模干扰的定义、干扰产生机理及其通常采取的对策，并叙述这些对策的主要特点。
39.共模干扰的定义、干扰产生机理及其通常采取的对策，并叙述这些对策的主要特点。
40.将模拟量转换为数字量时，可采用什么方法将输入量和输出量隔离？
41.长线传输干扰的三个问题及其抑制方法。
1）长线传输干扰产生
易受干扰：电磁干扰
传输延迟：杂散电容和电感
存在波反射：阻抗不匹配
2）长线传输干扰的抑制
?终端电阻匹配：R=RP
注意平衡高低电平的抗干扰能力
?始端电阻匹配：R=RP－R0
R0 ：门电路输出为低始的输出阻抗
?双绞线：抗电磁干扰
42.CPU抗干扰技术的种类与特点。
CPU抗干扰采用Watchdog(看门狗)复位、电源监控
43.MAX1232看门狗电路的功能和特点。
44.接地的重要性，接地注意问题（不同电源接地、模拟地、数字地、浮地、屏蔽接地、
低频单点与多点接地），安全接地线的标志、颜色。
45.数控系统：输入装置、输出装置、控制器和插补器。
46.开环控制、闭环控制、半闭环控制的特点与应用范围。
47.高速直线插补时，控制器输出和实际机构运动是什么曲线？
48.步进电机的主要技术参数及作用有哪些？
49.步进电机按工作原理分哪几类？
50.步进电机作为开环控制能保证控制精度吗？能采用闭环控制吗？
51.最高空载频率f0与最高启动频率fs的区别，步进电机额定负载正常运行过程应该
采用什么频率？
52.步进电机的“ 相”和“ 拍”的含义，其工作方式，与速度和精度的关系如何？
53.双三拍与单三拍异同（步距角、速度、力矩）。
为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
为什么步进电机高于一定速度就无法启动
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步
或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
1、步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。
2、失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。
3、失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。
4、最大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。
5、最大空载的运行频率： 电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。
6、运行矩频特性： 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如下图所示： 其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。 电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。 如下图所示： 其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。 要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。
54. 步进电动机的什么时候采用加减速控制，加减速控制的特点，短距离与长距离时的
加减速控制的区别。
~V
~A B
a<0
a=0a>0
55.常用步进电机的驱动器有几种，特点如何？（单电压驱动，高低压驱动，恒流崭波，
调频调压，细分电路）
1、单电压驱动：时间常数T=L/∑Ri
加大R，改善脉冲前沿。
2、高低压驱动：启动与保持
3、恒流崭波：相电流恒流控制
4、调频调压：驱动电压随频率变化\驱动电源低频时用较低的电压供电，高频时用
较高的电压供电。
5、细分电路
56.步进电机驱动中的恒流斩波控制的工作原理与特点。
改善了输出转矩的下降，使励磁绕组中的电流维持在额定值附近
57.步进电机带负载的能力如何确定（与T有关），步进电机速度过快会或过载时有什
么现象？
4．步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
58.常用步进电机驱动器的接口与应用。
59.数字控制器的连续化设计的原理和设计步骤。
60.如何选择采样周期T ？
61.双线性变换法、前向差分法、后向差分法的特点和应用范围。
62.PID控制的含义是什么？什么情况下采用PID控制？
PID调节器：按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器，在连续系统中技术最成熟，应用最广。
PID调节器结构简单、参数易于调整，当被控对象精确数学模型难以建立、系统的参数又经常发生变化时，应用PID控制技术，在线整定最为方便。
63.数字PID控制器的作用和设计。（比例作用：迅速反应误差，但不能消除稳态误差，
过大容易引起不稳定；积分作用：消除静差，但容易引起超调，甚至出现振荡；微分作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统的动态特性。）
64.数字PID控制中的位置式和增量式的形式、特点和应用。
（1）增量型算法：
容易计算，不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关；算法得出的是控制量的增量，计算误差对误动作影响小；算式中不出现u0 项，则易于实现手动到自动的无冲击切换。
（2）而位置型算法：
