微型计算机控制技术期末复习
微型计算机控制技术复习总结完整
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微型计算机控制技术考试复习资料
第一章1】计算机控制系统的组成？各部分是怎么样相互联系的？其中过程通道在系统中起什么作用？它有几种基本形式？答：硬件部分：计算机主机、输入输出接口、I/O 通道、传感器及变送器、执行机构、人机联系设备、网络通信接口和电源等。
软件部分：系统软件和应用软件。
他们通过微处理器的系统总线构成一个完整的系统。
过程通道是对产生过程的控制。
一般分为：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。
2】计算机控制系统的典型应用形式有哪些？各有什么优缺点？答：1.操作指导控制系统。
优点：结构简单，控制灵活和安全。
缺点：要有人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象；2.直接数字控制系统。
优点：实时性好，可靠性高和适应性强；3.监督控制系统 优点：高质量，高效率、低消耗、低成本。
4.聚散控制系统5.现场总新控制系统第二章1】工控机的特点？答：1.可靠性高。
2、实时性好。
3、环境适应性强。
4、过程输入和输出配套较好。
5、系统扩充性好。
6、系统开发性好。
7、控制软件包功能强。
8、系统通信功能强。
9、后背措施齐全。
10、具有冗余性。
第三章1】多路开关的特点？主要是CD4051。
答：共有3种：机械式、电磁式和电子式。
在选用多路开关时需要考虑下列参数：1.通道数量2.泄露电流3.切换速度4.开关电阻5.参数漂移及每路电阻的一致性。
电子式多路开关CD4051：它是单端的8通道开关，它有3根二进制的控制输入端和一根禁止输入端INH （高电平静止）。
片上有二进制译码器，可由A 、B 、C3个二进制信号在8个通道中选择一个，使输入和输出接通。
而当INH 为高电平时，不论A 、B 、C 为何值，8个通道均不同。
CD4051有较宽的数字和模拟信号电平，，数字信号为3--15V ，模拟信号峰--峰值为15V ；当Vdd-Vee=15V ，输入幅值为15V （P-P ）时，其导通电阻为80欧姆；当Vdd-Vee=10V 时，其断开时的漏电流为正负10pA ；静态功耗为1u Ｗ。
微型计算机控制技术复习资料
1.1自动控制：在没有人参与的情况下，通过控制器使产生过程自动地按照预定的规律运行。
1.2典型的工业生产过程:连续过程(continuous process),离散过程(discrete process),批量过程(batch process)1.3批量过程:间歇性多种生产过程;特点:连续过程和离散过程交替进行，配方的切换和生产工艺的改变是离散过程，而在确定了配方生产工艺后的生产过程又是一个连续过程。
1.4计算机控制系统组成:计算机、生产过程。
1.5生产过程包括：被控对象、测量变送、执行机构、电器快关。
1.6计算机控制系统的典型形式:<1>操作指导控制系统<2>直接数字控制系统<3>监督控制系统<4>集散控制系统<5>现场总线控制系统<6>综合自动化系统1.7操作指导控制系优点: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。
1.8直接数字控制系统(DDC)属于计算机闭环控制系统。
要求：实时性好，可靠性高，适应性强。
1.9片级总线:数据总线、地址总线、控制总线、I^2C总线、SPI总线、SCI总线。
1.10系统总线:ISA总线、EISA总线VESA总线、PCI总线。
1.11外部总线:RS-232C、RS-485、IEEE-488、USB。
2.1计算机控制系统的重要组成部分:输入输出接口、过程通道。
2.2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信，它包括模拟量输入信道、模拟量输出信道、数字量输入信道、数字量输出信道。
2.3I/O端口，能够被CPU直接访问的寄存器端口分别叫做*3:数据端口、状态端口、控制端口。
2.4I/O端口编址方式:<1>统一编址<2>独立编址2.5I/O端口地址译码方法：固定地址译码、开关选择译码。
2.6数字量输入通道的结构：输入缓冲器、输入调理电路、输入口地址译码电路。
微机控制技术 期末复习
