测控系统原理与设计重点题型

1、1、微机化测控系统分拿几类？微机化检测系统、微机化控制系统、微机化测控系统2、模拟量输入通道由那几部分组成？以及各部分的作用？传感器：将非电量转换为电量调理电路 : 放大、滤波采集电路：将模拟信号转换为数字信号3、模拟量输出通道由哪几部分组成？输出数据寄存器、D/A 转换器、调理电路（模拟显示器、模拟记录器、模拟执行机构）4、前置放大器：判断信号大小准则？所放位置前后的判断？放大倍数如何确定?判断信号大小准则输出噪声 : 电路在没有信号输入时，输出端输出一定幅度的波动电压. 等效输入噪声 :把电路输出端测得的噪声有效值VON折算到该电路的输入端VINVONK判断依据：是否被淹没？如果加在某电路

2、输入端的信号幅度小到比该电路的等效输入噪声还要低.VONVIS < VINK前置放大器的作用:总输出噪声 : VON'(VIN 0K0K )2(VIN K )2总的等效增效输入噪声 : VIN'VON'VIN20(VIN )2K 0 KK 0为使： VIN'VIN须满足以下条件： VIN 0VIN11K 02位置上，在滤波器的前面OR 后面在测控领域，被测信号的频率通常比较低，滤波器大多采用RC有源滤波器。由于电阻元件是电路噪声的主要根源，因此RC滤波器产生的电路噪声比较大。如果把放大器放在滤波器后面，滤波器的噪声将会被放大器放大，使电路输出信噪比降低。&

3、#39;(VIN 1 K )2(VIN 0 K )222VINKVIN 0VIN 1滤波器1 / 91、隔直电容的作用使调理电路的零漂电压不会随被测信号一起送到采集电路。2、高通滤波器滤除低频干扰3、陷波器抑制交流电干扰。4、低通滤波器滤除高频干扰，“去混淆”5、采集电路的四种方案？PGA SH的作用？采集电路的设计（实现模拟信号到数字信号的电路、AD芯片的选择是核心）测模拟信号恒定或变化缓慢的场合被测模拟信号随时间变化的场合6、前置与主放大器的区别以及适用情况？主放大器为了避免弱信号采样电压在A/D 转换时达不到要求的转换精度，将MUX输出的子样电压放大到接近A/D 满量程，使数字转换精度提

4、高 K 倍。7、DA+保持器（数据保持器及模拟保持器的机构与优缺点）？数据保持器：2 / 9数据完好、成本高数据误差、成本低8、开关量输入输出通道。技术指标：抗干扰、可靠性输入微机总线输入缓冲输入调理生产过程器电路片选地址译码器开关量输出通道结构9、单元电路级联设计：电器匹配方案（3 种）、信号耦合方式？步进电机的正反转控制电器匹配方案：电气性能的相互匹配、信号耦合与时序逻辑、电平转换接口信号耦合方式：1、直接耦合方式前后级电路间直接或通过电阻连接。特点：前级的直流成分和交变信号都传到后级。不处理。 2、阻容耦合方式前后级电路间通过电容连接，特点：前级的直流成分被隔断，仅交变信号传到后级。“隔

5、直传变”10、主机电路组合方式：内插式外接式3 / 9组合式11、CPU的读取方式：定时、中断、查询12、接口电路： 3-2-1:3-2-213、AD 计算（ P20）14、DA 接口15、单缓冲、双缓冲方式适用情况？分析（片地址、模块功能、工作方式）适用情况：是否需要同步输出单缓冲：分时锁存并转换双缓冲：先分时锁存，后同时转换接线的区别：(P2.7 0地址码 7FFH)(P2.6 0地址码 BFFH)(P2.5 0地址码 DFFH)16、人机接口程序（4 例题） +系统设计题设计举例 1设计 8 只独立式按键的键盘接口电路并编制相关程序。主机采用8031 单片机，用8155 扩展 I/O 接

