上海工程技术大学工控机复习资料doc文档格式.docx

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5.简述数字量输出通道的功能及其常用的输出驱动电路。

数字量输出通道简称DO通道，它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。

根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。

常用的有三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路等。

6.对比分析说明三极管输出驱动与继电器输出驱动电路的异同点。

1对于低压情况下的小电流开关量，用功率三极管就可作开关驱动组件，其输出电流就是输入电流与三极管增益的乘积。

2电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。

继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。

7.对比分析说明晶闸管输出驱动与固态继电器输出驱动电路的异同点。

晶闸管又称可控硅（SCR），是一种大功率的半导体器件，具有用小功率控制大功率、开关无触点等特点，在交直流电机调速系统、调功系统、随动系统中应用广泛。

晶闸管是一个三端器件，其符号表示如图2-10所示，（a）为单向晶闸管，有阳极A、阴极K、控制极（门极）G三个极。

当阳、阴极之间加正压时，控制极与阴极两端也施加正压使控制极电流增大到触发电流值时，晶闸管由截止转为导通；

只有在阳、阴极间施加反向电压或阳极电流减小到维持电流以下，晶闸管才由导通变为截止。

单向晶闸管具有单向导电功能，在控制系统中多用于直流大电流场合，也可在交流系统中用于大功率整流回路。

固态继电器SSR（（SolidStateRelay））是一种新型的无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合，而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电器的功能，故称为固态继电器。

它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优点，在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取代电磁继电器之势。

指令冗余技术

当计算机系统受到外界干扰，破坏了CPU正常的工作时序，可能造成程序计数器PC的值发生改变，跳转到随机的程序存储区。

为了解决这一问题，可采用在程序中人为地插入一些空操作指令NOP或将有效的单字节指令重复书写，此即指令冗余技术。

由于空操作指令为单字节指令，且对计算机的工作状态无任何影响，这样就会使失控的程序在遇到该指令后，能够调整其PC值至正确的轨道，使后续的指令得以正确地执行。

但我们不能在程序中加入太多的冗余指令，以免降低程序正常运行的效率。

一般是在对程序流向起决定作用的指令之前以及影响系统工作状态的重要指令之前都应插入两、三条NOP指令，还可以每隔一定数目的指令插入NOP指令，以保证跑飞的程序迅速纳入正确轨道。

指令冗余技术可以减少程序出现错误跳转的次数，但不能保证在失控期间不干坏事，更不能保证程序纳入正常轨道后就太平无事了。

解决这个问题还必须采用软件容错技术，使系统的误动作减少，并消灭重大误动作。

软件陷阱技术

软件陷阱，就是在非程序区设置拦截措施，使程序进入陷阱，即通过一条引导指令，强行将跑飞的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。

如果我们把这段程序的入口标号称为ERROR的话，软件陷阱即为一条

JMPERROR指令。

为加强其捕捉效果，一般还在它前面加上两条NOP指令，因此真正的软件陷阱是由3条指令构成：

NOPNOPJMPERROR

软件陷阱安排在以下四种地方：

1）未使用的中断向量区，2）未使用的大片ROM空间，3）程序中的数据表格区，4）程序区中一些指令串中间的断裂点处。

由于软件陷阱都安排在正常程序执行不到的地方，故不影响程序的执行效率，在当前EPROM容量不成问题的条件下，还应多多安插软件陷阱指令。

WatchdogTimer工作原理

为了保证程序运行监视系统的可靠性，监视系统中必须包括一定的硬件部分，且应完全独立于CPU之外，但又要与CPU保持时时刻刻的联系。

因此，程序运行监视系统是硬件电路与软件程序的巧妙结合。

图8-30给出了WatchdogTimer的工作原理。

CPU可设计成由程序确定的定时器1，看门狗被设计成另一个定时器2，它的计时启动将因CPU的定时访问脉冲P1的到来而重新开始，定时器2的定时到脉冲P2连到CPU的复位端。