微机控制系统组成：被控对象检测仪表执行器控制策略硬件软件原理：实时数据采集实时数据处理实时控制输出分类：1 计算机操作指导控制系统2 直接数字控制系统（dds）3 监督计算机控制系统（scc）4 集散型控制系统（dcs）5 现场总线控制系统（fcs）输入通道数字量输入通道（di）模拟量输入通道（ai）：信号转换：1 信号采样：模拟信号到采样信号的转换过程2量化：将采样信号转换成数字信号的过程采样保持器：作用：保证a/d转换过程中输入电压保持不变以免引起转换误差(两种工作状态：1采样2 保持)在采样状态时其输出能跟随输入电压的变化在保持状态时其输出将保持在进入保持状态瞬间的输入电压值的不变Ai常用的放大器：1测量放大器2 可编程放大器3 隔离放大器（变压器光耦合）A/D转换器ADC0809：共28引脚引脚功能：START—启动a/d转换输入端下降沿启动EOC—a/d转换结束输出信号，高电平有效OE—允许数字量输出信号高电平有效v/f压频转换器：把电压信号转换成频率信号的器件过程输出通道与接口输出通道分为数字输出通道（DO）和模拟输出通道（AO）。
可编程并行I/O接口8155结构：两个8位并行口A、B和6位并行口C，并有256字节的静态RAM和一个14位减1定时器/计数器，可直接与单片机连接。
A口和B口为一般的8位并行I/O口，可设定为8位并行输入或输出。
C口只有6位，它有两个作用：一是设定为普通并行I/O口；另一种是设定为控制状态口使用，PC2~PC0作为A口的控制信号，PC5~PC3作为B口的控制信号使用。
3.8155的引脚功能（共40条引脚）I/O M——8155片内I/O和RAM选择线。
当I/O M=0时，AD7~AD0线上为8155内RAM地址，CPU对RAM进行读、写操作；当I/O M=1时，AD7~AD0线上为8155I/O地址。
4.8155I/O口地址编码：i/o地址：选择I/O口0100H：控制寄存器0101H：A口0102H ：B口0103H ：C口0104H：定时器低8位0105H：定时器高8位命令状态控制字D7 D6：定时计数器工作方式命令：00无操作01停止计数10计满后停止11开始计数D5：控制B口中断（1允许中断0 禁止中断）D4：控制A口中断（1允许中断0 禁止中断）D3 D2：定义各口工作方式00C输入01C输出10—ALT3 11—ALT4D1：定义B口（0输入口1输出口）D0：定义A口（0输入口1输出口）CPU写入8155片内初始化程序为：MOV DPRT, #0100H ；控制寄存器地址MOV A, #42H ;方式控制字8155工作在ALT1MOVX @DPTR, A ；控制字写入8155中模拟量输出通道：结构1多通道独立d/a转换形式2多通道共享d/a转换形式DAC0832引脚功能CS——片选端，低电平有效；ILE——数据允许锁存信号，高电平有效。
微型计算机控制技术复习资料
1、多位LED显示器显示方法有几种？它们各有什么特点？常用的显示方法有两种：一种为动态显示，一种为静态显示。
动态显示利用人的视觉暂留产生，优点是使用硬件少，因而价格低，线路简单。
但占用的机时长。
静态显示占用机时少，显示可靠，但是使用元件多，线路复杂。
2、说明PWM调速系统的工作原理？通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。
这种方法成为PWM。
在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度降低。
只要按一定规律改变通断电时间，电机转速即可得到控制。
3串行通信传送方式有几种？他们各有什么特点？有三种方式：单工方式、半双工方式和全双工方式。
单双工方式只允许数据按照一个固定的方向传送。
半双工方式在同一时刻只能进行一个方向传送，不能双向同时传输。
全双工方式比单工方式灵活，但是效率依然比较低，信号传送速度大增，但是成本增加。
4，异步通信和同步通信的区别是什么？他们各有什么用途？简单来说，同步通信是一种比特同步通信技术，要求发收双方具有同频同相的同步时钟信号，只需在传送报文的最前面附加特定的同步字符，使发收双方建立同步，此后便在同步时钟的控制下逐位发送/接收。
相对于同步通信，异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时隙可以是任意的。
但是接收端必须时刻做好接收的准备。
发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。
异步通信的好处是通信设备简单、便宜，但传输效率较低5.常用的数字滤波方法有几种？各有什么优缺点？答：常用的数字滤波方法有7种。
（1）程序判断滤波法：是根据生产经验，确定出相邻两次采样信号之间可能出现得最大偏差。
（2）中值滤波法：它对于去掉偶然因素引起的波动或采样器不稳定而造成的误差所引起的脉动干扰比较有效。
（3）算术平均值滤波法：它适用于一般的具有随机干扰信号的滤波。
计算机控制技术期末复习试题附答案
计算机控制技术期末复习试题附答案一、选择题1. 下面哪个不是计算机控制系统的组成部分？A. 控制器B. 传感器C. 运算器D. 计算机主机答案：D2. 控制器的作用是什么？A. 输入信息B. 处理信息C. 输出信息D. 以上都是答案：B3. 在控制系统中，传感器的作用是什么？A. 输入信息B. 处理信息C. 输出信息D. 以上都是答案：A4. 控制器与执行器之间的信息传递通常采用哪种形式?A. 电信号B. 光信号C. 音频信号D. 无线信号答案：A二、填空题1. 在控制系统中，PID是什么的缩写？答案：比例-积分-微分2. 当一个过程变量小于或大于设定值时，控制器需要发出一个____信号来调节执行器。
