计算机测控技术复习课
《计算机测控技术》课程综合复习资料
《计算机测控技术》课程综合复习资料一、填空题1.若连续信号的最高频率为wmax，按采样定理要求采样频率ws应大于（）。
答案：2wmax2.采样定理的描述为：若信号的最高频率为fmax，只要采样频率f大于最高频率的（）倍，采样信号就能唯一复现原信号。
实际应用中，一般取f>5～10fmax。
答案：23.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构，需要接入（）器件完成控制量的切换工作。
答案: 反多路开关4.DAC的分辨率指（）电压与最大输出电压之比答案：最小输出5.在10位A/D转换器中，设满量程为±5V，试写出模拟量为0V时，所对应的数字量为（）H。
答案:2006.在10位A/D转换器中，设满量程为±5V，试写出模拟量为-2.5V时，所对应的数字量为（）H。
答案:1007.由于计算机只能接收数字量，所以在模拟量输入时需经（）转换。
答案:D/A转换器8.ADC0809是一种带有8通道模拟开关的8位（）式A/D转换器。
答案：逐次逼近9.8位的A/D转换器分辨率为（）。
答案：1/(28-1)10.变送器输出的信号为（）或4～20mA的统一信号。
答案：0～10mA11.步进电机的（）指的是完成一个磁场周期性变化所需脉冲数。
答案：拍数12.步进电机的相数指的是（）。
答案：线圈组数13.按动力区分，执行机构最常用的类型是（）。
答案：气动型14.按动力区分，（）型的执行机构相对价格昂贵，体积较大。
答案：液动型15.DAC0832的工作方式有（）、单缓冲方式、双缓冲方式。
答案：直通方式16.微机的三总线是（）、地址总线、控制总线。
答案：数据总线17.计算机控制系统的监控过程包括三个步骤：（）、实时决策、实时控制。
答案：实时数据采集18.采样保持器可实现以下功能：在采样时，其输出（）输入；而在保持状态时，输出值不变。
答案：等于19.控制系统的（）指的是响应的最大偏移量与终值的差，与终值比的百分数。
精密测控与系统 复习课件
精密测控与系统课程总结复习 第一章 导论1. 信号的形式根据其与时间的关系分为三类。
2. 准数字信号特点：幅值二值化，而时间轴取值连续。
3. 信号频率的测量方法：频率测量法（高频）和周期测量法（低频）。
4. 系统按信号形式可分三种：连续时间系统、离散时间系统、混合时间系统。
5.即时系统与动力学系统的定义及其典型例子。
6. 线性系统基本特征：满足叠加原理。
7. 定常系统又称为时不变系统。
系统特性不随时间而变（time invariant)。
8. 连续时间单位冲激函数的三个特点。
9. 实际的机电模拟系统应具有以下性质：1) 同样形式的微分方程； 2) 同样拓朴的微分方程； 3) 有同样标量积的变量。
10. 离散卷积的计算：m 范围由x(n),h(n)范围共同决定。
离散卷积过程：序列倒置→移位→相乘→取和 1.解析式法 2.图解法3.对位相乘求和法求卷积4.利用性质 具体计算方法：例二使用对位相乘求和法求卷积步骤： 1) 两序列右对齐→2) 逐个样值对应相乘但不进位→3) 同列乘积值相加（注意n =0的点）()()()()∑∞-∞=-=*m m n h m x n h n x ()120012()4, 3, 2, 1()3, 2, 1,()()n n x n x n y n x n x n ↑↑==⎧⎫⎧⎫⎪⎪⎪⎪==⎨⎬⎨⎬⎪⎪⎪⎪⎩⎭⎩⎭=*已知，求：第三章 传感器与测试系统1. 传感器的定义。
2. 理想传感器应具有的特点。
3. 什么是传感器的标定。
4. 传感器误差的五种类型。
5. 模块化设计中应遵循的基本原则：1、独立性原则；2、功能化原则；3、标准化原则；4、可扩展性原则第四章 信号调理1. 信号调理的4种类型：电平调整、线性化、信号形式变换、滤波及阻抗匹配。
2. 电压－电流变换器（转移电导放大器）电流－电压变换器（转移电阻放大器）。
3. 理解并掌握滤波器的基本形式。
根据无源滤波器电路图或通带图会分析判断滤波器类型。
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PPT资料(正式版)
1. 工作原理：继电器主要由铁芯、线圈、衔铁、触电、 弹簧等组成。当在线圈两端加上一定的电压使线圈中形 成一定方向的电流，由于电磁感应现象会产生相应的磁 场，该磁场吸引衔铁，使衔铁克服弹簧的拉力与静触电 吸合，使电路导通。当线圈两端电压消失后，电流产生 的磁场也随之消失，由于没有了吸引力，因此衔铁在弹 簧力的作用下将与触电分开，使电路断开。
计算机测控技术
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。
2. 应用：
