計算機控制作業(yè)答案(共18頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 作業(yè)課本(p.12)題2計算機控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？請畫出計算機控制系統(tǒng)的組成框圖。答：計算機控制系統(tǒng)由計算機主機系統(tǒng)、模擬量輸入輸出接口、數(shù)字量輸入輸出接口、鍵盤顯示接口、打印接口和通信接口等部分組成。課本(p.12)題4. 實時、在線方式和離線方式的含義是什么？ 在計算機控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程和計算機直接連接，并受計算機控制的方式稱為在線方式或聯(lián)機方式；生產(chǎn)過程不和計算機直接連接，且不受計算機控制，而是靠人進(jìn)行聯(lián)系并做相應(yīng)操作的方式稱為離線方式或脫機方式。 所謂實時，是指信號的輸入、計算和輸出都要在一定的時間范圍內(nèi)完成，亦即計算機對輸入信息，以足夠快的速度

2、進(jìn)行控制，超出了這個時間，就失去了控制的時機，控制也就失去了意義。實時地概念不能脫離具體的過程，一個在線的系統(tǒng)不一定是一個實時系統(tǒng)，但一個實時控制系統(tǒng)必定是在線系統(tǒng)。補充題1. 兩種USB口的特點及區(qū)別？通用指標(biāo)，傳輸模式，USB器件，硬件接口。答：兩種USB的特點：(1)USB接口支持設(shè)備的熱插拔功能,采用菊花式的連接.(2)USB有2電源線（5V）,2數(shù)據(jù)線,采用差分信號傳輸,可為連接在其上的設(shè)備提供5V電壓/100mA電流的供電,最大可提供500mA的電流.(3)一個USB控制器可以連接多達(dá)127個外設(shè),而兩個外設(shè)間的距離（線纜長度）可達(dá)5米.兩種USB的區(qū)別:協(xié)議不同,USB1.1傳輸

3、速率是12Mbps,USB2.0傳輸速率是480Mbps.補充題2. 光驅(qū)、硬盤、軟驅(qū)的總線形式。答：(1)光驅(qū):IDE，ATA/ATAPI，SCSI，USB，內(nèi)部并行總線. (2)硬盤:IDE，SATA，SCSI，內(nèi)部并行總線. (3)軟驅(qū):軟驅(qū)分內(nèi)置和外置兩種,內(nèi)置軟驅(qū)使用專用的FDD接口,而外置軟驅(qū)一般用于筆記本電腦,使用USB接口. 補充題3. I²C、SPI、SCI總線的特點？答：(1)I²C總線由數(shù)據(jù)線SDA與時鐘線SCL兩條線構(gòu)成通信線路，既可以發(fā)送數(shù)據(jù)也可以接收數(shù)據(jù)，在CUP與被控IC之間，IC與IC之間都可以進(jìn)行雙向傳送，最高傳輸速度為400Kbps.(2

4、)SPI是一個環(huán)形總線結(jié)構(gòu),是一種標(biāo)準(zhǔn)的四線同步雙向串行總線,在SCK的控制下，兩個雙向移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可以同時發(fā)出和接收串行數(shù)據(jù). (3)SCI是一種通用異步通信接口UART. SCI模塊采用標(biāo)準(zhǔn)非歸零（NRZ）數(shù)據(jù)格式,能夠?qū)崿F(xiàn)多CPU之間或同其他具有兼容數(shù)據(jù)格式SCI端口的外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信.第二章 作業(yè)PC總線PC總線共有62條信號線，用雙列插槽連接，分A面（元件面）和B面。PC總線實際上是8088CPU核心電路總線的擴充與重新驅(qū)動。PC總線共有8條數(shù)據(jù)線、20條地址線（尋址空間為1MB）、總線時鐘頻率為4MHz、總線最大傳輸速率為4MB/s、最大負(fù)載能力為8個、采用半同步的工作

5、方式。CPU在與I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時存在以下問題：1）速度不匹配。I/O設(shè)備速度一般比CPU慢許多，因種類不同，它們之間的速度差異很大，例如硬盤與打印機。2）時序不匹配。各個I/O設(shè)備都有自己的定時控制電路，以自己的速度傳輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時序取得統(tǒng)一。3）信息格式不匹配。存儲和處理信息的格式不同，如串行和并行、二進(jìn)制、ASCII碼和BCD碼等。4）信息類型。信號類型不同，數(shù)字、模擬，處理不同。 因此I/O設(shè)備一般不和微機內(nèi)部直接相連，必須通過I/O接口，解決計算機與外部設(shè)備連接時存在的各種矛盾。補充題1. 指出RS-232、RS-485、USB等總線的特點。答：(1) RS-232的

