计算机控制技术习题2011

第一章计算机控制系统概述1、画出典型计算机控制系统的基本框图•典型的计算机控制系统的基本框图2、微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？用框图表示•计算机控制系统由①计算机、②外部设备、操作台、③输人通道、输出通道、④检测装置、执行机构、被控对象外部设备操作台计算机输出通道执行机构输入通道检测装置被控对象3、计算机控制系统的控制过程是怎样的?•计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：•(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。•(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。•(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。计算机控制系统的控制过程可简单归纳为、、三个过程。4、实时、在线方式和离线方式的含义是什么？•(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。•(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。•(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。5、计算机控制系统分哪几类？•计算机操作指导控制系统•直接数字控制系统（DDC）•监督计算机控制系统（SCC）•计算机分级控制系统•集散控制系统（DCS）•现场总线控制系统(FCS)•计算机集成制造系统(CIMS)另一种分类方法6、微型计算机控制系统的特点是什么？•微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：•a.控制规律灵活多样，改动方便•b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制•c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高•d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度（信息化与自动化的进一步结合）7、什么是直接数字控制系统？画出其原理框图•DDC(DirectDigitalControl)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，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。外部设备操作台D/A转换计算机执行机构A/D转换被控对象检测装置第二章、过程输入输出接口技术1.什么是过程通道？过程通道有哪些分类？•过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。•过程通道可分为（1）模拟量输入通道、（2）模拟量输出通道、（3）数字量输入通道、（4）数字量输出通道2、什么是信号的采样、量化和编码•时间上连续的模拟信号变成一连串时间上不连续的脉冲信号的过程称为采样•采样信号不能直接输入计算机，将其整量化后成为数字信号的过程称为量化•把量化信号转换为二进制代码的过程称为编码3、什么是香农采样定理•只有采样频率大于最高信号频率的2倍，采样信号和连续信号（输入信号）的频谱才是相等的5、试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响保持模拟量信号不变，以便完成A/D转换；同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理和测量；减少D/A转换器的输出“毛刺”；把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出电压的稳定性。4、采样保持器有什么作用？（1）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；（2）反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差6、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？•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。7、设被测温度变化范围为0℃~1200℃,如果要求误差不超过0.4℃,应选用分辨率为多少位的A/D转换器？选择依据：124.0120012logn1200/0.4=3000GND15V15VNCAD7506S1S16A0模拟输入(1~16)A1A2A3ENOUTGND15V15VNCAD7506S1S16A0模拟输入(17~32)A1A2A3ENOUTD0D1D2D3D4模拟输出8、试用AD7506组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图并说明其工作原理。数据总线D3～D0作为通道选择信号，D3～D0从0000～1111之间变化，可以选择16个通道，D4用来控制两个多路开关的允许输入端EN。当D4=0时，经反向器变成高电平使上面的多路开关AD7506被选中，可选择模拟输入1～16个中的一个通道。当D4=1时，选中下面的AD7506，选择模拟输入17～32个中的一个通道被选中。9、试用AD7506组成64选1的多路开关，绘出硬件结构图并说明其工作原理。10、下图是一温度信号检测和调理电路，简要说明其工作原理U1R110kR6100k65R320kR420kW12.2kR220k+5VLM3587U223R71kR520kLM3581+12V84.7FC1DW1+12V--12V4AD590烘箱0~5VA/DDW211、试用CD4051组成32选1的多路开关，绘出硬件结构图并说明其工作原理。•由DE两个译码器输入端分别输入四种不同的状态（00，01，10，11），使得其中之一为低电平，决定一片CD4051工作。由A,B,C三个输入端在某一时刻打开一路开关。因此，这种连接可使4片CD4051分时保证32选一路接通工作。