微型计算机的控制技术课后答案详解

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1 / 21 习题一

1，微型计算机控制系统的硬件由哪几局部组成？各局部的作用是什么？

答：CPU，接口电路与外部设备组成。

CPU，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局部发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进展实时检测与处理。

接口电路，微机和生产对象之间进展信息交换的桥梁和纽带。

外部设备：这是实现微机和外界进展信息交换的设备

2，微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各局部软件的作用。

答：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展的，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

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。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。

2)应用软件:它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。

3，常用工业控制机有几种？它们各有什么用途？

4，操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？

答：(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进展处理，计算出各控制量应有的较适宜或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。

(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进展巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进展比拟，再进展控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。

(3)计算机监视控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory puter Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进展控制，系统不能运行在最优状态，而SCC系统不仅可以进展给定值控制，并且还可以进展顺序控制、最优控制以与自适应控制等SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与开展。

5，说明嵌入式系统与一般微型计算机扩展系统的区别。

答：嵌入式计算机一般没有标准的硬件配置。嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器结构。软硬件协同设计采用统一的工具描述，可合理划分系统软硬件，分配系统功能，在性能、本钱、功耗等方面进展权衡折衷，获取更优化的设计。嵌入式系统多为低功耗系统。简单地说，就是嵌入式系统和微型计算机的扩展标准不大一样。

6，PLC控制系统有什么特点？

答：〔1〕可靠性高。由于PLC大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保护电路与自诊断功能，因而提高了系统的可靠性。

〔2〕编程容易。PLC的编程多采用继电器控制梯形图与命令语句，其数量比微型机指令要少得多，除中、高档PLC外，一般的小型PLC只有16条左右。由于梯形图形象而简单，因而编程容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专门知识，就可进展编程。

〔3〕组合灵活。由于PLC采用积木式结构，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。

〔4〕输入/输出功能模块齐全。PLC的最大优点之一，是针对不同的现场信号，均有相应的模块可与工业现场的器件直接连接，并通过总线与CPU主板连接。 word文档

2 / 21 〔5〕安装方便。与计算机系统相比，PLC的安装既不需要专门的机房，也不需要严格的屏蔽。使用时只需把检测器件与执行机构和PLC的I/O接口端子连接无误，便可正常工作。

〔6〕运行速度快。由于PLC的控制是由程序控制执行的，因而不论其可靠性还是运行速度，都是继电器逻辑控制无法相比的。

7，微型计算机控制系统与模拟控制系统相比有什么特点？

答：1)结构上。模拟和数字部件的混合系统。

2〕含有模拟信号离散模拟、离散数字等多种信号。

3〕需采用专门的理论来分析和设计。即模拟调节规律离散化设计法和直接设计法。

4〕便于实现复杂的控制具有很大的灵活性和适应性。

5〕可实现多回路分时控制。

6〕控制的多功能性提高企业的自动化程度分级控制、集散控制、生产管理等。

8，什么是现场总线系统？它有什么特点？

答：现场总线控制系统FCS 的核心是现场总线

现场总线控制系统

① 是一种数字通信协议，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。

② 是控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合。

③ 具有现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散的功能模块、通信线供电、开放式互连网络等技术特点。

④ 保证控制系统可以适应目前工业界对数字通信和自动控制的需求，且使其与Internet网 互连构成不同层次的复杂网络成为可能。代表了工业控制体系结构开展的一种方向。

9，未来控制系统开展趋势是什么？

答：1〕大力推广应用成熟的先进技术

2〕大力研究和开展智能控制系

3〕嵌入式系统的应用将更加深入

10，为什么说嵌入式微控制器是智能化仪器和中、小型控制系统中应用最多的一种微型计算机？

答:嵌入式微控制器又称单片机。

1)为适应不同的应用需求，一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置与封装。

2)和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积小，功耗和本钱低、可靠性高。

3)微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。

11、什么叫嵌入式系统？嵌入式系统与一般的工业控制系统有什么区别？

答：嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为根底、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、本钱、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

