1、.第一章 作业课本(p.12)题 2计算机控制系统由哪几部分组成？请画出计算机控制系统的组成框图。答：计算机控制系统由计算机主机系统、模拟量输入输出接口、数字量输入输出接口、键盘显示接口、打印接口和通信接口等部分组成。课 本 (p.12)题 4. 实 时 、 在 线 方 式 和 离 线 方 式 的 含 义 是 什 么 ？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 ； 生 产 过 程 不 和 计 算 机 直 接 连 接 ， 且 不 受 计 算 机 控 制 ， 而 是靠
2、 人 进 行 联 系 并 做 相 应 操 作 的 方 式 称 为 离 线 方 式 或 脱 机 方 式 。所 谓 实 时 ， 是 指 信 号 的 输 入 、 计 算 和 输 出 都 要 在 一 定 的 时 间 范 围 内 完 成 ， 亦 即计 算 机 对 输 入 信 息 ， 以 足 够 快 的 速 度 进 行 控 制 ， 超 出 了 这 个 时 间 ， 就 失 去 了 控 制 的 时机 ， 控 制 也 就 失 去 了 意 义 。 实 时 地 概 念 不 能 脱 离 具 体 的 过 程 ， 一 个 在 线 的 系 统 不 一 定 是一 个 实 时 系 统 ， 但 一 个 实 时 控 制 系 统 必
3、 定 是 在 线 系 统 。补充题 1. 两种 USB 口的特点及区别？通用指标，传输模式，USB 器件，硬件接口。答：两种 USB 的特点：(1)USB 接口支持设备的热插拔功能,采用菊花式的连接.(2)USB 有 2 电源线（5V）,2 数据线,采用差分信号传输,可为连接在其上的设备提供 5V 电压/100mA 电流的供电,最大可提供 500mA 的电流.(3)一个 USB 控制器可以连接多达 127 个外设,而两个外设间的距离（线缆长度）可达 5 米.两种 USB 的区别:协议不同,USB1.1 传输速率是 12Mbps,USB2.0 传输速率是 480Mbps.补充题 2. 光驱、硬盘
4、、软驱的总线形式。答：(1)光驱:IDE，ATA/ATAPI，SCSI ，USB，内部并行总线. (2)硬盘:IDE，SATA，SCSI， 内部并行总线. (3)软驱:软驱分内置和外置两种,内置软驱使用专用的 FDD 接口,而外置软驱一般用于笔记本电脑,使用 USB 接口. 补充题 3. IC、SPI、SCI 总线的特点？答：(1)IC 总线由数据线 SDA 与时钟线 SCL 两条线构成通信线路，既可以发送数据也可以接收数据，在 CUP 与被控 IC 之间，IC 与 IC 之间都可以进行双向传送，最高传输速度为400Kbps.(2)SPI 是一个环形总线结构,是一种标准的四线同步双向串行总线,
5、在 SCK 的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换,可以同时发出和接收串行数据. (3)SCI 是一种通用异步通信接口 UART. SCI 模块采用标准非归零（NRZ）数据格式,能够实现多 CPU 之间或同其他具有兼容数据格式 SCI 端口的外设进行数据通信.第二章 作业PC 总线PC 总线共有 62 条信号线，用双列插槽连接，分 A 面（元件面）和 B 面。PC 总线实际上是8088CPU 核心电路总线的扩充与重新驱动。PC 总线共有 8 条数据线、20 条地址线（寻址空间为 1MB） 、总线时钟频率为 4MHz、总线最大传输速率为 4MB/s、最大负载能力为 8 个、采用半同步的工作方式
6、。CPU 在与 I/O 设备进行数据交换时存在以下问题：1）速度不匹配。I/O 设备速度一般比 CPU 慢许多，因种类不同，它们之间的速度差异很大，例如硬盘与打印机。2）时序不匹配。各个 I/O 设备都有自己的定时控制电路，以自己的速度传输数据，无法与CPU 的时序取得统一。3）信息格式不匹配。存储和处理信息的格式不同，如串行和并行、二进制、ASCII 码和BCD 码等。4）信息类型。信号类型不同，数字、模拟，处理不同。因此 I/O 设备一般不和微机内部直接相连，必须通过 I/O 接口，解决计算机与外部设备连接时存在的各种矛盾。补充题 1. 指出 RS-232、RS-485、USB 等总线的特
7、点。答：(1) RS-232 的特点：全双工数据传输，单端输入输出,有地线、发送和接受三条线即可实现数据传输,传输速率 20kb/s，传输距离限于 15m,采用单端驱动和接收电路.采用负逻辑高电平为（-5-15v） ，低电平为(5-15v)，电源电压为+15v 或+12v.(2) RS-485 的特点：半双工工作方式，差分信号传输，传输距离为几十米到上千米，速率10Mbit/s,采用屏蔽双绞线传输.可连接 32 个设备.电平逻辑“1”以两线间的电压差为(+26V)表示；逻辑“0”以两线间的电压差为(-26V)表示，外接电源电压一般为 5v.(3) USB 即插即用,菊花式连接,有 2 电源线（
