计算机控制系统清华大学出版社嵌入式PLC

计算机控制系统设计引言计算机控制系统是一种通过计算机对特定设备或过程进行控制和监测的系统。

计算机控制系统广泛应用于工业自动化、交通运输、通信等领域，可以提高生产效率和产品质量，减少人力成本和人为错误。

本文将介绍计算机控制系统设计的基本原理和步骤，包括硬件设计、软件设计和系统集成等方面的内容。

硬件设计计算机控制系统的硬件设计是指选择合适的电子元器件和设计电路来实现控制系统的功能。

硬件设计通常包括以下几个方面：1. 选择合适的控制器控制器是计算机控制系统的核心组成部分，负责接收输入信号、处理数据并输出控制信号。

常见的控制器有微处理器、PLC（可编程逻辑控制器）等。

在选择控制器时，需要考虑控制系统的需求和性能要求。

2. 传感器和执行器选择传感器和执行器用于将实际物理量（如温度、压力、位置等）转换为电信号或控制信号。

在硬件设计中，需要选择适合的传感器和执行器，并设计相应的电路来与控制器连接。

3. 电源电路设计电源电路是提供控制系统所需的电能的基础设施，需要设计合适的电源电路来保证控制器和其他电子元器件的正常工作。

软件设计软件设计是计算机控制系统中不可或缺的一部分，它通过编写计算机程序来实现控制系统的逻辑功能。

软件设计主要包括以下几个方面：1. 确定系统需求在进行软件设计之前，需要明确系统的功能需求和性能要求。

这些需求可以通过系统规格说明书、用户需求分析等方式来获取。

2. 设计控制算法控制算法是计算机控制系统的核心部分，它决定了系统如何对输入信号做出反应并生成相应的控制信号。

在软件设计中，需要根据系统需求和控制原理设计合适的控制算法。

3. 编写程序在设计控制算法之后，需要将算法转化为实际的计算机程序。

程序可以使用各种编程语言来实现，如C、C++、Python 等。

编写程序时需要考虑可读性、可维护性和性能等方面的因素。

系统集成系统集成是将硬件设计和软件设计进行整合的过程，目的是确保计算机控制系统的各个组成部分能够正常协同工作。

各位教师：
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第一章 微型计算机基础题1-1 计算机发展至今，经历了哪几代？答：电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机、超大规模集成电路计算机、非冯诺伊曼计算机和神经计算机。

题1-2 微机系统由哪几部分组成？微处理器、微机、微机系统的关系是什么？ 答：1、微机系统分硬件和软件，硬件包括CPU、存储器、输入输出设备和输入输出接口，软件包括系统软件和应用软件。

2、微处理器是指微机的核心芯片CPU；微处理器、存储器和输入输出设备组成微机；微机、外部设备和计算机软件组成微机系统。

题1-3 微机的分类方法包括哪几种？各用在什么应用领域中？答：按微处理器的位数，可分为1位、4位、8位、32位和64位机等。

按功能和机构可分为单片机和多片机。

按组装方式可分为单板机和多板机。

单片机在工业过程控制、智能化仪器仪表和家用电器中得到了广泛的应用。

单板机可用于过程控制、各种仪器仪表、机器的单机控制、数据处理等。

题1-4 微处理器有哪几部分组成？各部分的功能是什么？答：微处理器包括运算器、控制器和寄存器三个主要部分。

运算器的功能是完成数据的算术和逻辑运算；控制器的功能是根据指令的要求，对微型计算机各部分发出相应的控制信息，使它们协调工作，从而完成对整个系统的控制；寄存器用来存放经常使用的数据。

题1-5 微处理器的发展经历了哪几代？Pentium系列微处理器采用了哪些先进的技术？答：第一代4位或低档8位微处理器、第二代中高档8位微处理器、第三代16位微处理器、第四代32位微处理器、第五代64位微处理器、第六代64位高档微处理器。

Pentium系列微处理器采用了多项先进的技术，如：RISC技术、超级流水线技术、超标量结构技术、MMX技术、动态分支预测技术、超顺序执行技术、双独立总线DIB技术、一级高速缓冲存储器采用双cache结构、二级高速缓冲存储器达256KB或512KB、支持多微处理器等。