6、口，并用中断方式处理8 只按键。采用软件消抖方式消除键抖动。采用中断工作方式，即只有当键盘中有键被按下时，才执行扫描工作。下图为采用中断方式处理只按键的接口电路图当无键按下时，条测试线均为高电平，经与非门及反相器后仍为高电平，不会产生中断。当其中任一键按下时，INT0 变为低电平，向8031 申请中断。 8031 响应后便进入中断服务程序，然后用扫描方法寻找到申请中断的功能键并执行相应功能处理程序设计举例 2设计 32 键矩阵式键盘与单片机接口电路并编制相关程序。主机采用8031，用 8155 扩展 I/O 端口，并采用编程扫描工作方式的行扫描法来识别键值。4 / 91. 行扫描法该图为 4&

7、#215;8 矩阵键盘与单片机接口电路。8155 的端口 C 工作于输出方式，用于行扫描。端口A 工作于输入方式，用来读入列值。由图可知，8155 的命令 /状态寄存器、端口A、端口 B 和端口 C 的地址分别为0100H、0101H、0102H 和 0103H。采用编程扫描工作方式的行扫描法步骤如下：(1)判是否有键按下。实现方法：使端口C 所有的行输出均为低电平，然后从端口A 读入列值。如果没有键按下，读入值应为 FFH，如果有键按下，则不为FFH。(2) 若有键按下，则延时 10ms，再判断是否确实有键按下。(3)若确实有键按下，则求出按下键的键值。其实现方法是对键盘进行逐行扫描。即先令

8、PC0 为 0，读入列值，若列值等于FFH，说明该行无键按下，再令PC1为 0，对下一行进行扫描；若列值不等于FFH，说明该行有键按下，求出其键值。求键值时要设置行值寄存器和列值寄存器。每扫完一行，若无键按下，则行值寄存器加上08H；若有键按下，行值寄存器保持原值，转而求相应的列值。求列值的方法是，将列值右移，每移位一次列值寄存器加1，直至移出位为低电平为止。最后将行值和列值相加即得键值。若需要十进制键值，可进行DAA修正。(4) 为保证按键每闭合一次 CPU只做一次处理，程序需等闭合的键释放后再对其做处理设计举例 3设计 LED静态显示接口电路及显示程序。要求显示器接口电路完成一位极性和3

9、位十进制数字的显示，并根据小数点状态信息点亮相应位的小数点。主机采用8031，并用 74LS244 为总线驱动器， 74LS273 作为锁存器， 74LS138作为地址译码5 / 9设 8031 片内 RAM的 30H 至 34H为显示缓冲区，共五个单元。30H单元是小数点状态信息存储单元，低4 位每一位分别对应相应位显示器的小数点，如果为1 点亮该点小数点。 31H 单元存放极性码， 0A 表示正， 0B 表示负，其对应的段码位FFH（显示空白）和 BFH（显示“ - “）存放于表中 SEG+10和 SEG+11单元中。 32H至 34H 顺序存放从高位到低位被显示的3 位十进制数字。设计举

10、例 4设计 LED动态扫描显示接口电路及显示程序。主机采用8031,8155 作为接口芯片， 6 位 LED显示，显示缓冲区为30H35H,利用软件译码的方法求出待显示数对应的段码，各位从左到右依次进行显示，每位数码管显示35ms，显示完一位后，再重复上述过程，得到连续的显示效果5、模拟量输入通道设计对数据采集系统的几个要求：1、能够采集 8 个模拟量，即有8 个输入通道6 / 92、系统的分辨率为 12 位，即要求12 位 A/D 转换3、单极性工作方式，电压范围 010V4、转换速度 25s+12V+5V100 100K 5、系统采用查询方式进行数据输入100K 12/8 V LOGIC8

11、 通道模拟量输入电路原理图 PA PAPAPBPC 总线8255APBPCPCPCPCPCPCPC7STSBIFOFF-12V3D 11REFIN0D 8100REFOUT+15V-15V7D 7+15V8AD574A0D 013V DDV EE10V IN56CELF398S mCS4CD4051S 0V 057R/C64AGNDC HINH3A 0-15V2C1DGNDB0AS 7V 7V SS17、测量数据处理包括哪些？零位和灵敏度的误差校正；量程自动切换；超限自动报警；标度变换；非线性校正算法；数字滤波图3-198 路12 位 A/D转换模板电路18、灵敏度误差、零位误差？“零位误差”

