微型计算机控制作业题Word格式.docx

1、（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

2、信号（05V或 420mA）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.微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作

3、，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。（1）系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序；c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序（编译程序）、服务程序（装配程序和编辑程序）、模拟主系统（系统模拟、仿真、移植软件）、数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译、企业管理等。（2）应用软件:它是面向用户本身的程序，即

4、指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。应用软件包括：a.过程监视程序：指巡回检测程序、数据处理程序、上下限检查及报警程序、操作面板服务程序、数字滤波及标度变换程序、判断程序、过程分析程序等；b.过程控制计算程序：指的是控制算法程序、事故处理程序和信息管理程序，其中信息管理程序包括信息生成调度、文件管理及输出、打印、显示程序等；c.公共服务程序：包括基本运算程序、函数运算程序、数码转换程序、格式编码程序。（3）数据库：数据库及数据库管理系统主要用于资料管理、存档和检索，相应软件设计指如何建立数据库以及如何查询、显示、调用和修改数据等。5.操作指导、DDC 和 SCC 系统工作原理如何？它

5、们之间有何区别和联系？（1）操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用。其原理框图如图 1.2 所示。图 1.2操作指导控制系统原理框图（2）直接数字控制系统（DDC 系统）：DDC（Direct Digital Control）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

6、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。其原理框图如图 1.3所示。图 1.3 DDC 系统原理框图（3）计算机监督控制系统（SCC 系统）：SCC（Supervisory Computer Control）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。SCC 系统的原理框图如图 1.4所示。图 1.4 SCC 系统原理框图 SCC 是操作指导控制系统和 DDC 系统的综合与发展。第二章 模

7、拟量输入/输出通道的接口技术 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。按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。2.模拟量输入通道由哪些部分组成？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

8、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/Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC）。3.对理想多路开关的要求是什么？理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。此外，还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。4.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。采样保持器的作用：A/D转换器完成一次 A/

9、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。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。5.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。6.A/D转换器的结束信号 EOC 有

10、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？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。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。7.设被测温度变化范围为 0oC1200oC,如果要求误差不超过 0.4oC,应

11、选用分辨为多少位的 A/D转换器？选择依据：8.设计出 8路模拟量采集系统。请画出接口电路原理图，并编写相应的 8路模拟量数据采集程序。本例给出用 8031、DAC0809 设计的数据采集系统实例。把采样转换所得的数字量按序存于片内 RAM 的 30H37H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：MOV R0，#30H ；设立数据存储区指针 MOV R2，#08H ；设置 8路采样计数值 SETB IT0 ；设置外部中断 0 为边沿触发方式 SETB EA ；CPU 开放中断 SETB EX0；允许外部中断 0中断 MOV DPTR，#FEF8H；送

12、入口地址并指向 IN0 LOOP：MOVX DPTR，A ；启动 A/D转换，A的值无意义 HERE：SJMP HERE；等待中断 中断服务程序：MOVX A，DPTR ；读取转换后的数字量 MOV R0，A ；存入片内 RAM 单元 INC DPTR；指向下一模拟通道 INC R0；指向下一个数据存储单元 DJNZ R2，INT0 ；8 路未转换完，则继续 CLR EA；已转换完，则关中断 CLR EX0；禁止外部中断 0中断 RETI；中断返回 INT0：再次启动 A/D转换 RETI；中断返回 9.模拟量输出通道由哪几部分组成？模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、功率放大和 V/

13、I变换等信号调理电路等组成。（1）D/A转换器：模拟量输出通道的核心是数/模转换器（Digital/Analog Converter,简称 D/A转换器或 DAC）。它是指将数字量转换成模拟量的元件或装置。（2）V/I变换：一般情况下，D/A转换电路的输出是电压信号。在计算机控制系统中，当计算机远离现场，为了便于信号的远距离传输，减少由于传输带来的干扰和衰减，需要采用电流方式输出模拟信号。许多标准化的工业仪表或执行机构，一般是采用 010mA或 420mA 的电流信号驱动的。因此，需要将模拟电压信号通过电压/电流（V/I）变换技术，转化为电流信号。10.采用 DAC0832 和 MCS-51

