微型计算机控制技术课后答案第二版潘新民样本.docx
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微型计算机控制技术课后答案第二版潘新民样本
第一章
1.微型计算机控制系统硬件由哪几某些构成?
各某些作用?
(1)主机:
这是微型计算机控制系统核心,通过接口它可以向系统各个某些发出各种命令,同步对被控对象被控参数进行实时检测及解决。
主机重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,依照运算成果作出控制决策;对生产过程进行监督,使之处在最优工作状态;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互换桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象被控参数转换成微机可以接受数字代码。
过程输出通道把微机输出控制命令和数据,转换成可以对生产对象进行控制信号。
过程输入输出通道涉及模仿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互换设备,简称外设,涉及人机联系设备(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)。
其中作台应具备显示功能,即依照操作人员规定,能及时显示所规定内容;还应有按钮,完毕系统启、停等功能;操作台还要保证虽然操作错误也不会导致恶劣后果,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,其重要功能是将被检测参数非电量转换成电量.b.
执行机构:
要控制生产过程,必要有执行机构,它是微机控制系统中重要部件,其功能是依照微机输出控制信号,变化输出角位移或直线位移,并通过调节机构变化被调介质流量或能量,使生产过程符合预定规定。
4、操作指引、DDC和SCC系统工作原理如何?
它们之间有何区别和联系?
(1)操作指引控制系统:
在操作指引控制系统中,计算机输出不直接作用于生产对象,属于开环控制构造。
计算机依照数学模型、控制算法对检测到生产过程参数进行解决,计算出各控制量应有较适当或最优数值,供操作员参照,这时计算机就起到操作指引作用
(2)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种或各种被控参数进行巡回检测,经输入通道送给微机,微机将检测成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,使系统被控参数达到预定规定。
DDC系统是闭环系统,是微机在工业生产过程中最普遍一种应用形式。
(3)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实际状况,由于在DDC系统中计算机只是代替模仿调节器进行控制,系统不能运营在最佳状态,而SCC系统不但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是操作指引控制系统和DDC系统综合与发展。
第二章
2采样周期越小越好吗?
为什么?
答:
不是。
若采样间隔太小(采样频率太高),则对定长时间记录来说其数字系列就很长,计算工作量迅速增大,也许产生较大误差。
5试用CD4051设计一种32路模仿多路开关,画出电路图并阐明其工作原理。
思路:
由于CD4051只有八个输入接口,因此要构建32路多路开关需要用到4个CD4051。
32路多路开关应有5个控制口,其中前三个是CD4051输入口,后两个是控制口。
(由于CD4051就有三个输入口)
分别标为D1、D2、D3、D4、D5(00000—11111,00000第0通道、11111第31通道)。
通过对4个CD4051选取来实现32个通道口选取(0—7、8—15、16—23、24—31)。
如选取第三个CD4051时,可以选取16-23(10000—10111)通道口。
然而CD4051选取是通过控制各个CD4051INH高低电平来实现。
例如想让第三个CD4051接通,就令它INH通高电平(此时D5=1、D4=0,INH3=!
(D5&!
D4))。
故INH选取是控制D5和D4逻辑关系来达到。
其中INH1=!
(!
D5&!
D4);INH2=!
(!
D5&D4);INH3=!
(D5&!
D4);INH4=!
(D5&D4)。
6采样-保持器有什么作用?
阐明保持电容大小对数据采集系统影响。
答:
为了提高模仿量输入信号频率范畴,以适应某些随时间变化较快信号规定,可采用带有保持电路采样器,即采样保持器。
保持电容对数据采集系统采样保持精度有很大影响。
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。
9A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用?
答:
答:
A/D作用重要是把传感器检测到模仿电信号转换为数字电信号,以便用于单片机中进行解决。
D/A作用,在单片机解决完毕数字量,有时需要转换为模仿信号输出,D/A作用正是用于把数字信号转换为模仿信号。
13串行A/D转换器有什么特点?
