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微型计算机控制系统课后题答案第一章微型计算机控制系统的概述puter在微型控制中的作用？他的信息从何处来？其输入信息有用于何处？答：1）完成数据的采集把生产过程参数采集，供人为控制和其他控制系统作用2）将生产过程参数转换为数字量，引进控制程序进行计算把控制经过转换输入计算机。
I从生产过程中来，O都作为控制命令。
2.什么是微机控制的实时性？为什么要强调微机控制的实时性？怎样才能保证微机实时控制作用？答：1）时间越短越好，不影响控制2）因为要求用微机能够在规定的时间范围内完成规定操作要使微机控制具有实时性3）在微机方面还是配备具有实时时钟和优先级中断信息处理电路，在软件方面应具备有完善的时钟管理，中断处理的程序，实时时钟和优先级中断系统这保证微机系统实时的必要性，3.微机在控制系统中的在线操作和离线操作的区别是什么?答：在线是直接交换信息离线是不直接对生产装置进行控制。
4.微机控制系统的硬件一般有哪几个主要部分组成？各部分是怎样互相联系的？其中过程通道和系统中起什么作用？他有那几种类型？答：1）生产过程，过程通道，微型计算机，人机联系设备，控制操作台。
2）各部分通道和计算机相连3）过程通道将生产过程参数转换并传输到计算机中去，将计算机的控制传输到被控对象中。
4）过程输入(模拟量，开关量)过程输出（模拟量，开关量）5..直接控制数字控制系统的硬件由哪几部分组成？他们的基本功能是什么？直接数字控制系统和监督控制系统的区别在哪里？答：1）生产过程，过程通道，计算机接口。
2）过程通道：将生产过程的参数取进来，控制程序计算，结果送给控制对象。
计算机：信息优化将模拟控制器的给定值。
借口：连接输入端与计算机3）一个直接参与控制，一个不直接参与控制。
6.微机控制系统按功能分类主要有哪几种？按使用的控制规律分类有主要有哪几种？答：1）按功能：数据采集和数据处理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2）按控制规律：程序和顺序控制PID控制复杂规律控制智能控制第二章过程输入输出通道1.微型计算机的对存储器和I/O接口是如何寻址的？它们各用哪些控制信号线和地址信号线？答：1）用mov X访问外部接口和RAM 用,mov指令取RAM信号2）读、写信号线2.试用两个CD4051扩展成16路的多路开关，并说明其工作原理。
第一章计算机控制系统概述1.CPU （运算器＋控制器）2.I/O接口（CPU与外设的信息交换纽带）（1）、并行接口8155、8255（2）、串行接口8251等（3）、DMA控制器8237（4）、中断控制器8259（5）、定时器／计数器8253AD DA器件温度、流量等检测或直流电机控制等3. 通用外部设备作用：显示、打印、存储及传送数据,如：打印机、CRT显示器、驱动器、扫描仪等4. 检测元件及执行结构数据采集用的传感器（非电量转换为电量）并转换为标准电压范围内控制执行机构如电动、气动、液压传动等或电动机以控制各监测参数的流入量5.操作台组成：作用开关、功能键、LED数码管及CRT显示器、数字键实际工作中的组成说明：输入----运算控制-----输出1．1．2 微型机控制系统软件软件：程序＋数据结构＋文档系统软件：由计算机厂家提供的，专门用来使用和管理计算机的程序包括：1.各种语言的汇编、解释和编译软件如汇编、C 等2.监控管理程序操作系统、调整程序、故障诊断程序应用软件是面向生产过程的程序，如AD DA转换程序、数字滤波程序、标度变换程序等开发工具有：VF VB VC PB DELPHI LabVIEW等1．2 微型机控制系统分类1．2．1 操作制导控制系统1．2．2 直接数字控制系统（DDC）1．2．3 计算机监督系统（SCC）分为两种SCC+模拟调节器控制系统适合于老企业的技术改造既用上了原有的模拟调节器又实现了最佳给定值控制SCC+DDC控制系统1．2．4 分布式控制系统（DCS）也称为集散控制系统分为三级:分散过程控制级.集中操作监控级.综合信息管理级1．2．5 计算机集成制造系统（CIMS）基本控制思想是采用递阶控制，也即分层控制工厂／车间层.单元层.工作站层.设备层1．2．6 现场总线控制系统（FCS）是分布式控制系统的更新换代产品1．3 微型计算机控制系统发展---概况及趋势1．3．1 单片微型计算机特点：集成度高、功能强2结构合理3抗干扰能力强4指令丰富1．3．3 工业PC机/工控机/PC104总线控制机/单板电脑1．3．4 微型计算机控制系统的发展趋势1) 大力推广应用成熟技术(1)普及应用PLC (2)广泛使用智能化调节器(3)采用新型的DCS和FCS 2) 大力发展和研究智能控制系统3)单片机应用将更加深入1单片机Ｃ语言特点Ｃ语言不仅具有丰富的运算符和数据类型，还能方便的实现各类复杂的数据结构的描述。