6、特點：全雙工數(shù)據(jù)傳輸，單端輸入輸出,有地線、發(fā)送和接受三條線即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸,傳輸速率20kb/s，傳輸距離限于15m,采用單端驅(qū)動和接收電路.采用負(fù)邏輯高電平為（-5-15v），低電平為(5-15v)，電源電壓為+15v或+12v.(2) RS-485的特點：半雙工工作方式，差分信號傳輸，傳輸距離為幾十米到上千米，速率10Mbit/s,采用屏蔽雙絞線傳輸.可連接32個設(shè)備.電平邏輯“1”以兩線間的電壓差為(+26V)表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為(-26V)表示，外接電源電壓一般為5v.(3) USB即插即用,菊花式連接,有2電源線（5V），2數(shù)據(jù)線，而兩個外設(shè)間的距離（線纜長度）可達(dá)5

7、米,差分信號傳輸, 可外接127個設(shè)備.補充題2. 概要描述計算機系統(tǒng)如何通過PCI端口對外部設(shè)備進(jìn)行控制，指出地址范圍。 答：信號輸入時：首先外設(shè)作為中斷源（int a# int h#引腳是低電平有效的中斷請求線）申請中斷，在CLK的上升沿到來時，系統(tǒng)采樣AD0AD31，把信號送到微處理器，觸發(fā)中斷。接著C/BEJ C/BE0配置I/O讀寫，在FRAME低電平時，傳送數(shù)據(jù)存儲地址，F(xiàn)RAME高電平且TRDY低電平時，開始讀取數(shù)據(jù)。信號輸出時：首先C/BEJ C/BE0配置存儲器讀及I/0寫，接著FRAME高電平且IRDY低電平時，開始寫數(shù)據(jù)。 I/O口地址空間分為兩部分，把1024個端口的前

8、246個（000H0FFH）專用系統(tǒng)板上的I/O接口芯片使用，后768個（100H3FFH）為I/O接口擴展卡使用。補充題3. 簡要歸納ISA、PCI和STD三種端口的特點。答：ISA：有98根信號線，數(shù)據(jù)線寬16位，地址線寬24位，總線時鐘8MHz，中斷源為邊沿觸發(fā)，數(shù)據(jù)傳輸速度為16MB/S。PCI：64位總線（3.3V）或者32位（5V），最高總線頻率為33.3MHz/66MHz，數(shù)據(jù)傳輸速度為80MB/S，（最高傳輸速度為133MB/S），支持10個外設(shè)。STD：公共母板結(jié)構(gòu)，56根信號線，是8/16位總線標(biāo)準(zhǔn)，有8/16條數(shù)據(jù)線，16/24地址線，22條控制線。補充題4. 與的驅(qū)動是

9、多少？它們有什么不同的特點和應(yīng)用？ 答： 74ls244是一個8個通道單向傳輸?shù)娜龖B(tài)門緩沖器，灌電流可以達(dá)到50mA 。按at89c51上拉電阻10K來計算，5/10000=0.5mA，74ls244最多可以驅(qū)動100個I/O口。74LS273是8通道單向的鎖存器，不僅可以作為驅(qū)動器，還有存儲的功能，灌電流可以達(dá)到25mA。補充題5. 圖-16中的V的作用是什么？如果將K接在三極管e極有什么缺點？答 因繼電器線圈呈電感性，為了克服三極管斷開時繼電器線圈反電勢，所以線圈兩端必須加裝續(xù)流二極管D，以保護(hù)三極管。 如將繼電器線圈接在三極管e極的話，電路形成負(fù)反饋，使得線圈無法工作在最大導(dǎo)通電壓狀態(tài)；