12、 x0输入 y 为零时的输出；“灵敏度误差”指实际灵敏度k 与标称灵敏度k0 的偏差19、软件校正方法？20、量程自动切换（为什么、实现）原因 1、使测量过程自动迅速地选择在最佳量程上；2、既能防止数据溢出和系统过载，又能保证一定的测量精度。实现：21、标度变换（为什么）；软件实现方法计算题原因：为能从显示器上直接读取带有被测量量纲的数值所进行必要的变换计算题：某微机化温度测量仪表的量程为 100900，利用单片机 803l 和 ADC0809进行 AD转换。在某一时刻计算机采样并经过数字滤波后的数字量为 CDH，求此时对应的温度值是多少 ?( 设仪表的量程是线性的 )NiNL ( DiDL)

13、 NHNL100 205900100743.1( C)DHDL255022、数字滤波类型（3 种）？以及原理？1、限幅滤波：比较本次采样值和上一次采样值，如果它们的差值未超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值有效而保留。如果它们的差值超过允许的最大偏差值，则认为本次采样值无效而用上一次采样值替代2、中位值滤波：对某一被测参数连续采样n 次( 一般 n 取奇数 ) ，然后把 n 次采样值按大小排列，取中间值为本次采样值。3、平均滤波（去极值平均滤波）：连续采样N次，去掉一个最大值，去掉一个最小值，再求余下N-2 个采样值的平均值23、什么叫 PID？比例积分微分调节24、位置式与增量式公式以及优

14、缺点？计算题k位置式： u(k )K p e(k)K ie( j )K d e(k)e( k1)j0增量式：u( k) K p e( k) e(k 1)T e(k )Td e(k ) 2e(k 1) e(k 2)TiT优缺点：位置式k1、积分项e( j ) （计算繁琐，占内存太多。）j 17 / 92、其输出与阀位一一对应，故称：位置式（能准确定位，但误动作危害大）3、每次输出需要计算阀的绝对位置增量式1、每次都在上一阀位计算增量，故称：增量式。2、数据存储所需空间少（保存3 个采样值）3、误动作危害少。不易引起积分饱和。手/ 自动切换方便。计算题5-1设有一温度控制系统，温度测量范围是0-6

15、00 . 温度采用 PID 控制，控制指标450±2已知比例系数Kp=4，积分时间 Ti=60s, 微分时间 TD=5S,采样周期 T=5s, 当测量值 c （n）=448C(n-1)=449,c(n-2)=452时，计算增量输出u(n).若 u(n-1)=1860, 计算 u(n)?K IT451K DTD41512KP TI60 3，K P T5，e( n)rc( n)4504482，e(n1) rc(n1)450449 1，e( n2)rc(n2)4504522，u(n)4(21)1212221(2)19，3u(n)u(n1)u(n)1860(19)184125、不完全 PID

16、 改进（不完全微分法、抗饱和积分法）计算题（举例）某温度控制系统，温度量程为 0至1275 ， A/D转 换 为8 位，并采用8 位字长定点运算。设KP=1,T=1S,TI=10s,e(k)=50T1255uI (k )KP TIe( k)10(127550)126、无扰动切换？如何对位平衡操作？1、无平衡无扰切换的要求：在进行手动到自动或自动到手动的切换之前，无须由人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作，就可以保证切换时不会对执行机构的现有位置产生扰动。2、无平衡无扰切换的措施：在手动 (SM或 HM)状态下，应使给定值 (CSV)跟踪被控量 (CPV)，同时也要把历史数据，如 e(n-1) 和 e(n-2) 清零，还要使 u(n-1) 跟踪手动控制量 (MV 或 VM)。从输出保持状态或安全输出状态切向正常的自动工作状态时，可采取类似的措施。27、自检方式？