答:
与同位数并行A/D转换器精度同样,但大大减少了成本,节约微型计算机I/O口。
26试用DAC0832设计一种单缓冲D/A转换器,画出接口电路,编写程序。
27试用8255AB口和DAC0832设计一种8位D/A装换接口电路,并编写程序。
BUFFEQU30H;转换量存储地址
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG0100H
MAIN:
MOVDPTR,#8003H;8255控制字地址
MOVA,#80H
MOVX@DPTR,A;设立PB口为输出方式
START:
MOVDPTR,#8001H;8255PB口地址
MOVA,BUFF
MOVX@DPTR,A;输出DA转换数字量
SJMP$
END
29试用DAC0832芯片设计一种可以输出频率为50Hz脉冲波电路及程序。
解:
设8位D/A转换器DAC0832端口地址为7FFFH(P2.7=0),频率为50Hz即每隔20m输出一次脉冲波,需将数字量00H、FFH交替输出到DAC0832。
电路图如下:
程序如下:
ORG0000H
MAIN:
MOVA,#00H;赋值
MOVTMOD,#01H;采用模式1
MOVTH0,#0B1H;赋初值
MOVTL0,#0E0H
SETBTR0;启动定期器0
LOOP:
JNBTF0,$;等待中断
CLRTF0;计数器清零
START:
MOVDPTR,#7FFFH;端口地址送DPTR
MOVX@DPTR,A;送数据00H到端口
CPLA;取反
MOVTH0,#0B1H;重新赋初值
MOVTL0,#0E0H
SJMPLOOP;循环
END
33.某A/D转换电路如图2.43所示。
(1)试写出A/D转换器地址;
(2)该电路采用什么控制方式?
画出该种转换程序框图;
(3)用8051汇编
第三章
1、键盘为什么防止抖动?
在计算机控制系统中如何实现防抖?
为了使CPU对一次按键动作只确认一次,从而保证系统正常工作,因此必要防止抖动?
硬件防抖有滤波防抖电路和双稳态防抖电路,还可以采用软件防抖法,即软件延迟。
7、LED发光二极管构成段数码管显示屏,就其构造来讲有哪两种接法?
不同接法对字符显示有什么影响?
答:
就其构造来讲有共阴极与共阳极两种接法。
共阳极数码管8个发光二极管阳极二
极管正端连接在一起。
普通公共阳极接高电平普通接电源其他管脚接段驱动电路输出端。
当
某段驱动电路输出端为低电平时则该端所连接字段导通并点亮。
反之相应LED段码
不亮对于共阴极数码管则是高电平有效低电平无效。
LED数码管显示屏共阴极接法是发
光二极管阴极接地当数码管笔划发光二极管阳极为高电平时该笔划被点亮。
共阳极
接法是发光二极管阳极接高电平当数码管笔划发光二极管阴极为低电平时该笔划被
点亮。
8、多位LED显示屏显示办法有几种?
它们各有什么特点?
惯用显示办法有两种:
一种为动态显示,一种为静态显示。
动态显示运用人视觉暂留产生,长处是使用硬件少,因而价格低,线路简朴。
但占用机时长。
静态显示占用机时少,显示可靠,但是使用元件多,线路复杂。
9、硬件译码和软件译码各有何优缺陷?
软件译码长处是电路简朴,但显示速度有所下降。
硬件译码既能节约计算机时间,并且程序设计简朴。
30.某显示电路如图3.37所示,试回答下列问题:
(1)阐明图中数码管应选用哪一种类型数码管?
(2)该电路属于哪一种显示办法?
(3)图中74LS47作用是什么?
(4)设Y1,Y2地址分别为60H和63H,要显示数据分别存储在DATABUF1和
DATABUF2两个内存单元中,试设计出完整接口电路并编写一种完毕上述显示子程序。
31.运用8255,ADC0809设计一种8路数据采集系统,规定如下:
(1)8255口地址为8100H~8400H;
(2)A/D转换采用查询方式;
(3)把A/D转换成果显示在6位LED显示屏上,显示办法规定静态、软件译码方式,且
第一位显示通道号,后4位显示采样值(规定小数点后边一位)。
第四章
1、工业控制系统中惯用报警方式有几种?
举例阐明各自应用场合?
有声、光、语言报警方式。
例子自己想
3、光电隔离器有什么作用?
