计算机测控技术知识点.
计控复习资料计算机控制重点知识
I/O信号的种类：数据信息、状态信息、控制信息三类。
数据信息又分为数字量、模拟量、开关量、脉冲量。
计算机和外部的通信方式：按数据传送方式分为并行通信（传送速度快、信息率高）和串行通信（数据按位进行传送）；串行通信又分为全双工方式、半双工方式、同步方式和异步方式。
三种I/O控制方式：程序控制方式、中断控制方式、直接存储器存取方式。
程序控制方式又分为：无条件I/O方式、查询式I/O方式（又称条件传送方式）。
对于查询式I/O方式，满足实时控制要求的使用条件：所有外围设备的服务时间的总和必须小于或等于任一外围设备的最短响应时间（也称危险时间）。
中断优先级问题的解决办法：软件查询方式，雏菊链法，专用硬件方式。
I/O接口的编址方式：I/O接口独立编址方式、I/O接口与存储器统一编址方式。
IO接口芯片和CPU之间必要的连接信号：（1）数据信号D0~D7。
（2）读/写控制信号/RD、/WR（或/IOR、/IOW）（3）片选信号/CS和地址线A1、A0（4）时钟、复位、中断控制、联络信号等控制信号。
I/O接口扩展：地址译码器的扩展、负载能力的扩展。
I/O通道分为：模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道四种。
模拟量输入通道主要由信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、A/D转换器和控制电路等部分组成。
输出保持一般有两种方案：一种是数字量保持方案（一个输出通路设置一个D/A转换器的结构形式），另一种是模拟量保持方案（多个输出通路共用一个D/A转换器的结构形式）。
数字量输入输出通道：数字量输入通道的数字信号：编码数字（二进制数或十进制数）、开关量、脉冲列三类。
数字量输出通道的数字信号：编码数字（二进制或二-十进制）、开关信号、脉冲信号三类。
D/A转换器按其工作方式可分成并行和串行两种；并行D/A转换器又可分为电流相加型和电压相加型。
按其输出又可分为电压输出和电流输出两种。
并行D/A转换器的工作原理：把每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，再把代表各位的模拟量相加，这样，得到的总的模拟量就与数字量成正比的模拟量。
计算机测控技术基础1
1.1.7 PC-based控制器 PC-based控制器从外观到可靠性也都开始可 以与PLC相近。PC-based是一种基于PC技 术的控制系统。最早的PC-based控制系统是 以PC总线工控机为核心，通过扩展专用板卡 组成。PC-based借助于IT技术的发展，在运 算、存储、组网和软件开放性方面具有优势。 为PC-based控制器的高速发展铺平了道路。 这样，PC-based控制器不仅具有PC的优势， 也具有传统PLC的优势。它可无缝地融合到 网络时代的信息系统中。
1.1.6可编程控制器PLC
基本概念：可编程序控制器，专为在工业环境中应用而设计， 采用可编程序的存储器存储操作指令，并通过数字式的或模拟 式的输入输出控制机械或生产过程。 1969年美国通用公司生产第一套PLC（Programmable Logic Controller ）。 国内外许多生产PLC的厂家。 发展历程 上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期， 年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量 能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提 高，PLC逐渐进入过程控制领域。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干 扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺 序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。
操作管理站
操作站是DCS系统的主要人机接口，操作站是一台 功能强大的计算机。 操作站可以进行监视、操作和控制；控制工程师可 以实现控制系统组态、系统的生产和维护。作为 管理计算机，它可以通过通信接口与通讯系统相 连，采集各种信息，执行工厂的集中管理和实现 最优控制、后台计算和软件开发等特殊功能。 操作站具有三方面的功能： 操作员属性功能、工程师属性功能和系统维护功能。
计算机测控技术
1、异步串行通信接口通常指以下三类：RS-232(A、B、C)，20mA电流环和RS-422/RS485。
