第六章 计算机控制系统抗干扰技术
2023年大学_计算机控制技术第二版(温希东著)课后答案下载
2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载2023年计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案下载本书全面系统地介绍了计算机控制系统的基本组成和在工业控制中的应用技术，并结合实际深入浅出地介绍了几种典型的控制系统和控制技术。
主要内容包括：计算机控制系统概述、开关量输入/输出通道与人机接口、顺序控制与数字控制、模拟量输入/输出通道、PID调节器的数字化实现、计算机控制系统的抗干扰技术及工业控制微型计算机。
为了帮助读者掌握各部分内容，书中每章后面都附有习题。
本书可作为高职高专院校应用电子技术、自动化、机电一体化、电气工程等专业的计算机控制技术课程的教材，也可作为从事计算机控制工作的工程技术人员的参考书。
计算机控制技术第二版（温希东著）：内容简介点击此处下载计算机控制技术第二版（温希东著）课后答案计算机控制技术第二版（温希东著）：目录第1章计算机控制系统概述 11.1 计算机控制系统的组成 11.1.1 计算机控制系统的硬件组成 31.1.2 计算机控制系统的软件 41.2 工业控制计算机的特点 41.3 微型计算机控制系统的主要结构类型 51.3.1 计算机操作指导控制系统 51.3.2 直接数字控制系统 51.3.3 监督计算机控制系统 61.3.4 集散型控制系统 61.3.5 现场总线控制系统 71.3.6 工业过程计算机集成制造系统 81.4 微型计算机控制系统的发展 91.4.1 计算机控制系统的发展过程 91.4.2 近年来计算机控制系统在我国的发展趋势 9 习题 13第2章开关量输入/输出通道与人机接口 142.1 过程通道的分类 142.2 开关量输入/输出通道 152.2.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式 15 2.2.2 开关量输入信号的调理 162.2.3 开关量输出驱动电路 192.2.4 开关量输入/输出通道的设计 21 2.3 人机接口——键盘 222.3.1 非编码键盘 232.3.2 编码键盘 282.4 人机接口——数字显示方法 312.4.1 发光二极管LED显示 312.4.2 LCD显示接口技术 38习题 81第3章顺序控制与数字控制 833.1 顺序控制 833.1.1 顺序控制系统的类型 833.1.2 顺序控制系统的组成 853.1.3 顺序控制系统的应用领域 853.1.4 顺序控制的应用实例 863.2 数字程序控制 883.2.1 数值插补计算方法 883.2.2 逐点比较法直线插补 893.2.3 逐点比较法圆弧插补 943.2.4 步进电机工作原理 993.2.5 步进电机控制系统原理 1013.2.6 步进电机与微型机的接口及程序设计 103 3.2.7 步进电机步数及速度的计算方法 1083.2.8 步进电机的变速控制 109习题 110[1]第4章模拟量输入/输出通道 1124.1 模拟量输入通道 1124.1.1 输入信号的处理 1124.1.2 多路开关 1134.1.3 放大器 1174.1.4 采样保持器(S/H) 1194.1.5 模/数(A/D)转换器及其应用 1204.2 模拟量输出通道 1284.2.1 DAC的工作原理 1284.2.2 多路模拟量输出通道的结构形式 1304.2.3 D/A输出方式 1314.2.4 失电保护和手动/自动无扰动切换 1324.2.5 DAC的主要技术指标 1324.2.6 典型应用例子 133习题 135第5章 PID调节器的数字化实现 1375.1 PID调节器 1385.1.1 PID调节器的优点 1385.1.2 PID调节器的作用 1385.2 数字PID控制器的设计 1415.2.1 PID控制规律的离散化 1425.2.2 PID数字控制器的实现 1435.3 数字PID控制器参数的整定 1455.3.1 采样周期的选择 1455.3.2 PID控制器参数的整定 146习题 150第6章计算机控制系统的抗干扰技术 152 6.1 干扰信号的类型及其传输形式 1526.2 抗干扰技术 1536.2.1 接地技术 1546.2.2 屏蔽技术 1556.2.3 隔离技术 1566.2.4 串模干扰的'抑制 1566.2.5 共模干扰的抑制 1576.2.6 长线传输中的抗干扰问题 157[1] 6.3 电源干扰的抑制 1586.3.1 电源干扰的基本类型 1586.3.2 电源抗干扰的基本方法 1596.4 CPU软件抗干扰技术 1616.4.1 人工复位 1626.4.2 掉电保护 1626.4.3 睡眠抗干扰 1636.4.4 指令冗余 1646.4.5 软件陷阱 1646.4.6 程序运行监视系统(WATCHDOG) 167 6.5 数字信号的软件抗干扰措施 1706.5.1 数字信号的输入方法 1706.5.2 数字信号的输出方法 1716.5.3 数字滤波 172习题 176第7章工业控制微型计算机 1777.1 工业控制计算机的特点 1777.2 总线式工控机的组成结构 1787.3 常用工控总线(STD/VME/IPC工控机) 179 7.3.1 STD总线工控机 1797.3.2 MC6800/MC68000工控机 1797.3.3 IPC总线工控机 1797.4 IPC的主要外部结构形式 1807.4.1 台式IPC 1807.4.2 盘装式IPC 1817.4.3 IPC工作站 1817.4.4 插箱式IPC 1827.4.5 嵌入式IPC 1837.5 IPC总线工控机内部典型构成形式 1847.5.1 工业控制计算机的组成 1847.5.2 工业控制计算机系统的组成 1857.6 IPC总线工业控制计算机常用板卡介绍 186 7.6.1 IPC总线工业控制计算机的概念 1867.6.2 工业控制计算机I/O接口信号板卡 187 习题 192附录 ST7920GB中文字型码表 193参考文献 198。