10、另外由于電路形成負(fù)反饋，會影響導(dǎo)通速度； 如將繼電器線圈接在三極管e極，反向沖擊會影響到基極電流。課本(p.74)題2. 采用74ls244和74ls273與PC/ISA總線工業(yè)控制機接口，設(shè)計8路數(shù)字（開關(guān)量）輸入接口和8路數(shù)字量（開關(guān)量）輸出接口。請畫出接口電路原理圖，并分別編寫數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出程序。答：利用74LS244作為開關(guān)量的輸入，一端接外部開關(guān)量信號輸入，一端接到PC的8位數(shù)據(jù)線，利用74LS273作為開關(guān)量的輸出，一端接到PC的8位數(shù)據(jù)線，一端接開關(guān)量信號輸出。片選端口地址為 port1，輸出片選端口地址為 port2。 輸入程序 ： MOV DX, port1 IN A

11、L, DX 輸出程序： MOV AL, DATA MOV DX, port2 OUT DX, AL 課本(p.74)題3. 用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809與PC/ISA總線工業(yè)控制機接口，實現(xiàn)8位模擬量采集。請畫出接口原理圖，并設(shè)計出8路模擬量的數(shù)據(jù)采集程序。程序： MOVX A，DPTR ；讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 MOV R0，A ；存入片內(nèi)RAM 單元 INC DPTR ；指向下一模擬通道 INC R0 ；指向下一個數(shù)據(jù)存儲單元 這是一種不完全地址譯碼方式如果增加地址譯碼器，將P2.7A15線改為高位地址譯碼器的輸出線，就可以形成完全譯碼。 圖l中的P2.7A15線作為整個AI0809芯片的

12、片選線當(dāng)P2.7A15=0時，或非門敞開，允許寫信號通過，將單片機負(fù)的寫脈沖轉(zhuǎn)換為ADC0809所需要的正脈沖，以選中AI0809某一通道并啟動轉(zhuǎn)換課本(p.75)題7. 采樣保持器的作用是什么？是否所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持器？為什么？答：（1）保存即將轉(zhuǎn)換的信號，避免某些隨時間變化較快的信號在轉(zhuǎn)換時發(fā)生變化，提高轉(zhuǎn)換精度，或者模擬量輸入信號的頻率范圍。（2）不是所有的模擬量輸入通道中都需要采樣保持器，當(dāng)被測信號變化緩慢時，若A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間足夠短，可以不加采樣保持器。課本(p.75)題8. 一個8位A/D轉(zhuǎn)換器，孔徑時間為100us，如果要求轉(zhuǎn)換誤差在轉(zhuǎn)換器的精度0.4%,求

13、允許轉(zhuǎn)換的正弦模擬信號的最大頻率是多少？答： 補充題6. 簡述電氣干擾信號的來源與傳播途徑，并說明常用抗干擾措施。 (1). 干擾的來源: 外部干擾環(huán)境: 主要是空間電或磁的影響，環(huán)境溫度、濕度等氣象條件也是外來干擾。內(nèi)部干擾：是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝所引入的。有分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場輻射感應(yīng)，長線傳輸造成的波反射；多點接地造成的電位差引入的干擾；裝置及設(shè)備中各種寄生振蕩引入的干擾以及熱噪聲、閃變噪聲、尖峰噪聲等引入的干擾；甚至元器件產(chǎn)生的噪聲等。 (2). 干擾的傳播途徑：干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場耦合，公共阻抗耦合。 (3). 常用的抗干擾措施： 對串模

14、干擾的抑制 輸入低通濾波（濾除高頻干擾） 雙積分A/D轉(zhuǎn)換（尖峰型串模干擾，工頻干擾 ） 隔離與前置放大（電磁感應(yīng) ） 閾值與頻率特性等器件（采用高抗擾邏輯器件、通過高閾值電平） 雙絞線（電磁感應(yīng) ） 共模干擾的抑制 變壓器光電隔離 屏蔽線浮地儀表放大器 長線傳輸干擾的抑制 終端電阻匹配：R=RP 注意平衡高低電平的抗干擾能力 始端電阻匹配： R=RPR0；R0 ： 門電路輸出為低始的輸出阻抗 雙絞線：抗電磁干擾 課本(p.75)題10. 采用DAC0832和與PC/ISA總線工業(yè)控制機接口，設(shè)計出8路模擬量采集系統(tǒng)，請畫出接口電路原理圖，并編寫相應(yīng)的8路模擬量數(shù)據(jù)采集程序。若DAC0832的