2、RS-232C：电气特性—采用负逻辑：-3v ~ -15v表示逻辑“1”，+3v ~ +15v表示逻辑“0”。
特征：由于RS-232C比较高电平输出，且正负输出，所以其驱动器需提供+10V以上的对称电源。
3、将TTL/CMOS信号直接连接：1米以内，最长不超过5米。
4、Page3（异步串行通信的直接连接、多机直接连接）。
5、MC1489是相应的4路RS-232C信号接收器，仅需5V供电。
6、MAX232A功能框图（P4图1.7）。
其功能是：将TTL的异步通信逻辑转换为RS-232C 逻辑电平。
（为什么要有转换部件?）7、上位机与多个串口设备通信时，每个串口必须使用1个独立的RS232C串口，可使用多串口卡，或多路串口接口芯片。
8、使用多串口卡连接多个串口设备的系统。
（P5图1.9）9、MAX488/490与RS422连线图（P6图1-10）。
为防止高频信号在连线中的反射影响通信质量，在接受端加接负载电阻式必要的。
10、总线方式的RS－422组网。
（P8图1-14）11、USB总线特点，以及其级联扩展。
（P17）12、长距离通信解决的问题以及解决方法（P18）。
13、长距离通信分为哪三种方法，各自的距离是多少？-用电流环实现隔离的长线通信，其距离见P18。
-使用RS-422/485的长线通信，通信距离可达1200米，更长的距离可通过中继器实现。
-使用光纤传输RS-422/485信号，通信距离可达20千米。
14、LED显示驱动方式，各自优缺点？1）静态显示：同时点亮，硬件较多，软件设计简单。
2）动态显示：轮流点亮，节省硬件，软件相对复杂，数码管较多，或为点阵显示屏时，常采用矩阵扫描方式。
15、LED为何要限流？由于LED的电流特性为近似的恒压器件，导通电流I在其导通阈值附近快速增大，所以必须加限流电阻控制电流值。
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但是由于工业现场存在着电、磁、振动、温度等各 种干扰及各类执行器所要求的开关电压量级及功率不 同，所以在接口电路中除根据需要选用不同的元器件
外如，许还多需时要候采需用要各利种用缓计冲算、机隔控离制与一驱些动高措电施压。、大电
流的负载。由于驱动能力所限，不能使用微机输出线 直接驱动这些负载，此时就需要通过功率接口，将输 出的低电压、小电流的信号转变成高电压、大电流的 信号来进行驱动。
固态继电器(SSR)是近年发展起来的一种新型电 子继电器，其输入控制电流小，用TTL、HTL、 CMOS 等集成电路或加简单的辅助电路就可直接驱 动，因此，它适宜于在微机测控系统中作为输出通 道的控制元件；其输出利用晶体管或晶闸管驱动， 无触点。
与普通的电磁式继电器和磁力开关相比，它具有 无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快、体积小、 重量轻、寿命长、工作可靠等特点，并且耐冲力、 抗潮湿、抗腐蚀。因此，在微机测控等领域中，SSR 已逐步取代了传统的电磁式继电器和磁力开关作为 开关量输出的控制元件。
同时，由于晶闸管的响应时间很短，远小于继 当单片机的P1.
这5部分被封装在一个6面体外壳内，成为一个整体，外面有4个引脚(图中的A、B、C、D)。 当单片机的P1.
电器，所以比较适用于高速系统。 由于驱动能力所限，不能使用微机输出线直接驱动这些负载，此时就需要通过功率接口，将输出的低电压、小电流的信号转变成高电
另外，有些时候，也需要使用元器件将计算机与强 电进行隔离以防止现场强电磁干扰或工频电压通过输 出通道反串到测控系统中，提高抗干扰能力。
常用的功率接口有隔离组件光电耦合器、继电器与 晶闸管。
3.1 光电耦合器
光电耦合器是一种半导体光电器件，因为它体积小、寿 命长、抗干扰能力强等优点，所以应用领域十分广泛。 1. 原理：当输入端高电平时，发光二极管发光，光线 照射到光敏三极管或光敏二极管上，产生相应的电流， 从输出端输出，完成了电—光—电的转换。由于输入 电路与输出电路是绝缘的，因此可起到对输出通道的 隔离作用。
计算机测控技术专业方向介绍
目录计算机测控技术专业方向介绍 (1)嵌入式系统专业方向介绍 (3)网络与软件技术专业方向介绍 (6)计算机测控技术专业方向介绍一、计算机测控技术的基本概述计算机测控是集检测、控制与仪器仪表制造为一体，以嵌入式系统、信息处理与电子技术为主，软硬件兼顾的技术，主要研究系统的数学模型、传感器与测试系统、信号调理、图像处理技术、微弱信号检测技术、数字控制系统、计算机测控系统、现场总线技术与基于Internet的远程测控系统等。
二、培养目标培养在测量与控制、仪器与系统的设计制造、电气工程、自动化、信息技术、电子与计算机技术应用等领域能够从事工程设计、科学研究、技术开发、经济管理等方面的综合型高级工程技术人才。