计算机控制技术课程教学大纲Techno1ogyofMicrocomputercontro1学时数：40其中：实验学时：0课外学时：0学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化专业或其它相关专业一、课程的性质、目的和任务本课程是自动化类各专业的“主干专业课程”，属工程技术类课程。
通过本课程的学习，使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识，以及基本的应用技术。
并具备独立设计计算机控制系统的能力，为今后从事工业自动化方面的工作打下一个基础。
二、课程教学的基本要求（一）熟练掌握计算机控制系统的组成与接口技术；（二）掌握和理解计算机控制系统的常用控制算法；（H）熟练掌握计算机控制系统的设计方法和实现过程；（四）了解计算机控制技术的发展趋势及前沿课题。
三、课程的教学内容、重点和难点第一章微型计算机控制系统概述（4学时）基本内容：计算机控制系统的概念、组成，计算机控制系统的分类以及发展。
基本要求：1、熟悉微机控制系统的组成（硬件结构和软件组成）。
2、了解微机控制技术的发展趋势。
重点：计算机控制系统的发展概况。
难点：计算机控制系统的分类。
第二章计算机控制系统的过程通道接口技术（6学时）基本内容：数字量输入、输出通道的设计，模拟量输入通道的设计，模拟量输出通道的设计。
基本要求：1、掌握模拟量输入、输出通道的设计。
2、掌握数字量输入、输出通道的设计。
3、了解过程通道的结构形式。
能够根据控制系统要求选择输入输出通道中所用到的各种器件，掌握工作原理和使用方法。
能正确地绘制出系统的硬件电路原理图。
重点：采样/保持器、D/A转换器、A/D转换器接口设计难点：采样定理与数据采集第三章人机交互接口技术（4学时）基本内容：人机交互输入接口技术，人机交互输出接口技术。
基本要求：1、掌握常用键盘和常用1ED显示器的工作原理及接口设计方法。
2、能够根据控制系统要求正确的设计出键盘和显示器的接口电路，以及接口程序设计。
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。
第二章计算机控制系统中的微型计算机⏹本章知识点：了解嵌入式系统的特点及其控制器了解可编程控制器的特点，掌握其工作方式及简单应用了解工业控制计算机的类型、特点及其应用⏹本章目录嵌入式系统及其控制器可编程控制器工业计算机第一节嵌入式计算机系统及其控制器一嵌入式系统的概念嵌入式系统是控制、监视或者辅助设备机器和车间运行的装置，是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
嵌入式系统的三个基本要素：“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”。
⏹嵌入式系统的特点：嵌入式系统面向特定应用嵌入式控制器受到应用要求的制约嵌入式软件要求固化、可靠微型机的出现使计算机进入到现代计算机发展阶段。
嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这些是理解嵌入式系统的基本出发点。
嵌入式计算机系统的诞生标志了计算机进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代。
通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算，技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。
嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。
二嵌入式系统技术的发展⏹嵌入式系统的三个发展阶段：第一阶段是嵌入技术的早期阶段。
以简单的专用计算机或单片机为核心，没有操作系统，系统结构和功能单一，效率较低，几乎没有用户接口，适于各类专用领域。
第二阶段以嵌入式处理器和嵌入式操作系统为标志。
嵌入式操作系统兼容性好、内核小、效率高，并具备高度的模块化和扩展性，功能丰富，具备大量的应用程序接口(API)，开发应用程序简单。
第三阶段以芯片技术和Internet技术为标志。
片上系统促进了嵌入式系统的研制和开发过程，为信息技术的应用提供坚实的基础。
⏹嵌入式系统技术的发展的显著变化：新处理器越来越多，嵌入式操作系统自身结构的设计更易于移植，可支持更多种微处理器。