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。 如许多时候需要利用计算机控制一些高电压、大电流的负载。 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。 单向晶闸管： 单向晶闸管由3个PN结组成。 一般在驱动大型设备时，往往利用继电器作为测控系统输出至输出驱动级之间的第一级执行机构。 继电器是一种电子控制组件，通常用于自动控制系统当中。 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。 当在线圈两端加上一定的电压使线圈中形成一定方向的电流，由于电磁感应现象会产生相应的磁场，该磁场吸引衔铁，使衔铁克服弹 簧的拉力与静触电吸合，使电路导通。 晶闸管又称可控硅，是一种大功率半导体器件，不但具有整流功能，还具有开关作用。 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。 另外，单向晶闸管没有自我关断能力，在导通之后，只有当A、K两端的电压下降到不足以使其导通时单向晶闸管才会回到截止状态。
计算机测控技术5-1(04-12)
•
向单片机输入开关信号,就能对红外光线进行 控制。根据发光二极管与接收三极管的不同位置 设计的开关接口电路，可以应用于计数、位置状 态、转速等多方面的测试。图3.4是转速测量电路。
图3.4 光电传感器在转速测量中的应用
带透光方孔的转盘与要测量转速的传动轴相连结，轴 转动时，带动带透光方孔的转盘一起转动，使红外接收三 极管断续地接收到发光二极管发出的红外光，在其输出端 产生一系列脉冲电平信号，单片机通过对输入的脉冲电平 信号进行计数，就可以测量出该转动装置的转速了。设转 速为S，转动盘上有N个方孔，单片机在l秒钟内的计数值为 M，则S=M/N(转/秒)。很显然，N值越大，测量的转速越精 确。
2. 简单输出接口
计算机与设备的状态指示灯、 继电器等电气的连接需要通过并行 输出接口实现。 由于计算机的输出信号只有在执行输出指令的瞬 间被加载到数据总线上，因此必须将信号锁存才能控制外部备， 也就是在数据总线与被控设备之间需要使用锁存器， 如图5-5所示。 以PC总线为例， 用 计算机控制LED指 示灯的亮灭， 指 示灯由三极管驱动， 三极管基极加高电平 时，三极管导通， LED指示灯亮； 基 极为低电平时，三极 管截止，LED指示 灯灭。
当CPU对端口port执行读操作时， 读取开关S1~S8的状态， S 闭合时输入为0， S断开时输入为1， 通过判断每位0与1的状态， 即可获得对应的开关S的状态。 汇编语言输入程序 如下：
MOV DX， port IN AL， DX
C语言输入程序如下： data = importb (port)
由此设计的地址 译码电路见图5-1。 图中对应状态为0的
地址线经过一个非门
后连到与非门的输入 端， 而状态为1的地 址线直接和与非门的 输入端连接。 由于AEN参加译码， 并且在CPU进行I/O端口操作时为低电平， 因此将其通过非门也同时接入与非门。 这样， 当地址线状态正 好为2FCH时， 与非门的输出为低电平。
测试与控制技术复习
一．填空、选择、判断改错、判断1影响测控电路精度的主要因素:影响测控电路精度的主要因素有：1、噪声与干扰；2、低漂移、高稳定性，主要是温漂；3、线性度与保真度；4、输入与输出阻抗的影响。
2对测量控制电路的主要要求：对测控电路的要求：(1）精度高;（2）响应快；（3)转换灵活；（4）可靠性与经济性。
3滤波器对不同频率的信号有不同的作用滤波器是具有频率选择作用的电路或运算处理系统，具有滤除噪声和分离各种不同信号的功能。
通带、阻带、过渡带作用各不相同.4滤波器的特征频率：①通带截频f p=w p/（2π)为通带与过渡带边界点的频率，在该点信号增益下降到一个人为规定的下限.②阻带截频f r=w r/(2π）为阻带与过渡带边界点的频率，在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限.③转折频率f c=w c/（2π）为信号功率衰减到1/2(约3dB）时的频率，在很多情况下,常以fc作为通带或阻带截频。
（20lg(1/0.707)=—3 dB ）④固有频率f0=w o/(2π）为电路没有损耗时，滤波器的谐振频率，复杂电路往往有多个固有频率。
5测控系统的组成答：被测量、测量元件，被测量元件，测量电路、输出单元6测试系统的静、动态指标静态指标：①灵敏度；②线性度（非线性误差）；③分辨力；④迟滞；⑤漂移;⑥精度；⑦重复性；动态指标：正弦变化的输入、阶跃变化的输入和线性输入，系统的阶跃响应曲线；幅频特性曲线；相频特性曲线。
7应变式电阻传感器工作原理是什么？电阻应变效应：当金属丝在外力作用下发生机械变形时其电阻值将发生变化.如依据这种效应制成的应变片粘贴于被测材料上，则被测材料受外界作用所产生的应变就会传送到应变片上，从而使应变片的电阻发生变化,通过测量应变片阻值的变化就可得知被测机械量的大小。
8单、双臂、全桥电桥的灵敏度灵敏度是电桥测量技术的一个重要指标，电桥的灵敏度可以用电桥测量臂的单位相对变化量引出输出端电压或电流的变化来表示。