学生在校期间能系统地掌握机、电、计算机结合的现代测控技术和试验研究技术，并具有测控技术、嵌入式仪器与系统的设计和开发能力。
从事检测技术、智能仪器设计、过程控制仪表及装置、嵌入式系统原理及应用、计算机测控技术、智能控制理论、现场总线技术的研究与工程设计。
三、主要课程设置数字逻辑、汇编语言、计算机组成原理、微机原理与接口技术、计算机软件基础、自动控制理论、计算机测量技术、智能仪器设计、智能传感器系统、自动化仪表与系统、单片机原理及应用、嵌入式系统等专业方向课程。
四、毕业生主要从事的工作领域毕业生主要从事计算机测控仪器、计算机控制与自动化系统、智能传感系统、测控系统的智能化技术、嵌入式系统、电磁量与非电量的测试技术、多传感器信息融合与信息处理技术等设计与研究工作。
五、计算机学院计算机技术系情况介绍2．教授介绍：王振友：教授硕导；赵磊：教授硕导；陈平：教授硕导李业德：教授硕导；张景元：教授硕导4．硬件设施：六、计算机测控技术——同学们明智的选择计算机测控技术应用到现在已经相当广泛了。
不仅仅用在工业上，同时，实现工业自动化的设备也需要测量，扩展到我们的航天航空、船舶、通信系统等等所有行业和领域，都离不开计算机测控技术，这些计算机测控技术的应用特点都是具有高可靠性的、在恶劣环境中的应用。
【计算机测控】LAST
7.2 计算机测控系统的设计
• • • • • 7.2.1 系统设计的基本要求
1. 系统的可靠性要高 2. 系统的可维护性要好 3. 系统的可扩充性要好
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7.2.2 系统设计的一般步骤 1. 确定系统任务 2. 选择计算机及其外围设备 选择的计算机及外围设备一般要考虑以下几点： （1）字长 （2）速度 （3）内存容量 （4）中断能力 （5）外围接口 （6）外部设备
第五章 自动校准和自检
• 5.1 误差校准和自检
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5.1.1 测控系统的系统误差及其校准
校准有两种不同的实现方法： （1）根据系统误差的变化规律 （2）准确度等级高的仪器 ①采用同类型的准确度高的标准仪器（见图5－1） ②采用准确度高的可步进调节输出值的标准信号 源（见图5－2）
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3. 系统的其它要求 （1）环境要求，如： ①系统的湿度指标 ②系统的温度指标 ③系统的抗振、冲击、防尘、防电磁干扰指标 ④系统对电源电压、电源频率的允许波动范围 ⑤系统的接口方式、电磁兼容性指标 （2）系统的体系结构要求。内容包括： ①系统的物理结构 ②系统的控制体系 ③系统的通信方式 （3）系统的可靠性 （4）系统的可维护性
• 5.1.3 测控系统故障的自检 • 测控系统的自检，主要是针对下列部件： • （1）数字电路部件 • （2）模拟电路部件 • （3）测控系统自检采用下面几种方式： • ①开机自检 • ②周期性自检 • ③连续监控
• 5.3 测控系统的抗干扰技术
• • • • • • • • • • • • 5.3.1 测控系统中常见的干扰 （1）内部于扰 （2）外部干扰。 2.按干扰出现的规律 （1）固定于扰 （2）半固定干扰 （3）随机干扰 3从干扰产生和传播的方式划分 （1） 静电干扰 静电干扰如图5－11所示 （2）磁场耦合干扰 磁场耦合干扰如图5－12所示
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在系统中，计算机只能处理数字信号，因而给定值 和反馈量要先经过A/D。当计算机接收了测量信号后， 根据需要作分析处理；控制中，依给定量和反馈量的 偏差值，按某种控制规律进行运算(如PID运算)，计 算结果(数字信号)再经过D/A转换器，将数字信号转 换成模拟控制信号输出到执行机构，完成对系统的控 制作用。
计算机测控技术
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第1章 绪论
本章主要介绍计算机测控制的一 般概念，计算机测控系统的组成、分 类、特点及其典型应用和发展。
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1.1 计算机测控系统的组成及特点
1.1.1 一般概念
模拟式自动控制系统也已达到相当完善的程度。但它的 进一步发展受到了限制，在复杂控制规律的实现系统的 最优化、可靠性等方面已不能满足更高的要求。
序、信号分析、控制量计算程序、生产过程监 控程序等 。
1.2 计算机在控制中的典型应用方式
一、操作指导控制系统(见图1-3)
