计算机控制技术及应用课后答案
计算机控制技术及应用课后答案
【篇一：计算机控制技术课后习题答案】
统由哪些部分组成？并画出方框图。
解：
若将自动控制系统中控制器的功能用计算机或数字控制装置来实现，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图1-1所示。因此，简单说来，计算机控制系统就是由各种各样的计算机参与控制的一类系统。在计算机控制系统中，控制规律是用软件实现的，计算机执行预定
的控制程序就能实现对被控参数的控制。控制器与执行机构之间是
da转换器，负责将数字信号转换成模拟信号；ad转换器则相反将传
感器采集的模拟信号，转换成数字信号送给控制器。
2．计算机控制系统是怎样分类的？按功能和控制规律可分为几类？解：
计算机控制系统与其所控制的对象、采取的控制方法密切相关。因此，计算机控制系统的分类方法很多，可以按照系统的功能、控制
规律或控制方式等进行分类。
按功能及结构分类：操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督
控制系统、集散控制系统、现场总线控制系统、工业以太网控制系统、综合自动化系统。
按照控制规律分类：程序和顺序控制、比例积分微分控制(简称pid
控制)、最少拍控制、复杂规律的控制、智能控制。
3．计算机控制系统的主要特点有哪些？
解：
主要有以下特点：
1．数字模拟混合的系统。在连续控制系统中，各处的信号是连续模拟信号。而在计算机控制系统中，除仍有连续模拟信号外，还有离
散信号、数字信号等多种信号。因此，计算机控制系统是模拟和数
字的混合系统。
2．灵活方便、适应性强。一般的模拟控制系统中，控制规律是由硬件电路实现的，控制规律越复杂，所需要的模拟电路往往越多，如
果要改变控制规律，一般就必须更改硬件电路。而在计算机控制系
统中，控制规律是由软件实现的，计算机执行预定的控制程序就能
实现对被控参数的控制，需要改变控制规律时，一般不对硬件电路
作改动，只要改变控制程序就可以了。
3．可实现复杂控制规律。计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能够实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。
4．离散控制。在连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。而在计算机控制系统中，计算机每隔一定时间间隔，向a/d转换器发出启动转换信号，并对连续信号进行采样获得离散时间信号，经过计算机处理后，产生的控制时间信号通过d/a将离散信号转换成连续时间信号输出，作用于被控对象。因此，计算机控制系统并不是连续控制的，而是离散控制的。
图1-1 计算机控制系统基本原理图
5．可以采用分时控制。在连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。而在计算机控制系统中，由于计算机具有高速的计算处理能力，一个数字控制器经常可以采用分时控制的方式，同时控制多个回路。
6．易于实现管控一体化。采用计算机控制系统可实现控制信息的全数字化，易于建立集成企业经营管理、生产管理和过程控制于一体的管控一体化系统。即建立集成了生产过程控制系统pcs、生产执行系统mes和企业资源管理系统erp的综合自动化系统。
4．计算机控制系统的主要性能指标有哪些？
解：
1．稳定性
稳定性是对控制系统最重要的要求之一。一个控制系统只有稳定，才有可能工作，也才能谈得上控制性能的好坏与优劣。因此，对于计算机控制系统来说，稳定性分析同样是一个重要的方面。通常采用控制理论中的离散系统稳定性分析方法（如变换域的劳斯判据）来分析计算机控制系统的稳定性，用稳定裕量(即相角裕量和幅值裕量)来衡量计算机控制系统的稳定程度。