题1-6 何为微处理器的系统总线？有几种？功能是什么？答: 系统总线是传送信息的公共导线，微型计算机各部分之间是用系统总线连接的。

第一章计算机控制系统是怎么样分类的按功能和控制规律可各分几类答：计算机控制系统可按功能分类，按控制规律分类和按控制方式分类。

按功能计算机控制系统的分类：（1）数据处理系统。

（2）直接数字控制（简记为DDC）。

（3）监督控制（简记为SCC）。

（4）分级控制。

（5）集散控制。

（6）计算机控制网络。

按照控制规律计算机控制系统的分类：（1）程序和顺序控制。

（2）比例积分微分控制（简称PID控制）。

（3）有限拍控制。

（4）复杂规律控制。

（5）智能控制。

计算机控制系统由哪些部分组成并画出方框图。

答：计算机控制系统由控制对象、执行器、测量环节、数字调节器及输入输出通道等组成。

方框图：P115 图输出反馈计算机控制系统简述采样定理及其含义。

答：采样定理：如果采样角频率=2/T大于2，即≥2，则采样的离散信号(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)。

式中是连续信号y(t)的频谱特性中的最高角频率。

含义：要使采样信号(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)，必须正确选择采样角频率，使≥多路巡回检测时，采样时间，采样周期T和通道数N之间的关系。

答：采样时间是足够短的时间，y(kT)y(kT+),0<<。

应满足 T≥N。

设有模拟信号(0～5)V和～5)V，分别用8位、10位和12位A/D转换器，试计算并列出各自的量化单位和量化误差。

答：量化单位q=,量化误差根据以上公式可求得(05)V：转换位数81012量化单位q/mV量化误差V：转换位数81012量化单位q/mV量化误差试述数模转换器的作用如何选择转换器的位数答：数模转换器把数字量u(kT)转换成离散的模拟量(t)。

转换的精度取决模-数转换器的位数n，当位数足够多时，转换可以达到足够高的精度。

计算机控制系统有哪些主要的性能指标如何衡量答：计算机控制系统主要有动态指标，稳态指标和综合指标如何衡量系统的稳定性答：用相角裕量和幅值裕量来衡量计算机控制系统的稳定程度。

第一章1.1 计算机控制系统是怎么样分类的？按功能和控制规律可各分几类？答：计算机控制系统可按功能分类，按控制规律分类和按控制方式分类。

按功能计算机控制系统的分类：（1）数据处理系统。

（2）直接数字控制（简记为DDC）。

（3）监督控制（简记为SCC）。

（4）分级控制。

（5）集散控制。

（6）计算机控制网络。

按照控制规律计算机控制系统的分类：（1）程序和顺序控制。

（2）比例积分微分控制（简称PID控制）。

（3）有限拍控制。

（4）复杂规律控制。

（5）智能控制。

1.2 计算机控制系统由哪些部分组成？并画出方框图。

答：计算机控制系统由控制对象、执行器、测量环节、数字调节器及输入输出通道等组成。

方框图：P115 图1.21 输出反馈计算机控制系统1.9 简述采样定理及其含义。

答：采样定理：如果采样角频率ωω=2π/T大于2ωmax，即ωω≥2ωmax，则采样的离散信号ω∗(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)。

式中ωmax是连续信号y(t)的频谱特性中的最高角频率。

含义：要使采样信号ω∗(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)，必须正确选择采样角频率，使ωω≥2ωmax1.10 多路巡回检测时，采样时间τ，采样周期T和通道数N之间的关系。

答：采样时间是足够短的时间，y(kT)≈y(kT+?t),0<?t<ωω。

应满足 T≥Nωω。

1.12 设有模拟信号(0～5)V 和(2.5～5)V ，分别用8位、10位和12位A/D 转换器，试计算并列出各自的量化单位和量化误差。

答：量化单位q=ωωωω∗−ωωωω∗2ω−1≈ωωωω∗−ωωωω∗2ω,量化误差ε=q /2根据以上公式可求得(0~5)V ：(2.5~5)V ：1.14 试述数模转换器的作用？如何选择转换器的位数？答：数模转换器把数字量u(kT)转换成离散的模拟量ω∗(t)。

转换的精度取决模-数转换器的位数n ，当位数足够多时，转换可以达到足够高的精度。

大学计算机基础教程习题参考答案习题11.1 选择题1. 美国宾夕法尼亚大学1946年研制成功的一台大型通用数字电子计算机，名称是( C)。

A) Pentium B) IBM PC C) ENIAC D) Apple2.1981年IBM公司推出了第一台（B）位个人计算机IBM PC5150。

A) 8 B) 16 C) 32 D) 643. 中国大陆1985年自行研制成功了第一台PC 兼容机，即（C）0520微机。

A) 联想B) 方正C) 长城D)银河4. 摩尔定律主要内容是指，微型片上集成的晶体管数目每（C）个月翻一番。

A) 6 B) 12 C) 18 D) 245. 第四代计算机采用大规模和超大规模( C)作为主要电子元件。

A) 电子管B) 晶体管C)集成电路D)微处理器6. 计算机中最重要的核心部件是( B)。

A) DRAM B) CPU C) CRT D) ROM7. 将微机或某个微机核心部件安装在某个专用设备之内，这样的系统称为（C）。

A) 大型计算机B) 服务器C) 嵌入式系统D)网络8. 冯.诺依曼计算机包括，（B）、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。