要用到过去误差的所有累加值，计算工作量大；增量型而位置型算法的输出是控制量的全量输出，误动作影响大；可以直观得到PID参数，便于调整
65.为什么要对积分项进行改进?改进的方法有哪些（积分分离，抗积分饱和，梯形积
分，消除积分不灵敏区）。
（1)积分分离:
改进原因：当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，存在较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，在积分项的作用下，会产生较大的超调和长时间的波动。
改进思路：当被控量和给定值偏差大时，取消积分控制，以免超调量过大；
当被控量和给定值接近时，积分控制投入，消除静差
66.为什么要对微分项的改进？叙述其方法和特点【不完全微分PID控制（两种方式：
直接串在微分项；串在PID调节器之后），微分先行PID控制算式】
67.时间最优PID控制：Bang-Bang控制和PID控制相结合的特点、应用范围。
68.带死区的PID控制算法的特点。
69.数字PID控制器的参数整定，采样周期的考虑因素。
70.工程法整定PID参数（扩充临界比例度法，扩充响应曲线法，归一参数整定法）。
71.数字控制器的离散化设计步骤和特点。
72.设计数字控制器D（Z）时，要求考虑哪些因素。
73.数字控制器的直接设计方法和种类。
74.最少拍控制系统是如何设计的，写出控制器的形式。
75.典型输入下的最少拍控制系统分析。
76.根据z变换的终值定理，理解系统的稳态误差的公式。
77.最少拍控制器有什么局限性？
78.最少拍控制器的可实现性问题指什么？
79.最少拍控制的稳定性问题(最少拍控制系统的每个采样点之间的控制值U和输出值
Y稳定吗？如何解决？)
80.工业过程中的纯滞后现象与解决方法。
81.施密斯预估控制原理与特点。（与D(s)并联1个预估器，组成纯滞后补偿器，用于
补偿对象的纯滞后部分。补偿后，消除了纯滞后部分的影响，而系统的稳定性无影响，e-τs将控制作用推移了τ时间，系统无振荡，系统特性与对象符合。）
82.具有纯滞后补偿的数字控制器，数字PID控制器＋施密斯预估器。
83.纯滞后补偿控制算法步骤和特点。
84.达林算法的含义是什么？什么情况下采用大林算法？
85.达林算法是如何得到的？简叙其特点与应用场合。
86.达林算法的设计目标：设计数字控制器使系统闭环传函为纯滞后一阶惯性环节，且
其滞后时间等于被控对象的滞后时间。滞后时间τ与T成整数关系。
87.PID和达林算法等控制器有什么不同？简述其优缺点？
88.系统误差（零点漂移、增益误差）的自动校准的原理和方法。
89.标度变换的原理和方法。
90.软件的抗干扰技术有哪些？分别进行说明。
91.数字滤波的特点，数字滤波方法有几种，原理和特点如何？
92.数字滤波与模拟电路滤波的特点和对比。
93.算术平均滤波方法可以提高信噪比吗，原理如何？
94.对程序跑飞、死机等干扰可以采取什么措施？
95.指令冗余与陷阱的作用与特点。
96.硬件抗干扰和软件抗干扰有什么特点？
一、问答题 1、下列字符表示成相应的ASCII码是多少？ （1）换行0AH （2）字母“Q”51H （3）空格20H 2、下列各机器数所表示数的范围是多少？ （1）8位二进制无符号定点整数； 0~255 （2）8位二进制无符号定点小数；0.996094 （3）16位二进制无符号定点整数；0~65535 （4）用补码表示的16位二进制有符号整数；-32768~32767 3、(111)X=273，基数X=？16 4、有一个二进制小数X=0.X1X2X3X4X5X6 (1)若使X≥1/2，则X1……X6应满足什么条件? X1=1 若使X＞1/8，则X1……X6应满足什么条件？X1∨X2 ∨X3=1 (2) 5、有两个二进制数X=01101010，Y=10001100，试比较它们的大小。 （1）X和Y两个数均为无符号数；X＞Y （2）X和Y两个数均为有符号的补码数。X 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。 《微机控制与接口技术》练习题 一、问答题 1 一个好的工业控制计算机系统应具有哪些主要特点？ 2 常用的工业控制计算机有哪几种？ 3 简述工业PC机的结构。 4 STD总线工业控制机的模板主要有哪些？ 5 什么叫总线？总线分为哪几类？总线由哪几部分组成？ 6 什么是系统总线？常用的系统总线有哪些？ 7 什么是设备总线？常用的设备总线有哪些？ 8 什么是接口？为什么要在CPU与外设之间设置接口？ 9 接口电路的硬件一般由哪几部分组成？ 10 接口电路的结构有哪几种形式？ 11 为什么两个端口可以共用一个端口地址？ 12 CPU与接口之间有哪几种传送数据的方式？ 13 I/O端口地址的编址有哪两种方式，试说明它们的区别。 14 参加I/O端口地址译码的一般有哪些信号线？ 15 什么是中断？定时与中断在微机系统中有什么作用？ 16 什么叫同步通信方式？什么叫异步通信方式？它们各有什么优缺点？ 17 设异步传输时，每个字符对应1个起始位、7个数据位、1个校验位和1个停止位，如果波特率为9600bit/s，则每秒钟能传输的最大字符数是多少？ 二、选择题 1．下列设备系统中，一般不与系统总线直接连接的是（） A. 外设 B.I/O 接口 C.ROM D.RAM 2．RS-232C 接口标准中，规定逻辑“1”MARK 状态电平为（） A.+3V～+15V B.+3V～+5V C. －5V～－3V D.－15V～－3V 3．8255 工作在方式1 输入时，将端口C 的第4 位(PC 4 ) 置位，应执行（）操作。 