微机控制系统课后习题答案26.docx
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微机控制系统课后习题答案26
第一章
1．微型计算机控制系统与连续控制系统的主要异同点是什么？
答：
将连续控制系统中的控制器用微型计算机来代替，就可以构成微型计算机系统。
控制系统中引入微型计算机后，控制规律便可由程序实现，微型计算机执行相应的程序，实现对被控参数的控制。
在连续控制系统中，系统的控制规律是由硬件电路实现的，改变控制规律就要改变硬件；而在微型计算机控制系统中，控制规律是通过程序实现，改变控制规律只需改变程序。
在微型计算机控制系统中，微型计算机的输入和输出都是数字信号，而变换发送单元送出的信号，以及大多数执行机构所能接收的信号，都是模拟信号。
因此，系统中需要有A/D转换器和D/A转换器。
连续控制系统不断地测量，经过反馈及补偿后，对生产过程产生连续不断的控制。
微型计算机控制系统是采样控制系统。
微型计算机每隔一个采样周期T会对被控参数进行一次测量，根据一定控制规律算出控制量后，去控制生产过程。
在两次采样时刻之间，微型计算机对被控参数不进行测量，其输出控制量自然也保持不变。
当用一台微型计算机控制多个参数时，微型计算机按巡回测量控制方式工作。
2.从微型计算机参与控制的方式上，微型计算机控制系统可分为哪几类？
各有什么特点？
答:
可分为数据采集系统（DAS）、直接数字控制系统（DDC）、监督计算机控制系统（SCC）、分散型控制系统（DCS）。
数据采集系统（DAS）：
数据采集系统中微型计算机通过模拟量、开关量输入通道进行数据采集，将采集到的数据进行分析处理，以实现生产过程中的集中监视及实现生产过程的操作指导。
该系统中的微型计算机不直接参与生产过程控制，不会对生产过程产生直接影响。
直接数字控制系统（DDC）：
微型计算机通过模拟量输入通道、数字量输入通道进行数据采集，然后按照一定的控制规律进行实时决策，最后通过模拟量输出通道、数字量输出通道输出控制信号，实现对生产过程的直接控制。
由于该系统中夺得微型计算机直接参与生产过程的控制，故要求微型计算机系统实时性好、可靠性高和环境适应性好。
监督计算机控制系统（SCC）：
SCC系统是一种两级微型计算机控制系统，其中DDC级微型计算机完成生产过程的直接数字控制；SSC级微型计算机则根据生产过程的工作状况和已定的数学模型，进行最优化分析计算，产生最优给定值，交由DDC级微型计算机执行。
分散型控制系统（DCS）：
DCS系统利用多台微型计算机，采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上而下分为过程控制级、控制管理级、生产管理级等若干级，形成分布式控制。
3．微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？
各部分的作用是什么？
答：
由四部分组成。
图1.1微机控制系统组成框图
（1）主机：
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部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算（如调节规律运算、最优化计算等）和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
（2）输入输出通道：
这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
（3）外部设备：
这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备（操作台）、输入输出设备（磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等）和外存贮器（磁盘）。
其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
（4）检测与执行机构
a.测量变送单元：
在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号（0～5V或4～20mA）后，再送入微机。
b.执行机构：
要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。
例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构（调节阀）来控制进入加热炉的煤气（或油）量以实现预期的温度值。
常用的执行机构有电动、液动和气动等控制形式，也有的采用马达、步进电机及可控硅元件等进行控制。
4．工业控制微型计算机与主要用于科学计算方面的微型计算机有何异同点？
答：