8、5V） ，2 数据线，而两个外设间的距离（线缆长度）可达 5 米,差分信号传输, 可外接 127 个设备.补充题 2. 概要描述计算机系统如何通过 PCI 端口对外部设备进行控制，指出地址范围。 答：信号输入时：首先外设作为中断源（int a# int h#引脚是低电平有效的中断请求线）申请中断，在 CLK 的上升沿到来时，系统采样 AD0AD31，把信号送到微处理器，触发中断。接着 C/BEJ C/BE0 配置 I/O 读写，在 FRAME 低电平时，传送数据存储地址，FRAME高电平且 TRDY 低电平时，开始读取数据。信号输出时：首先 C/BEJ C/BE0 配置存储器读及 I/0 写，
9、接着 FRAME 高电平且 IRDY 低电平时，开始写数据。I/O 口地址空间分为两部分，把 1024 个端口的前 246 个（000H0FFH）专用系统板上的I/O 接口芯片使用，后 768 个（100H3FFH）为 I/O 接口扩展卡使用。补充题 3. 简要归纳 ISA、PCI 和 STD 三种端口的特点。答：ISA：有 98 根信号线，数据线宽 16 位，地址线宽 24 位，总线时钟 8MHz，中断源为边沿触发，数据传输速度为 16MB/S。PCI：64 位总线（3.3V）或者 32 位（5V） ，最高总线频率为 33.3MHz/66MHz，数据传输速度为 80MB/S， （最高传输速度
10、为 133MB/S） ，支持 10 个外设。STD：公共母板结构，56 根信号线，是 8/16 位总线标准，有 8/16 条数据线，16/24 地址线，22 条控制线。补充题 4. 与的驱动是多少？它们有什么不同的特点和应用？ 答： 74ls244 是一个 8 个通道单向传输的三态门缓冲器，灌电流可以达到 50mA 。按at89c51 上拉电阻 10K 来计算，5/10000=0.5mA，74ls244 最多可以驱动 100 个 I/O 口。74LS273 是 8 通道单向的锁存器，不仅可以作为驱动器，还有存储的功能，灌电流可以达到 25mA。补充题 5. 图-16 中的 V的作用是什么？如果
11、将 K 接在三极管 e 极有什么缺点？答 因继电器线圈呈电感性，为了克服三极管断开时继电器线圈反电势，所以线圈两端必须加装续流二极管 D，以保护三极管。 如将继电器线圈接在三极管 e 极的话，电路形成负反馈，使得线圈无法工作在最大导通电压状态；另外由于电路形成负反馈，会影响导通速度； 如将继电器线圈接在三极管 e 极，反向冲击会影响到基极电流。课本(p.74)题 2. 采用 74ls244 和 74ls273 与 PC/ISA 总线工业控制机接口，设.计 8 路数字（开关量）输入接口和 8 路数字量（开关量）输出接口。请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。答：利用 74L
12、S244 作为开关量的输入，一端接外部开关量信号输入，一端接到 PC 的 8 位数据线，利用 74LS273 作为开关量的输出，一端接到 PC 的 8 位数据线，一端接开关量信号输出。片选端口地址为 port1，输出片选端口地址为 port2。输入程序 ： MOV DX, port1IN AL, DX 输出程序： MOV AL, DATAMOV DX, port2OUT DX, AL 课本(p.74)题 3. 用 8 位 A/D 转换器 ADC0809 与 PC/ISA 总线工业控制机接口，实现 8 位模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出 8 路模拟量的数据采集程序。程序：MOVX A， D
13、PTR ；读取转换后的数字量 MOV R0，A ；存入片内 RAM 单元 INC DPTR ；指向下一模拟通道INC R0 ；指向下一个数据存储单元.这是一种不完全地址译码方式如果增加地址译码器，将P2.7A15线改为高位地址译码器的输出线，就可以形成完全译码。图l中的P2.7A15线作为整个AI0809芯片的片选线当P2.7A15=0时，或非门敞开，允许写信号通过，将单片机负的写脉冲转换为ADC0809所需要的正脉冲，以选中AI0809某一通道并启动转换课本(p.75)题 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：（1）保存即将转换的信号，避免某些
14、随时间变化较快的信号在转换时发生变化，提高转换精度，或者模拟量输入信号的频率范围。（2）不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器，当被测信号变化缓慢时，若A/D 转换器转换时间足够短，可以不加采样保持器。课本(p.75)题 8. 一个 8 位 A/D 转换器，孔径时间为 100us，如果要求转换误差在转换器的精度 0.4%,求允许转换的正弦模拟信号的最大频率是多少？答： HztfDA 4.61014.32.026/ .补充题 6. 简 述 电 气 干 扰 信 号 的 来 源 与 传 播 途 径 ， 并 说 明 常 用 抗 干 扰 措 施 。(1). 干扰的来源: 外部干扰环境: 主要是空间电