2．能控性与能观性
能控性和能观性是现代控制理论中两个非常重要的概念，它们从控制系统状态的控制能力和状态的观测能力两个方面揭示了控制系统的两个基本问题。
3．动态指标
动态指标能够比较直观地反映控制系统的动态过渡过程特性。在经典控制理论的时域分析中用时域指标来衡量控制系统动态性能的好坏，常用指标有：延迟时间td、上升时间tr、峰值时间tp、调节时
间ts、超调量?%。在实际应用中，常用的动态性能指标为上升时间、调节时间和超调量。通常用tr和tp评价系统的初始响应速度，用ts
评价系统的总体响应速度和平稳程度，用?%评价系统的平稳性。
当利用频率特性进行控制系统的分析和设计时，常用频域指标来衡
量控制系统动态性能的优劣。在用开环对数频率特性设计控制系统时，常用静态速度误差系数kv、相角裕量?、幅值裕量l和开环截止
频率?c等指标；而用闭环频率特性设计控制系统时，常采用静态速
度误差系数kv、闭环谐振峰值mr、闭环谐振频率?r和闭环频带宽度?b等指标。
4．稳态指标
稳态指标是控制系统控制精度或抗干扰能力的一种度量，常用稳态
误差ess来表征。通常在阶跃函数、斜坡函数或加速度函数作用下
进行测定或计算，ess表示系统的稳态输出量y?与期望值y0之间的差值，是系统对于跟踪给定信号准确性的定量描述。希望ess越小
越好。
5．积分型指标
在现代控制理论中，经常使用综合性指标来衡量控制系统的性能。
积分型指标是主要的综合性指标之一，它主要以误差e(t)对时间的不
同积分来表征，有误差平方的积分、时间乘误差(或乘误差绝对值)平
方的积分、时间平方乘误差(或乘误差绝对值)平方的积分、误差绝对
值的积分以及加权二次型性能指标等。
5．控制对象对控制性能有何影响？
解：
假设控制对象的特性归结为对象放大系数km和扰动放大系数kn、
惯性时间常数tm和tn、纯滞后时间常数?和?n，而控制系统的性能
采用超调量?%、调节时间ts、和稳态误差ess等来表征。根据控制
理论知识可以得出如下结论：
1．放大系数对控制性能的影响
扰动通道的放大系数kn越小，稳态误差ess也越小，控制精度就
越高，故希望kn尽可能小；而由于km完全可以由数字调节器的比
例系数kp来补偿，所以km对系统的性能没有影响。
2．惯性时间常数对控制性能的影响
当tn加大或惯性环节的阶次增加时，可以减少超调量?%；而tm越小，系统的反应就越灵敏，控制也就越及时，控制性能就越好。
3．纯滞后时间对控制性能的影响
扰动通道的纯滞后时间?n对控制系统的性能没有影响，只是使输出量yn(t)沿时间轴平移了?n；而控制通道的纯滞后时间?使控制系统的超调量?%增大，调节时间ts延长，纯滞后时间?越大，控制性能就越差。
6．综合自动化系统的体系结构？
解：
综合自动化系统是以经济指标为目标，以生产过程优化运行、优化控制与优化管理为核心技术，实现在线成本的预测、控制和反馈校正，以形成生产成本控制中心，保证生产过程的优化运行；实施生产全过程的优化调度、统一指挥，以形成生产指挥中心，保证生产过程的优化控制；实现生产过程的质量跟踪、安全监控，以形成质量管理体系和设备保证体系，保证生产过程的优化管理。因此，综合自动化系统一般来说是一个多层次递阶的集成控制系统，通常分为如图1-2所示的erp/mes/pcs/三层模型结构，即划分为考虑生产过程问题的生产过程控制系统pcs（process control system）；考虑企业层面经营管理问题的企业资源计划erp（enterprise resource planning）系统以及同时考虑生产与管理结合问题的中间层――生产执行系统mes（manufacturing execution system，又称制造执行系统）三个层次。企业资源计划erp
(enterprise resource planning)
生产执行系统mes
过程控制系统pcs