计算机控制系统中硬件抗干扰技术的研究
第３ Ｏ卷 第 １ Ｏ期
２０ ０ ７年 １ Ｏ月
合肥 工 业 大 学 学报 （ 自然科 学版）
Ｊ ＯＵＲ Ｌ ＯＦ ＨＥ Ｅ ＮＡ Ｆ Ｉ ＵＮＩ ＲＳＴＹ ＯＦ ＴＥ ＨＮ Ｏ Ｙ ＶＥ Ｉ Ｃ ＯＬ Ｇ
Ｖ ｏ． ０ Ｎｏ １ １３ ． ０ Ｏｃ．２ ０ ｔ ０７
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｒ ｗａ ｅ ａ ｉｉ ｅ ｆ ｒ ｎｃ ｅ ｈｎｏ ｏ ｙ ｓ ａ ｃ ｎ ｈａ ｄ ｒ ｎｔ－ｎｔ ｒ ｅ ｅ ｅ ｔ ｃ ｌｇ ｆ ｒ ｃ ｍ ｐｕ ｅ ｏ ｒ ｌｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｏ ｔ ｒ ｃ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ
Ｗ ＡＮＧ ｉｎ ｘｎ。 ｊ Ｎ Ｊａ － ｉ Ｉ Ｑｉ
劣环境下保证系统正常工作的方法 。这些措施均在不同的实际工程项 目中加 以应用 ， 且效果显著 。 关键词 ： 计算机 控制系统 ；硬件 ； 干扰 ；可靠性 抗
中 图分 类 号 ： ２ ３ ５ ＴＰ ７ ． 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ３５ ６ （０ ７ １ —２５０ １ ０—０ ０ ２ ０ ）０１ ７—３
ｊｃｓ ｗｈｃ ｒｖ ｓ ｏｂ ｅｙｅｆｃｉｅ ｔ， ｉｈｐｏ ｅ ｅｖ ｒ ｆｅｔ ． ｅ ｔ ｖ
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｍ ｐ ｔ ｒｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔｍ ；ｈ ｒ ｗａ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅｆ ｒｎ ｅ ｅｉｂｌ ｙ ｙｗｏ ｄ ： ｏ ｕ ｅ ｏ ｔｏ ｓｅ ｓ ａ ｄ ｒ ；ａ ｔ ｉｔ ｒｅ ｅ ｃ ；ｒｌ ｉ ｔ — ａ ｉ
关 调 节 器 的 导通 电 流 产 生 的噪 声 ；空 间 电 磁 干
：
其 他 电磁波 、 阳黑子 运动 造成 的影 响 （ 斑 、 太 耀
障及磁爆） 其他计算机 系统或 电子设备引起 ；
计算机控制系统的可靠性与抗干扰技术研究
胡 月明 范 勇 （ 西南科技大学计算机科学学院， 四川 绵阳 ６ １ １） ２００
摘 要
对计算机控制 系统的可靠性作 了定量表示 ， 并从软硬件两方面入 手提 出了提 高系统可靠性的几种措施。抗干扰技 术是 保证控制 系统可靠性的一个关键 。 目前针 对各种干扰施行 的抗 干扰技术单独列出 ， 把 也分别从硬 、 件两方面作 了较为详细 软
可靠 度 Ｒ表 明运 行 ｎ此 不 发生 故 障 的 概 率 。 也 可 表示 为 ：
１１系 统 可 靠 性 的 定量 表示 ．
时间 。如 果 该 值很 小 ， 示 系统 可 维 护 性 好 ， 易 修 复 。 表 容
（） ５ 有效度 Ａ （ｖ ｉ ｂｌ ａｉ） Ａ ａｌ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
４ 一
’ Ｆ于 ｉ 一 ｊ ｉ －
可 工 作 时 间
ｊ 丽 ：Ｆ
控 制 系 统 抗 干 扰设 计 和施 工 是 工 程 中 非 常 重 要 的 环 节 仪 表 及控 制 系 统 可 靠 性直 接 影 响 到 生产 装 置安 全 、 定 的运 行 ， 制 稳 控 系 统抗 干 扰 能 力 是关 系到 整个 系统 可 靠 运 行 的 关 键 。 １ 计 算 机 控 制 系 统 的可 靠 性
作 ， 行不久即出现故障 ， 运 有效度降低 。
（ ） 靠 度 Ｒ Ｒ ｌ ｂｌ ａｉ） ６可 （ ｅｉ ｉｙ ｒｔ ａ ｉ ｔ ｏ
Ｒ 『 尸几 ｆ ＝ ｌ 次运行不发 生故障ｆ ｆ
低， 如可靠度 、 维护率 、 失效 率 、 均故障间隔时 间（ Ｂ ）平均 平 ＭＴ Ｆ 、
维护时间 （ Ｔ ）有效度 等。具体解释如下［】 ＭＴ Ｒ 、 １：
假 定 系 统 投 入 运 行 后 ， 作 了 一 段 时 间 ｔ后 出现 了故 障 ， 工 不 得 不停 机 维 修 。经过 一 段 时 间 Ｔ 的 维 修后 ， 障 排 除 ， 统 又 正 １ 故 系 常 运 行 。这 样 ， 时 间 坐 标 轴 上 ， ， ， ， 是 系 统 正 常 工 作 时 在 ｔｔ … ｔ ， 间 ， １ ２… ， ｎ 维 护 时 间 ， 有 ： Ｔ， ， Ｔ 是 Ｔ 则