15、或磁的影响，环境温度、湿度等气象条件也是外来干扰。内部干扰：是由系统的结构布局、制造工艺所引入的。有分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输造成的波反射；多点接地造成的电位差引入的干扰；装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰；甚至元器件产生的噪声等。 (2). 干扰的传播途径：干扰传播的途径主要有三种：静电耦合，磁场耦合，公共阻抗耦合。 (3). 常 用 的 抗 干 扰 措 施 ：对 串 模 干 扰 的 抑 制输 入 低 通 滤 波 （ 滤 除 高 频 干 扰 ）双 积 分 A/D 转 换 （ 尖 峰 型 串 模 干 扰 ， 工 频 干
16、扰 ）隔 离 与 前 置 放 大 （ 电 磁 感 应 ） 阈 值 与 频 率 特 性 等 器 件 （ 采 用 高 抗 扰 逻 辑 器 件 、 通 过 高 阈 值 电 平 ）双 绞 线 （ 电 磁 感 应 ）共模干扰的抑制变压器光电隔离屏蔽线浮地仪表放大器长线传输干扰的抑制终端电阻匹配：R=R P注意平衡高低电平的抗干扰能力始端电阻匹配： R=RPR 0；R 0 ： 门电路输出为低始的输出阻抗双绞线：抗电磁干扰 课本(p.75)题 10. 采用 DAC0832 和与 PC/ISA 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，并编写相应的 8 路模拟量数据采集程序。.若
17、DAC0832 的 CS 的口地址为 BASE，则 7FH 转换为模拟电压的接口程序为：DAOUT：MOV DX， BASEMOV AL ，7FHOUT DX，ALRET课本(p.75)题 12. 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。解：V out1 为单极性输出，若 D 为输入数字量，V ref 为基准参考电压，且为 n 位 D/A 转换器，.则有： )2(1nrefoutDVVout2 为双极性输出，且可推导得到： )12()(123132 nrefoutrefout DVR第三章 作业补充题 1. 试叙步进电机的特点答：1）
18、步进电机的参数：用频率、力矩、步距角和齿距角、相电流等表示。2）步进电机输入的是脉冲，输出的是位移，误差不累积，改变脉冲的频率，则改变速 度。改变各相导通顺序可以控制步进电机的方向。3）一般步进电机的精度为步进角的 35%， 。4）步进电机的力矩与其中的电流成正比，由于电感效应力矩会随转速的升高而下降。5）步进电机高于一定的速度运行时，若电机转矩小于负载转矩时，会产生失步或睹转，睹转不会烧毁电机，但伴有呼啸声。补充题 2. 试叙步进电机驱动器的种类和特点答：步进电机驱动器的种类:A， 单电压驱动：简单、价格低廉。B， 高低压驱动：简单实用、较单电压驱动性能有一定提高，但是高压固定，不能兼顾各种
19、频率。C， 恒流崭波：采用较高的驱动电压，控制相电流快速导通和保持恒定，在一定频率范围具有均匀的力矩，大大提高运行频率，但可能产生噪声，特别在一定频率范围产生震荡。D， 调频调压：采用可调的驱动电压，保证相电流快速导通和恒定，在一定频率范围具有均匀的力矩，大大提高运行频率，不会产生噪声。E， 细分电路驱动：采用细分电路或者等分调节各相电流，将原来的一步细分为多步运行，减少脉冲当量，提高精度。第四章 作业补充题 3. 何时需要采用 PID 位置算法？何时需要采用 PID 增量算法？ 答：PID 位置算法可以直观得到 PID 参数，便于调整。要用到过去误差的所有累加值，计算工作量大；位置型算法的输
20、出是控制量的全量输出，误动作影响大。在控制系统中，如果执行机构采用调节阀，则控制量对应阀门的开度，表征了执行机构的位置，此时控制器应采用数字 PID 位置式控制算法。PID 增量算法容易计算，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；算法得出的是控制量的增量，计算误差对误动作影响小；算式中不出现 u0 项，则.易于实现手动到自动的无冲击切换。如执行机构采用步进电机，每个采样周期，控制器输出的控制量，是相对于上次控制量的增加，此时控制器应采用数字 PID 增量式控制算法。补充题 4. 求惯性环节 的差分方程。解：由 有 化成微分方程： 以采样周期离散上述微分方程得即用一阶后向差分近似代替得：代入上式得整理得课本(p.144)题 2. 某系统的连续控制器设计为： 试用双线性变换法、前向差分法、后向差分法分别求取数字控制器 D(z),并分别给出 3 种方法对应的递推控制算法。1)(sTD)(1SEUs)()(1ssT)()(1teudt)()()(1kTekT )()(1keukTTkut)()( )()1()1 keukuT)()()(11T sT1)s(D2