14、单片机接口。请画出接口电路原理图，并编写产生三角波、梯形波和锯齿波的程序。11.设计一八路数据采集及其回放系统。要求八路数据巡回检测，存储 10 组数据，输出数据为电压信号（0-5V），检测精度1%。CPU、AD、DA可任选。12.设 A/D转换电路如图 1 所示，（1）说明图中 A/D转换方式。图中 A/D转换为查询方式（2）写出图中 8255A的地址。写出图中 8255A的地址。G1 G2A G2B C B A P2.7 P2.6P2.5 0 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 1 1 1 0 1 1 0 X X Y6 所以,8255A的地址是:F800HFB00H（或:F8

15、FFH6BFFH）（3）画出实现该 A/D转换的流程图。画出实现该 A/D转换的流程图如下 13、图中画出 CD4051 的引脚图，要求利用该芯片进行扩展，设计成一个 16路多路开关。要求：（1）.完成硬件设计 答：（1）设计如图所示。（2）在图中标出 16 路的排序号 通道顺序已标在设计图中。（3）分析通道 5和通道 12 的通道地址（要求过程）A3 A2 A1 A0 0 1 0 0 五通道地址 1 0 1 1 十二通道地址 第三章 人机交互接口技术 1、在工业过程控制中，键盘有几种？它们各有什么特点和用途？2、试说明非编码键盘扫描方法、原理及键值计算方法。3、多位 LED显示器显示方法有几

16、种？它们的原理是什么？各有什么特点？第四章 常用控制程序的设计 1、工业控制系统中常用报警方式有几种？软件报警程序的基本作法是什么？2、简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图 2.1 所示。输入电流流过二极管时使其发光，照射到光敏三极管上使其导通，完成信号的光电耦合传送，它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。图 4.1光电耦合器电路图 3、试说明固态继电器、大功率场效应管开关及控制开关有什么区别？它们分别用在什么场合？4、图示小功率直流电机双向控制原理，并说明如何实现正转、反转、刹车、滑行控制。答：图中，当 SW

17、1 和 SW4 闭合时，马达正转；当 SW2 和 SW3 闭合时，马达反转；当 SW1 和 SW3 或 SW2 和 SW4 闭合时，马达刹车；当 SW1、SW3、SW2和 SW4 都断开时，马达滑行。第五章 微机数控系统 习题及参考答案 1.什么是数控系统？数控系统包括哪些？数控系统是采用数字电子技术和计算机技术，对生产机械进行自动控制的系统，它包括顺序控制和数字程序控制两部分。2.什么是顺序控制系统？它由哪几部分组成？微机顺序控制方式是指以预先规定好的时间或条件为依据，按预先规定好的动作次序顺序地进行工作。一般地，把按时序或事序规定工作的自动控制称为顺序控制。它包括系统控制器、输入电路、输入

18、接口、输出电路、输出接口、检测机构、显示与报警电路。3.微机数控系统由哪些部分组成？由五部分组成。（1）输入装置：一般指微机的输入设备，如键盘。其作用是输入数控系统对生产机械进行自动控制时所必需的各种外部控制信息和加工数据信息。（2）微机：微机是 MNC 系统运算和控制的核心。在系统软件指挥下，微机根据输入信息，完成数控插补器和控制器运算，并输出相应的控制和进给信号。若为闭环数控系统，则由位置检测装置输出的反馈信息也送入微机进行处理。（3）输出装置：一般包括输出缓冲电路、隔离电路、输出信号功率放大器、各种显示设备等。在微机控制下，输出装置一方面显示加工过程中的各有关信息，另一方面向被控生产机械

