微型计算机控制技术第二版于海生期末复习资料

一、单片机（微处理器）组成的控制系统日趋先进
二、可编程逻辑控制器（PLC）得到广泛应用
三、推广使用新型的集散控制系统（DCS）
四、大力发展和采用现场控制总线技术
五、大力研究和发展智能控制系统
第二章：过程输入输出通道技术
1、模拟量输入信道（A/D 信道或 AI 信道）的任务是把被控对象的过程参数的模拟量信号转
1、某炉温度变化范围为 0～1000℃，要求分辨率为 5℃，温度变送器输出范围为 0～5V。
（1）若 A／D 转换器的输入范围也为 0～5V，则求 A／D 转换器的字长 n 应为多少位?
（2）若 n 不变，现在通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到 300℃，此时系统对炉温变
化的分辨率为多少?
解:
（1）
起来，以减少寄生电容的影响。
11、A/D 转换器 原理：可分为逐位逼近式和双积分式
1) 逐位逼近式 A/D 转换原理
Vf （反馈电压）
Vin
模拟量输入
比较器
+
数字量
输出
寄存器
D/A转换器
D0~D7
控制时序
和逻辑电路
逐位逼近寄存器
（SAR）
根据 A/D 转换器的原理，一个 n 位 A/D 转换器输出的二进制数字量 B 与模拟输入电压 VIN、
n log 2 (1
1000
) log 2 ( 201) 7.6
5
所以取 n=8；
（2）若字长 n 不变，变送器零点迁移而将信号零点迁移到 300℃，则系统的分辨率为：