4051(1)4051(3)4051(4)4051(2)2-4译码器ABCDE0X0X0X0X1X1X1X1XINHINHINHINH0y1y2y3yout…S1S8………12、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请问START、ALE、OE、EOC都起什么作用IOW译码器D2D1D0PCVCCAENA0~A9IORSTARTALEOEADDAADDBADDCVREF(+)VREF()CLOCKEOCD7D0IN0IN7GND扩展槽+5V询问：PA0延时：悬空中断：IRQ2D7D0IN0IN7+5V数据总线分频器++13、下图是ADC0809和PC机的接口电路，请写出查询方式下的汇编语言程序，假设地址信号=220H时，图中译码器输出有效，221H时，图中三态门信号有效IOW译码器D2D1D0PCVCCAENA0~A9IORSTARTALEOEADDAADDBADDCVREF(+)VREF()CLOCKEOCD7D0IN0IN7GND扩展槽+5VD7D0IN0IN7+5V数据总线分频器++D0221HSTART:MOVAL，00HMOVDX，220HOUTDX，AL；选中IN0模拟通道，启动ADC0809开始启动MOVDX，221H；读入EOC状态L：INAL，DXANDAL，01HJNZL；判断EOC为0否，M：INAL，DX；EOC为0，则去判断EOC为1否？ANDAL，01HJZM；EOC仍为0，继续读入EOCINAL，220H；EOC为1，说明ADC0809已转换好，读入数据RET14、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～50℃，线性温度变送器输出0～5V，试求测量该温度的分辨率。•分辨率=(50-30)/255=0.0784℃640(5V0V)1.2549V255015、八位D/A转换芯片，其输出设计为0～5V，试求当CPU分别输出80H、40H、10H时，对应的输出各为多少伏？•80H=12840H=6410H=161280(5V0V)2.5098V2550160(5V0V)0.3137V255016、某热处理炉的温度变化范围是0~1000℃,要求分辨率为1℃，温度变送器输出范围为0~5V,则A/D转换器的字长N应为多少？如果字长N不变，现通过变送器零点迁移，将信号零点迁移到200℃，此时系统对炉温变化的分辨率是多少？1000log11012n10002000.781024℃17、使用光电隔离器件时，如何做到器件两侧的电气被彻底隔离？答：光电隔离器件两侧的供电电源必须完全隔离。a)不正确的隔离VC光隔干扰干扰VOb)正确的隔离VVOVCTTL7406R118、19、设12位A/D转换器的满量程电压FSR为10V，则该A/D转换器的量化单位是__2.44mV____。20、现已知某炉温变化范围为0~1500℃，要求测试时，分辨率为3℃，试确定A/D变换器的字长应选为多少？若A/D字长n不变，通过变送器将测试起点迁移到600℃，试问此时系统对炉温变化的分辩率为多少。21、A/D前采用的某传感器的最大输出为10伏，其精度为0.1%，试选择A/D板的字长位数及精度。答：10位，10V/1024=0.00976V=9.76mV±0LSB12位，10V/4096=0.00244V=2.44mV±1LSBC88.0102460015009)315001(log2n4V—1638q=2.44mV,4V-q*1/2-q~4+q*1/2+q21、给出多通道复用一个D/A转换器的原理示意图。过程参数PC总线检测信号调理多路转换器采样保持器A/D转换器接口逻辑电路22、ADC0809EOC信号的作用是什么？计算机读取ADC0809的数据时，有几种方法？21、为使传感器特性与A/D变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D之间加入。A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。延时等待法:EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。•查询法:EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。•中断响应法:EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。23、用ADC0808测量某罐温度，其温度波动范围30～50℃，线性温度变送器输出0～5V，试求测量该温度的分辨率和精度。已知ADC0808的精度±1/2LSB解：分辨率q=（50-30）/255=0.078℃绝对精度=1/2*q=0.039℃相对精度=0.039/20=0.196%q=5V/255=19.6mV2V—10224、某执行机构的输入变化范围为4～20mA，灵敏度为0．05mA,应选D／A转换器的字长为多少位?解:(20-4)/0.05=320,n≥9,取1025简述开关量光电耦合输入电路中，光电耦合器的作用。答：开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能a)不正确的隔离VC光隔干扰干扰VOb)正确的隔离VVOVCTTL7406R1第三章常用控制程序设计1、数字滤波与模拟滤波相比有什么特点？数字滤波克服了模拟滤波器的不足，它与模拟滤波器相比，有以下几个优点：(1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好；(2)数字滤波可以对频率很低(如0.01Hz)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷；(3)数字滤波器可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。2、常用的数字滤波方法有几种？它们各自有什么特点？•（1）程序判断滤波法：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。•（2）中值滤波法：它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。•（3）算术平均值滤波法：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。•（4）加权平均值滤波：可以提高滤波效果•（5）惯性滤波法：适用于慢速随机变量的滤波•（6）复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效