答案：控制3. 开环控制系统中，控制器完全依赖于____来判断并调节执行器。
答案：设定值三、解答题1. 请解释闭环控制系统和开环控制系统的区别。
答案：闭环控制系统和开环控制系统是两种基本的控制系统结构。
闭环控制系统通过传感器获得反馈信息，将反馈信息与设定值进行比较后进行调节，以使系统输出接近设定值。
开环控制系统则没有反馈环节，控制器仅仅根据设定值来调节执行器。
闭环控制系统具有较好的稳定性和鲁棒性，能够减小外界干扰对系统的影响，但由于需要进行反馈调节，系统可能存在一定的响应延迟。
开环控制系统较为简单，但容易受到干扰的影响，对系统稳定性要求较高。
四、简答题1. 请简述计算机控制技术在工业自动化中的应用。
答案：计算机控制技术在工业自动化中广泛应用，其主要作用是实现对生产过程的自动控制。
通过传感器获取实时数据，计算机控制系统可以实时监测和控制生产过程中的各项参数，将实际数值与设定值进行比较，并通过执行器调节控制。
这种自动化控制能够提高生产效率、降低成本，同时还可以减少人为操作中的误差，提高产品的质量稳定性。
在工业生产中，计算机控制技术广泛应用于各种制造过程中，如汽车制造、电子设备制造、化工生产等。
通过计算机控制技术，可以实现生产过程中的自动监测、自动调节、自动报警等功能，从而提高生产效率，降低生产成本，提高产品的一致性和稳定性。
微型计算机控制技术复习题答案
微型计算机控制技术复习题答案1.微型计算机控制系统有哪些？Pg4答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，计算机监督系统，嵌入式系统，物联网系统，现场总线控制系统。
2.常用的工业控制机有几种？它们各有什么作用？Pg11答：单片微型计算机：是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。
一般用于扩展接口，如A/D,D/A转换接口,LED、LCD显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。
可编程逻辑控制器：目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域网都有用到。
现场可编程门阵列：可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化，软件硬化等功能。
工业PC机，完成STD总线工业控制机的检测，控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打印、数据处理曲线、工业控制流程图，PID柱形图像处理程序等。
3.A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？答：A/D的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号，方便用于单片机中进行处理。
D/A的作用，在单片机处理完毕的数字量，有时需要转换为模拟信号输出，D/A的作用正是用于把数字信号转换为模拟信号。
4.LED数码管的显示方法有哪两种？各有什么特点？Pg81多位LED有两种显示方法：动态显示和静态显示。
动态显示使用的硬件少，价格低，线路简单，但是占用机时长。
静态显示使用元件多，线路复杂，但是显示占用机时少，显示可靠。
5.在人机接口技术中，键盘设计需解决的问题有哪些？如何实现防抖？Pg55答：按键的确认，中键与连击的处理，按键防抖动技术。
防抖可以用两种方法1.硬件防抖：滤波防抖电路，双稳态防抖电路2.软件防抖6.算术平均滤波的具体方案是怎样？该滤波方法主要适用于什么情况？Pg248答：算术平均值滤波是要寻找一个Y（k），使该值与各采样值间误差的平方和为最小，即：，求得其中-第k次N个采样值的算术平均值；-第i次采样值；N-采样次数。
由此可见：算术平均值滤波的实质就是把一个采样周期内的N次采样值相加，然后把所得的数除以采样次数N，得到周期的采样值。
微型计算机控制技术复习题.docx
Avh- _____ Zltn弟—早1 •什么是计算机控制系统？它由哪几个部分组成？P2-4答：计算机控制系统就是利用计算机来代替原来的常规口控部件或电路，实现对控制对象口动控制的系统。
它山控制计算机硬件设备、控制软件和计算机通信网络3个部分组成。
2 •计算机控制系统的硬件包括哪儿个部分？P4答:包括微处理器(CPU)、存储器(RAM/ROM)、数？I/O接口通道、A/D和D/A转换器接口通道、人机联系设备、通信网络接口和电源等。
