微控部分课后题

并联比较型：电路规模庞大，转换速度最快，用在超高速的 A/D 转换器中 主次渐进型：电路较小，速度不及并联比较型快，但较其他类型电路的转换速度快的多， 用于集成 A/D 转换器中 双积分型：电路结构简单，性能稳定可靠，抗干扰能力强，转换速度很低，用在低速系统。 V-F 变换型：调频信号具有很强的抗干扰能力，低速，用于遥测、遥控系统中。 6.键盘为什么要防止抖动？在计算机控制系统中如何实现防抖？ 答：由于机械触点的弹性振动，按键在按下时不会马上稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开，因而在按键闭合和断开的瞬间均会出 现一连串的抖动，这称为按键的抖动干扰。按键的抖动会造成按一次键产生的开关状态被 CPU 误读几次。为了使 CPU 能正确地读取按键状态， 必须在按键闭合或断开时，消除产生的前沿或后沿抖动。 去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种。硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电路等硬件电路来避开按键的抖动时间。软件方法是指 编制一段时间大于 100ms 的延时程序，在第一次检测到有键按下时，执行这段延时子程序使键的前沿抖动消失后再检测该键状态，如果该键仍 保持闭合状态电平，则确认为该键已稳定按下，否则无键按下，从而消除了抖动的影响。 7.LED 发光二极管组成的段数码管显示器，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？ 答：就其结构来讲，有共阴极与共阳极两种接法。共阳极数码管的 8 个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起。通常，公共阳极接高电 平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮。反之，对应的 LED 段码不亮，对于共阴极数码管，则是高电平有效，低电平无效。LED 数码管显示器共阴极的接法是发光二极管的阴极接地，当数码管的笔划发 光二极管的阳极为高电平时，该笔划被点亮。共阳极的接法是发光二极管的阳极接高电平，当数码管的笔划发光二极管的阴极为低电平时，该 笔划被点亮。 9.键盘有几种？各自的特点和用途 键盘可分为编码键盘和费编码键盘两种类型，前者能自动识别按下的键并产生相应的代码，以并行或串行方式发送给 CPU，它使用方便，接口 简单，响应速度快，但需要专用的硬件电路后者通过软件来确定按键并计算键值。虽然没有编码键盘的速度快，但是它不需要专用的硬件支持， 得到广泛的应用 10.从键，计算机如何处理重建 操作人员按键动作不熟练，回事一次按键产生多次击键的效果即重建，为排除重建的影响编制程序时，可以将建的释放作为按键的结束，等键 释放电平后在转换去执行相应的功能程序，以防止击键多次执行的错误发生 多为 LED 的显示方法，特点 1） 显示和记录仪表 连续进行显示和记录，价钱比较贵，模拟显示，读数不方便，有一定的误差 2） CRT 显示终端 直观，灵活，可以显示数字，可以画面及报表 3） LED 或 LCD 显示器 结构简单体积小，耗能低，响应时间快，易于匹配，寿命长，可靠性高等 4） 大屏幕显示器 LED 硬件编码和软件译码区别，如何实现 11.光电隔离器有什么作用？ 答：光电隔离电路的作用是在电隔离的情况下,以光为煤介传送信号,对输入和输出电路可以进行隔离.因而能有效地抑制系统噪声，消除接地 回路的干扰 12.试说明固态继电器与继电器控制有什么区别？
1 1 采样周期越小越好吗？为什么？