开放源码之风已波及嵌入式操作系统厂家。
后PC时代更多的产品使用嵌入式操作系统，使嵌入式操作系统市场呈现出相互融合的趋势。
各类通用机上使用的新技术、新观念正逐步移植到嵌入式系统中。
面向定制趋势。
基于知识的嵌入式系统也已开始出现。
三单片机⏹单片机的定义：单片机是一种把微处理器、随机存取存储器、只读存储器、输入/输出接口电路、定时器/计数器、串行通信接口及中断系统等部件集成在同一块芯片上的，具有完整功能的微型计算机。
单片机无论从功能上还是形态上来说都是作为控制领域应用的计算机，因而准确反映单片机本质的称谓应该是微控制器(Micro Controller Unit，即MCU)。
⏹单片机与嵌入式系统的关系嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，走独立发展的芯片化道路。
从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。
即单片机开创了嵌入式系统独立发展道路。
可以把嵌入式系统应用分成高端与低端，把原来的单片机应用理解成嵌入式系统的低端应用，即它的底层性以及与对象系统的紧耦合。
单片机技术的发展阶段：外围集成、总线完善、功能集成、全方位发展。
单片机发展方向：多品种、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化。
单片机分类：按用途分为专用和通用两类。
单片机不具备自身开发能力。
单片机控制系统设计内容。
制定控制系统总体方案、选择单片机及其扩展芯片、硬件系统设计、绘制印刷线路板图、制作印刷线路板(PCB)、焊接芯片插座及其他电子元器件，并组装成单片机应用系统、软件设计、硬件调试、软件调试、现场调试及脱机运行。
四数字信号处理器⏹数字信号处理器(Digital Signal Processer，DSP)的定义：数字信号处理器是用于数字信号处理的可编程微处理器，是微电子学、数字信号处理、计算机技术三门学科综合研究的成果，DSP是利用计算机或专用处理器，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、计算、压缩、识别等处理，以获得人们所需的信号。
DSP把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。
⏹数字信号处理器的发展及其与单片机的关系⏹数字信号处理器的特点DSP芯片内部具有独立的数据存储空间和程序存储空间，每个存储器单独编址、独立访问。
系统中有独立的数据总线和程序总线，这样就允许CPU同时执行取指令和取数据操作，从而提高了系统运算速度。
DSP芯片广泛采用流水线技术以减少指令执行时间。
DSP内核中集成了硬件乘法器，并且设置了乘并且累加等特殊指令。
DSP中通常设有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持，快速的中断处理和硬件I/O支持。
DSP处理器设置了丰富的片内外设。
五可编程逻辑器件和现场可编程门阵列可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，PLD)与现场可编程门阵列(Field Programmable Grate Array，FPGA)的功能基本相同，只是实现原理略有不同，所以有时统称为PLD/FPGA。
⏹PLD/FPGA的功能及特点典型的PLD由一个“与”门和一个“或”门阵列组成，而任意一个组合逻辑都可以用“与—或”表达式来描述，PLD能完成大量的组合逻辑功能。
PLD在电子设计领域的影响不亚于单片机的发明和使用。
PLD几乎能完成任何数字器件的功能，上至高性能CPU，下至简单的数字PLD，如同一张白纸或是一堆积木，可以通过传统的原理图输入法或硬件描述语言自由地设计数字系统，并可以通过软件仿真验证设计的正确性。
第二节可编程控制器一可编程控制器概述可编程控制器(Programmable Logical Controller)简称为PLC可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统, 专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程序的存储器, 用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算数运算等操作的指令,并通过数字式、模拟式的输入和输出, 控制各种类型的机械或生产过程。