(process control system)
图1-2 综合自动化系统分层模型
7．计算机控制技术所涉及的整个知识结构框架？
系统
知识层控制
知识层基础
知识层图1-3计算机控制技术所涉及的整个知识结构框架
8．信息网络对控制网络的推动作用？
9．计算机控制系统的发展动向主要表现在哪几个方面？
1．结构网络化
以网络为依托，采取纵向分层、横向分散的策略，将控制区域内的各种设备连接在一起，使各组成部分协调工作，共同完成控制、管理和决策功能。
2．控制分散化
将控制功能下放到现场设备，现场进行数据的处理和管理，大大提
高了系统的实时性和可靠性。同时，通过网络将各个现场设备连接
成一个有机的整体，又保证了上层决策系统可以得到大量丰富的现
场信息，便于进行适当而及时的决策，提高了系统的有效性和效率。 3．节点智能化
控制器、传感器、变送器、执行器等现场设备成为具有误差补偿、
故障诊断、功能自治等特征的网络化智能节点，使控制系统具备远
程系统调试、在线设备管理、实时生产监控、故障自动修复等能力，以适应降低控制系统使用和维护成本、提高系统可靠性和易用性的
要求。
4．系统集成化
每种现场总线往往有自己的技术特点与应用领域，2007年10月各
国iec委员会投票通过的现场总线国际标准iec 61158第四版中纳入
了18种总线类型，多种总线共存已经成为不争的事实。从系统结构
来看，实际应用中经常集成多种现场总线、工业无线技术共同构建
控制
系统。从系统组成来看，经常采用集成生产过程控制系统、生产制
造执行系统、企业资源计划系统的多层次递阶控制系统。
【篇二：《计算机控制技术及其应用》思考题与习题的
指导信息】
什
么是自动控制、控制系统、自动化和控制论？
[指导信息]: 参见1.1自动控制的基本概念。
自动控制(autocontrol)：不用人力来实现的控制，通常可用机械、
电气等装置来实现。通常相对手动控制而言。
控制系统(control system)：通过控制来实现特定功能目标的系统。而系统(system)是由相互联系、相互作用要素组成的具有一定结构
和功能的有机整体。控制系统通常有一定的规模和复杂性，否则常
称为控制装置或控制机构。
自动化(automation)：在无人工干预情况下，一个或多个控制系统
或装置按规定要求和目标的实现过程。自动化强调的是自动控制过程，其核心概念是信息。
2. 控制的本质是什么？
[指导信息]: 参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
控制过程本质上是一系列的信息过程，如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等。控制系统中的目标信息、被控对象的初始信息、被控对象和环境的反馈信息、指令信息、执行信息等，通常由电子或机械的信号来表示。
3. 自动控制中有哪些基本问题？
[指导信息]: 参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
自动控制中的基本问题包括：自动控制系统的结构、过程、目标和品质等。
结构包括组成及其关系两个部分；控制过程主要为一系列的信息过程，如信息获取、信息传输、信息加工、信息施效等；目标规则体现了系统的功能；控制品质即为控制的质量，可通过系统的性能指标来评价。
4. 一个控制系统由哪些部分组成？试结合一个实例来说明。
[指导信息]: 参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
一个控制系统可以由控制单元、执行单元、反馈单元、被控对象、目标规则组成，它们的相互关系参见图 1 5所示。
控制系统结构框图
5. 控制系统的性能指标有哪些？试结合一个实例来说明。
[指导信息]: 参见1.1.2 自动控制中的基本问题。