将被控系统与微型计算机控制系统通过光电效应连成系统,实现控制;并且可以屏蔽电磁干扰等某些不利因素,提高控制精度。
总之,有耦合、隔离和开关作用。
18、某单片机数据采集系统如图4.49所示。
设每个通道最大/最小容许值分别存储在
MAX0~MAX7以及MIN0~MIN7为地址内存单元中。
试编写巡回检测程序,并将每个
通道值与MAXi和MINi单元内容相比较,若不不大于MAXi,则上限报警,显示iUp;
若下限报警则显示iDo(w)。
若采样值正常,则显示i×××(其中i为通道号)(设8255
端口地址为8000~8300H)。
解:
设8位D/A转换器DAC0832端口地址为7FFFH(P2.7=0),频率为50Hz即每隔20m
输出一次脉冲波,需将数字量00H、FFH交替输出到DAC0832。
电路图如下:
程序如下:
ORG0000H
MAIN:
MOVA,#00H;赋值
MOVTMOD,#01H;采用模式1
MOVTH0,#0B1H;赋初值
MOVTL0,#0E0H
SETBTR0;启动定期器0
LOOP:
JNBTF0,$;等待中断
CLRTF0;计数器清零
START:
MOVDPTR,#7FFFH;端口地址送DPTR
MOVX@DPTR,A;送数据00H到端口
CPLA;取反
MOVTH0,#0B1H;重新赋初值
MOVTL0,#0E0H
SJMPLOOP;循环
END
22.一步进电机控制系统接口电路如图4.51所示。
(1)完毕图中8255A与8031接口设计;
(2)试编写程序,使其能实现下列功能:
①当S1按下时,步进电机正向单三拍旋转2圈;
②当S2按下时,步进电机反向双三拍旋转1圈;
③当S3按下时,步进电机正向三相六拍旋转20步;
④别的状况步进电机不转。
23.设某步进电机为A,B,C,D四相,
(1)画出此步进电机单四拍、双四拍以及四相八拍3种控制方式通电顺序图。
(2)设A相控制电路如图4.52所示,其中8255A端口地址为0FCFFH~0FFFFH。
试
用8255A位控方式写出使步进电机A相通电程序。
(3)若A,B,C,D四相分别用P1.0~P1.3控制,请在下表空格处填上恰当数。
25.某三相步进电机控制电路如图4.53所示,
(1)阐明图中光电隔离器4N25作用。
(2)阐明图中R1,R2,R3以及V1,V2,V3作用。
(3)画出三相步进电机所有各种方式通电顺序图。
(4)假设用此电机带动一种滚动丝杠,每转动一周(正向)相对位移为4mm,试编写一
移动8mm三相单三拍控制程序。
第七章
3、数字滤波与模仿滤波相比有什么长处?
答:
数字滤波克服了模仿滤波器局限性,它与模仿滤波器相比,有如下几种长处:
(1)数字滤波是用程序实现,不需要增长硬设备,因此可靠性高,稳定性好,不存在阻抗匹配问题;
(2)数字滤波可以对频率很低(如0.01Hz)信号实现滤波,克服了模仿滤波器缺陷;
(3)数字滤波器可依照信号不同,采用不同滤波办法或滤波参数,具备灵活、以便、功能强特点。
4、惯用数字滤波办法有几种?
各有什么优缺陷?
答:
惯用数字滤波办法有7种。
(1)程序判断滤波法:
是依照生产经验,拟定出相邻两次采样信号之间也许浮现得最大偏差。
(2)中值滤波法:
它对于去掉偶尔因素引起波动或采样器不稳定而导致误差所引起脉动干扰比较有效。
(3)算术平均值滤波法:
它合用于普通具备随机干扰信号滤波。
它特别适合于信号自身在某一数值范畴附近作上下波动状况。
(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:
合用于慢速随机变量滤波
(7)复合数字滤波:
比单纯平均值滤波效果要好
6、算术平均值滤波、加权平均值滤波以及滑动平均滤波三者区别是什么?