A) 显示器B)运算器C)处理器D)扫描仪9.从市场产品来看，计算机大致可以分为大型计算机、（C）和嵌入式系统三类A) 工业PC B) 服务器C) 微机D) 笔记本微机10.大型集群计算机技术是利用许多台单独的（B）组成的一个计算机系统，该系统能够像一台机器那样工作。

A) CPU B) 计算机C) ROM D)CRT1.2 填空题1. 计算机的发展经历了（电子管）、（晶体管）、（集成电路）和（大规模集成电路）四代变迁。

2.未来的计算机可能朝着（量子计算机）、（光子计算机）、（生物计算机）等方向发展。

3. 计算机系统是由（硬件系统）、（软件系统）两部分组成的。

4. 从目前市场上产品来看，微机包括（个人计算机）、（苹果系列微机）、（一体微机）、（笔记本微机）、（平板微机）、（掌上微机）和PC 服务器等几种。

基于嵌入式PLC芯片组的多路模拟量PLC的开发湖北武汉华中科技大学控制系（430074）摘要：本文介绍了一种新的PLC开发过程——嵌入式PLC的开发。

嵌入式PLC以用户的应用为中心，软硬件可由用户根据工艺需要来裁剪，很好地满足了用户的个性化需求。

关键词：嵌入式PLC芯片组系统软件内核Abstract:This article introduces a new development of PLC ——Development of Embedded PLC. It take the application of the customer as the center, the soft and hardware can be cut according to the craft by customer.It satisfied the need of customer.Keywords:Embedded PLC OS Kernel如今工业控制产品已发展到一个追求个性化、差异化的阶段。

传统的PLC产品已经无法满足更加细分化的市场需求，为了满足这种需求，出现了嵌入式PLC产品。

一、嵌入式PLC嵌入式PLC是将PLC系统软件构建于控制器内，根据用户控制需要定制硬件，以PLC的应用方式解决对象控制问题的PLC。

它由两部分组成：嵌入式PLC系统软件和芯片组1．嵌入式PLC系统软件嵌入式PLC系统软件将PLC语言(梯形图语言)、CAN总线嵌入到单片机中,使单片机的产品开发从使用汇编语言变为使用PLC梯形图语言,并具有CAN总线的互连特性。

该系统软件具有以下特点:1.以梯形图语言为内核,添加了中断管理系统,能实现PLC无法实现的硬实时操作;2.强化运算能力,增加了CANBUS函数库、浮点数库、专家自整定PID、嵌入式WEB等,丰富了PLC的功能;3.提供开放式扩展结构,支持第三方开发扩展单元的接线;4.增加了网络互连功能,在远程端加载专用浏览器后,即可实现远程监控。

ARM嵌入式系统结构与编程习题答案清华大学出版社最详细版arm嵌入式系统结构与编程习题答案清华大学出版社最详细版一《arm嵌入式系统结构与编程》习题答案第一章为绪论1.国内嵌入式系统行业对“嵌入式系统”的定义是什么？如何理解？答：国内嵌入式行业普遍接受的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可定制，满足应用系统在功能、可靠性、成本、体积和功耗等方面的严格要求的专业计算机系统。

从这个定义可以看出，嵌入式系统与应用紧密结合，具有很强的特殊性。

它必须根据实际系统需求进行合理定制和使用。

因此，嵌入式系统是“为特定的人定制的”。

2．嵌入式系统是从何时产生的，简述其发展历程。

答：从20世纪70年代单片机的出现到目前各式各样的嵌入式微处理器，微控制器的大规模应用，嵌入式系统已经有了30多年的发展历史。

嵌入式系统的出现最初是基于单片机的。

英特尔于1971年开发了第一款4位总线结构的微处理器4004，可以说是嵌入式系统的雏形。

80年代初的8051是单片机历史上值得纪念的一页。

20世纪80年代初，出现了一种商业化的“实时操作系统内核”。

在实时内核下编写应用软件，可以加快新产品的开发速度，节约资金。

在20世纪90年代，实时内核发展为实时多任务操作系统。

进入21世纪以来，嵌入式系统得到了极大的发展。

在硬件方面，单片机的性能有了很大的提高，尤其是ARM技术的出现和改进，为嵌入式操作系统提供了强大的硬件载体，将嵌入式系统推向了一个新的阶段。

3．当前最常用的源码开放的嵌入式操作系统有哪些，请举出两例，并分析其特点。

答：主要有嵌入式linux和嵌入式实时操作内核uc/os-ii嵌入式Linux操作系统是一种针对嵌入式微控制器的特点而定制的Linux操作系统，包括通用的嵌入式通信协议和通用驱动程序，并支持多种文件系统。