工业控制微型计算机与主要用于科学计算方面的信息处理机是两类不同用途的计算机。
二者都是以微型计算机为核心所构成的装置。
与信息处理计算机相比，工控机具有可靠性高、环境适应性强、可维护性好、硬件配置上的可装配性和可扩充性好、丰富的过程输入/输出能力、应用软件丰富等特点。
5．何谓微型计算机系统的实时性？
如何保证微型计算机系统的实时性？
答：
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。
实时性指标涉及一系列时间延迟，如仪表延迟、输入延迟、运算处理延迟、输出延迟等。
另外，中断是微型计算机控制系统实现实时控制的一个十分重要的功能。
6．简述DDC和SCC系统的工作原理。
答：
直接数字控制系统（DDC系统）：
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。
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。
其原理框图如下图所示。
计算机监督控制系统（SCC系统）：
SCC（SupervisoryComputerControl）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行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。
其原理框图如下图所示。
7．进一步查阅资料，了解计算机控制系统的发展趋势。
答：
大规模及超大规模集成电路的发展，提高了计算机的可靠性和性能价格比，从而使计算机控制系统的应用也越来越广泛。
为更好地适应生产力的发展，扩大生产规模，以满足对计算机控制系统提出的越来越高的要求，目前计算机控制系统的发展趋势有以下几个方面：
a.普及应用可编程序控制器b.采用集散控制系统c.研究和发展智能控制系统
第二章
1．在模拟量输入输出通道中，采样保持器起何作用？
是否在所有的模拟量输入输出通道中都需要采样保持器？
为什么？
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。
不是在所有的模拟量输入输出通道中都需要采样保持器。
当被测信号变化缓慢时，若A/D转换器转换时间足够短，则可以不加采样保持器。
2．A/D转换器的转换速度主要根据系统模拟量输入点数和输入模拟量的最高频率来选择。
现假设模拟量输入点数为8，最高信号频率分别为2kHz和10kHz，则A/D转换器的转换速度各为多少？
解：
最高信号频率为2kHz时，A/D转换器的转换速度为：
v=
=512000位/秒
最高信号频率为10kHz时，A/D转换器的转换速度为：
v=
=2560000位/秒
3．A/D转换器的分辨率和线性误差两技术指标含义上有何不同？
答：
分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标。
线性误差是指A/D转换器的理想转换特性应该是线性的，但实际转换特性并非如此。
在满量程输入范围内，偏移理想转换特性的最大误差定义为线性误差。
4．设计一块PC总线或其他总线的32路单输入12位A/D转换模板。
A/D转换器选AD574A，所需的多路开关、运算放大器、采样保持器和其他器件自选，要考虑总线驱动。
转换结束后用中断方式通知主机，系统分配给该模板的地址为2C8H～2CFH（或另行分配）。
1）设计该模板的硬件原理图。
2）设计数据采集程序，系统每隔一个采样周期T=2s，对32路输入巡回采样一遍，采集到得数据送以BUFE为首地址的内存缓冲区中。
3）计算出该模块的最高数据采集频率（各器件的有关参数可通过查阅手册得到）。
解：
1）
2）AD574PROCNEAR
MOVCX,32
MOVBL,00000000B
LEASI,BUF
NEXTCH:
MOVDX,212H
MOVAL,BL
OUTDX,AL
NOP
NOP
ORAL,01000000B
OUTDX,AL
NOP
ANDAL,10111111B
OUTDX,AL
MOVDX,210H
POLING:
INAL,DX
TESTAL,80H
JNZPOLING
MOVAL,BL
ORAL,00010000B
MOVDX,212H
OUTDX,AL
ORAL,01000000H
OUTDX,AL
MOVDX,210H
INAL,DX
ANDAL,0FH
MOVAH,AL
INCDX
INAL,DX
MOV[SI],AX
INCSI
INCSI
INCBL
LOOPNEXTCH
MOVAL,00111000B
MOVDX,212H
OUTDX,AL
RET
AD574END
3）AD574速度：
25μs;
AD625速度：
40ns
LF398速度:
10μs
CD4051速度：
500ns
故该模块的最高数据采集频率为40K.