答:
算术平均值法合用于对压力、流量等周期脉动信号平滑,这种信号特点是往往在某一数值范畴附近作上、下波动,有一种平均值。
这种算法对信号平滑限度取决于平均次数N,当N较大时平滑度高,但敏捷度低;当N较小时,平滑度低,但敏捷度高,应当视详细状况选用N值。
对于普通流量,普通取N=12;若为压力,则取N=4。
在算术平均滤波中,N次采样值在成果中所占比重是均等,即每次采样值具备相似加权因子1/N。
但有时为了提高滤波效果,往往对不同步刻采样值赋以不同加权因子。
这种办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。
加权因子选用可视详细状况决定,普通采样值愈靠后,赋予比重越大,这样可增长新采样值在平均值中比例,系统对正常变化敏捷性也可提高,固然对干扰敏捷性也稍大了些。
滑动平均值滤波法,依次存储N次采样值,每采进一种新数据,就将最早采集那个数据丢掉,然后求包括新值在内N个数据算术平均值或加权平均值。
7、标度变换在工程上有什么意义?
在什么状况下使用标度变换程序?
答:
意义:
减少硬件设备,减少成本,便于人工检测和管理
状况:
在多回路检测系统中,各回路参数信号不同样,需要各种量程放大器状况下使用尺度变换程序。
二.练习题
21.某压力测量系统,其测量范畴为0~1000mmH2O柱,经A/D转换后相应数字量为
00~FFH,试编写一标度变换子程序,使其能对该测量值进行标度变换。
22.某梯度炉温度变化范畴为0℃~1600℃,经温度变送器输出电压范畴轻为1~5v,再经ADC0809转换,ADC0809输入范畴为0~5v,,试计算当采样数值为9BH时,所相应梯度炉温度是多少?
解:
9BH=155D,所相应AD输入电压v1=(155/255)
5v=3.04v
因此温度T=[(3.04-1)/(5-1)]
1600℃=816℃
第八章
1.、在PID调节中,系数K,……等各有什么作用?
她们对调节品质有什么影响?
答:
系数Kp为比例系数,提高系数Kp可以减小偏差,但永远不会使偏差减小到零,并且无止境提高系数Kp最后将导致系统不稳定。
比例调节可以保证系统迅速性。
系数Ki为积分常数,Ki越大积分作用越弱,积分调节器突出长处是,只要被调量存在误差,其输出调节作用便随时间不断加强,直到偏差为零。
积分调节可以消除静差,提高控制精度。
系数Kd为微分常数,kd越大,微分作用越强。
微分调节重要用来加快系统响应速度,减小超调,克服震荡,消除系统惯性影响。
2、在PID调节其中,积分项有什么作用?
常规PID,积分分离与变速积分3中算法有什么区别和联系?
答:
积分项用于消除静差。
在常规PID调节中,由于系统执行机构线性范畴受到限制,当偏差较大时,会产生很大超调量,使系统不断震荡。
为消除这一现象,积分分离法在控制量开始跟踪时,取消积分作用,直到被跳量接近给定值时,才产生积分作用。
而变速积分则是变化积分项累加速度,使其与偏差大小相相应,偏差大时,积分作用弱,偏差小时,积分作用增强。
变速积分和积分分离控制办法很类似,但调节方式不同。
积分分离对积分项采用“开关”控制,而变速积分则是线性控制。
3、在数字PID中,采样周期是如何拟定?
它与哪些因素关于?
对调节品质有何影响?
答:
一种是计算法,一种是经验法。
因素:
扰动频率高低;对象动态特性;执行机构类型;控制回路数;控制质量。
T太小,偏差信号也过小,计算机会失去调节作用;T过大,会引起误差。
4、位置型PID和增量型PID有什么区别?
她们各有什么优缺陷?
答:
位置型需要历次偏差信号,而增量型只需一种增量信号即可。
位置型计算繁琐,保存E占用诸多内存,控制不以便。
增量型误动作小,易于实现手动/自动无扰动切换,不产生积分失控。
但是缺陷在于积分截断效应大,溢出影响大。
6、积分饱和现象是如何产生?
如何消除?
答:
是由于积分项不断累加引起。
消除办法有遇限削积分法,有效偏差法等。
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