它主要具有以下特点：开源、易移植、内核小、功能强大、运行稳定、效率高。

uc/os是源码工卡的实时嵌入式系统内核，主要有以下特点：源码公开，可移植性强，可固化，可剪裁，占先式，多任务，可确定性，提供系统服务等。

第一章1.1 计算机控制系统是怎么样分类的？按功能和控制规律可各分几类？答：计算机控制系统可按功能分类，按控制规律分类和按控制方式分类。

按功能计算机控制系统的分类：（1）数据处理系统。

（2）直接数字控制（简记为DDC）。

（3）监督控制（简记为SCC）。

（4）分级控制。

（5）集散控制。

（ 6）计算机控制网络。

按照控制规律计算机控制系统的分类：（1）程序和顺序控制。

（2）比例积分微分控制（简称PID 控制）。

（3）有限拍控制。

（4）复杂规律控制。

（5）智能控制。

1.2计算机控制系统由哪些部分组成？并画出方框图。

答：计算机控制系统由控制对象、执行器、测量环节、数字调节器及输入输出通道等组成。

方框图： P115 图 1.21输出反馈计算机控制系统1.9简述采样定理及其含义。

答：采样定理：如果采样角频率=2 /T 大于2，即≥ 2，则采样的离散信号(t) 能够不失真地恢复原来的连续信号y(t) 。

式中y(t) 的频谱特性中的最高角频率。

含义：要使采样信号(t) 能够不失真地恢复原来的连续信号是连续信号y(t) ，必须正确选择采样角频率，使≥1.10多路巡回检测时，采样时间，采样周期T和通道数N之间的关系。

答：采样时间是足够短的时间，y(kT) y(kT+ ),0< <。

应满足T≥N。

1.12设有模拟信号(0～5)V和(2.5～5)V，分别用8位、10位和12位A/D转换器，试计算并列出各自的量化单位和量化误差。

答：量化单位 q=, 量化误差根据以上公式可求得 (05)V：转换位数81012量化单位 q/mV19.53 4.88 1.229.76 2.440.61量化误差(2.5)V：转换位数81012量化单位 q/mV9.76 2.440.614.88 1.220.30量化误差1.14试述数模转换器的作用？如何选择转换器的位数？答：数模转换器把数字量u(kT) 转换成离散的模拟量(t) 。

转换的精度取决模 - 数转换器的位数n，当位数足够多时，转换可以达到足够高的精度。

第一章1.1 计算机控制系统是怎么样分类的？按功能和控制规律可各分几类？ 答：计算机控制系统可按功能分类，按控制规律分类和按控制方式分类。

按功能计算机控制系统的分类：（1）数据处理系统。

（2）直接数字控制（简记为DDC ）。

（3）监督控制（简记为SCC ）。

（4）分级控制。

（5）集散控制。

（6）计算机控制网络。

按照控制规律计算机控制系统的分类：（1）程序和顺序控制。

（2）比例积分微分控制（简称PID 控制）。

（3）有限拍控制。

（4）复杂规律控制。

（5）智能控制。

1.2 计算机控制系统由哪些部分组成？并画出方框图。

答：计算机控制系统由控制对象、执行器、测量环节、数字调节器及输入输出通道等组成。

方框图：P115 图1.21 输出反馈计算机控制系统 1.9 简述采样定理及其含义。

答：采样定理：如果采样角频率ωs =2π/T 大于2ωmax ，即ωs ≥2ωmax ，则采样的离散信号y ∗(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)。

式中ωmax 是连续信号y(t)的频谱特性中的最高角频率。

含义：要使采样信号y ∗(t)能够不失真地恢复原来的连续信号y(t)，必须正确选择采样角频率，使ωs ≥2ωmax1.10 多路巡回检测时，采样时间τ，采样周期T 和通道数N 之间的关系。

答：采样时间是足够短的时间，y(kT)≈y(kT+?t ),0<?t <τs 。

应满足 T ≥N τs 。

1.12 设有模拟信号(0～5)V 和(2.5～5)V ，分别用8位、10位和12位A/D 转换器，试计算并列出各自的量化单位和量化误差。

答：量化单位q=y max ∗−y min∗2n −1≈y max ∗−y min∗2n,量化误差ε=q/2答：数模转换器把数字量u(kT)转换成离散的模拟量u ∗(t)。

转换的精度取决 模-数转换器的位数n ，当位数足够多时，转换可以达到足够高的精度。

1.19 计算机控制系统有哪些主要的性能指标？如何衡量？ 答：计算机控制系统主要有动态指标，稳态指标和综合指标1.20 如何衡量系统的稳定性？答：用相角裕量和幅值裕量来衡量计算机控制系统的稳定程度。