两个定时周期必须是

T1＜T2，T1就是CPU定时访问定时器2的周期，也就是在CPU执行的应用程序中每隔T1时间安插一条访问指令。

在正常情况下，CPU每隔T1时间便会定时访问定时器2，从而使定时器2重新开始计时而不会产生溢出脉冲P2；

而一旦CPU受到干扰陷入死循环，便不能及时访问定时器2，那么定时器2会在T2时间到达时产生定时溢出脉冲P2，从而引起CPU的复位，自动恢复系统的正常运行程序。

第六章

通信系统构成有信息源：

需要发送的数据。

发送设备：

使不同种类和速率的信息源与传输介质相匹配

传输介质：

是发送设备与接收设备之间信号传递所经过的媒介。

例如：

电磁波，红外线，电缆、光缆、双绞线等

接收设备：

完成对发送设备的反变换

数据通信的基本传输方式有

（1）并行通信：

传送数据的各位同时发送或接收

（2）串行通信：

传送数据的各位按顺序一位一位进行发送和接收

数字信息的数字信号的编码：

单极性编码，双极性编码，归零编码，曼彻斯特码，差动曼彻斯特码

将数字信号调制为模拟信号有３种方式

调幅（ＡＳＫ）：

用原始信号控制载波振幅变化，容易受干扰

调频（ＦＳＫ）：

用原始信号控制载波频率变化，占用较宽频带，受介质制约大

调相（ＰＳＫ）：

用原始信号控制载波相率变化，抗干扰性能较好

第五章

l．在计算机控制系统中，一般要对测量数据进行哪些予处理技术？

在计算机控制系统中，数据采集是最基本的一种模式。

一般是通过传感器、变送器把生产过程的各种物理参数转换成电信号，然后经A/D通道或DI通道，把数字量送入计算机中。

计算机在对这些数字量进行显示和控制之前，还必须根据需要进行相应的数据处理。

数据处理离不开数值计算，而最基本的数值计算为四则运算。

由于控制系统中遇到的现场环境不同，采集的数据种类与数值范围不同，精度要求也不一样，各种数据的输入方法及表示方法也各不相同。

因此，为了满足不同系统的需要，设计出了许多有效的数据处理技术方法，如预处理，数字滤波，标度变换，查表和越限报警等。

2．何为数字调零？

何为系统校准？

零点偏移是造成系统误差的主要原因之一，因此零点的自动调整在实际应用中最多，常把这种用软件程序进行零点调整的方法称为数字调零。

上述数字调零不能校正由传感器本身引入的误差。

为了克服这种缺点，可采用系统校准处理技术。

系统校准的原理与数字调零差不多，只是把测量电路扩展到包括现场的传感器，而且不是在每次采集数据时都进行校准，而是在需要时人工接入标准参数进行校准测量，把测得的数据存储起来，供以后实际测量使用。

一般自动校准系统只测一个标准输入信号

VR，零点漂移的补偿仍由数字调零来完成。

3．简述数字滤波及其特点。

数字滤波，就是计算机系统对输入信号采样多次，然后用某种计算方法进行数字处理，以削弱或滤除干扰噪声造成的随机误差，从而获得一个真实信号的过程。

这种滤波方法只是根据预定的滤波算法编制相应的程序，实质上是一种程序滤波。

因而可靠性高，稳定性好，修改滤波参数也容易，而且一种滤波子程序可以被多个通道所共用，因而成本很低。

另外，数字滤波可以对各种干扰信号，甚至极低频率的信号进行滤波。

它的不足之处是需要占用CPU的机时。

总之，数字滤波与硬件滤波器相比优点甚多，因此得到了普遍的应用。

4．简述各种数字滤波方法的原理或算法及适用场合。

平均值滤波就是对多个采样值进行平均算法，这是消除随机误差最常用的方法。

中值滤波是将信号y的连续m次采样值按大小进行排序，取其中间值作为本次的有效采样值。

本算法为取中值，故采样次数m应为奇数，一般3~5次即可。

限幅滤波就是把两次相邻的采样值相减，求其增量的绝对值，再与两次采样所允许的最大差值DY进行比较，如果小于或等于DY，表示本次采样值y（k）是真实的，则取y（k）为有效采样值；

反之，y（k）是不真实的，则取上次采样值y（k-1）作为本次有效采样值。

惯性滤波是模拟硬件RC低通滤波器的数字实现

1．简述干扰的来源与传播途径。

干扰有的来自外部，有的来自内部。

外部干扰由使用条件和外部环境因素决定。

如雷电或大气电离作用以及其他气象引起的干扰电波；

天体干扰，如太阳或其他星球辐射的电磁波；

电气设备的干扰，如广播电台或通讯发射台发出的电磁波，动力机械、高频炉、电焊机等都会产生干扰；

此外，荧光灯、开关、电流断路器、过载继电器、指示灯等具有瞬变过程的设备也会产生较大的干扰；

来自电源的工频干扰也可视为外部干扰。

内部干扰则是由系统的结构布局、制造工艺所引入的。

内部干扰环境如图６-２所示，有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输造成的波反射；

多点接地造成的电位差引入的干扰；

装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；

甚至元器件产生的噪声等。

干扰传播的途径主要有三种：

静电耦合，磁场耦合，公共阻抗耦合。

2．串模干扰的成因是什么？

如何抑制串模干扰？

串模干扰是指迭加在被测信号上的干扰噪声，即干扰源串联在信号源回路中。

对串模干扰的抑制较为困难，因为干扰Un直接与信号Us串联。

目前常采用双绞线与滤波器两种措施。

3．共模干扰的成因是什么？

如何抑制共模干扰？

共模干扰是指计算机控制系统输入通道中信号放大器两个输入端上共有的干扰电压，可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值达几伏甚至更高，这取决于现场产生干扰的环境条件和计算机等设备的接地情况。

共模干扰电压的抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用被测信号的双端差动输入方式。

具体的有变压器隔离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施。

5．在计算机控制系统中，敷设信号线时应注意哪些问题？

选择了合适的信号线，还必须合理地进行敷设。

否则，不仅达不到抗干扰的效果，反而会引进干扰。

信号线的敷设要注意以下事项：

（1）模拟信号线与数字信号线不能合用同一根电缆，要绝对避免信号线与电源线合用同一根电缆。

（2）屏蔽信号线的屏蔽层要一端接地，同时要避免多点接地。

（3）信号线的敷设要尽量远离干扰源，如避免敷设在大容量变压器、电动机等电器设备的附近。

如果有条件，将信号线单独穿管配线，在电缆沟内从上到下依次架设信号电缆、直流电源电缆、交流低压电缆、交流高压电缆。

（4）信号电缆与电源电缆必须分开，并尽量避免平行敷设。

6．在计算机控制系统中，大致有哪几种地？

最终如何接地？

在计算机控制系统中，大致有以下几种地线：

模拟地、数字地、信号地、系统地、交流地和保护地。

模拟地作为传感器、变送器、放大器、A/D和D