微型计算机控制技术课后习题及答案

第一章1．计算机控制系统中的实时性、离线方式和在线方式的含义是什么？2．计算机控制系统由哪几部分组成？各有何作用？3．计算机控制系统按功能分类有哪几种?4．DCS和FCS各有什么特点?第二章1.什么是接口？计算机控制系统中为什么要有I/O接口电路？2.I/O接口的控制方式有哪几种？3.I/O端口地址译码方式及各自特点？3.香农采样定理的核心是什么？采样频率的高低对数字控制系统有何影响？5.多路转换开关在模拟量输入通道中的作用是什么？对它们有何要求？6.试述零阶保持器的作用及原理。是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器？为什么？补充：模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？答：模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。(1)I/V变换：提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力，减少了信号的衰减，为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。(2)多路转换器：用来切换模拟电压信号的关键元件。(3)采样保持器：A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。在进行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转换器之前加入采样保持器。(4)A/D转换器：模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量，能够完成这一任务的器件，称为之模/数转换器(Analog/DigitalConverter，简称A/D转换器或ADC)。补充：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。在进行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转换器之前加入采样保持器。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，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；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。补充：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。补充：A/D转换器的结束信号有什么作用？根据该信号在I/O控制中的连接方式，A/D转换有几种控制方式？它们在接口电路和程序设计上有什么特点？答：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。常见的A/D转换有以下几种控制方式，各自特点如下•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。•保持等待法:EOC与READY相连,EOC无效时,自动插入等待状态。直至EOC有效时，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。8.设有8路模拟量输入信号（0~5V），要求每次从0号通道开始，顺序将8个通道输入的模拟量转换成数字量，存放到规定的内存单元中。通过中断和查询两种方式读取数据。（1）设计ADC0809与AT89S51单片机的接口电路。（2）编写出实现上述数据采集功能的流程图和程序。本例给出用AT89C51、ADC0809设计的数据采集系统实例。接口电路原理图如图所示，ADC0809的地址分别为FEF8H~FEFFH；把采样转换所得的数字量按序存于片内RAM的30H~37H单元中。采样完一遍后停止采集。其数据采集的初始化程序和中断服务程序如下：初始化程序：MOVR0，#30H ；设立数据存储区指针MOVR2，#08H ；设置8路采样计数值SETBIT0 ；设置外部中断0为边沿触发方式SETBEA ；CPU开放中断SETBEX0；允许外部中断0中断MOVDPTR，#0FEF8H；送入口地址并指向IN0MOVX@DPTR，A ；启动A/D转换，A的值无意义HERE：SJMPHERE ；等待中断中断服务程序：MOVXA，@DPTR；读取转换后的数字量MOV@R0，A；存入片内RAM单元INCDPTR；指向下一模拟通道INCR0；指向下一个数据存储单元DJNZR2，INT0；8路未转换完，则继续CLREA；已转换完，则关中断CLREX0；禁止外部中断0中断RETI；中断返回INT0： MOVX@DPTR，A；再次启动A/D转换RETI；中断返回其查询式数据采集程序如下：MOVR0，#30H ；设立数据存储区指针MOVR2，#08H ；设置8路采样计数值SETBP3.2MOVDPTR，#FEF8H；送入口地址并指向IN0LOOP：MOVX@DPTR，A ；启动A/D转换，A的值无意义 JNBP3.2,$MOVXA，@DPTR；读取转换后的数字量MOV@R0，A；存入片内RAM单元INCDPTR；指向下一模拟通道INCR0；指向下一个数据存储单元DJNZR2，LOOP；8路未转换完，则继续HERE：SJMPHERE10.试述V/F转换器的工作原理及优越性。1.DAC0832与CPU有几种连接方式？他们在硬件接口及软件设计上有什么不同？其中用了哪些控制信号，其作用是什么？2.用DAC0832与AT89S51设计一个单缓冲的D/A转换器，要求画成接口电路，并编写出实现矩形和锯齿波的程序，要求每输出一个值的持续时间相同。实现矩形的程序：LL:MOVA,#00H;低电平MOVDPTR,#0FEFFHMOVX@DPTR,A;送转换LCALLDMS1;低宽度MOVA,#0FFH;高电平MOVX@DPTR,A;送转换LCALLDMS2;高宽度SJMPLLDMS1:MOVR6,#10L1:MOVR7,#100NOPL2:DJNZR7,L2DJNZR6,L1RETDMS2:MOVR4,#200L11:MOVR5,#248NOPL12:DJNZR5,L12DJNZR4,L11RET产生三角波 MOVA,#00H MOVDPTR,#0FEFFHSS1: MOVX@DPTR,A;送转换NOP NOP NOPSS2: INCA;等速上升 JNZSS1SS3: DECA MOVX@DPTR,A NOP NOP;等速下降 JNZSS3 SJMPSS23.用DAC0832与AT89S51设计一个双缓冲的D/A转换器，要求画成接口电路，并编写出实现三角波的程序。CS1：EQU280HCS2：EQU281HCS3：EQU282HCS4：EQU283HCS5：EQU284HCS6：EQU285HXEFR:EQU286HLL: MOVA,#0 MOVDPTR,#280HLL1： MOVX@DPTR,A;送DA MOVDPTR,#286H MOVX@DPTR,A;打开DAS,启动DANOP NOPSS2: INCA;等速上升 JNZLL1SS3: DECA MOVX@DPTR,A;送DA MOVDPTR,#286H MOVX@DPTR,A;打开DAS,启动DA NOP NOP;等速下降 JNZSS3 SJMPSS211.利用DAC0832与AT89S51设计D/A输出接口电路，要求实现单极性模拟输出。前面的都是单极性模拟输出14.什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？15.数字信号通道一般采取哪些抗干扰措施？第三章因为：双线性变换法：阶跃响应不变法：位置式两式相减得位置式递推式增量式答：采样周期的选择需要考虑以下那些因素：(1)从调节品质上看，希望采样周期短，以减小系统纯滞后的影响，提高控制精度。通常保证在95%的系统的过渡过程时间内，采样6次～15次即可。(2)从快速性和抗扰性方面考虑，希望采样周期尽量短，这样给定值的改变可以迅速地通过采样得到反映，而不致产生过大的延时。(3)从计算机的工作量和回路成本考虑，采样周期T应长些，尤其是多回路控制时，应使每个回路都有足够的计算时间；当被控对象的纯滞后时间τ较大时，常选T=（1/4~1/8）τ。(4)从计算精度方面考虑，采样周期T不应过短，当主机字长较小时，若T过短，将使前后两次采样值差别小，调节作用因此会减弱。另外，若执行机构的速度较低，会出现这种情况，即新的控制量已输出，而前一次控制却还没完成，这样采样周期再短也将毫无意义，因此T必须大于执行机构的调节时间。第四章第五章1.简述常用的数字滤波方法有几种？它们有什么优缺点？2.数字滤波与模拟滤波相比有什么优点？3.根据设计一个算术平均滤波程序。4.根据设计