5.设ADC0809与CPU的连接如图2-45所示。
要求用查询方式采样来自IN4通道的输入信号，采样100点，采样数据存入ADBUF缓冲区，试编程实现。
解：
编程：
OUT84H,AL
MOVR1，#64H
LOOP:
DECR1
WAIT:
INAL,70H
TESTAL,01H
JZWAIT
INR0,60H
DECR0
CJNER1,#00H,LOOP
6.试设计一个数据采集电路，要求该电路能对8路模拟信号进行连续巡回检测，电压转换范围0～10V，相对精度0.05%，采样间隔为1s，按此要求画出巡回检测系统的电路原理图，并回答以下问题：
1）在该电路中A/D转换器至少应采用多少位的？
2）该电路的A/D转换器转换完成，采用何种方式了解？
3）编写启动A/D转换器及读取转换结果的程序段。
4）画出实现8路巡回采样的程序流程图。
解：
电路图如下：
1）7位
2）STS，A/D转换器转换结束标志
3）启动：
ORAL,01000000B
OUTDX,AL
NOP
读转换结果：
MOVDX,210H
POLING:
INAL,DX
TESTAL,80H
JNZPOLING
MOVAL,BL
ORAL,00010000B
MOVDX,212H
OUTDX,AL
ORAL,01000000H
OUTDX,AL
MOVDX,210H
INAL,DX
ANDAL,0FH
MOVAH,AL
INCDX
INAL,DX
MOV[SI],AX
4）程序流程图：
7.某热处理炉温度变化范围为0～1350℃，经温度变送器变换为1～5V电压送至ADC0809.当T=kT时，ADC0809的转换结果为6AH，问此时的炉内温度为多少度？
解：
6AH转换成十进制数是106
T=
≈559℃
8．编制一个能完成中值加均值滤波的子程序，设m=8,8个采样值排序后，取中间的四个采样值平均。
采样值为12位2进制数。
;ADDR为数据首地址
；最后平均值在R7中
MOVR0,ADDR
SORT:
MOVA,R0
MOVR1,A
MOVR5,#08H
CLRF0
DECR5
MOVA,@R1
LOOP:
MOVR3,A
INCR1
CLRC
MOVA,@R1
SUBBA,R3
JNCLOOP1
SETBF0
MOVA,R3
XCHA,@R1
DECR1
XCHA,@R1
INCR1
LOOP1:
MOVA,@R1
DJNZR5,LOOP
JBF0,SORT
AVE:
MOVR1,ADDR+2
MOVA,@R1
INCR1
ADDA,@R1
INCR1
ADDA,@R1
INCR1
ADDA,@R1
MOVB,#04H
DIVAB
MOVR7,A
9．DAC0832用做波形发生器。
试根据图2-46中的接线，分别写出产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图2-47所示。
解：
锯齿波：
ORG2000H
START:
MOVR0,#FEH
MOVA,#00H
LOOP:
MOVX@R0，A
INCA
SJMPLOOP
三角波：
ORG2000H
START:
MOVR0，#0FEH
MOVA,#00H
UP:
MOVX@R0，A
INCA
JNZUP
DOWN:
DECA
MOVX@R0，A
JNZDOWN
SJMPUP
矩形波：
ORG2000H
START:
MOVR0,#0FEH
LOOP:
MOVA,#DATA1
MOVX@R0,A
LCALLDEALY1
MOVA,#DATA2
MOVX@R0,A
LCALLDELAY2
SJMPLOOP
10.欲利用两片DAC0832控制执行机构实现X-Y绘图仪功能。
设所测待绘曲线的数据分别存入ARRAY1和ARRAY2数据区中，数据区中长度为30H，请编程实现将ARRAY1和ARRAY2两片数据区中的数据分别从1#和2#DAC0832同时绘出，控制X-Y绘图仪绘出所测曲线（DAC0832与总线接口电路如图2-48所示，设1#和2#DAC0832的端口输入寄存器地址为320H、321H，DAC寄存器地址为323H）。
解：
两路模拟量输出是为了使绘图笔能沿X-Y轴作平面运动，而模拟量同步输出则是为了使绘制的曲线光滑，否则绘制出的曲线就是台阶状的，绘出的曲线如图所示。
为此就要使用两片DAC0832，并采用双缓冲方式连接，如图7.31示。
图7.31电路中，以译码法产生地址，两片DAC0832共占据三个单元地址，其中两个输入寄存器各占一个地址，而两个DAC寄存器则合用一个地址。
编程时，先用一条传送指令把X坐标数据送到X向转换器的输入寄存器；再用一条传送指令把Y坐标数据送到Y向转换器的输入寄存器；最后再用一条传送指令同时打开两个转换器的DAC寄存器，进行数据转换，即可实现X、Y两个方向坐标量的同步输出。
（b）（c）（a）
图2-49单片机控制X-Y绘图仪
（a）同步输出；（b）先X后Y；（c）先Y后X
假定X方向DAC0832输入寄存器地址为F0H，Y方向DAC0832输入寄存器地址为F1H，两个DAC寄存器公用地址为F2H；X坐标数据存于DATA单元中，Y坐标数据存于DATA+1单元中，则绘图仪的驱动程序为
MOVR1，#DATA；X坐标数据单元地址
MOVR0，#0F0H;X向输入寄存器地址
MOVA，@R1;X坐标数据送A
MOVX@R0，A；X坐标数据送输入寄存器
INCR1指向Y坐标数据单元地址
INCR0；指向Y向输入寄存器地址
MOVA，@R1；Y坐标数据送A
MOVX@R0，A；Y坐标数据送输入寄存器
INCR0；指向两个DAC寄存器地址
MOVX@R0，A；X、Y转换数据同步输出
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