控制系统的性能指标有传统意义上的性能指标和广义的评价指标。统意的性能指标有稳定性、快速性、准确性等。广义的评价指标包括可靠性、操作性、互换性、效率以及性价比等。
（结合实例来说明略。）
6. 一个典型的计算机控制系统由哪些部分组成？它们的关系如何？ [指导信息]: 参见1.2.1 计算机控制系统的结构。
计算机系统分为硬件系统和软件系统，硬件系统包括计算机、输入输出接口、过程通道(输入通道和输出通道)、外部设备(交互设备和通信设备等)，软件系统包括系统软件和应用软件，其中计算机系统作为控制单元，见图 1 6所示。
设计人员
管理人员
操作人员其他系统典型计算机控制系统的结构框图
7. 计算机控制系统有哪些分类？试比较ddc、scc、dcs和fcs的各自特点。
[指导信息]: 参见1.2.2计算机控制系统的分类。
分类方法有：按系统结构的分类、按控制器与被控对象的关系分类、按计算机在控制系统中的地位和工作方式分类、按控制规律分类。
其中ddc(direct digital control)、scc(supervisory computer control)、dcs(distributed control system) 和fcs(field bus
control system)是按计算机在控制系统中的地位和工作方式来分类的。
ddc中的计算机直接承担现场的检测、运算、控制任务，相当于“一
线员工”。
scc系统中的scc计算机主要完成监督控制，指挥下级ddc计算机
完成现场的控制，相当于“车间主任”或“线长”。
dcs由多台分布在不同物理位置的计算机为基础，以“分散控制、
集中操作、分级管理”为原则而构建的控制系统，dcs中的计算机充
当各个部门的“管理人员”，如过程管理、生产管理、经营管理等职能。
fcs是建立在网络基础上的高级分布式控制系统。在fcs中，控制器、智能传感器和执行器、交互设备、通信设备都含有计算机，并通过
现场总线相连接。这些计算机的功能不仅仅在于对一般信息处理，
而是更强调计算机的信息交换功能。
8. 试通过实例来说明不同控制规律的特征。
[指导信息]: 参见1.2.2计算机控制系统的分类。
不同控制规律分类有恒值控制、随动控制、pid控制、顺序控制、
程序控制、模糊控制、最优控制、自适应控制、自学习控制等。
恒值控制：控制目标是系统的输出根据输入的给定值保持不变，输
入通常是在某一时间范围内恒定不变或变化不大的模拟量。如恒温
炉的温度控制，供水系统的水压控制，传动机构的速度控制。
随动控制：控制目标是要求系统的输出跟踪输入而变化，而输入的
值通常是随机变化的模拟量，往往不能预测。如自动导航系统、自
动驾驶系统、阳光自动跟踪系统、雷达天线的控制等。
pid控制：根据给定值与输出值之间偏差的比例(p)、积分(i)、微分(d)进行的反馈控制，是工业上适用面较广、历史较长、目前仍得到
广泛应用的控制规律。许多连续变化的物理量如温度、流量、压力、水位、速度等的控制，都可采用pid控制。许多恒值控制和某些随
动控制也可采用pid规律来实现。
顺序控制：根据给定的动作序列、状态和时间要求而进行的控制。
如交通信号灯的控制、电梯升降的控制、自动包装机、自动流水线
的控制。
程序控制（数值控制、数字控制）：指根据预先给定的运动轨迹来
控制部件行动。如线切割机的控制、电脑绣花机的控制。
模糊控制：基于模糊集合和模糊运算，采用语言规则表示法进行的
控制。在许多家用电器（电饭煲、洗衣机等）、工业过程控制等领
域得到了越来越多的应用。
最优控制（最佳控制）：使系统的某些指标达到最优，而这些指标
往往不能直接测量，如时间、能耗等。
自适应控制：在工作条件改变的情况下，仍能使控制系统对被控对
象的控制处于最佳状态。它需要随时检测系统的环境和工作状况，
并可随时修正当前算法的一些参数，以适应环境和工作状况的改变。自学习控制：能够根据运行结果积累经验，自行改变和完善控制的