不是。若采样间隔太小（采样频率太高），则对定长的时间记录来说其数字系列就很长，计算工作量迅速增大：如果数字序列长度一定，则 只能处理很短的时间历程，可能产生较大的误差。 2 多路开关的主要用途是把多个模拟量参数分时的接通，常用于多路参数共用一台 a/d 转换器的系统中，即完成多到一的转换；或者把经计算 机处理，且由 d/a 转换器转换成的模拟信号按一定的顺序输出到不同 的控制回路中，即完成一到多的转换，前者称为多路开关，后者叫做多 路分配器。 3 采样保持器的定义：输入到 A/D 转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变，但转换之后，又要求 A/D 转换器的输入信号能够跟随模拟量变 化。能够完成上述任务的器件叫做采样—保持器，简写为 S/H 4 是否所有输入通道都需要采样保持器？ 不是。 5.A/D 转换器的转换原理有几种？ 各有什么特点和用途
0
j 0
de e(k ) e(k 1)
dt
T
于是有：
u(k)
K
p
{e(k
)
T Ti
k e( j) Td [e(k) e(k 1)]}
j0
T
u(k)是全量值输出，每次的输出值都与执行机构的位置(如控制阀门的开度)一一对应，所以称之为位置型 PID 算法。
在这种位置型控制算法中，由于算式中存在累加项，因此输出的控制量 u(k)不仅与本次偏差有关，还与过去历次采样偏差有关，使得 u(k)
19.在 PID 调节器中，积分项有什么作用？常规 PID、积分分离和变速积分三种算法有什么区别和联系？ 答：普遍算法在过程的启动，结束大幅度增减设定值或出现较大的扰动时短时间内系统的输出会出现较大的偏差，而用积分分离 PID，既可以
1 保持积分的作用，又减少了超调量，使得控制性能有较大的改善。在普通 PID 算法中，积分增益是不变的，而系统对积分项的要求是系统偏差 大时积分作用减弱以至全无，而在偏差较小时则加强积分作用；变速积分 PID 改善积分项的累加速度，使其与偏差的大小相对应，实现了按比 例作用消除偏差，用积分作用消除大偏差，用积分作用消除小偏差的理想调节特性，从而完全消除了积分饱和现象。
18.在 PID 调节器中系数 k p 、 ki 、 kd 各有什么作用？它们对调节品质有什么影响？
答：系数 k p 为比例系数，提高系数 k p 可以减小偏差，但永远不会使偏差减小到零，而且无止境地提高系数 k p 最终将导致系统不稳定。比例调
节可以保证系统的快速性。
系数 ki 为积分常数， ki 越大积分作用越弱，积分调节器的突出优点是，只要被调量存在偏差，其输出的调节作用便随时间不断加强，直到偏
差为零。在被调量的偏差消除后，由于积分规律的特点，输出将停留在新的位置而不回复原位，因而能保持静差为零。但单纯的积分也有弱点， 其动作过于迟缓，因而在改善静态品质的同时，往往使调节的动态品质变坏，过渡过程时间加长。积分调节可以消除静差，提高控制精度。
系数 kd 为微分常数， kd 越大微分作用越强。微分调节主要用来加快系统的相应速度，减小超调，克服振荡，消除系统惯性的影响。
e(k
1)]
T Ti
e(k ) Td T
[e(k ) 2e(k 1) e(k 2)]}
与位置算法相比，增量型 PID 算法有如下优点：
(1)位置型算式每次输出与整个过去状态有关，计算式中要用到过去偏差的累加值，容易产生较大的累积计算误差；而在增量型算式中由于消
去了积分项，从而可消除调节器的积分饱和，在精度不足时，计算误差对控制量的影响较小，容易取得较好的控制效果。
产生大幅度变化，这样会引起系统冲击，甚至造成事故。所以实际中当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是其增量时，可以采用增量
型 PID 算法。当控制系统中的执行器为步进电机、电动调节阀、多圈电位器等具有保持历史位置的功能的这类装置时，一般均采用增量型 PID
控制算法。
u(k )
K p {[e(k )
(2)为实现手动——自动无扰切换，在切换瞬时，计算机的输出值应设置为原始阀门开度 u0，若采用增量型算法，其输出对应于阀门位置的变
n 1
Yn
ai X ni
i 0
化部分，即算式中不出现 u0 项，所以易于实现从手动到自动的无扰动切换。