可编程控制器产生的背景可编程控制器的应用场合二可编程控制器的特点可靠性高，抗干扰能力强通用性强，扩展方便，系统组成灵活程序设计简单、易学、易懂系统设计、开发周期短且方便，维护工作量小 对生产工艺改变适应性强，可进行柔性生产三可编程控制器的功能及应用开关逻辑控制（条件控制）定时/计数控制模拟量控制顺序（步进）控制通信和联网四可编程控制器的基本结构外设接口I/O 扩展接口输入模块输出模块CPU电源EPROMRAM存储器I/O扩展单元计算机编程器按钮触点传感器驱动被控设备打印机显示器等PLC的输入模块结构＋24V输入口COM内部电路PLC接近开关LED(a)直流输入电路内部电路COMLED~V(b)交流输入电路PLCPLC 输出模块结构继电器输出适用于交、直流负载，带负载能力强，但动作频率与响应速度较慢。
晶体管输出适用于直流负载，动作频率高，响应速度快，但带负载能力小。
晶闸管输出适用于交流负载，响应速度快，带负载能力不大。
V负载COM(a) 继电器输出负载COM （b ）晶体管输出V 负载（c ）晶闸管输出COM外周服务以下的服务仅在事件发生时执行与高功能I/O 单元的事件服务外周设备USB 口服务与CPU 高功能单元的事件服务串行端口服务通信端口服务内置闪存访问服务存储盒访问服务I/O 刷新（注）与以下的单元进行周期性的数据交换1扩展I/O 单元2高功能单元（分配继电器区域的周期性的数据交换及单元固有的数据交换）运算处理运行中处理：执行用户程序异常中处理：将输出OFF （总线异常时，单元复位）异常发生时：清除I/O 存储区域（执行FALS 指令时除外）共通处理电池异常的检查拨动开关监视I/O 总线的检查用户程序的存储检查硬件存储/系统工作初始化安装的单元的识别由存储盒的自由传送处理I/O 存储器区域的清除用户内存检查强制置位/复位解除等电源ON 时（初始）处理周期时间电源ON 时五可编程控制器的工作原理六继电器常开触点——线圈断电时处于断开状态常闭触点——线圈断电时处于闭合状态接触器KM KM KM原理与继电器基本相同，可控制大电流高压负载。
控制按钮主要由按钮、触点、复位弹簧等组成。
按下按钮时——常开触点闭合，常闭触点断开PLC编程中的继电器⏹继电器概念PLC程序中继电器的分类PLC程序中的继电器分类输入输出继电器时间继电器内部辅助继电器一般辅助继电器断电保持辅助继电器梯形图程序与继电器控制系统电路图相似，梯形图中的某些编程接点元件也沿用了继电器这一名称。
这种用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上有某些相似之处。
21七PLC的梯形图编程语言梯形图按行依次从左至右、从上到下顺序编写。
左侧放置输入接点和内部继电器接点，包括常开接点和常闭接点。
从左侧开始，每一个指令的输出信号作为其右边指令是否执行的条件。
梯形图的最右侧必须放置输出元素。
梯形图中的输入接点和内部继电器接点可以任意串、并联，而输出元素只能并联不能串联。
KKSB1SB2LD X 0OR Y 0ANDNOT X 1OUT Y 0梯形图编程语言逻辑表达式指令语句编程语言Y 0=(X 0+Y 0)٠X 1X 0X 1Y 0Y 0~PLCX 0X 1ComComSB1SB2Y0MKK继电器控制电机起、停及保持电路PLC 的梯形图编程语言示例PLC 控制电机起、停、保持接线八PLC 梯形图编程中的常用原则123231（b ）323211（b ）（a ）（a ）多重输出的多触点放在后面多触点放在上面并联触点靠近母线不能编程电路的变换2531`154334521221331九PLC 梯形图编程常用基本环节输出延时断开电路的梯形图和时序T0Y010Y010X000X000T0Y010Y010X000 1.2sX020T0T1Y010Y010Y010X020X020T0T1Y0101s1.5s双延时电路梯形图及时序27分频电路及时序输出Y010引出的脉冲是X001引入信号的二分频。
当X001在t 1时刻接通时M160上将产生单脉冲。
而M162不得电，扫描至第4行，Y010得电并自锁。
Y010接通为M162的得电做好了准备。
t 2时刻，X001再次接通，M160上再次产生单脉冲，在扫描第3行时M162得电，执行第4行程序时。
输出线圈Y010失电，输出信号消失。
在t 3时刻，输入X001第3次出现，M160上又产生单脉冲，输出Y010再次接通，t 4时刻，输出Y010再次失电。
X001M161M162Y010M160X001M160Y010M162Y010M161输入X001Y010输出t 1t 2t 3t 4M160保持电路X000接通一下，断电保持继电器M400接通并保持，Y000输出，停电后再通电，Y000仍有输出，X001触点断开使Y000无输出。
