计算机控制2
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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?由四部分组成(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。
2、微型计算机控制系统的软件有什么作用?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。
be i ng 第2章 习题参考答案1.什么是接口、接口技术和过程通道?答:接口是计算机与外设交换信息的桥梁,包括输入接口和输出接口。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何减缓信息的技术。
过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。
2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口,设计8路数字量(开关量)输入接口和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和数字量输出程序。
答:数字量输入接口设片选端口地址为port MOV DX,portMOV DPTR,PORTMOVX A,@DPTRINAL,DX74LS244PC 总线*IOR(*RD)_数字量输出接口MOV AL,DATA MOV A,DATAMOV DX ,port MOV DPTR,PORT OUTDX,ALMOVX @DPTR,A3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。
请画出接口原理图,并设计出8路模拟量的数据采集程序。
输出信号PC 总线(*WR)程序:ORG 0000HMOV R0,#30H ;数据区起始地址存在R0MOV R6,#08H ;通道数送R6MOV IE,#84H ;开中断SETB IT1 ;外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1,#0F0H ;送端口地址到R1NEXT:MOVX @R1,A ;启动A/D转换LOOP:SJMP LOOPINC R0INC R1DJNZ R6,NEXT ;8路采样未接受,则转NEXTCLR EX1 ;8路采样结束,关中断END中断服务程序:ORG 0003H ;外中断1的入口地址AJMP 1000H ;转中断服务程序入口地址ORG 1000HMOVX A,@R1 ;读入A/D转换数据MOV @R0,A ;将转换的数据存入数据区RETI ;中断返回ORG 0000HMOV R1,#30HMOV R2,#0F0HA1: MOV DPTR, R2MOVX @DPTR, ALOOP: JNB P3.2 , LOOPMOVX A, @DPTRMOV @R1,AINC R2INC R1CJNE R2, 0F7H, A1END4.用12位A/D 转换器AD574与PC/ISA 总线工业控制机接口,实现模拟量采集。
第一、二章复习题一、选择题1.GPIB的电气特性要求总线信号采用负逻辑,下列()电平为逻辑“0”状态。
A. -10V B.-2VC. 0.5VD. 3V2.GPIB的电气特性要求总线信号采用负逻辑,下列()电平为逻辑“1”状态。
A. 10V B.3VC. 0.5VD. 2V3.下列各个环节中,不属于数字量输入通道的是()A. 调理电路B. 锁存器C. 译码器D.I/V变换电路4.在确定A/D变换器的精度时,通常要求它的精度应()与其相连的传感器精度。
A.高于B.低于C.等于 D. 无法确定5.监督控制系统中的SCC计算机计算出()送给模拟调节器或DDC计算机。
A.最优控制值B.最优给定值C.最少拍数D. 最优测量值6.RS-232C的电气特性要求总线信号采用负逻辑,下列()电平为逻辑“0”状态。
A. -10V B.-2VC. 1VD. 10V7.一个8位的A/D转换器,其量化精度约为()A. 1%B. 0.5%C. 0.4%D. 0.2%8.计算机参与控制的最典型的一种形式是()A.操作指导控制B.直接数字控制C.监督控制D.现场总线控制9.一个12位的A/D转换器,其量化精度约为()A. 0.01%B. 0.1%C. 0.4%D. 0.02%10.抑制共模干扰可以采取的措施是()A.增大共模电压 B.最大共模增益C.提高共模抑制比 D.提高滤波器1.属于内部总线的是()A.地址总线 B.数据总线C.PCI总线D. USB总线2.输出信号属于模拟信号的装置是()A. 感应开关 B.行程开关C. 角度编码器D. 压力变送器3.一个10位的A/D转换器,其量化精度约为()A. 1%. B.0.4%.C. 0.2%D. 0.1%4.采用差分放大器做信号的前置放大器,是抑制()干扰的有效方法。
A.串模B.CPUC.电源D.共模5.属于外部总线的是()A.RS-232C串行总线 B.STD总线C. ISA总线D. 控制总线11.输出信号属于数字量信号的装置是()。
书后习题参考答案第一章习题1答:微型计算机控制系统是利用计算机(通常采用工业控制计算机,简称工控机)来实现生产过程自动控制的系统,它由控制计算机本体(包括硬件、软件和网络结构)和被控对象两大部分组成。
微型计算机控制系统是实时系统,也是在线系统。
2答:计算机做控制器用。
控制系统中引进计算机,可以充分运用计算机强大的运算、逻辑判断和记忆等功能。
只要运用微处理器的各种指令,就能编出符合某种控制规律的程序。
微处理器执行该程序,就能实现对被控参数的控制。
