微型计算机控制技术课后习题

作业第一章（绪论）1.1 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？答：计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程控制的系统。

、计算机控制系统由工业控制机和生产过程两个大部分组成。

工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。

生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关装置。

计算机控制系统的组成框图见书本第2页（图1.2）。

1.2 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？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5.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第二章（输入输出接口与过程通道）作业2.1 什么是接口、接口技术和过程通道？答：接口是计算机与外设交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。

接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术。

过程通道是计算机与生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。

2.2 采用74LS244和74LS273与PC总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量输出接口。

请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入与输出程序。

答：电路原理图见书本第19页（图2.1和图2.2）。

数字量输入程序（设片选端口地址为port）：MOV DX，portIN AL , DX数字量输出程序：MOV AL , DATAMOV DX , portOUT DX ，AL2.3 用8位A/D 转换器ADC0809通过8255A 与PC 总线工业控制接口，实现8路模拟量的采集，请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。

答：原理图见书本上第28页（图2.15）。

8路模拟量采样程序：ADC0809 PROC NEARMOV CX , 8CLDMOV BL , 00HLEA DI , DA TABUFNEXT: MOV DX , 02C2HMOV AL , BLOUT DX , ALINC DXMOV AL , 00000111B // 输入启动信号OUT DX , ALDEC DXNOSC: IN AL , DXTEST AL , 80HJNZ NOSC //NOEOC: IN AL ,DXTEST AL ,80HJZ NOEOC // EOC=0 ，等待MOV DX , 02C0H // 读转换结果IN AL , DXSTOS DATABUFINC BL // 修改模拟通道地址LOOP NEXTRETADC0809 ENDP2.5 请分别画出一个有源I/V 变换电路和一个无源I/V 变换电路图。

并分别说明各个器件的作用。

答：有源变换电路见书本上第32页（图2.19）：同相放大器电路把电阻1R 上的输入电压变成标准的输出电压（放大倍数为431R A R =+）； 极性电容C 能起到滤波作用，防止高频的干扰； 5R 为平衡电容。

无源变换电路见书本上第31页（图2.18）：极性电容C 起滤波的作用；二极管D 起限幅保护作用（当输出电压大于5V 时，D 导通减少流过2R 的电流从而降低2R 上的电压，保证输出不超过5V ）；2.6 什么是采样过程？量化，孔径时间？答：采样过程：按一定的时间间隔T ，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号转变成在时刻0，T ，2T ，、、、、、、kT 的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程。

量化：采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。

孔径时间：在模拟输入通道中，A/D 转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间，完成一次A/D 转换所需要的时间称为孔径时间。

2.7 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？答：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可以采用带有保持器电路的采样器。

当被测信号变化很慢时，若A/D 转换器时间足够短，可以不加采样保持器。

2.8 一个8位A/D 转换器，孔径时间为100s μ。

如果要求转换误差在A/D 转换精度（0.4%）内，求允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少？解：620.4 6.42*100*10*10Z f H sπ-== 2.9 试用8255A 、AD574、LF398、CD4051和PC 总线工业控制机接口设计出8路模拟量采集系统，请画出接口电路原理图，并编写相应8路模拟量数据采集程序。

答：原理图见书本上第36页（图2.25）。

数据采集程序如下：设8255A 的地址为2C0H —2C3H ，主过程已对8255A 初始化，且已装填DS 、ES （两者段基值相同），采样值村入数据段中的采样值缓冲区BUF 。

其8通道数据采集的程序见书本上第37（图2.26）。

（猴子喜欢沈依）AD574A PROC NEARCLDLEA DI , BUFMOV BL , 00000000B //MOV CX , 8ADC : MOV DX , 2C2HMOV AL , BLOUT DX , ALNOPNOPOR AL , 01000000BOUT DX , ALAND AL , 10111111BOUT DX , ALMOV DX , 2C0HPULLING: IN AL , DXTEST AL , 80HJNZ PULLINGMOV AL , BLOR AL , 00010000BMOV DX , 2C2HOUT DX , ALOR AL , 01000000BOUT DX , ALMOV DX , 2C0HIN AL , DXAND AL , 0FHMOV AH , ALINC DXIN AL , DXSTOSWINC BLLOOP ADCMOV AL , 00111000BMOV DX ,2C2HOUT DX , ALRETADC574A ENDP2.10 采用DAC0832和PC 总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A 转换程序。

答：原理图见书本上第41页（图2.29）。

若DAC0832的片选地址为200H,则8位2 进制数6DH 转换为模拟电压的接口程序为： MOV DX ， 200HMOV AL ， 6DHOUT DX ， ALHLT2.12 请分别画出D/A 转换器的单极性和双极性电压输出电路，并分别推出输出电压与输入数字两之间的关系式。

解：D/A 转换器的单极性和双极性输出电路见书本上第44页（图2.33）。

1OUT V 为单极性输出，若D 为输入数字量，REF V 为基准参考电压，且为n 位D/A 转换器，则有1*2OUT REF nD V V =-； 2OUT V 为双极性输出，可以推出：3321112(**)*(1)2OUT REF OUT REF n R R D V V V V R R -=-+=- 2.13 采用DAC0832、运放、CD4051等元件与PC 总线工业控制机接口，设计8路模拟量输出系统，请画出接口电路原理图，并编写8路模拟量输出的程序。

答：原理图见书本上第48页（图2.40）。

设8个输出数据存放在内存数据段BUF0—BUF7这8个连续单元中，主过程已经填装DS ，输出子程序如下：DOUT PROC NEARMOV BX , OFFSET BUFNEXT: MOV AL , [BX]OUT DX , ALINC DXOUT DX , ALCALL DELAYINC AHDEC DXLOOP NEXTRETDOUT ENDP其中DELAY 是一段延时程序。

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)。

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。

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。

（沈依？对猴子….）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。

10.设被测温度变化范围为0o C~1200o C,如果要求误差不超过0.4o C,应选用分辨为多少位的A/D 转换器？ 选择依据：124.0120012log ≈⎪⎭⎫ ⎝⎛+≥n 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。