第6章抗干扰技术答案(仅供参考)
一、填空1.经常采用的软件抗干扰技术包括：数字滤波技术、数字信号的软件抗干扰技术、指令冗余技术、软件陷阱技术等。
2.采用积分式A/D转换器是抑制串模干扰的方法之一。
3.采用差分放大器作为信号前置放大是抑制串模干扰的方法之一。
4.通常把叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰。
5.计算机控制系统中，按干扰的作用方式，可分为串模干扰和共模干扰两种，而数字滤波只能抑制串模干扰。
6.采用双绞线作信号引线是为了抑制串模干扰，采用终端匹配是为了抑制长线传输干扰。
二、选择题1、下列抗干扰措施中属于软件抗干扰技术的有（B、E、F），属于硬件抗干扰技术的有（A、C、D）。
A.采用双积分A/D转换器B.采用中位值滤波C.采用光耦滤波D.采用LC滤波E.采用限幅滤波F.重复书写指令G.串行通讯方式三、判断1.下图所示干扰源为共模干扰。
错，串模。
2.如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰。
对3.如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰。
对4.对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早地进行前置放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的。
对5.下图所示干扰源为共模干扰。
对6.所谓软件陷阱，就是一条引导指令，强行将扑获的程序引向一个指定的地址，在那里有一段专门对程序出错进行处理的程序。
对7.所谓指令冗余，就是在关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重复书写，提高弹飞程序纳入正轨的机会。
对四、简答1.干扰的作用途径是什么？答：(1) 静电耦合 (2) 磁场耦合 (3) 公共阻抗耦合2.什么是共模干扰和串模干扰？如何抑制？答：共模干扰：是指系统的两个信号输入端上所共有的干扰电压，也称为共态干扰。
共模干扰主要是由电源的地、放大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成得。
抑制共模干扰的方法：变压器隔离；光电隔离；浮地屏蔽等。
串模干扰：指叠加在被测信号上的干扰噪声，它串联在信号源回路中，与被测信号相加输入系统，也称为常态干扰。
于海生---微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
!(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么(1)实时：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。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
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—由四部分组成。
图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。
抗干扰(六讲)
RST ST
为复位输出(低电平有效 产生条件同 为复位输出 低电平有效).产生条件同 低电平有效 产生条件同RST. 为选通输入watchdog定时器输入 定时器输入. 为选通输入 定时器输入
Vcc 为+5V电源 +5V电源 GND 为数字地 N.C. 悬空
2.MAX1232的主要功能 的主要功能 (1)电源监控 电源监控 (2)按钮复位输入 按钮复位输入 (3)监控定时器 监控定时器
1.MAX1232的结构原理 1.MAX1232的结构原理(续) 的结构原理( 当电源过压、欠压时，MAX1232将提供至少 将提供至少250ms宽 当电源过压、欠压时， 将提供至少 宽 度的复位脉冲， 度的复位脉冲，其中的容许极限能用数字式的方法来选 的容限， 择5%或10%的容限，这个复位埋藏也可以由无锁的手 或 的容限 动复位输入； 动复位输入；MAX1232有一个可编程的监控定时器监 有一个可编程的监控定时器监 督软件的执行， 可编程为150ms、600ms或 督软件的执行，该Watchdog可编程为 可编程为 、 或 1.2s的超时设置。下面给出了 的超时设置。 的内部结构图。 的超时设置 下面给出了MAX1232的内部结构图。 的内部结构图
2.7.3 CPU抗干扰技术 抗干扰技术
• 计算机控制系统的CPU抗干扰措施常常采用监 计算机控制系统的CPU抗干扰措施常常采用监 控定时器即看门狗（Watchdog）、 ）、电源监控 控定时器即看门狗（Watchdog）、电源监控 掉电检测及保护）、复位等方法。 ）、复位等方法 （掉电检测及保护）、复位等方法。这些方法 可用微处理器监控电路MAX1232来实现 来实现。 可用微处理器监控电路MAX1232来实现。 1.MAX1232的结构原理 1.MAX1232的结构原理 MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以 微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以 及电源供电监控功能。 及电源供电监控功能。MAX1232通过监控微处理器系统 通过监控微处理器系统 电源供电及监控软件的执行，来增强电路的可靠性， 电源供电及监控软件的执行，来增强电路的可靠性，它 提供一个反弹的（无锁的）手动复位输入。 提供一个反弹的（无锁的）手动复位输入。