15、CS的口地址為BASE，則7FH轉(zhuǎn)換為模擬電壓的接口程序為： DAOUT：MOV DX， BASE MOV AL ，7FH OUT DX，AL RET課本(p.75)題12. 分別畫出D/A轉(zhuǎn)換器的單極性和雙極性電壓輸出電路，并分別推導(dǎo)出輸出電壓與輸入數(shù)字量之間的關(guān)系式。解：Vout1為單極性輸出，若D為輸入數(shù)字量，Vref為基準(zhǔn)參考電壓，且為n位D/A轉(zhuǎn)換器，則有： Vout2為雙極性輸出，且可推導(dǎo)得到：第三章 作業(yè)補充題1. 試敘步進(jìn)電機的特點 答：1）步進(jìn)電機的參數(shù)：用頻率、力矩、步距角和齒距角、相電流等表示。 2）步進(jìn)電機輸入的是脈沖，輸出的是位移，誤差不累積，改變脈沖的頻率，則改變速

16、 度。改變各相導(dǎo)通順序可以控制步進(jìn)電機的方向。3）一般步進(jìn)電機的精度為步進(jìn)角的35%，。 4）步進(jìn)電機的力矩與其中的電流成正比，由于電感效應(yīng)力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 5）步進(jìn)電機高于一定的速度運行時，若電機轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，會產(chǎn)生失步或睹轉(zhuǎn)，睹轉(zhuǎn)不會燒毀電機，但伴有呼嘯聲。補充題2. 試敘步進(jìn)電機驅(qū)動器的種類和特點答：步進(jìn)電機驅(qū)動器的種類:A， 單電壓驅(qū)動：簡單、價格低廉。B， 高低壓驅(qū)動：簡單實用、較單電壓驅(qū)動性能有一定提高，但是高壓固定，不能兼顧各種頻率。C， 恒流嶄波：采用較高的驅(qū)動電壓，控制相電流快速導(dǎo)通和保持恒定，在一定頻率范圍具有均勻的力矩，大大提高運行頻率，但可能產(chǎn)生噪聲，特

17、別在一定頻率范圍產(chǎn)生震蕩。D， 調(diào)頻調(diào)壓：采用可調(diào)的驅(qū)動電壓，保證相電流快速導(dǎo)通和恒定，在一定頻率范圍具有均勻的力矩，大大提高運行頻率，不會產(chǎn)生噪聲。E， 細(xì)分電路驅(qū)動：采用細(xì)分電路或者等分調(diào)節(jié)各相電流，將原來的一步細(xì)分為多步運行，減少脈沖當(dāng)量，提高精度。第四章 作業(yè)補充題3. 何時需要采用PID位置算法？何時需要采用PID增量算法？ 答：PID位置算法可以直觀得到PID參數(shù)，便于調(diào)整。要用到過去誤差的所有累加值，計算工作量大；位置型算法的輸出是控制量的全量輸出，誤動作影響大。在控制系統(tǒng)中，如果執(zhí)行機構(gòu)采用調(diào)節(jié)閥，則控制量對應(yīng)閥門的開度，表征了執(zhí)行機構(gòu)的位置，此時控制器應(yīng)采用數(shù)字PID位置式控

18、制算法。PID增量算法容易計算，不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)；算法得出的是控制量的增量，計算誤差對誤動作影響小；算式中不出現(xiàn) u0 項，則易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。如執(zhí)行機構(gòu)采用步進(jìn)電機，每個采樣周期，控制器輸出的控制量，是相對于上次控制量的增加，此時控制器應(yīng)采用數(shù)字PID增量式控制算法。補充題4. 求慣性環(huán)節(jié) 的差分方程。解：由 有 化成微分方程： 以采樣周期離散上述微分方程得 即用一階后向差分近似代替得： 代入上式得整理得課本(p.144)題2. 某系統(tǒng)的連續(xù)控制器設(shè)計為： 試用雙線性變換法、前向差分法、后向差分法分別求取數(shù)字控制器D(z),并分別給出3種方法對應(yīng)的遞推控制算法。課本(p.144)題4. 課本(p.144)題5. 課本(p.144)題7.擴充臨界比例度法：比值T/被控對象時間常數(shù)T以及他們的的在階躍輸入下的整個變化過程的曲線；課本(p.144)題9.課本(p.144)題11.被控對象的傳遞函數(shù)為采樣周期T=1s，要求：(1)采用Smith補償控制，求取控制器的輸出；(2)采用大林算法設(shè)計數(shù)字控制器，并求取的遞推形式。(1)采用Smith補償控制廣義對象的傳