19、输出各种有关的开关量控制信号（冷却、启、停等），还向伺服机构发出进给脉冲信号等。（4）伺服机构：一般包括各种伺服元件和功率驱动元件。其功能是将输出装置发出的进给脉冲转换成生产机械相应部件的机械位移（线位移、角位移）运动。（5）加工机械：即数控系统的控制对象，各种机床、织机等。目前已有专门为数控装置配套设计的各种机械，如各种数控机床，它们的机械结构与普通机床有较大的区别。4.什么是逐点比较插补法？直线插补计算过程和圆弧插补计算过程各有哪几个步骤？逐点比较法插补运算，就是在某个坐标方向上每走一步（即输出一个进给脉冲），就作一次计算，将实际进给位置的坐标与给定的轨迹进行比较，判断其偏差情况，根据偏差

20、，再决定下一步的走向（沿 X轴进给，还是沿 Y轴进给）。逐点比较法插补的实质是以阶梯折线来逼近给定直线或圆弧曲线，最大逼近误差不超过数控系统的一个脉冲当量（每走一步的距离，即步长）。直线插补计算过程的步骤如下：（1）偏差判别：即判别上一次进给后的偏差值 Fm 是最大于等于零，还是小于零；（2）坐标进给：即根据偏差判断的结果决定进给方向，并在该方向上进给一步；（3）偏差计算：即计算进给后的新偏差值 Fm+1，作为下一步偏差判别的依据；（4）终点判别：即若已到达终点，则停止插补；若未到达终点，则重复上述步骤。圆弧插补计算过程的步骤如下：（1）偏差判别（2）坐标进给（3）偏差计算（4）坐标计算（5）

21、终点判别 ！5.若加工第二象限直线 OA，起点 O（0，0），终点 A（-4，6）。（1）按逐点比较法插补进行列表计算；（2）作出走步轨迹图，并标明进给方向和步数。解：由题意可知 xe=4,ye=6，F0=0，我们设置一个总的计数器 Nxy,其初值应为Nxy=|6-0|+|-4-0|=10，则插补计算过程如表 31 所示。根据插补计算过程表所作出的直线插补走步轨迹图如下图所示。表 31 步数 偏差判别 坐标进给 偏差计算 终点判别 起点 F0=0 Nxy=10 1 F0=0-X F1=F0-ye=-6 Nxy=9 2 F10+Y F2=F1+xe=-2 Nxy=8 3 F20-X F4=F3-

22、ye=-4 Nxy=6 5 F40+Y F5=F4+xe=0 Nxy=5 6 F5=0-X F6=F5-ye=-6 Nxy=4 7 F60+Y F7=F6+xe=-2 Nxy=3 8 F70-X F9=F8-ye=-4 Nxy=1 10 F90+Y F10=F9+xe=0 Nxy=0 6.设加工第一象限的圆弧 AB，起点 A（6，0），终点 B（0，6）。插补计算过程如表 32所示。终点判别仍采用第二种方法，设一个总的计数器 Nxy，每走一步便减 1操作，当 Nxy=0 时，加工到终点，插补运算结束。下图为插补过程中的走步轨迹。1 10 02 23 34 45 56 6-1-1-2-2-3-3

23、-4-4-5-5-6-6y yx xE（-4,6）E（-4,6）表 32 步数 偏差判别 坐标进给 偏差计算 坐标计算 终点判别 起点 F0=0 x0=6,y0=0 Nxy=12 1 F0=0-X F1=0-12+1=-11 x1=5,y1=0 Nxy=11 2 F10+Y F2=-11+0+1=-10 x2=5,y2=1 Nxy=10 3 F20+Y F3=-10+2+1=-7 x3=5,y3=2 Nxy=9 4 F30+Y F4=-7+4+1=-2 x4=5,y4=3 Nxy=8 5 F40-X F6=5-10+1=-4 x6=4,y6=4 Nxy=6 7 F60-X F8=5-8+1=-