输入信息来自于各种传感器,输出信息用于驱动执行机构。
3答:如果计算机能够在工艺要求的时间范围内及时对被控参数进行测量、计算和控制输出,则称为实时控制。
实时的概念不能脱离具体过程,一个在线的系统不一定是一个实时系统,但一个实时控制系统必定是在线系统。
4答:微型计算机控制系统硬件一般包括:计算机主机、输入/输出(I/O)接口、I/O通道、传感器及变送器、执行机构、人机联系设备(如键盘和显示器)、网络通信接口和电源等。
它们通过微处理器的系统总线(地址总线、数据总线和控制总线)构成一个完整的系统。
计算机的输入/输出通道,又称过程通道。
为了实现计算机对生产过程的控制,必须在计算机和生产过程之间设置信息的传递和变换的连接通道,这就是过程输入/输出通道。
过程通道一般可分为:模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道5答:操作指导控制系统:优点是结构简单,控制灵活和安全。
缺点是要由人工操作,速度受到限制,不能控制多个对象。
直接数字控制系统:优点是实时性好、可靠性高和适应性强,可控制多个回路。
缺点是修改控制器参数不方便。
监督控制系统:优点是能自动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工况。
集散控制系统:优点是分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
缺点是不同厂商的设备不能通用。
现场总线控制系统:具备集散控制系统的优点,因为采用标准总线设计,不同厂商设备通用性好,组网方便。
第二章6 采样-保持器有什么作用?说明保持电容大小对数据采集系统的影响。
答:为了提高模拟量输入信号的频率范围,以适应某些随时间变化较快的信号的要求,可采用带有保持电路的采样器,即采样保持器。
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:并不是所有的模拟量输入通道都需要采样保持器的,因为采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化,致使A/D转换的结果出错,所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。
8 采样频率的高低对数字控制系统有什么影响?举出工业控制实例加以说明?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:答:A/D的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号,方便用于单片机中进行处理。
D/A的作用,在单片机处理完毕的数字量,有时需要转换为模拟信号输出,D/A的作用正是用于把数字信号转换为模拟信号。
10 A/D转换器转换原理有几种?他们各有什么特点和用途?答:逐次逼近型,分辨率高,误差较低,转换速度快,应用十分广泛;双积分型:性能比较稳定,转换精度高,抗干扰能力强,电路较简单,工作速度低,多用于对转换精度要求较高,对转换速度要不高的场合,如数字电压表等检测仪器中,用的十分普遍。
并联比较型:转换速度快,精度高,但使用的比较器和触发器多,适用于速度高,精度要求不高的场合。
11 说明逐次逼近型A/D转换器的转换原理。
答:开始转换以后,时钟信号首先将寄存器的最高有效位置为1,使输出数字为100…0,这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压U0,送到比较器中并与比较电压U1比较,若U0>U1,将高位的1清除;若U0<U1,将最高位保留。
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,将对生产过程造成影响甚至造成损害。
4. 计算机控制系统有哪几种典型形式?各有什么主要特点?P4~7(1)操作指导系统(OIS)优点:结构简单、控制灵活和安全。
缺点:由人工控制,速度受到限制,不能控制多个对象。
(2)直接数字控制系统(DDC)优点:实时性好、可靠性高和适应性强。
(3)监督控制系统(SCC)优点:生产过程始终处于最有工况。
第2章 习题参考答案1.什么是接口、接口技术和过程通道? 答:接口是计算机与外设交换信息的桥梁,包括输入接口和输出接口。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何减缓信息的技术。
过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。
2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口,设计8路数字量(开关量)输入接口和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和数字量输出程序。
答:数字量输入接口设片选端口地址为portMOV DX,port MOV DPTR,PORT MOVX A,@DPTR IN AL,DX74LS244PC 总线*IOR(*RD)_数字量输出接口MOV AL,DATA MOV A,DATA MOV DX ,port MOV DPTR,PORT OUT DX,AL MOVX @DPTR,A3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。
请画出接口原理图,并设计出8路模拟量的数据采集程序。