计算机测控技术
《计算机测控技术》综合复习资料一.填空题1.计算机控制系统的工作过程包括：数据采集、、。
2.相对于传统模拟控制系统，计算机控制系统是使用替代传统控制系统中的。
3.传感器的作用是；4.过程通道是计算机控制系统的重要组成部分，根据信号的方向和形式，过程通道可分为、、、四种类型。
5.数字控制器相对于模拟控制器的优点是。
6.计算机只能接受和输出信号。
7.相对于传统模拟控制系统，计算机控制系统是使用替代传统控制系统中的。
二.简答题1.计算机控制系统相对于模拟控制系统的优点有哪些？2.请叙述模拟量输入通道的组成及各部分的作用3.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？4.逐次逼近式模数转换器的工作原理？5.简述数字滤波与硬件滤波相比有哪些优点。
三.计算题1.某流量测量仪表的量程为10～100m3/min，在某一时刻计算机采样（8位）并经数字滤波后的数字量为(D3)H，设仪表量程为线性的，则此时的流量值为多少？2. 某压力测量系统，其测量范围为100~1000mm水柱，经压力变送器输出电压为0~5V，再经8位A/D进行转换，当某时刻计算机得到的A/D转换后的数字量为9BH时，其测量的压力值是多少（设压力变送器为线性的）？3.某热处理炉温度测量仪表的量程为200～1000C，在某一时刻计算机采样（8位）并经数字滤波后的数字量为(CD)H，设仪表量程为线性的，则此时的温度值为多少？四.论述题1.请结合本单位生产实际，阐述有哪些工作任务可以通过开发计算机控制系统来实现自动化？2.请结合单位生产实际，阐述计算机控制系统在生产中的应用3.请结合单位实际，阐述计算机控制系统在安全领域的应用。
4. 请介绍您单位的计算机控制系统，包括功能、硬件组成和软件；如果您单位还没有，请根据您的观察，写出您认为单位可以开发的计算机控制系统《计算机测控技术》综合复习资料参考答案一.填空题1. 控制决策控制输出2.数字计算机模拟调节器3.将其他信号转换成易检测、易传输、易处理的电流或者电压信号。
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测控计算机、测控通道（模拟量输入/输出通 道、数字量输入/输出通道）、外部设备（人 机接口设备、打印机、通信设备…）、测量与 执行机构。
❖ 测控计算机可实现计算的机测主控技术要复习功课 能：。。。
计算机测控系统的工作步骤可以归纳为三步： （1）实时数据采集：通过测量变送装置完成被控量的瞬时
n1lo2(1 g D 1 0)lo2(1 g 0.0 10 )7 5.65
因此，取A/D转换器字长为8位。 ❖ 应掌握十进制A/D转机测控技术复习课
模拟量输出通道
❖ D/A转换器输出一般都通过功率放大器推动执 行机构。设执行机构的最大输入值为U max ，最
-F
IOUT2
+
VOUT
D0
D1
D2
D3
Vout = －B*（Vi/16）
R
2R
2R
2R
2R B=b3*8+b2*4+ b1*2+ b0*1
R
I0 R
I1 R
I2 R
I3 I Vi
节点0
节点1 计算节机测点控2技术复习课节点3
采用D/A构成程控放大器应用
❖ 采用DAC7520十位D/A转换器构成9~9.999倍 程控转换器，步进量为0.001
计算机测控技术复习课
模拟量输入通道
❖ 采集电路的参数设计与选择
多路开关
采样保持
A/D转换
(1)多路开关
理想的多路开关开路电阻为无穷大，接通时的 导通电阻为零。由于实际开关存在导通电阻，为了 减小多路开关导通电阻对信号传输精度的影响，就 要求后面的负载输入阻抗足够大。
(2)采样保持
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。计算(孔机测径控技时术复间习课、捕获时间)
值的检测和输入。 （2）实时控制决策：对采集的数据进行分析和处理，按预
定的控制策略决定采取何种控制行为。 （3）实时控制输出：根据控制决策，向执行机构发出实时
控制信号，完成系统控制任务。 实时的含义是指信号计的算机输测入控技、术复计习算课 和输出都要在一定的时间 间隔内完成。
模拟量输入/输出通道
传感器 寄存器
模拟量输入通道
❖ A/D转换器的选择 (1)精度：应高于传感器精度一个数量级； (2)分辨率：即字长，应根据测试信号的动态范
围确定； (3)转换速率：根据输入信号的频带确定。
计算机测控技术复习课
模拟量输入通道
❖ A/D转换器的选择
（1）字长选择
如果输入信号的动态范围[Ymin，Ymax]，要求的灵
脉冲量是指许多数字式传感器将被测物理量值转 换为脉冲信号，如转速、位移、流量的数字传感 器产生的数字脉冲信号；
数码是指成组的二进制码，如用于设定系统参 数的拨码开关等 数字量的共同特征计：算机在测控幅技术值复习课与时间上均为离散的
传感器信号 前置放大 滤波电路
至采集电路
问题：放大器为什么往往计算前机测置控技？术复放习课在滤波器后有什么缺点?