A.10001000B →端口C B.00010000B →端口C C.10001000B →控制字寄存器 D.00001001B →控制字寄存器 4．串行异步通信协议所规定的一帧数据中，允许最长的一帧数据共有（）位。 A.13 B.7 C.12 D.8 5．CPU与外设交换数据，中断驱动I/O方式，是( ) A. 以CPU为主动方 B. 以存储器为主动方 C. 以外设为主动方 D. 外设直接和存储器交换数据 6．CPU与外设交换数据，当采用程序控制I/O方式时，是( )。 A. 以CPU为主动方 B. 以存储器为主动方 C. 以外设为主动方 D. 外设直接和存储器交换数据 7． 8250接口芯片支持( )通信。 A.异步串行 B.同步串行 C.同步与异步串行 D.并行 8．同步串行通信与异步串行通信比较，以下说法错误的是( ) A.异步通信按字符成帧，同步通信以数据块成帧 计算机控制技术课后习题答案 第一章绪论 1.计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：P2 (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)实时决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按预定的控制规律，决定将 要采取的控制策略。 (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。 2 .计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。P3 答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部组成。 （2）方块图如下图1.1所示： 图1.1 计算机控制系统的组成框图 作用：①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。其中系统软件 包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基 础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序； ②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。 ③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。 3. 计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计 算机控制系统中要考虑实时性？P2 (1)实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做 出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并 作相应操作的方式。 (2)在计算机控制系统中要考虑实时性，因为根据工业生产过程出现的事件能够保 持多长的时间；该事件要求计算机在多长的时间以内必须作出反应，否则，将对 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 《微机控制与接口技术》期末复习题 一、填空题 1.________________________________________________ 计算机控制系统的发展大致经过三个阶段_______________________________________ 、集中式控制、______ 阶段，目前朝着___________ 和现场总线控制系统的方向发展。 2?微机总线主要由 ______ 、地址总线、_______ 、电源线和地线四部分组成 3. ______ 和 ____ 是微机接口通信中采用的两种通信方式。 4.单片机是将CPU ,RAM,ROM, _________ 、_______ 和串行通讯接口等部件制作在一块 集成芯片中的微型计算机。具有 ________ 、体积小、______ 、功耗低等。 5.CPU对I/O端口地址的编址方式有两种：________ 、 ____ o 6.________________________________ 总线是显示计算机系统中______ 的通道。计算机总线分为_______________________ 、___________________________ 、系 统总线三部分 7.______________________________________ 接口电路具有寻址、输入\输出、、联络、_______________________________________ 等功能。 & CPU和接口电路之间的的数据传送方式主要有________ 、终端传送方式、和______ 传送方式。 9.________________________________________ 工业pc机系统由工业控制主机、、、信号调理模块等组成。 10._________________ 微机接口是与的连接部分，它包括硬件和软件两部分。 二、名词解释 1.中断： 2.串行通信： 3.DSP： 4.屮断系统： 5.可编程的硬件定时： 6.并行通信： 三、简答题 1.可编程中断控制器8259A协助CPU处理哪些中断事务？ 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 《计算机控制技术与系统》课程 思考题与习题 第一章绪论 简述计算机控制技术发展史。 简述计算机控制系统的类型、结构和特点。 