3・常规外部设备有哪些？P5答：分为输入设备、输出设备和存储设备，并根据控制系统的规模和耍求来配置。
常用的输入设备有：键盘、鼠标、数字化仪等，主要用来输入程序和数据；采用的输入设备有：显示器、打印机、记录仪等。
4・计算机控制系统基本框图？P45 •计算机控制系统执行控制程序的过程有哪些？P4答：①实时数据采集；②实时计算；③实时控制；④信息管理。
6 •计算机控制系统的典型形式有哪些？P7—P10答：①数据采集和监控系统；②立接数字控制系统；③监秤控制系统；④分布式控制系统。
Mr— nin聖一早1 •计算机控制系统常川接口电路有哪些？P12答：通用接口：有并行I/O接口、串行I/O接口、中断管理接口、直接存储器存储DMA管理、定时7计数接口等；专川接口：主要有A/D转换接口、D/A转换接口、多路转换器等。
2 •什么是接口、接口技术和过程通道？P12、P36答：接口：计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口接口技术：是研究微处理器和外部设备Z间如何交换信息的技术；过程通道:在计算机利牛产过程Z间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括Al、AO、DI、DO3・采样？答：①第三章过程通道和数据采集系统1 •模拟量输入通道一般包括哪些部分？P40答：一般rh信号处理、多路转换器、放大器、采样一保持器和A/D转换器组成。
1）多路转换器・・・？ P40—P41答：乂称多路开关，多路开关是川来切换模拟电压信号的关键元件。
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1、实时、在线方式、离线方式
实时是指信号的输入，计算机的输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出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
离线方式：生产过程中不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式
2、模拟量输入通道结构
ISA
传感器
将生产过程工艺参数转换为电参数的装置，输出大多为直流电压(或电流)信号。
变送器
将温度、压力、流量的电信号变成0～10mA或4～20mA的统一信号。
目的是为了避免
低电平模拟信号传输带来的麻烦。
信号调理电路
主要通过非电量的转换、信号的变换、放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，
将非电量和非标准的电信号转换成标准的电信号。
信号调理电路是传感器和A/D之间以及
D/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。
多路转换器
多路转换器又称多路开关，是用来切换模拟电压信号的关键元件。
作用:利用多路开关
可将各个输入信号依次或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上，实现n选1操作。
采样保持器
在A/D转换期间，如果输入信号变化较大，就会引起转换误差。
所以，一般情况下，
采样信号都不直接送至A/D转换器转换，还需加保持器作信号保持。
保持器的作用：把t =
kT 时刻的采样值保持到A/D转换结束。
A/D转换器
将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置，是模拟系统与计算机之间的接口。
3、共模干扰及其抑制方法
所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。
所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。
串模干扰也称为常态干扰。
所谓共模干扰是指A/D转换器两个输入端上公有的干扰电压。
共模干扰也称为共态干扰。
抑制方法
①变压器隔离
利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，即把模拟地与数字地断开，
以使共模干扰电压Ｕcm不成回路，从而抑制共模干扰。
②光电隔离
光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内组成的，发光二极管两
端为信号输入端，光敏三极管的集电极和发射极分别作为光电耦合器的输出端，它
们之间的信号是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。
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。
这是利用屏蔽方法使输入信号的
“模拟地”浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。