输出信号PC 总线(*WR)程序:ORG 0000HMOV R0,#30H ;数据区起始地址存在R0MOV R6,#08H ;通道数送R6MOV IE,#84H ;开中断SETB IT1 ;外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1,#0F0H ;送端口地址到R1NEXT:MOVX @R1,A ;启动A/D转换LOOP:SJMP LOOPINC R0INC R1DJNZ R6,NEXT ;8路采样未接受,则转NEXTCLR EX1 ;8路采样结束,关中断END中断服务程序:ORG 0003H ;外中断1的入口地址AJMP 1000H ;转中断服务程序入口地址ORG 1000HMOVX A,@R1 ;读入A/D转换数据MOV @R0,A ;将转换的数据存入数据区RETI ;中断返回ORG 0000HMOV R1,#30HMOV R2,#0F0HA1: MOV DPTR, R2MOVX @DPTR, ALOOP: JNB P3.2 , LOOPMOVX A, @DPTRMOV @R1,AINC R2INC R1CJNE R2, 0F7H, A1END4.用12位A/D转换器AD574与PC/ISA总线工业控制机接口,实现模拟量采集。
第二章输入输出接口与过程通道在计算机控制系统中,为了实现对生产过程的控制,要将对象的被控参数及运行状态,按要求的方式送人计算机处理,再将结果以数字量的形式输出,并将数字量变换为适合生产过程控制的量,因此在计算机接口和生产过程之间,必须设置信息的传递和变换装置,这个装置就称之为过程输入输出通道,也叫I/O通道。
2.1 过程输入输出通道概述2.1.1 过程输入输出通道的类型及功能根据过程信息的性质及传递方向,过程输入输出通道可分为模拟量输人通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输出通道等几种类型。
生产过程的被调参数(如温度、压力、流量、速度、位移等),一般是随时间连续变化的模拟量,通过检测元件和变送器转换为对应的模拟电压和电流。
由于计算机只识别数字量,故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转化为数字量后,才能送人计算机。
对于生产现场的状态量(如开关、电平高低、脉冲量等)也不能为计算机直接接受,因此数字量(开关量)输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。
计算机控制生产现场的控制通道也有两种,即模拟量输出通道和数字量输出通道。
计算机输出的控制信号以数字形式给出,若执行元件要求提供模拟电压或电流,则采用模拟量输出通道将数字量转换为模拟电压或电流,若执行元件要求数字量(开关量),则应采用数字量输出通道,将计算机输出的数字量经处理和放大后输出。
由此可见,过程输人输出通道是计算机和工业生产过程相互交换信息的桥梁。
2.1.2 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种:(1)数据信息反映生产现场的参数及状态的信息,它包括数字量、开关量和模拟量。
(2)状态信息又叫应答信息、握手信息,它反映过程通道的状态,如准备就绪信号等。
(3)控制信号用来控制过程通道的启动和停止等信息,如三态门的打开和关闭、触发器的启动等。
接口电路含这三类信息交换的端口。
2.1.3 过程通道的编址方式由于计算机控制系统一般都有多个过程输人输出通道,因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。
一、选择题(本题共10小题,每小题 1.5分,共15分)1.由于计算机只能接收数字量,所以在模拟量输入时需经( A )转换。
A.A/D转换器B.双向可控硅C.D/A转换器D.光电隔离器2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构,需要接入( D )器件完成控制量的切换工作。
A.锁存器锁存B.多路开关C.A/D转换器转换D.反多路开关3.某控制系统中,希望快速采样,保持器的保持电容CH应取值( A )。
A.比较小B.比较大C.取零值D.取负值4. 在LED显示系统中,若采用共阳极显示器,则将段选模型送至( B )。
A.阳极B.阴极C.阴极或阳极D.先送阴极再送阳极5. 电机控制意味着对其转向和转速的控制,微型机控制系统的作法是通过(B )实现的。
A.改变定子的通电方向和通电占空比B.改变转子的通电方向和通电占空比C.改变定子的通电电压幅值D.改变转子的通电电压幅值6.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植并提供给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7. 键盘锁定技术可以通过(C )实现。
A.设置标志位B.控制键值锁存器的选通信号C.A和B都行D.定时读键值8. RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是(C )。
A.0.3 伏以下B.0.7伏以上C.-3伏以下D.+3伏以上9. 在工业过程控制系统中采集的数据常搀杂有干扰信号,(D )提高信/躁比。
A.只能通过模拟滤波电路B.只能通过数字滤波程序C.可以通过数字滤波程序/模拟滤波电路D.可以通过数字滤波程序和模拟滤波电路10.步进电机常被用于准确定位系统,在下列说法中错误的是(B )。
A.步进电机可以直接接受数字量B.步进电机可以直接接受模拟量C.步进电机可实现转角和直线定位D.步进电机可实现顺时针、逆时针转动二、填空题(本题共15 个空,每空 1 分,共15 分)1. 香农定理告诉我们,采样频率越高,采样数据描绘的曲线越接近实际曲线。