计算机控制与常规控制主要不同点在哪里 典型计算机控制系统有哪几部分组成，画出方框图。 什么叫做动态系统 对计算机控制系统的基本要求是什么 简述调节系统与跟踪系统（随动系统）的特点。 典型计算机集成制造系统（CIMS）有哪四个功能系统和两个支持系统 第二章过程通道 采样定理对于采样周期的选取有什么意义 写出采样过程的数学描述形式。 影响采样周期选择的因素主要有哪些 多路采样装置的主要作用是什么，常用采样器包括哪些 过程通道的采样周期T是否越小越好，为什么 A转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。 2.7A/D转换的工作方式主要有哪几种，简述其原理。 简述模入通道结构与各组成部分功能。 简述过程通道的类型和基本功能。 简述开关量通道的基本构成形式和主要作用。 简述开关量通道的抗干扰措施有哪些。 模出通道的类型主要有哪几种，各有什么特点 保持器在过程通道中的作用是什么，举例分析。 某热工过程有16点温度信号，变化范围: 150--850 C, 采用微机监测。 求解问题： 1、 若经A/D 转换后的数字量每个脉冲对应的实际温度小于等于 C , 则A/D 分辨率至少为多少才能保证该精度 2、写出A/D 转换后的数字量与被测点实际温度间关系式。 3、该处理方式零点迁移量为多少 第三章 理论基础 求下图示离散系统脉冲传递函数G(z) 已知采样系统如下图所示，求下图示离散系统脉冲传递函数G(z)和当闭环系统稳定时K 的取值范围。 分析下图所示采样系统，当采样周期T=1，开环增益K=5时的稳定性。 给定传递函数 1 10+s K ，试以10倍的转角频率为近似的截止频率m ω，求满足采样定理的采样频率s ω和采样周期T 。 证明离散系统脉冲响应的z 变换即为离散系统传递函数。 设离散系统结构如下图所示，图中D(z)为数字PID 调节器，其差分方程为 )]2()1(2)([)()]1()([)(-+--++--=k e k e k e K k e K k e k e K k u d i p 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 第1章习题解答 1、冯诺依曼计算机的内涵是什么？这种计算机程序运行是由指令流驱动的还是数据流驱动的？ 答：冯诺依曼计算机的内涵： 由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备5大部分组成计算机硬件。 数据和计算机指令采用二进制数形式表示，存储在计算机内部存储器中。 计算机工作原理的核心是“存储程序”和“程序控制”。事先编制好的由计算机指令组成的程序在执行前先装入存储器，控制器依据程序中的指令顺序周而复始地取出指令、分析指令、执行指令，根据指令的功能进行相应的运算，直到完成全部指令操作为止. 程序的运行是通过指令流来驱动的。 2、微型计算机系统有哪三个层次？试简述它们的内涵及其联系和区别。 答：微型计算机系统的三个层次：微处理器、微型计算机和微型计算机系统。 三者的内涵： 微处理器是利用大规模集成电路技术，将组成计算机的核心部件——运算器和控制器集成在一块硅片上的集成电路，简称MPU，习惯上称CPU。 微型计算机则是以微处理器为核心，配以内存储器、输入/输出（I/O）接口电路，通过总线结构连接而构成的裸机。 微型计算机系统是由微型计算机配以相应的外围设备（如键盘、显示器、打印机、外存储器等）、电源和其他辅助设备(如面板、机架等)，以及控制微型计算机工作的软件而构成的完整的计算系统。 它们三者之间是从局部到全局的关系。单纯的微处理器和单纯的微型计算机都不能独立工作。只有微型计算机系统才是完整的计算系统，才可正常工作。 3、为什么把微型计算机的基本结构说成是总线结构？试简述总线结构的优点。 答：在微型计算机中，各组成部分之间是通过总线（包括地址总线、数据总线、控制总线）连接在一起而构成一个整体的，它们之间的信息交换也是通过总线进行。CPU通过总线与存储器和I/O接口电路连接，I/O接口和外设也是通过总线连接，即使在CPU内部，它的各功能部件也是通过总线相连的。因此微型计算机的基本结构就是总线结构。 微型计算机采用总线结构后，系统中各功能部件之间的相互关系变为各部件面向总线的单一关系。一个部件只要满足总线标准，就可直接连接到采用这种总线标准的系统中。这使得系统的设计与构造非常方便，同时也便于系统的扩充、升级和维修。 4、微型计算机硬件系统由哪些部分组成？各组成部分的功能是什么？ 答：微型计算机硬件系统主要由CPU、存储器、I/O接口电路、输入/输出设备、总线，以及电源和一些辅助设备构成。 CPU：微机系统的核心部件，是运算和指挥控制中心。 存储器：包括内存和外存，是微机系统的存储和记忆部件，用以存放数据和程序。 I/O接口电路：CPU与输入/输出设备的连接与信息交换不能直接进行，I/O接口电路充当了二者之间的“桥梁”。 输入/输出设备：计算机与外界（人或其他设备，包括另一台计算机）联系和沟通的桥梁，用户通过输入/输出设备与微机系统互相通信。 总线：以上各组成部分是通过总线连接在一起构成一个整体的，各部件之间的信息运载和传输由总线承担。 5、计算机分那几类？各有什么特点？ 答：传统上分为三类：大型主机、小型机、微型机。大型主机一般为高性能的并行处理系统，存储容量大，事物处理能力强，可为众多用户提供服务。小型机具有一定的数据处理能力，提供一定用户规模的信息服务，作为部门的信息服务中心。微型机一般指在办公室或家庭的桌面或可移动的计算系统，体积小、价格低、具有工业化标准体系结构，兼容性好。 6、微处理器应包含的最基本功能部件是哪些? 答: 算术逻辑单元,寄存器阵列,控制器部件。 7、微计算机应包含的最基本功能部件是哪些? 