④采用仪表放大器提高共模抑制比
仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调等优点，是一种
专门用来分离共模干扰与有用信号的器件。
仪表放大器将两个信号的差值放大。
抑制共模分量是使用仪表放大器的唯一原因。
关键——
把模拟地和数字地隔开，以使共模干扰电压Ucm不成回路。
4、增量式算法优点
与位置式算法相比，增量式算法具有以下优点：
（1）增量算法不需要做累加，控制量增量的确定仅与最近几次误差采样值有关，计算误差或计算精度问题，对控制量的计算影响较小。
而位置算法要用到过去的误差的累加值，容易产生大的累加误差。
（2）增量式算法得出的是控制量的增量，例如阀门控制中、只输出阀门开度的变化部分，误动作影响小，必要时通过逻辑判断限制或禁止本次输出，不会严重影响系统的工作。
而位置算法的输出是控制量的全量输出，误动作影响大。
（3）采用增量算法，易于实现手动到自动的无冲击切换。
5、数字PID 控制算法流程（计算题、课后习题四）
6、最少拍控制（概念）
(1)所谓最少拍控制，就是要求闭环系统对于某种特定的输入在最少个采样周期内达到无静差的稳态，且闭环脉冲传递函数具有以下形式
式中，N 是可能情况下的最小正整数。
该式表明闭环系统的脉冲响应在 N 个采样周期后变为零，此后输出保持不变，从而意味着系统在 N 拍之内达到稳态。
(2)有无纹波区别：
有纹波最少拍系统：各采样瞬间稳态偏差为0；
无纹波最少拍系统：过渡过程结束后e(∞) = 0。
(3)最少拍控制器的局限性
对典型输入的适应性差
最少拍控制器的设计是使系统对某一典型输入的响应为最少拍，但对于其它典型输入不一定为最少拍，甚至会引起大的超调和静差。
结论：针对一种典型输入设计的最少拍系统 ——
▪ 用于次数较低的输入函数R (z )时，系统将出现较大的超调，响应时间也会增
加，但在采样时刻的误差为零。
▪ 用于次数较高的输入函数R (z )时，系统输出将不能完全跟踪输入以致产生稳
态误差。
由此可见，一种典型的最少拍闭环脉冲传递函数Ф(z )只适应一种特定的输入而不能适应于各种输入。
1212()N N z z z z Φϕϕϕ---=+++
7、最小拍控制器的设计（计算题）
最少拍有纹波控制器设计
附加约束条件：
▪1、Φe(z)的零点中，必须包含G(z)在z平面单位圆外或圆上的所有极点。
▪2、Φ(z) 的零点中，必须包含G(z)在z平面单位圆外或圆上的所有零点，以及纯滞后部分。
最少拍无纹波控制器设计
必要条件：G c(s)中必须含有足够的积分环节。
附加约束条件：
▪1、Φe(z)的零点中，必须包含G(z)在z平面单位圆外或圆上的所有极点。
▪2、Φ(z) 必须包含G(z)中的全部零点及纯滞后因子。
8、振铃现象及其消除（计算题，无振铃，算D(z)）
所谓振铃(Ringing)现象，是指数字控制器的输出以二分之一采样频率大幅度衰减振荡的现象。
与快速有纹波系统的区别
⏹纹波是由于控制器输出一直是振荡的，影响到系统的输出一直有纹波；
⏹振铃现象中的振荡是衰减的。
由于被控对象中惯性环节的低通特性，使得这种振荡对系统的输出几乎无任何影响。
但是振铃现象却会增加执行机构的磨损，在有交互作用的多参数控制系统中，振铃现象还有可能影响到系统的稳定性。
9、串级控制
串级控制是在单回路PID控制的基础上发展起来的一种控制技术。
当PID控制应用于单回路控制一个被控量时，其控制结构简单，控制参数易于整定。
但是，当系统中同时有几个因素影响同一个被控量时，如果只控制其中一个因素，将难以满足系统的控制性能。
串级控制针对上述情况，在原控制回路中，增加一个或几个控制内回路，用以控制可能引起被控量变化的其它因素，从而有效地抑制了被控对象的时滞特性，提高了系统动态响应的快速性。
10、将D(s)离散化为D(z)（计算题，书P104）
方法：后向/前向差分法、双线性变换法、冲击响应不变法、零极点匹配法、零阶保持法等。
差分形式
▪后向差分
▪前向差分
▪中央差分
11、德国工业4.0
工业4.0是德国政府提出的一个高科技战略计划。
该项目由德国联邦教育及研究部和联邦经济技术部联合资助，投资预计达2亿欧元。
旨在提升制造业的智能化水平，建立具有适应性、资源效率及人因工程学的智慧工厂，在商业流程及价值流程中整合客户及商业伙伴。
其技术基础是网络实体系统及物联网。
德国所谓的工业四代(Industry4.0)是指利用物联信息系统(Cyber—PhysicalSystem简称CPS)将生产中的供应，制造，销售信息数据化、智慧化，最后达到快速，有效，个人化的产品供应。
“工业4.0”是应用物联网、智能化等新技术提高制造业水平，将制造业向智能化转型，通过决定生产制造过程等的网络技术，实现实时管理。
它“自下而上”的生产模式革命，不但节约创新技术、成本与时间，还拥有培育新市场的潜力与机会。