1000 300 700

2.75 C
2n 1
255
2、某控制系统，其温度变化范围为：-10℃～+60℃，经温度变送器变换为 1～5Ｖ电压信号，
2）
、避免漏电耦合方法：
（1）、印刷电路板布线时，应使逻辑输入端的走线尽可能远离与模拟输入端。
（2）、将模拟信号输入端用地线包围起来，以隔断漏电流的通路
（3）、降低逻辑输入信号的幅值，如 5V→2.5V。
3）
、寄生电容的影响
方法:在印刷板上做一与采样／保持器输出端相连接的短路环，把保持电容的非接地脚包围
时间间隔内完成。由计算机中断自动产生，或采用查询方式产生，或由用户自行设定
一个在线的系统不一定是一个实时系统，但是一个实时系统必定是在线系统。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字（开关）量输入输出通道。
4、按完成的功能和结构（6 种典型形式：···，DDC、SCC、DCS、FCS、····）
（1）单片微型计算机: 内含有微处理器的特殊超大规模集成电路，专用性强、内存容量小，
本身不具备自开发功能
（2）PLC：可靠性高、编程容易、功能完善、扩展灵活、安装调试简单方便
（3）工业 PC：小板结构模块化设计；标准化及兼容性； 完善的 I/O 通道；环境适应能力
强、可靠性高；软件丰富(组态软件）
6、计算机控制系统的发展趋势
5) 转换量程：所能转换的模拟量输入电压范围，如 0～5V，0～10V，－5～＋5V 等 。
6) 转换输出：通常数字输出电平与 TTL 电平兼容，并且为三态逻辑输出
7) 对基准电源的要求：基准电源的精度将对整个系统的精度产生影响。
取样——用时间轴上的有限时间点来代替原模拟信号的无限连续时间点；
量化——用幅度轴上有限位数（模数转换器的有限位数）来代替模拟信号的无限位数
2n 1tAP
28 1 3.14 50 10 9
9、电路设计：
1）
、接地：（简答）
原因：采样／保持器是一种由模拟电路与数字电路混合而成的集成电路，一般有分离的模拟
地和数字地引脚
目的：避免数字电路的突变电流对模拟电路的影响。
方法：将模拟地与数字地分别用引线接到模拟电源和数字电源的参考点上
（填空）
1）测量范围：与被测量实际变化范围相一致。
2）测量精度：符合整个测试系统根据总精度要求而分配给传感器的精度指标；
3）转换速度（带宽）：符合整机要求；
4）能满足被测介质和使用环境的特殊要求；
5）能满足用户对可靠性和可维护性的要求。
6）功耗
5、前置放大器（有利于减少电路的等效输入噪声）（填空）
总的等效输出噪声：
）
绝对精度：指满量程输出情况下模拟量输入电压的实际值与理想值之间的差值；
相对精度：指在满量程已校准的情况下，整个转换范围内任一数字量输出所对应的模拟
量输入电压的实际值与理想值之间的最大差值。
4) 线性度：理想 A/D 转换器的输入输出特性应是线性的，满量程范围内转换的实际特性与
理想特性的最大偏移称为非线性度，用 LSB 的分数值来表示，如±1/2LSB、±1/4LSB 等。
送至 12 位 A/D 转换器 AD574（AD574 的电路输入范围为０～5Ｖ）。请计算：
（不懂？）
（1）当 AD574 的转换结果为 500H 时，对应的系统温度是多少？
2、保持状态：对接收到保持指令前一瞬间的模拟输入信号进行保持。
作用：
1、“稳定” 快速变化的输入信号，以减少转换误差。
2 用来储存模拟多路开关输出的模拟信号，以便模拟多路开关切换下一个模拟信号
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。
= FSR(满量程）条件下，数据采集系统可采集的最高信号频率为
fmax
1
2n tCONV
(Hz) (2 4)
如果允许正弦信号电压变化为 2/1 LSB, 则系统可采集的最高信号频率为
fmax
1
2
n 1
tCONV
(Hz) (2 - 5)
可看出，系统可采集的最高信号频率受 A／D 转换器的位数和转换时间的限制
的输入信号能够跟随模拟量变化
转换时间：A/D 转换器完成一次完整的转换过程所需的时间称。
孔径误差：对变化快的模拟信号来说，转换期间引起转换误差
t
Vf
可能误差
V
t0
t1
组成：模拟开关； 电容 CH（大：保持性好；小：跟随性好）；缓冲放大器 A（高输入阻抗）
工作状态：
1、跟踪状态：尽可能快地接收模拟输入信号并精确地跟踪其变化，直到接到保持指令止；
注意:如果在 A／D 转换器的前面加一个采样／保持器，这样就变成在△t = tAP 内讨论系统
可采集模拟信号的最高频率。仍考虑对正弦信号采样，则系统可采集的信号最高频率为
结论：因为 tAP 一般远远小于 A／D 转换器的转换时间 tCONV，所以，有采样／保持器的系
统可采集的信号最高频率要大于未加采样／保持器的系统。
CD4051
1#
3
A
B
C INH
OUT/IN
IN8
13
IN9
14
IN10
15
IN11
12
IN12
1
IN13
5
IN14
2
IN15
4
CD4051
2#
3
A
D0
D1Βιβλιοθήκη D2D3B C INH
1
8、采样－保持器【考点】
（简写为 S/H）：用逻辑电平控制其工作状态
输入到 A/D 转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变，但转换之后，又要求 A/D 转换器
D
+5V
I
R2
I
R1
+
C
+
R1
V
R2
+
C R
3
R5
A
V
R4
(b) 有源I/V变换电路
(a) 无源I/V变换电路
(1)无源 I/V 变换（衰减大，D 为保护二级管，RC 滤波）
图 2-2R4
电流/电压变换电路
(2)有源 I/V 变换（R2 把电流转为电压；
可调节输出电压标准化）
G
V
R
1 4
IR 1
第一章：绪论
1、计算机控制系统组成（作业）
输入
信号
－
数字控
制器
D/A
A/D
计算机控制装置
执行机构
控制对象
输出
信号
检测装置
生产过程
2、工作原理：
（作业）
（1）实时数据采集
（2）实时控制决策
（3）实时控制输出
（4）实时显示和数据保存
（5）联网通信（测控管一体化）
失败：一、若控制时间间隔取的太长，则控制效果可能变差。
V

VIN2 0 ( IN 1 )2
K
K
(VIN 1K )2 (VIN 0 K )2
VIN
VIN2 0 VIN2 1
K
6、V/I 转换电路
(1)0～10V／4～20mA V/I 转换电路
(2)隔离型 V/I 转换电路
I/V 转换电路（采用电阻分压法把现场传送来的电流信号转换为电压信号）（作业）
【例 2.1】已知 A／D 转换器的型号为 ADC0804，其转换时间 tCONV=100us
（时钟频率为 640kHz ），
位数 n = 8，允许信号变化为 2/1 LSB，计算系统可采集的最高信号频率。
fmax
1
1

6.22(Hz)
n 1
8 1
6
2 tCONV 2 3.14 100 10
正基准电压 VR+、负基准电压 VR-的关系为
B
VIN VR
2n
VR VR