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 第一章 1．计算机系统由哪些部分组成？并画出方框图。 解： 若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。 图1-1 计算机控制系统基本原理图 在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是DA转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；AD转换器则相反将传感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。 2．计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？ 解： 计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制规律或控制方式等进行分类。 按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。 按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称PID控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。 3．计算机控制系统的主要特点有哪些？ 解： 主要有以下特点： 1．数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数字的混合系统。 2．灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。而在计算机控制系统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路作改动，只要改变控制程序就可以了。 3．可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。 4．离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向A/D转换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产生的控制时间信号通过D/A将离散信号转换成连续时间信号输出，作用于被控对象。因此，计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。 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章微型计算机系统 〔习题〕简答题 （2）总线信号分成哪三组信号 （3）PC机主存采用DRAM组成还是SRAM组成 （5）ROM-BIOS是什么 （6）中断是什么 （9）处理器的“取指－译码－执行周期”是指什么 〔解答〕 ②总线信号分成三组，分别是数据总线、地址总线和控制总线。 ③ PC机主存采用DRAM组成。 ⑤ ROM-BIOS是“基本输入输出系统”，操作系统通过对BIOS 的调用驱动各硬件设备，用户也可以在应用程序中调用BIOS中的许多功能。 ⑥中断是CPU正常执行程序的流程被某种原因打断、并暂时停止，转向执行事先安排好的一段处理程序，待该处理程序结束后仍 返回被中断的指令继续执行的过程。 ⑨指令的处理过程。处理器的“取指—译码—执行周期”是指处理器从主存储器读取指令（简称取指），翻译指令代码的功能（简称译码），然后执行指令所规定的操作（简称执行）的过程。 〔习题〕填空题 （2）Intel 8086支持___________容量主存空间，80486支持___________容量主存空间。 （3）二进制16位共有___________个编码组合，如果一位对应处理器一个地址信号，16位地址信号共能寻址___________容量主存空间。 （9）最初由公司采用Intel 8088处理器和（）操作系统推出PC机。 ② 1MB，4GB ③ 216，64KB （9）IBM,DOS 〔习题〕说明微型计算机系统的硬件组成及各部分作用。 〔解答〕 CPU：CPU也称处理器，是微机的核心。它采用大规模集成电路芯片，芯片内集成了控制器、运算器和若干高速存储单元（即寄存器）。处理器及其支持电路构成了微机系统的控制中心，对系统的各个部件进行统一的协调和控制。 存储器：存储器是存放程序和数据的部件。 外部设备：外部设备是指可与微机进行交互的输入（Input）设备和输出（Output）设备，也称I/O设备。I/O设备通过I/O接口与主机连接。 总线：互连各个部件的共用通道，主要含数据总线、地址总线和控制总线信号。 〔习题〕区别如下概念：助记符、汇编语言、汇编语言程序和汇编程序。 〔解答〕 助记符：人们采用便于记忆、并能描述指令功能的符号来表示机器指令操作码，该符号称为指令助记符。 汇编语言：用助记符表示的指令以及使用它们编写程序的规则就形成汇编语言。 汇编语言程序：用汇编语言书写的程序就是汇编语言程序，或称汇编语言源程序。 计算机控制技术及工程应用复习资料 一、第一章 1）计算机控制系统的监控过程步骤 a.实时数据采集--对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入； b.实时数据处理--对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策； c.