算法，使控制品质愈来愈好。它有一个积累经验和主动学习的过程，可以适时地调整算法的结构和参数，以不断地提高自身算法质量。
9. 计算机控制系统中获取信息、传输信息、加工信息、执行信息等
过程分别与哪些技术有关？
[指导信息]: 参见1.2.3 计算机控制技术及其发展。
计算机控制系统中的获取信息、传递信息、加工信息、执行信息等
过程都有相应的技术来实现，而这些过程中的信息大部分由电子信
号来表示，信息处理的工具是电子计算机。在这些过程用到的计算
机控制技术包括控制用计算机技术、输入输出接口与过程通道技术、控制网络与数据通信技术、数字控制器设计与实现技术、控制系统
的人机交互技术、控制系统的可靠性技术以及计算机控制系统的设
计技术
等。
10. 学习计算机控制技术可遵循哪些原则？
[指导信息]: 参见1.3.2 学习方法。
学习计算机控制技术可遵循的原则有系统化、信息化、规范化、实
用化。
系统化原则：要认识到控制系统是具有一定结构和功能的有机整体，可将其分解为相互联系、相互作用的各个子系统，它们的子功能可
通过外特性来描述。
信息化原则：可从信息化的本质来看待一个控制过程。计算机是一
个强大的信息处理工具，一个合适的信息表达形式是信息得到有效
处理的前提，控制规律的数据形式表达是信息加工的关键，而时间
和空间是信息处理的两大限约要素，因此计算机的速度和存储空间
是其重要的性能指标。
规范化原则：为提高系统的构建效率，降低维护费用，应从规范化
的要求来分析和设计一个控制系统。应了解和掌握控制系统从底层
的标准元器件、信号类型、总线标准、通信协议到组态软件的编程
语言、开放式的监控软件。这些规范化技术通常有较长的生命周期，重点掌握这些技术也是提高学习效率的一个要素。
实用化原则：从实用化的角度来理解控制技术的应用水平。在市场
经济的环境下，生命力强的技术必然会有性能和价格上的优势，性
价比高的产品必然会得到应用广泛，低碳环保的产品会受到更多用
户的欢迎。因此，我们要随时了解当前技术、产品性能和价格情况，在设计时尽可能选用性价比好的技术和产品，避免重复使用低级落
后技术，减少低性能、高价格、高能耗、不可靠、难维护的劣质系统。
11. 请收集有关资料，了解计算机控制技术近期的发展动向。
（略）
12. 请收集有关参考教材，了解计算机控制技术相关课程的教学内容。（略）
第2章计算机控制系统的理论基础
1. 简述输入输出描述方法和状态空间描述方法的各自特点。
[指导信息]: 参见2.1.1 控制系统的描述方法。
输入输出描述方法也称激励响应法，它是基于系统的输入与输出之
间的因果关系来描述系统特性的，主要适用于描述单变量输入和单
变量输出的系统。输入输出描述方法中，系统的输出不仅与当前的
输入有关，还与过去的输入和输出有关。
状态空间描述方法是基于系统状态转换为核心，不仅适用于描述单
变量输入和单变量输出的系统，也能适用于多变量的场合。系统的
输出仅与当前的系统输入和状态变量有关。
2. 连续系统和离散系统分别使用哪些数学工具来表示？
[指导信息]: 参见2.1.1 控制系统的描述方法。
对连续系统用到的数学工具有微分方程、拉氏变换和传递函数，对
离散系统用到的数学工具有差分方程、z变换和脉冲传递函数。
对连续系统，可用微分方程、冲激响应、传递函数建立系统模型；对离散系统，可用差分方程、脉冲响应、脉冲传递函数建立系统模型；
对连续系统和离散系统，都可用方框图来描述系统结构。
3. 什么是连续系统的传递函数？什么是离散系统的脉冲传递函数？它们有什么实用意义？
[指导信息]: 参见2.1.5 用传递函数表示的系统模型，2.3.6 脉冲传递函数。
连续系统的传递函数定义为零初始条件下系统输出y(t)的拉氏变换与输入r(t)的拉氏变换之比，即：
g(s)?y(s)
r(s)
y(z)
r(z) 离散系统的脉冲传递函数(也称z传递函数)可定义为： h(z)?