计算机控制系统的软件抗干扰技术
干 扰 效 应 。
计算机控制系统不仅是保 障整个计算机运行安全，还需
（３）针 对 电路 板 干扰 源 ，可 以利 用 电容 器 与抑 制 电压 元 件 。
要对传递过程中的各种信号进行转换并对其进行其他的处理， 电容器可 以有 效的减 少干 扰 电流对计算机控制系统 的影响 ，
形成计算机语言 。因此计算机控制系统不仅具有控制 的能力， 在 电路板芯片电源与大地之间放置 电容器可以减少 电路之间
用 ，那就是外界的干扰对计算机控制系统会造成一定的危害，
２计 算 机 控 制 系 统 的软 件 抗 干 扰 建 议
使得计算被病毒侵害，从而可能会泄漏用户 的信息甚至公司
针对 第 二 部 分 对 计 算机 控 制 系 统 的干 扰 源 的介 绍 以及 分
与 国家 的 机 密 ，造 成 不 可 估 量 的损 失 。
判 断输入输 出接 口以及通信通道 的稳定性 以及可靠性 。并且
１计算机控制系统的干扰 因素
在进行程序运行期间需要对系统进行抚慰处理 ，中断响应，减
计算机控制系统在整个计算机运行过程具有重要的作用 ， 少错误操作 ，保 证系统 的安全性；最 后，增强信 息传递过程 中
它维持计算机 的高效运行并保障运 行的安全性与稳定性，因 的冗余信息量 ，提 高系统 的发现错误并改正错误 能力 。
的 目的 。计算机控制 系统 中包含硬件与软件，本文 只介绍相 的多余 电波进行过滤 ，从而减少其对系统的影响。
关 出厂 时就 已确 定 了，包
（２）针 对 信 号 电压 干 扰 源 ，可 以利 用磁 珠 以及 双 绞 线 等 方
含计算机的语言 、操作系统 以及 自带的 内部程 序。计算机控 式进行一定的防护 。磁珠的作用主要是降低输 出线中产生的
于海生---微型计算机控制技术课后习题答案
第二章 输入输出过程通道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.数字量过程通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。
数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路、并行接口电路和定时计数电路等组成。
数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。
其中：输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量，进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等问题。
4.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2.1光电耦合器电路图5.模拟量输入通道由哪些部分组成？各部分的作用是什么？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)。
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第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：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。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
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？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。
计算机控制系统的抗干扰技术研究
高 曼 敏 化 ． 度 非 成 化 ， 计 算 机 的 电 磁 兼 过路 或 场 耦 台 到 被 干 扰 设 备 场 包 括 静 电 ２ １ 高 使 ２采 用 低 通 滤 波 器 ． 波 器 要 有 良好 的 滤 容 问 题 更 为突 出 ， 如 ， 于 高 速 化 带 来 宽 场 、 场 及 高低 频 电 磁 场 ， 干 扰 的引 八 方 接 地 ， 例 由 磁 其 布线 接 近 地 面 ． ＾ 输 出 引 线 相 互 隔 输
干扰 可 能 经 电 源 线 进 入 控 制 系 统 ． 在 变 压 器 可 以阻 断 系 统 与 电 源 之 间 的 直 接 联