实时输出控制--根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务； 2）按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？ 数据采集系统（DAS）操作指导控制系统(OGC) 直接数字控制系统（DDC） 监督计算机控制系统（SCC）分散控制系统（DCS）现场总线控制系统（FCS） 3）计算机控制装置种类 可编程控制器；可编程调节器；总线式工控机；单片微型计算机；其他控制装置 4）计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？ 同：1）计控系统是由常系统演变而来的； 2）两者的结构基本相同 异：1）计控系统中处理的信号有两种：模拟信号和数字信号。而常系统处理的只有模拟信号2）计控系统具有智能化 3）计控系统有软件也有硬件，而常系统只有硬件 二、第二章 1）4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理 假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。根据电流定律，有： 由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通式： 考虑到放大器反相端为虚地，故： 选取R fb = R ，可以得到： 对于n 位 D/A 转换器，它的输出电压V OUT与输入二进制数B( Dn-1~ D0) 的关系式可写成： 结论：可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻 Rfb以及基准电压VREF有关。 微机控制与接口技术作业（二） 一、填空题 1.8086是 16 位的微处理器，其内部数据通路为 16 位,其对外数据总线为 16 位；8088内部 数据通路为 16 位, 其对外数据总线为 8 位。 2一个微计算机应包含: 微处理器 , 存储器 , I/O接口电路，系统总线基本功能部件。 3 EU 是8086/8088微处理器的执行部件，BIU 是8086/8088微处理器的总线接口部件。 二、判断下列论述是否正确，不正确的请加以改正。 （1）INT指令执行后，堆栈顶部三个栈单元（SP）、（SP）+2、（SP）+4依次保存FLAGS、断点IP值、断点CS值。不对，堆栈顶部三个栈单元（SP）、（SP）+2、（SP）+4依次保存的应是断点IP值、断点CS值、FLAGS。 （2）中断类型号是中断向量表中存放相应中断向量的首地址。不对，中断类型号×4才是相应中断向量的首地址。 三、分析以下程序回答问题 XOR AX, AX （1）程序段完成什么工作？ MOV BX, M 答：将X数组中的n个元素之和存放在RESULT单元中。 SUB BX, 2 （2）定义一个适合这段程序的数据段。 LOP1: ADD AX , X[BX] DA TA SEGMENT SUB BX, 2 X DW n DUP(？) JGE LOP 1 M DW 2n MOV RESULT, AX N DW n RET RESULT DW ? DA TA ENDS 四、8086/8088在什么时候及什么条件下可以响应一个外部INTR中断请求？中断向量表在存储器的什么位置？向量表的内容是什么？8086如何将控制转向中断服务程序？ 答：（1）8086/8088在当前指令执行完且IF=1的情况下可以响应一个外部INTR中断请求。 （2）中断向量表在存储器的0段0000—03FFH区域，向量表存放中断处理程序的入口地址。 （3）8086/8088响应INTR中断请求时，首先在连续的两个总线周期中发出INTA#负脉冲，在第二个INTA#信号期间，中断源经数据总线向8086/8088送出一字节中断向量“类型码”。8086/8088收到“类型码” 后将其乘4形成中断向量表的入口，从此地址开始的4个单元中读出中断服务程序的入口地址（IP、CS），取指令执行将控制转向中断服务程序。 五、一个微机系统中包含以下器件：微处理器8088一片，并行接口8255A一片（设备号：A口—40H，B口—41H， C口—42H，控制口—43H），定时器8253一片（设备号：计数器0—50H，计数器1—51H，计数器2—52H，控制口53H），中断控制器8259A一片（设备号：A0H，A1H）。现将8255的A口连接一输入设备，工作在0方式。 B口连接一输出设备，也工作在0方式。PC4作为输出设备的选通输出端且低电平有效。8253计数器0工作于“模式0”，计数常数为80H，进行二进制计数。8259A的ICW2给定为60H，工作于电平触发方式，全嵌套中断优先级，数据总线无缓冲，采用中断自动结束方式。请编写初始化程序（注意：控制字中可0可1位选0，8255未用端口设成输入方式）。 答：MOV AL, 91H ; 8255初始化OUT 43H, AL MOV AL,30H ; 8253初始化OUT 53H, AL MOV AL, 80H ;设8253计数初值OUT 50H , AL MOV AL, 00H OUT 50H , AL MOV AL, 1BH ; 8259A初始化OUT A0H , AL MOV AL, 60H OUT A1H , AL MOV AL, 03H OUT A1H , AL IN AL, 40H PUSH AX MOV AL, 09H OUT 43H , AL POP AX ; OUT 41H , AL MOV AL, 08H OUT 43H , AL MOV AL , 09H OUT 43H , AL 微机控制与接口技术作业（三）计算机控制技术及应用论文
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