12、什么是物联网？为什么说“物联网给微型计算机控制技术〞带来新的、更大的应用空间？

答：物联网=互联网+传感器

该系统通过射频自动识别〔RFID〕、红外感应器、全球定位系统〔GPS〕、激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进展信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。实际上它也是一种微型计算机控制系统，只不过更加庞大而已。

13、物联网终端由几局部组成？各局部的作用是什么？ word文档

3 / 21 答：物联网终端主要由外围接口模块、核心处理模块、网络通信模块与电源管理模块组成。

通过外围感知接口与传感设备连接，如RFID读卡器，红外感应器，环境传感器等，将这些传感设备的数据进展读取并通过中央处理模块处理后，按照网络协议，通过外部通讯接口，如：GPRS模块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的指定中心处理平台。

14、FPGA是什么意思？它有什么特点？在微机控制系统和智能化仪器中有着怎样的影响？

答：FPGA是指现场可编程门阵列

特点．FPGA的特点

〔1〕采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

〔2〕FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

〔3〕FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。

〔4〕FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。

〔5〕FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最优选择之一。

习题二

1. 采样有几种方法？说明它们之间的区别？2. 采样周期愈小愈好吗？为什么？

答：不是。假如采样间隔太小〔采样频率太高〕，如此对定长的时间记录来说其数字系列就很长，计算工作量迅速增大：如果数字序列长度一定，如此只能处理很短的时间历程，可能产生较大的误差。3. 简述多路开关的工作原理。4. 多路开关如何扩展？试用两个CD4097扩展成一个双16路输入和双2路输出系统，并说明其工作原理。5. 试用CD4051设计一个32路模拟多路开关，要求画出电路图并说明其工作原理。6. 采样-保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。

答：采样保持器的作用：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进展A/D转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之前参加采样保持器。

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，如此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：不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用采样保持器。8. 采样频率的上下对数字控制系统有什么影响？试举工业控制实例加以说明。

采样频率上下对数字控制系统有些影响，采样频率高，如此对数据采集的准确性增加，但采样频率高，会过多的占用CPU的时间和内存资源，采样频率高，对采集的数据要进展实时分析和处理，CPU大局部时间用在数据采集分析处理上，影响了作其它事的时间。采样频率要低，就有可能漏掉该采集的数据没采到，数据实时分析就有可能不正确。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？

10. A/D转换器转换原理有几种？它们各有什么特点和用途？

答：并联比拟型：电路规模庞大，转换速度最快，用在超高速的A/D转换器中；主次渐进型：电路较小，速度不与并联比拟型快，但较其他类型电路的转换速度快的多，用于集成A/D转换器中；双积分型：电路结构简单，性能稳定可靠，抗干扰能力强，转换速度很低，用在低速系统；V-F变换型：调频信号具有很强的抗干扰能力，低速，用于遥测、遥控系统中。11. 试说明逐次逼近型A/D转换器转换原理。 word文档

4 / 21 从高位到低位逐位试探比拟，好似用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进展试探。逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近存放器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近存放器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比拟器，称为 Vo，与送入比拟器的待转换的模拟量Vi进展比拟，假如Vo

12.为什么高于8位的D/A转换器与8位的微型计算机计算机接口连接必须采用双缓冲方式？这种双缓冲工作与DAC0832的双缓冲工作在接口上有什么不同？

答：原因：数据要分两次或三次输入，双缓冲结构防止了产生虚假的模拟量输出值。主要区别是 AD667 的第一级由 3 个 4 位存放器组成。

13.串行A/D转换器有什么特点？

24. 用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为－5V～+5V，求对应以下偏移码的输出电压：

〔1〕10000000；〔2〕01000000；〔3〕11111111；〔4〕00000001；〔5〕01111111；〔6〕11111110。