而且 干 扰 频 繁 ， 种 干 扰 都 直 接 或 问 接 地 同一 交 ’ 电 线 路 上 往 往 带 着 各 种 负 载 ， 系 ． 少 它们 之 间 的 耦 台 ． 离 变 压 器 应 有 各 赢供 减 隔 影 响 微 机 系 统 的 工 作 ， 而 影 响 计 算 机 控 如 电 动 机 ． 电器 及 其 他 高 频 设 备 等 ， 些 多 层 屏 蔽 ． 一 次 绕 组 屏 蔽 ． 次 绕 组 屏 从 继 这 如 二 制系 统 的 可靠 怀 和 稳 定 性 ， 此 须 分 析 设 备 的 干 扰 经 电 振 线 会 进 入 微 机 控 制 系 蔽 ， 电 位屏 蔽 ， 屏 蔽 以 及外 屏 蔽 等 。 固 必 等 磁 干扰 的 来 源 ． 究 对 于 不 同 干 扰 应 采 用 相 统 。而 空 间 的电 磁 干 扰 也 可 能 在 较 长 的 电 ２ １５外 部 设 备 自动 加 电 防止 干 扰 ， 宴 研 ． 在 应 的 行 之有 效 的 抑 制 和 消 际 措 施 来 提 高 系 源 线 上 产 生 噪 声 电 压 进 八 控 制 系 统 。 统 的 抗 干 扰能 力 。 １ 电磁 干扰 的 形 成 １２２ 静 电耦 台 时 控 制 系 统 中 外 部 设 备 随 时 与 计 算 机 联 机 、 机 ， 使 生 误 动 作 别 是 关 闭 电 源 脱 致 特
抗干扰技术专业知识
U c1
RC RC Zc3
U cm
RC Zc3
U cm
Us
CMRR 20 lg Ucm 20 lg
Zc3
Un
Z s1 Z1
Zs2 Z2
RC
Zs IC
Z s1
I1
A R1 模
Zs2
I2
B
Ri
拟 地
R2
ZC2 RC
ZC3
U cm
3.2.3 长线传播干扰旳克制
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，能够消除 长线传播中旳波反射或者把它克制到最低程度。
(3)使用双积分式A/D转换器
双积分式A/D能够有效地克服工频干扰以及对称干 扰旳影响。
(4)选用高抗干扰性旳元器件 (5)供电技术与阻抗匹配技术
3.2.2 共模干扰旳克制
共模干扰是主要旳干扰类型 原因：不同地旳共模电压；模拟信号系统对地旳漏阻抗
1．隔离技术 利用变压器隔离或光电隔离器件把信号侧与输入侧隔
双绞线
放大器
调制
Us
U cm
解调
计算 机系
统
(2)光电隔离
将测量信号由电压－频率转换为脉冲信号，可采用光电
隔离。是一种十分理想旳隔离器件，将输入信号旳 大小转化为光信号旳强弱，控制输出信号旳大小。 用于传递模拟信号旳光电隔离器件目前有了较多旳 应用。
R
放大器
双绞线
Us
C
信号接受端 A/D
U cm
（3）浮地屏蔽 采用浮地与屏蔽措施能够使模拟地浮空，提升整个回路对
1.单端输入：一种输入信号， 地端为参照电压；
共模干扰电压经输入回路 在信号源内阻上产生旳 串模干扰电压为： Zs是信号源内阻，Zi是 输入阻抗 结论：提升系统输入回路 旳输入阻抗，有利于提 升系统旳抗共模干扰能 力。
计算机控制理论答案
第一讲1、什么是计算机数字控制系统？一般由哪几部分组成？请用框图形式给出实例，并简单说明其工作原理。
计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统；一般由计算机和生产过程两部分组成；计算机控制系统由工业控制计算机主体（包括硬件、软件与网格结构）和生产过程两大部分组长。
其中硬件系统有主机、输入输出通道、外部设备、检测与执行机构组成；三个步骤原理：①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。
②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。
③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2、实时、在线方式、离线方式的含义是什么？实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
在线方式：在线方式亦称为联机方式，是指生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为。
离线方式：离线方式亦称为脱机方式，是指生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并做相应操作的方式。
3、简述计算机数字控制系统的发展趋势。
计算机数值控制系统的发展趋势有控制系统的网络化、扁平化、只能化、综合化。
第二讲1、简述计算机控制系统中过程通道的基本类型及其作用。
数字量输入通道：接受外部装置或产生过程的状态信号，同时将状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号；数字量输出通道：把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号；模拟量输入通道：把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位重量等模拟信号转换成计算机可以接收的数字量信号；模拟量输出通道：把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。
2、简述计算机控制系统抗干扰技术的基本措施。
第六章(二) 软件抗干扰技术(2)
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软件抗干扰小结
数字滤波技术 程序判断滤波 中位值滤波 算术平均值滤波 加权平均值滤波 滑动平均值滤波 惯性滤波 复合数字滤波