在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接 用来控制生产对象。计算机只是对生产过程 的参数进行采集，然后根据一定的控制算法 计算出供操作人员参考、选择的操作方案、 最佳设定值等，操作人员根据计算机的输出 信息去改变调节器的设定值，或者根据计算 机输出的控制量执行相应的操作(如直接改变 阀门开度) 。
在DDC系统中的计算机参加闭环控制过程， 它不仅能完全取代模拟调节器，实现多回路的 PID(比例、积分、微分)调节，而且不需改变硬 件，只需通过改变程序就能实现多种较复杂的 控制规律，如串级控制、前馈控制、非线性控 制、自适应控制、最优控制等。
设定值 计
接口
输入通道
检测
生
显示 打印
算 机
接口
输出通道
A/D
多路开关
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一、填空题 (96分)1、现场总线的核心为（______）。
现场总线通讯协议模型为（______），分为（______）、（______）、（______）、（______）四层。
学生答案：总线协议##协议模型##物理层##数据链路层##应用层##应用层2、计算机系统的硬件组成有（______）、（______）、（______）、（______）、（______）五部分。
学生答案：控制对象（生产过程）##执行器##测量变送环节##输入/输出通道##数字调节器3、数据采集系统中常用的数字滤波有:（______）、（______）、（______）、（______）、（______）。
学生答案：中值滤波##算术平均值滤波##限幅滤波##限速滤波##一阶滞后滤波4、开关量输出信号驱动电路的构成方式有:（______）、（______）、（______）、（______）。
学生答案：大/中/小功率晶体管##可控硅##达林阵列驱动器##固态继电器5、开关量输入/输出通道由（______）、（______）、（______）三部分组成。
学生答案：接口逻辑##输入缓冲器和输出锁存器##I/O电气接口6、计算机控制系统控制过程的主要步骤有（______）、（______）、（______）三部分组成。
学生答案：实时数据处理##实时控制决策##实时控制及输出7、数据采集系统的三种工作方式为（______）、（______）和（______）。
学生答案：查询法##中断法##DMA法8、现场总线协议应用层又分为（______）、（______）两个子层。
FF总线中现场访问子层的三种虚拟关系为:（______）、（______）、（______）。
学生答案：现场总线访问子层##现场总线报文子层##发布者/接收者##客户/服务器##报告分发9、构成干扰的三个要素:（______）、（______）、（______）。
学生答案：干扰源##传输途径##干扰对象DCS的结构是一个分布式系统，从整体逻辑结构上讲，是一个分支树结构。
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第一章计算机控制系统概述
1. 什么是计算机控制系统 ? 其工作原理是怎样的?
2. 画图说明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?
3. 计算机控制系统的软件起什么作用?
4. 计算机控制系统中的实时性、在线方式和离线方式的含义是什么?实时、在线方式和离
线方式的含义是什么
?
5. 计算机控制系统的典型形式有哪些 ? 各有什么优缺点 ?
6. 计算机控制装置可以分成哪几种类型 ?
7. 简述计算机控制系统的发展概况。
8. 讨论计算机控制系统的发展趋势。
1. 画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
2. D/A转换器的性能指标有哪些?
3. 用 8位 DAC 芯片组成双极性电压输出电路,输出电压范围为 -5V--+5V,求对应下列偏移量的输出电压:(1 80H ; (2 01H ; (3 7FH ; (4 40H ; (5 FFH ; (6 FEH
4. 请分别画出 D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路, 并分别推导出输出电压与输入数字量之间的关系式
5. 试用 DAC0832芯片设计一个能够输出频率为 50Hz 的方波电路和程序。
6. DAC0832与 CPU 有哪几种连接方式?他们在硬件接口及软件程序设计上有
何不同?
7. 为什么高于 8位的 D/A转换器与 8位危机接口连接时必须采用双缓冲方式?
这种双缓冲方式与 DAC0832的双缓冲方式在接口上有什么不同?