其中，y(z)为系统输出序列y(k)的z变换，r(z)为输入序列r(k)的z 变换。
传递函数或脉冲传递函数都反映了系统固有本质属性，它与系统本身的结构和特征参数有关，而与输入量无关。利用传递函数的表达式就能分析出系统的特性，如稳定性、动态特性、静态特性等；利用传递函数可通过求解方程代数而不是求解微分方程，就可求出零初始条件下的系统响应。
特别指出，通过实验的方法，求出离散系统的脉冲传递函数更为方便有效。
4. 方框图有哪些符号要素和等效变换规则？
[指导信息]: 参见2.1.6 系统的方框图。
系统的方框图是线图形式的系统模型，由方框、有向线段和相加节点组成，方框图的变换规则有：并联、串联和反馈。参见表 2-3和表2-4。
5. 画出状态空间模型框图，写出输出方程和状态方程表达式。
【篇三：《计算机控制技术》教材习题解答1】txt>第一章
1.1什么是计算机控制系统？计算机控制系统由哪几部分组成？答：计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工业控制机）来实现生产过程自动控制的系统。
计算机控制系统的组成：计算机控制系统由计算机（工业控制机）
和生产过程两大部分组成。
1.2、微型计算机控制系统的特点是什么？
微机控制系统与常规的自动控制系统相比，具有如下特点：
a.控制规律灵活多样，改动方便
b.控制精度高，抑制扰动能力强，能实现最优控制
c.能够实现数据统计和工况显示，控制效率高
d.控制与管理一体化，进一步提高自动化程度
1.3 计算机控制系统结构有哪些分类？指出这些分类的结构特点和
主要应用场合。答：
（1）操作指导控制系统
优点：结构简单，控制灵活，安全。
缺点：由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
（2）直接数字控制系统（dds）
优点：实时性好，可靠性高，适应性强。
（3）监督控制系统（scc）
优点：生产过程始终处于最优工况。
（4）分散控制系统（dcs）
优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。（5）现场总线控制系统（fcs）
优点：与dcs相比，降低了成本，提高了可靠性。国际标准统一后，可实现真正的开放式互联系统结构。
1.4.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。
1.5.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？
答：所谓实时，是指信号的输入、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。
在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控
制的方式称为在线方式或联机方式；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称为离线
方式或脱机方式。
1.6 操作指导、ddc和scc系统的工作原理如何？它们之间有何区
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。
1.7 计算机控制系统的发展趋势是什么？
计算机控制将在以下方面得到发展：（1）推广应用成熟的先进技术，普及应用可编程序控制器（plc），广泛使用智能调节器，采用新型
的dcs和fcs；（2）大力研究和发展智能控制系统。当前最流行的
控制系统有：分级递阶智能控制系统，模糊控制系统，专家控制系统，学习控制系统，神经控制系统。
1．以工业pc 为基础的低成本工业控制自动化将成为主流
2． plc在向微型化、网络化发展
3．面向测控管一体化设计的dcs系统
4．控制系统正在向现场总线（fcs）方向发展
5．计算机控制软件正向先进控制方向发展
6．
第二章
2.1 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。
2.2 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。
2.3 简述两种硬件消抖电路的工作原理。
采用积分电路的硬件消抖电路，首先利用积分电路将抖动的高频部
分滤出，其次利用施密特触发器整形。
采用rs触发器的硬件消抖电路，主要是利用rs触发器的保持功能
实现消抖。
2.4 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，
如下图所示。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。
光电耦合器电路图
2.5 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)。
2.6 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。
2.7 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/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。
2.8 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。
2.9 a/d转换器的结束信号有什么作用？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。 ?保持等待法:eoc与ready相连,eoc无效时,自动插入等待状态。直至eoc有效时，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。
2.10 假设被测温度变化范围为0oc～1200oc，如果要求误差不超
过0.4oc，应选用分辨率为多少位的a/d转换器？?1200?选择依据：n?log?1???12 0.4?2?
2.11 设计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30h~37h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：movx @dptr，a；再次启动a/d转换
reti ；中断返回
2.12 模拟量输出通道由哪几部分组成？各部分的作用是什么？
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/i变换
等信号调理电路组成。
(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0～10ma或4～
20ma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。
2.13 采用74ls138、dac0832运算放大器和cd4051等设计d/a转
换接口电路，设定dac0832的端口地址为200h，cd4051的端口地
址为201h。要求：（1）画出d/a转换接口电路；（2）编写d/a转
换程序。
解 (1) d/a转换接口电路；