开关量的软件抗干扰技术 开关量信号输入抗干扰措施 开关量信号输出抗干扰措施 软件冗余技术 数据冗余 指令冗余 程序运行失常的软件抗干扰 设置软件陷阱 看门狗定时器(Watchdog)
是目前用于监视跟踪程序运行是否正常的最有效的方法之一， 得到了广泛的应用。
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程序运行失常的软件抗干扰--设置监视跟踪定时器 每一个计算机控制系统都有自己的程序运行周期。在 初始化时，将Watchdog定时器的时间常数定为略大于程序 的运行周期，并且在程序运行的每个循环周期内，每次都 对定时器重新初始化。如果程序运行失常，跑飞或进入局 部死循环，不能按正常循环路线运行，则Watchdog定时器 得不到及时的重新初始化而使定时时间到，引起定时中断， 在中断服务程序中将系统复位，再次将程序的运行拉入正 常的循环轨道。
软件陷阱安排在以下4种地方：（1）未使用的中断向量 区；(2)未使用的大片ROM空间；(3)表格；(4)程序区。
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程序运行失常的软件抗干扰--设置监视跟踪定时器 设置监视跟踪定时器 监视跟踪定时器，也称为看门狗定时器(Watchdog)，可
以使陷入“死机”的系统产生复位，重新启动程序运行。这
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开关量的软件抗干扰技术--开关量(数字量)信号输出抗干扰措施
在软件上，最为有效的方法是重复输出同一个数据。只要有
可能，其重复周期尽可能短。这样，执行机构接收到一个被干扰
的错误信号后，还来不及做出有效反应，一个正确的输出信号又 来到了，可及时防止错误动作的发生。 当计算机输出开关量控制闸门、料斗等执行机构动作时，为 了防止这些执行机构由于外界干扰而误动作，比如已关的闸门、 料斗可能中途打开；已开的闸门、料斗可能中途突然关闭。对于 这些误动作，可以在应用程序中每隔一段时间(比如几个ms)发出 一次输出命令，不断地关闭闸门或者开闸门。这样，就可以较好 地消除由于扰动而引起的误动作(开或关)。
计算机控制系统的抗干扰技术
（） １屏蔽措 施。由生产现场到计算机 的距 离一般 比较远 ， 输线很 传 长。 传输线越长 ， 线上的干扰就越大 ， 这时需 要使用带屏蔽的双绞线来降
低 共模干扰 。双绞线节距越短 ， 抗干扰效果越好 。
１ 主要 干扰源
１ 电 源 干扰 ． １
关 键 词 ： 算机 控 制 系统 ； 干扰 技 术 ； 件 系统 ； 件 系统 计 抗 硬 软 中 图分 类 号 ：１ ７ ＋ １ ２ ３． Ｐ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ
计算机控制系统的被控量 分布在生产现场的各 个角落 ， 由于工业控 制现场环境恶劣 ， 种干扰 大量存 在 ， 各 这些干扰会影 响系统 的测控精 度， 降低 系统的可靠性 ， 严重的还会导致系统的运行混乱 ， 造成生产事故。 因 而 在实际的应用设计 中 ， 要提高控制 系统 的抗 干扰能力 ， 保证计算机 控 制 系统在恶劣的工作环境中能可靠地工作 。 本文从硬件和软件两方面对 计算 机控制 系统的抗干扰技术进行 了初步 的讨论。
断裂处 。 ３３ 程序运行监控 系统（ Ｔ Ｈ ＯＧｌ － ＷＡ Ｃ Ｄ
（） １采用供 电比较稳定 的进线 电源 。计算机控制 系统 的电源进线要
尽量选用 比较稳定 的交流 电源线 ，至少不要将 系统接到 负载变化 大、 晶
闸管设 备多或者有高频设备的 电源上。
（ ） 交流稳 压器稳定 电网电压。 ２采用 一般采用图 １ 的方式设计电源。 首先 ， 电流经过交流稳 压器后 ， 能有效抑制电网电压的波动 。 但输入端的 脉冲干扰 、 多次谐波干扰还可能会传播到后级 电路 。为此在 电路中设有 低通滤波电路。由于低通滤波器主要 由电感 、 电容元件组成 ， 其设计仅允
计算机控制技术课件第6章
硬件抗干扰技术
➢ 模拟信号经放大后，再利用光电隔离的线性区，直接对 模拟信号进行光电耦合传送。
硬件抗干扰技术
3、浮地屏蔽
采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。所谓浮地，就 是利用屏蔽方法使信号的“模拟地”浮空，从而达到抑制共模干扰 的目的。
软件抗干扰技术
五、程序运行失常的软件抗干扰
1、设置软件陷阱
当干扰导致程序计数器PC值混乱时，可能造成CPU离开正确的指 令顺序而跑飞到非程序区去执行一些无意义地址中的内容，或进入数 据区，把数据当作操作码来执行，使整个工作紊乱，系统失控。针对 这种情况，可以在非程序区设置陷阱，一旦程序飞到非程序区，很快 进入陷阱，然后强迫程序由陷阱进入初始状态。
干扰的形成
三、 干扰的作用形式
各种干扰信号通过不同的耦合方式进入系统后，按照对系 统的作用形式又可分为共模干扰、串模干扰和长线传输干扰。 1、共模干扰
共模干扰是在电路输入端相对公共接地点同时出现的干扰，也称为共 态干扰、对地干扰、纵向干扰、同向干扰等。共模干扰主要是由电源的地、 放大器的地以及信号源的地之间的传输线上电压降造成的。
软件抗干扰技术
2、数字量输出抗干扰措施
当计算机输出开关量控制闸门、料斗等执行机构动作时，为了防 止这些执行机构由于外界干扰而误动作，比如已关的闸门、料斗可能 中途打开；已开的闸门、料斗可能中途突然关闭。