24、2 x8=3,y8=5 Nxy=4 9 F80-X F10=9-6+1=4 x10=2,y10=6 Nxy=2 11 F100-X F11=4-4+1=1 x11=1,y11=6 Nxy=1 1 10 02 23 34 45 56 61 12 23 34 45 56 6NR1NR1y yx x12 F110-X F12=1-2+1=0 x12=0,y12=6 Nxy=0 ！5、设某步进电机为 A、B、C、D四相。（1）说明图中芯片 4N25、复合管 T的作用。图中光电隔离器 4N25 的作用有两个，隔离和耦合。（2）画出此步进电机单四拍、双四拍以及四相八拍三种控制方式正向 通电顺序图。单四拍：

25、双四拍 四相八拍（3）A、B、C、D 四相分别用 PC0-PC3 控制，请在下表的空格处填上适当的数。步 序 控 制 位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D C B A 通电状态 控制模型 双四拍 1 1 1 A、B通电 03H 2 1 1 B、C通电 06H 3 1 1 C、D通电 0CH 4 1 1 D、A通电 09H （4）每一相控制电路如下图所示，已知 8255A的端口地址为 2060H、2061H、2062H、2063H，试用 8255A位控方式，写出使步进电机 A相、B相、C 相和 D相通电的程序（只要求正转）。ORG 2000H START：MOV A，80H ；

26、8255初始化 MOV DPTR，#2063H MOVX DPTR,A MOV A,#01H ；A 相通电 MOVX DPTR,A MOV A,#03H ；B相通电 MOVX DPTR,A MOV A,#05H ；C 相通电 MOVX DPTR,A MOV A,#07H ；D 相通电 MOVX DPTR,A 第六章 过程控制数据处理的方法 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

27、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？常用的数字滤波方法有 7种。（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）滑动平均值滤波法：采样时间短，可以提高检测速度（6）惯性滤波法：适用于慢速随

28、机变量的滤波（7）复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好 3.算术平均值滤波、加权平均值滤波以及滑动平均滤波三者的区别是什么？算术平均值法适用于对压力、流量等周期脉动信号的平滑，这种信号的特点是往往在某一数值范围附近作上、下波动，有一个平均值。这种算法对信号的平滑程度取决于平均次数 N，当 N 较大时平滑度高，但灵敏度低；当 N较小时，平滑度低，但灵敏度高，应该视具体情况选取 N值。对于一般流量，通常取 N=12；若为压力，则取N=4。在算术平均滤波中，N次采样值在结果中所占的比重是均等的，即每次采样值具有相同的加权因子 1/N。但有时为了提高滤波效果，往往对不同时刻的采样值赋以不同的加权

29、因子。这种方法称为加权平均滤波法，也称滑动平均或加权递推平均。其算法为 其中。加权因子选取可视具体情况决定，一般采样值愈靠后，赋予的比重越大，这样可增加新的采样值在平均值中的比例，系统对正常变化的灵敏性也可提高，当然对干扰的灵敏性也稍大了些。滑动平均值滤波法，依次存放 N次采样值，每采进一个新数据，就将最早采集的那个数据丢掉，然后求包含新值在内的 N个数据的算术平均值或加权平均值。4.标度变换在工程上有什么意义？在什么情况下使用标度变换程序？微机控制系统在读入被测模拟信号并转换成数字量后，往往还要转换成操作人员所熟悉的工程值。这是因为生产现场的各种工艺参数量纲不同。例如，压力的单位为Pa，流量

30、的单位为 m3/h，温度的单位为。这些参数 A/D转换后得到一系列的数码，这些数码的值并不一定等于原来带有量纲的参数值，它仅代表参数值的大小，故必须把它转换成带有量纲的数值后才能运算、显示或打印输出。这种转换称为工程量转换，也称为标度变换。标度变换有各种不同类型，它取决于被测参数测量传感器的类型，设计时应根据实际情况选择适当的标度变换方法，常用线性参数标度变换。6、某温度控制系统，其温度变化范围为：1，经温度变送器变换为 1电压信号，送至 12位 A/D转换器 AD574（AD574 的输入范围为）。计算：（1）当 AD574 的转换结果为 610H 时，对应的系统温度是多少？（2）当系统的温度是 40时，AD574 的 A/D转换结果是多少？第七章 数字 PID及其算法！1