8. 试用 8255A 与 DAC1210设计一个 12位的 D/A转换接口电路,并编写出程序(8255A 的地址为 8000H ~8003H
1. 画图说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
2. 请分别画出一路有源 I/V 变换电路和一路无源 I/V 变换电路图,并分别说明各元器件的作用。
3. 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。
4. 采样有几种方法?采样周期越小越好吗?为什么?
5. 采样保持器的作用是什么?是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器? 为什么?
6. 简述逐次逼近式、双积分式和电压 /频率式的 A/D转换原理。
7. 设某 12位 A/D转换器的输入电压为 0~+5v,求出当输入模拟量为下列值时输出的数字量:(1 1.25v ; (2 2v ; (3 2.5v ; (4 3.75v ; (5 4v ; (6 5v
8. 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?它们各在接口电路和程序设计上有什么特点?
9. 试用 8255A , AF398, CD4051以及 AD574A 设计一个能同时采样 8输入通道的 A/D转换电路,要求查询方式,并编写出程序。
第四章数字量输入 /输出通道
1. 画图分析说明三极管型光电耦合隔离器的工作原理。
2. 简述数字量输入通道的功能及常用的输入调理电路。
3. 简述数字量输出通道的功能及常用的输出驱动电路。
4. 简述数字量 I/O模板的结果组成及各部分的作用。
第五章键盘及其接口技术
1. 简述键盘的两种类型及其特点。
2. 简述何为键盘的抖动干扰及其消除的两种方法。
3. 非编码独立式键盘的查询接口电路和中断接口电路各有何优缺点?
4. 试用 8255A 的 C 口设计一个 4×4=16的键阵列,其中 0~9为数字键, A ~F 为功能键, 采用查询方式,设计一接口电路,并编写键扫描程序。
5. 结合图 5-8和 5-9分析说明二进制编码键盘接口电路中硬件消抖电路的工作过程。
第六章显示器及其接口技术 1. LED 发光二极管组成数码管，就其结构来讲有哪两种接法？不同接法对字符显示有什么影响？ 2. 以 4 位 LED 为例，说明 LED 的静态显示和动态显示原理、显示效果、特点及适用场合。
3. LCD 显示与 LED 显示原理有什么不同？LCD 有哪几种类型？ 4. 在计算机控制系统中，常用的监控显示画面有哪些？
第七章数据处理技术 1. 在计算机控制系统中，一般要对测量数据进行哪些预处理？ 2. 简述各种数字滤波方法的原理或算法及适用场合。
3. 某炉温变化范围为0～1600 C，经温度变送器输出电压为 1～5v，再经 ADC0809 转换， ADC0809 的输入电压范围为 0～5v，试计算当采样值为 9BH 时，岁对应的炉温是多少？ 4. 在数据处理中，何为查表法？它能完成哪些功能？一般有哪些查表方法？ 5. 在计算机控制系统中，为什么要设置越限报警？有哪些情况需要报警？可以考虑哪些越限报警方式？○
第八章抗干扰技术 1. 简述干扰的来源与传播途径。
2. 串模干扰的成因是什么？如何抑制串模干扰？ 3. 共模干扰的成因是什么？如何抑制共模干扰？ 4. 在计算机控制系统中，敷设信号线应注意哪些问题？ 5. 在计算机控制中，大致有哪几种地？最终如何接地？
第九章数字控制器的设计 1. 什么是数字 PID 位置型控制算法和增量型控制算法？试比较他们的优缺点。
2. 在 PID 调节器中，系数 Kp，Ki，Kd 各有什么作用？他们对调节品质有什么影响？ 3. 采样周期的选择需要考虑哪些因素？采样周期的大小对调节品质有何影响？ 4. 什么叫积分饱和？它是怎样引起的？如何消除？ 5. 试分析说明基本 PID 算法与不完全微分的 PID 算法的控制作用有什么不同？不完全微分的 PID 算法有何优越性？ 6. 为使数字 PID 控制器实现从手动到自动的无平衡无扰动切换，应采取哪些措施？ 7. 试叙述试凑法、扩充临界比例度法、扩充响应曲线法整定 PID 参数的步骤。
8. 画出计算机串级控制系统的方框图，并推导其主、副控制器的输出。
9. 画出计算机前馈-反馈控制系统的方框图，并简述其原理。