对于这些误动作，可以在应用程序中每隔一段时间(比如几个ms) 发出一次输出命令，不断地关闭闸门或者开闸门。这样，就可以较好 地消除由于扰动而引起的误动作(开或关)。
硬件抗干扰技术
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第二节 控制系统抗干扰技术
2. 数字滤波的几种常用方法 （1）程序判断滤波 （2）中值滤波 （3）算数平均值滤波 （4）加权平均值滤波 （5）滑动平均值滤波 （6）RC低通数字滤波 （7）复合数字滤波
二、干扰的种类
1.按特性分类 ①直流干扰：以直流电压或直流电流的形式出现， 一般由热电效应和电化学效应引起。 ②交流干扰：由交流电感应引起。是最易出现的一 种。 ③随机干扰：一般是瞬变的，为尖峰或脉冲形式， 多由电感负载的间断工作引起。这种干扰的时间 短，幅度大，会给系统带来很大的危害。
2.按作用分类
×
二、模拟量输入/输出通道抗干扰方法 主要是由长线传输引起。 当计算机主频大于1MHz,传输线大于0.5m 或当计算机主频大于4MHz,传输线大于 0.3m，即属于长线传输。
常采用的措施： ①信号采用电流传送 ②采用RC滤波网路滤去高频干扰信号。 在通道输入端接入二级阻容低通滤波网路。 可使50Hz的常态干扰衰减到1/600左右，时间 常数小于200ms。 ③使用高阻抗的差动运算放大器作为通道的前置 放大器，抑制共模干扰。 ④利用变压器或光耦合器件把模拟地与数字地断 开，使共模干扰不能构成回路。
这样，就保证了无论在什么情况下，都可以关闭2级中断。当然，如果没有中 断被激活时运行了这段程序，也不会有什么不良影响。
三 数字滤波技术
为了保证测量和控制的准确性，在进行数据处理前必须消除输入信号的干扰， 即进行滤波。 分类： ①模拟滤波：一般由电容、电阻、运算放大器等电子元件组成，用于阻止和 削弱一定频率的信号 ②数字滤波：是一种程序滤波，通过一定的计算程序对采样信号进行平滑加 工，减少干扰信号在有用信号中的比重
第三节 软件抗干扰技术
一、Watchdog技术 又叫看门狗技术,是一个定时器电路, 一般有一个 输入,叫喂狗,一个输出到MCU的RST端,MCU正常 工作的时候,每隔一段时间输出一个信号到喂狗端, 给 WDT 清零,如果超过规定时间不喂狗(一般在程 序跑飞时),WDT 定时超过,就会给出一个复位信号 到MCU,使MCU复位. 防止MCU死机. 看门狗的作 用就是防止程序发生死循环或者说程序跑飞。 可以硬件实现，也可以软件实现，或两者结合。
⑤屏蔽信号传输线路。 ⑥采用浮地输入双层屏蔽放大器抑制共模干扰。 ⑦采用双绞线传输。 双绞线与同轴电缆相比，虽然频带较差， 但波阻抗高，抗共模噪声能力强。对电磁场干 扰有一定的抑制效果。 敷设传输线时，不要和动力线平行，远离 干扰源。 一般室外应架空，室内应用电缆沟敷设。
三、开关量输入/输出通道抗干扰方法
上述的软件陷阱技术能实现可靠回复功能，但是有两个方面的严重 隐患。第一，隐患主要是在对中断的处理上：首先，程序跑飞很可能是 发生在中断服务子程序中，其次，一些未使用的中断很可能因为程序跑 飞而被错误地激活，而这时只是简单地让跑飞的程序从头开始运行，就 不能关闭已激活的中断，这样，单片机的中断系统会认为程序仍在处理 中断，就不会再响应同级中断。第二，大部分单片机应用系统在上电复 位初始化后，不希望在程序跑飞而用软件陷阱恢复后又重新初始化。 为了解决第一个隐患，当程序跑飞时，一定要想办法关闭可能发生 的中断，然后再执行用户应用程序。当CPU进入中断后，就只能用RETI 指令关闭中断．解决第一个隐患的具体方法是，改变软件陷阱程序段： 当程序跑飞后，将跑飞的程序引到0202H处，然后在0202H处完成关闭 中断的工作，即在用户应用程序存储器不用区域写入代码 “0000020202H”。
1.机壳接地与浮地的比较
全机浮空：有一定的抗干扰能力，但要求机器与 大地的绝缘电阻不能小于50M欧，且一旦绝缘 下降便会带来干扰，容易产生静电。 控制系统的机壳接地：抗干扰能力强，安全可靠， 但工艺较复杂。
2.一点接地与多点接地的应用原则。 一点接地：低频（1MHz）电路，计算机控 制系统采用。 串联一点接地 并联一点接地 多点接地：高频（10MHz）电路
C1
C2
C3
C1 L
C4
第二节 控制系统抗干扰技术
二、硬件抗干扰技术
1. 电源系统抗干扰----交流电源
③ 采用隔离变压器
当同一电网上有大功率设备时， 在控制系统与供电电源之间加 入一个三相隔离变压器，用以 隔离强电设备对计算机控制系 统的干扰和接地电流。
D/Y三相隔 离变压器
变压器一次侧按三角形接法， 二次侧按星型接法。
2.内部干扰
是指计算机控制系统内部的各种元器件引起的各种干 扰。 固定干扰：电阻中随机性的电子热运动引起的热噪声、 半导体及电子管内载流子的随机运动引起的散粒噪声； 由于两种导电材料之间的不完全接触，接触面的电导 率不一致产生的接触噪声；寄生反馈电流所造成的干 扰；多点接地造成的电位差引起的干扰；寄生振荡引 起的干扰等。 过渡干扰：电路在动态工作时引起的干扰。
复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,
即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机 的自动复位.