模拟量输入通道
❖ 混叠失真与抗混叠滤波器 ❖ 当输入信号的最高频率>1/2采样频率，那
么。。。。 ❖ 消除混叠失真的条件：1）被采样信号是带限
信号2）采样频率大于被采样信号最高频率2 倍。 ❖ 数字滤波是否能够消除混叠
敏度为 y(如：xx mv/bit)，则A/D转换器的位数由
下式确定：nlo2g(1ymaxyymin)
（2）分辨率定义为：
D
2n11
1 2n
例如8位A/D 分辨率为：D28110.0039215
如果要求分辨率D0
求计算A机测/D控技转术复换习课器的字长：n
lo
g2(1
1 D0
)
模拟量输入通道
❖ 例如，某温度控制系统的温度范围为0至 200℃，要求分辨率为0.005(即相当于1℃)， 可求出A/D转换器字长
计算机测控技术 复习课
2009.6
计算机测控技术复习课
计算机测控技术
❖ 绪论 ❖ 模拟量输入/输出 ❖ 数字量输入/输出 ❖ 测控人机接口 ❖ 测控通讯接口 ❖ 测量信号处理 ❖ PID控制算法 ❖ 抗干扰设计
计算机测控技术复习课
绪论
❖ 什么是计算机测控系统？
计算机测控系统是以计算机为核心、测控 一体化的系统，这种系统对被测对象的控制是 依据对被测对象的测量结果决定的。
模拟输入通道
❖ 不选用采样保持器
设输入信号为Ui=Umcosωt 则输入信号的最大变
化率为： ddU it maxUm2fUm
又设信号正负峰值正好达到A/D的正负满量程，
而A/D的位数（不含符号位）为m，A/D转换时间
为tc，为确保转换周期内信号变化不超过1LSB，
则信号最高频率：fmaxtc
1
••2m1
IOUT1 IOUT2
R =(1024/1000)*R
F-
+
VOUT
D0
D1
D2
D9
。。。
RF/9
R
2R
2R
2R
2R
R
I0 R
I1 R
I2 。。。 I3 I
Vi
节点0
节点1 计算节机测点控2技术复习课节点9
数字量输入/输出通道
❖ 数字量表示的测控信息
常见的数字量信息：开关量、脉冲量和数码 。
开关量是指一位的状态信号：如阀门的闭合与开 启、电机的起与停、触点的接通与断开、指示灯 的亮与关等；
小输入值为U min，灵敏度为 ，可得D/A转换
器的字长 n1lo2g(Uma xUmin)
❖ D/A转换器中数据寄存器的作用 ❖ D/A转换器中配置二级寄存器的用途 ❖ D/A构成程控放大器
计算机测控技术复习课
采用D/A构成程控放大器
❖ 采用D/A的电阻网络构成程控放大器的输
入电阻
IOUT1
R
计算机测控技术复习课
模拟量输入通道
❖ 选用采样保持器 如果采样保持器的捕获时间为TAC、孔径时间 为TAP、A/D转换时间为tc，为使孔径时间造成 的误差小于1LSB，则输入信号的最高频率： fmaxtAP•1•2m1
而满足采样定理的输入信号最高频率为：
fmax2•(TAP1TACtc) 计算机测控技术复习课
调理电路
采集电路
模拟量输入通道
D/A转换
调理电路
模拟量输出通道
计算机测控技术复习课
至测控计算机
显示器 记录器 执行机构
模拟量输入通道
❖ 调理电路
将传感器输出信号变换为适合采集 系统输入的信号，这样的功能电路称为 调理电路。包括：信号放大、滤波、零 点校正、线性化处理、温度补偿、误差 校正和量程切换等功能电路都可统称为 信号调理（Signal Conditioning）