微型计算机控制技术第二版潘新民王燕芳电子工业出版社

（4）输入/输出功能模块齐全。PLC 的最大优点之一，是针对不同的现场信号，均有相 应的模块可与工业现场的器件直接连接，并通过总线与 CPU 主板连接。 （5）安装方便。与计算机系统相比，PLC 的安装既不需要专门的机房，也不需要严格 的屏蔽。使用时只需把检测器件与执行机构和 PLC 的 I/O 接口端子连接无误，便可正常工 作。 （6）运行速度快。由于 PLC 的控制是由程序控制执行的，因而不论其可靠性还是运行 速度，都是继电器逻辑控制无法相比的。 7，微型计算机控制系统与模拟控制系统相比有什么特点？ 答：1)结构上。模拟和数字部件的混合系统。 2）含有模拟信号离散模拟、离散数字等多种信号。 3）需采用专门的理论来分析和设计。即模拟调节规律离散化设计法和直接设计法。 4）便于实现复杂的控制具有很大的灵活性和适应性。 5）可实现多回路分时控制。 6）控制的多功能性提高企业的自动化程度分级控制、集散控制、生产管理等。 8，什么是现场总线系统？它有什么特点？P11 答：现场总线控制系统 FCS 的核心是现场总线 现场总线控制系统 ① 是一种数字通信协议， 是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、 全分散、 双向传输、 多分支结构的通信网络。 ② 是控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合。 ③ 具有现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散的功能模块、通信线供电、开放式 互连网络等技术特点。 ④ 保证控制系统可以适应目前工业界对数字通信和自动控制的需求，且使其与 Internet 网 互连构成不同层次的复杂网络成为可能。代表了工业控制体系结构发展的一种方向。 9，未来控制系统发展趋势是什么？ 答：1）大力推广应用成熟的先进技术 2）大力研究和发展智能控制系 3）嵌入式系统的应用将更加深入 10，为什么说嵌入式微控制器是智能化仪器和中、小型控制系统中应用最多的一种微型计 算机？ 答:嵌入式微控制器又称单片机。 1)为适应不同的应用需求， 一个系列的单片机具有多种衍生产品， 每种衍生产品的处理 器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。 2)和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积小，功耗和成本低、 可 靠性高。 3)微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。 11、什么叫嵌入式系统？嵌入式系统与一般的工业控制系统有什么区别？ 答：嵌入式系统：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对 功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。 12、什么是物联网？为什么说“物联网给微型计算机控制技术”带来新的、更大的应用空 间？ 答：物联网=互联网+传感器 该系统通过射频自动识别（RFID） 、红外感应器、全球定位系统（GPS） 、激光扫描器、 环境传感器、图像感知器等信息设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行
5. 试用 CD4051 设计一个 32 路模拟多路开关，要求画出电路图并说明其工作原理。
6. 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。 7. 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。 8. 采样频率的高低对数字控制系统有什么影响？试举工业控制实例加以说明。 9. A/D 和 D/A 转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？ 10. A/D 转换器转换原理有几种？它们各有什么特点和用途？ 答：并联比较型：电路规模庞大，转换速度最快，用在超高速的 A/D 转换器中主次渐进型： 电路较小，来自百度文库度不及并联比较型快，但较其他类型电路的转换速度快的多，用于集成 A/D 转换器中双积分型：电路结构简单，性能稳定可靠，抗干扰能力强，转换速度很低，用在低
习题一 1，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：CPU，接口电路及外部设备组成。 CPU，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。 接口电路，微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。 外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备 2，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。 答：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，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 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。 2)应用软件:它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各 种程序。 3，常用工业控制机有几种？它们各有什么用途？ 工业 PC 4，操作指导、DDC 和 SCC 系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？ 答：(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。 (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。 (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 是操作指导控制系统和 DDC 系统的综合与发展。 5，说明嵌入式系统与一般微型计算机扩展系统的区别。 答： 嵌入式计算机一般没有标准的硬件配置。 嵌入式系统可采用多种类型的处理器和处理器 结构。软硬件协同设计采用统一的工具描述，可合理划分系统软硬件，分配系统功能，在性 能、成本、功耗等方面进行权衡折衷，获取更优化的设计。嵌入式系统多为低功耗系统。 简 单地说，就是嵌入式系统和微型计算机的扩展标准不大一样。 6，PLC 控制系统有什么特点？ 答： （1）可靠性高。由于 PLC 大都采用单片微型计算机，因而集成度高，再加上相应的保 护电路及自诊断功能，因而提高了系统的可靠性。 （2）编程容易。PLC 的编程多采用继电器控制梯形图及命令语句，其数量比微型机指 令要少得多，除中、高档 PLC 外，一般的小型 PLC 只有 16 条左右。由于梯形图形象而简 单，因而编程容易掌握、使用方便，甚至不需要计算机专门知识，就可进行编程。 （3）组合灵活。由于 PLC 采用积木式结构，用户只需要简单地组合，便可灵活地改变 控制系统的功能和规模，因此，可适用于任何控制系统。
信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。实际上它也是 一种微型计算机控制系统，只不过更加庞大而已。 13、物联网终端由几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：物联网终端主要由外围接口模块、核心处理模块、网络通信模块及电源管理模块组成。 通过外围感知接口与传感设备连接，如RFID读卡器，红外感应器，环境传感器等，将这 些传感设备的数据进行读取并通过中央处理模块处理后， 按照网络协议， 通过外部通讯接口， 如：GPRS模块、以太网接口、WIFI等方式发送到以太网的指定中心处理平台。 14、FPGA 是什么意思？它有什么特点？在微机控制系统和智能化仪器中有着怎样的影 响？ 答：FPGA 是指现场可编程门阵列 特点．FPGA 的特点 （1）采用 FPGA 设计 ASIC 电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。 （2）FPGA 可做其它全定制或半定制 ASIC 电路的中试样片。 （3）FPGA 内部有丰富的触发器和 I／O 引脚。 （4）FPGA 是 ASIC 电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。 （5）FPGA 采用高速 CHMOS 工艺，功耗低，可以与 CMOS、TTL 电平兼容。 可以说，FPGA 芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。 习题二 1. 采样有几种方法？说明它们之间的区别？ 周期采样：以相同的时间间隔进行采样。t k+l-tk=常量T 多阶采样： t k+r-tk周期性重复，非常量。 随机采样：根据需要决定采样的时刻。 2. 采样周期愈小愈好吗？为什么？ 答：不是。若采样间隔太小（采样频率太高） ，则对定长的时间记录来说其数字系列就很长， 计算工作量迅速增大：如果数字序列长度一定，则只能处理很短的时间历程，可能产生较大 的误差。 3. 简述多路开关的工作原理。 把多个模拟量参数分时地接通送入 A/D 转换器，完成多到一地转换。 4. 多路开关如何扩展？试用两个 CD4097 扩展成一个双 16 路输入和双 2 路输出系统， 并说 明其工作原理。
27.试用 8255A 的 B 口和 DAC0832 设计一个 8 位 D/A 转换接口电路， 并编写出程序 （设 8255A 的地址为 8000H～8003H） 。 28. 设 12 位 D/A 转换器 DAC1210 与 8031 接口电路连接，如图 2.42 所示。 （1）说明电路控制原理。 （2）设数据存放在 DABUFF 为首地址的连续两个存储单元中，试编写一完成 D/A 转换的
速系统。 V-F 变换型：调频信号具有很强的抗干扰能力，低速，用于遥测、遥控系统中。 11. 试说明逐次逼近型 A/D 转换器转换原理。 12.为什么高于 8 位的 D/A 转换器与 8 位的微型计算机计算机接口连接必须采用双缓冲方 式？这种双缓冲工作与 DAC0832 的双缓冲工作在接口上有什么不同？ 答：原因：数据要分两次或三次输入，双缓冲结构避免了产生虚假的模拟量输出值。主要区 别是 AD667 的第一级由 3 个 4 位寄存器 组成。 13.串行 A/D 转换器有什么特点？ 24. 用 8 位 DAC 芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为－5V～+5V，求对应以下偏 移码的输 出电压： （1）10000000； （2）01000000； （3）11111111； （4）00000001； （5）01111111； （6）11111110。 答：解：VOUT1=-VREF. VOUT2=-(VREF+2VOUT1) （2） VOUT1=-VREF. =-1.25V～+1.25V VOUT2=-(VREF+2VOUT1) =-2.5V～+2.5V （6）VOUT1=-VREF. =-4.96～+4.96V VOUT2=-(VREF+2VOUT1) =-4.92V～+4.92V 25. DAC0832 与 CPU 有几种连接方式？它们在硬件接口及软件程序设计方面有何不同？ 双缓冲、单缓冲、两种连接方式 双缓冲：P2.1 接控制 CS（低电平有效） ，用 P2.0 控制 XFER（低电平有效） 。程序设计分两 级，只有在要求同时输入两个或者两个以上数据情况才使用。 单缓冲：P2.0 接控制 CS（低电平有效）和 XFER（低电平有效） 。只执行一级程序即可打开 两级数据寄存器。 26. 试用 DAC0832 设计一个单缓冲的 D/A 转换器，要求画出接口电路图，并编写出程序。