1.利用数字电路和芯片实现硬件看门狗技术
⑴采用单稳态电路实现 ⑵采用集成芯片实现
2.利用微处理器定时实现软件看门狗技术 基本思想：在主程序中对定时器1中断服务 程序的关闭故障进行监视；在定时器2中断服 务程序中对主程序的死循环进行监视；在定时 器1中监视定时器2中断服务程序的死循环和关 闭故障。 这种多重软件监测的方法，大大提高了系 统运行的可靠性。
1.利用数字电路和芯片实现硬件看门狗技术 原理：看门狗电路的应用,使单片机可以在无人状态下实现连续工作, 其工作原理是:看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引 脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或 低电平),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间 的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段 进 入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候, 看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机
⑴RC滤波器滤去输入信号中的干扰信号 ⑵去抖电路消除触点、开关闭合时的抖动。 ⑶采用光电耦合隔离措施。 ①采用光电耦合器传送开关量信号或脉冲信号，隔离输入端 和输出端的电气连接。 ②采用光电耦合器“浮置”传输长线。提高系统可靠性，去 掉了长线两端间的公共地线，消除了了逻辑电路的电流流 经公共地线所产生的噪声电压的串扰，解决了长线驱动和 阻抗匹配等问题。 ③隔离计算机和其他所有的外接通道，提高系统的可靠性。
四、接地技术
广义的接地包括：接实地和接虚地。 接实地：是与大地作良好的连接。 接虚地：是与电位的基准点（或基准面、基准线） 连接。 共地连接：把电位基准点与大地连接。 浮地连接：把电位基准点自行浮置或浮空（即与 大地电气绝缘）。
计算机控制系统中，大致有以下几种地线：
①数字地。逻辑网络的零电位。 ②模拟地。A/D转换、前置放大器或比较器的零 电位。 ③功率地。大电流网络部件的零电位。 ④信号地。传感器的地。 ⑤小信号前置放大器和内存放大器的地。 ⑥交流地。交流50Hz地线，噪声地。 ⑦直流地。 ⑧屏蔽地。防静电感应和磁场感应的地。
NOP NOP LJMP 0202H ； 而在0202H开始的程序存储器单元进行如下的编程： ORG 0202H MOV DPTR，#ERRl PUSH DPL PUSH DPH RETI ；关闭第1级中断，并跳转到ERRl处 ERRl： CLR A PUSH ACC PUSH ACC RETI ；关闭第2级中断，软件回复到0000H处
第二节 控制系统抗干扰技术
二、硬件抗干扰技术
1. 电源系统抗干扰----交流电源
⑤ 电源分组源 (或UPS)
供主机
交流净化 稳压电源 (或UPS)
供通道
第二节 控制系统抗干扰技术
二、硬件抗干扰技术
1. 电源系统抗干扰----直流电源
① 每块板卡的电源和地线引入处，并接一个10~100μF的电解电容 和一个0.01~0.1μF的无感瓷片电容。 ② 每块集成芯片的电源和地线引入端接一个0.01~0.1μF的无感瓷 片电容，防止板间的相互干扰。 ③ 电路板布线要合理，直流电源线和地线不能形成环路。
NOP NOP LJMP 0000H 当单片机应用系统工作正常时，单片机的CPU不会执行软件陷阱程序段； 但是，当单片机应用系统受到干扰而程序跑飞后，由于程序计数器PC值 错误，破坏了正常的指令格式，导致执行非正常指令，从而执行软件陷 阱程序段，落入软件陷阱，将跑飞的程序引导到复位入口地址0000H。软 件陷阱程序段中的连续2条NOP指令是为了增强“LJMP 0000H”被捕获的 能力，即“LJMP 0000H”不会被冲散，当程序跑飞后会得到完整地执行， 从而使跑飞的程序纳入正常轨道。
1. 数字滤波器的优点 （1）无需增加任何硬件设备。 （2）系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题。 （3）可多通道共享，从而降低成本。 （4）可以对频率很低（如0.01HZ）的信号进行滤波。 （5）使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数 在计算机控制系统中得到广泛的应用
1. 数字滤波器的优点 （1）无需增加任何硬件设备。 （2）系统可靠性高，不存在阻抗匹配问题。 （3）可多通道共享，从而降低成本。 （4）可以对频率很低（如0.01HZ）的信号进行滤波。 （5）使用灵活、方便，可根据需要选择不同的滤波方法，或改变滤波器的参数 在计算机控制系统中得到广泛的应用
计算机控制 系统 大功率用电 设备1 大功率用电 设备n
第二节 控制系统抗干扰技术
二、硬件抗干扰技术