(3)采用增量型算法时所用的执行器本身都具有寄存作用，所以即使计算机发生故障，执行器仍能保持在原位，不会对生产造成恶劣影响。
20.什么是数字 PID 位置型控制算法和增量型控制算法？试比较它们的优缺点。
答：为了实现微机控制生产过程变量，必须将模拟 PID 算式离散化，变为数字 PID 算式，为此，在采样周期 T 远小于信号变化周期时，作如下 近似(T 足够小时，如下逼近相当准确，被控过程与连续系统十分接近)：
t
k
edt T e( j)
△y 太大，各种干扰信号将“趁虚而入”，是系统误差增大；△y 太小，又会使某些有用信号被“拒之门外”，使计算机采样效率变低。因 此，门限值△y 的选取时非常重要的。通常可根据经验数据获得，必要时，也可由实验得出。 17.算术平均值滤波、加权平均值滤波以及滑动平均滤波三者的区别是什么？ 答：算术平均值法适用于对压力、流量等周期脉动信号的平滑，这种信号的特点是往往在某一数值范围附近作上、下波动，有一个平均值。这 种算法对信号的平滑程度取决于平均次数 N，当 N 较大时平滑度高，但灵敏度低；当 N 较小时，平滑度低，但灵敏度高，应该视具体情况选取 N 值。对于一般流量，通常取 N=12；若为压力，则取 N=4。 在算术平均滤波中，N 次采样值在结果中所占的比重是均等的，即每次采样值具有相同的加权因子 1/N。但有时为了提高滤波效果，往往对不 同时刻的采样值赋以不同的加权因子。这种方法称为加权平均滤波法，也称滑动平均或加权递推平均。其算法为
答：固态继电器（SSR)是无触点开关，动作快，无火花或电弧，控制电流范围大，几十到上百安培，体积小，重量轻，无机械噪声，无抖动和 回跳，但存在压降会发热，电流越大越严重，安装要加散热板，继电器（KA）是有触点的，会有火花或电弧产生，从而引起干扰，由电磁铁驱 动，电流控制范围小，动作时间有延迟。 13 固态继电器，大功率场效应管开关及控制开关有什么区别？用于什么场合？
固态继电器是一种光电隔离的雾出点开关，而大功率场效应管本身没有隔离作用。控制开关：用于电气控制和热工仪表的过程控制时的一种 特殊开关。
1 14.数字滤波与模拟滤波相比有什么特点？ 答以下几个优点： (1)数字滤波是用程序实现的，不需要增加硬设备，所以可靠性高，稳定性好； (2)数字滤波可以对频率很低(如 0.01Hz)的信号实现滤波，克服了模拟滤波器的缺陷； (3)数字滤波器可根据信号的不同，采用不同的滤波方法或滤波参数，具有灵活、方便、功能强的特点。 15.常用的数字滤波方法有几种？它们各自有什么特点？ 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。它特别适合于信号本身在某一数值范围附近作上下波动的情况。 （4）加权平均值滤波：可以提高滤波效果 （5）滑动平均值滤波法：采样时间短，可以提高检测速度 （6）惯性滤波法：适用于慢速随机变量的滤波 （7）复合数字滤波：比单纯的平均值滤波的效果要好 程序判断滤波 优点：这是根据实践经验数据获得。 缺点：detE 确定不太灵活，因为不能根据现场的情况不断更换新值，不能反映采样点数大于 3 的各采样值受干扰的情况 中值滤波 优点：对于克服偶然因素引起的波动干扰，或者采样器本身的不稳定所引起的脉动干扰较为有效 缺点：只适用于物理变化相对较缓慢的工作场合 算数平均值滤波 优点：对电压、流量等周期脉动的参数采样值进行平滑加工，所测数据相对稳定。 缺点：不适宜用于克服随机（脉冲性）干扰 加权平均值滤波 优点：可以根据需要突出信号的某一部分，抑制信号的另以部分。 缺点： 滑动平均值滤波 优点：对周期性干扰有良好的抑制作用平滑度高 缺点：灵敏度低，对偶然出现的脉冲性干扰抑制作用差，很难消除由于脉冲干扰引起的采样值的误差，因此不适用于脉冲干扰比较严重的 场合 低通滤波 优点：可以消除高频干扰对测量精度的影响 缺点： 复合数字滤波 优点：可用于既有脉动干扰又有脉冲干扰的环境 缺点： 16 在程序判断滤波方法中，△y 如何确定？其值越大越好吗？