微型计算机控制技术 潘新民版 答案

（简答题部分）

第一章

1.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分作用? 答：由四部分组成

(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。

(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。

(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。其中作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能. (4)检测与执行机构:a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量.b.

执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。

2、微型计算机控制系统的软件有什么作用？说出各部分软件的作用。 软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。

(1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。

系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等； b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序；

c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、服务程序(装配程序和编辑程序)、模拟主系统(系统模拟、仿真、移植软件)、数据管理系统等； d.信息处理：指文字翻译、企业管理等。

(2)应用软件：它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。

应用软件包括：

a.过程监视程序：指巡回检测程序、数据处理程序、上下限检查及报警程序、操作面板服务程序、数字滤波及标度变换程序、判断程序、过程分析程序等；

b.过程控制计算程序：指的是控制算法程序、事故处理程序和信息管理程序，其中信息管理程序包括信息生成调度、文件管理及输出、打印、显示程序等；

c.公共服务程序：包括基本运算程序、函数运算程序、数码转换程序、格式编码程序。 (3)数据库：数据库及数据库管理系统主要用于资料管理、存档和检索，相应软件设计指如何建立数据库以及如何查询、显示、调用和修改数据等。

4、操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？

(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到了操作指导的作用

(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。DDC系统是闭环系统，是微机在工业生产过程中最普遍的一种应用形式。

(3)计算机监督控制系统(SCC系统)：SCC(Supervisory Computer Control)系统比DDC系统更接近生产变化的实际情况，因为在DDC系统中计算机只是代替模拟调节器进行控制，系统不能运行在最佳状态，而SCC系统不仅可以进行给定值控制，并且还可以进行顺序控制、最优控制以及自适应控制等。

SCC是操作指导控制系统和DDC系统的综合与发展。

5、说明嵌入式系统与一般微型计算机扩展系统的区别。 嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬盘那样大容量的存储介质，而大多数使用EPROM、EEPROM或闪存作为存储介质；嵌入式系统的软件部分包括操作系统软件和应用程序。嵌入式系统功耗低、可靠性高、功能强大、性价比高、实时性强、支持多任务、占用空间小、效率高；面向特定应用，可根据需要灵活定制。

6、PLC控制系统有什么特点？

可靠性高、编程容易、组态灵活、输入/输出功能模块齐全、安装方便、运行速度快。

7、什么叫现场总线系统？它有什么特点？

现场总线控制系统FCS是分布控制系统DCS更新换代产品，且已经成为工业生产过程自动化领域中的一个新的热点。

特点：数字化的信息传输、分散的系统结构、方便的互操作性、开放的互联网络、多种传输媒介和拓扑结构。

8、未来控制系统发展趋势是什么？

大力推广应用成熟的先进技术：普及应用可编程控制逻辑器（PLC），广泛使用智能化调节器，采用新型的DCS和FCS，FPGA将成为微型计算机控制技术的新宠

大力研究和发展智能控制系统：分级递阶智能控制系统，模糊控制系统，专家控制系统，学习控制系统

嵌入式系统的应用将更加深入

9、什么叫嵌入式系统?与一般的工业控制系统有什么区别？

嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于PC中BIOS的工作方式，具有软件代码少、高

度自动化和响应速度快等特点，特别适合要求实时和多任务的体系。它是可独立工作的“器件”

10、什么是物联网？为什么说“物联网给微型计算机控制技术”带来新的、更大的应用空间？

物联网=互联网+传感器。

11、物联网终端由几部分组成？各部分的作用是什么？

物联网终端主要由外围接口模块、核心处理模块、网络通信模块及电源管理模块组成。 14、FPGA是什么意思？它有什么特点？在微机控制系统和智能化仪器中有着怎样的影响？ 现场可编程门阵列(FPGA)

特点：采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到适用的芯片；FPGA可做其他全定制或半定制ASIC电路的中试样片；FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚；FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一；（5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。

第二章

2 采样周期越小越好吗？为什么？

答：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，可能产生较大的误差。

5 试用CD4051设计一个32路模拟多路开关，画出电路图并说明其工作原理。 答：多路模拟开关（如下图）：多路模拟开关的主要用途是把多个模拟量分时地接通送入A/D转换器，即完成多到一的转换，或者把计算机处理的数据经D/A转换的模拟信号按一定的顺序输出到不同的控制回路，即完成一到多的转换。

CD4051就是一种单端8通道多路开关，它带有三个输入端A,B,C，和一个禁止输入端INH。从A,B,C输入的信号来选择8个通道中的一个。

INH＝1时，通道断开，禁止模拟量输入。当INH＝0时，通道接通，允许模拟量输入。 CD4051芯片允许双向使用，即可用于多到1的切换，也可用于1到多的切换。 4051的工作过程如下：

当禁止端INH为1时 ，译码器输出为全0，此时八个通道全部断开，即禁止输入。

当INH输入为0时， 译码器正常工作，此时若C=0，B=0，A=0，则译码器Y0端输出1，通道0接通。

当C=0，B=0，A=1时，译码器Y1端输出1，通道1接通。 当C=0，B=1，A=0时，译码器Y2端输出1，通道2接通。 当C=0，B=1，A=1时，译码器Y3端输出1，通道3接通。 当C=1，B=0，A=0时，译码器Y4端输出1，通道4接通。 当C=1，B=0，A=1时，译码器Y5端输出1，通道5接通。 当C=1，B=1，A=0时，译码器Y6端输出1，通道6接通。 当C=1，B=1，A=1时，译码器Y7端输出1，通道7接通。

6 采样-保持器有什么作用？说明保持电容大小对数据采集系统的影响。

答：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器。

保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响。保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差；反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差。

7 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？

答：并不是所有的模拟量输入通道都需要采样保持器的，因为采样保持器是

为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。

9 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：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。

10 A/D转换器转换原理有几种？他们各有什么特点和用途？

答：逐次逼近型，分辨率高，误差较低，转换速度快，应用十分广泛；双积分型：性能比较稳定，转换精度高，抗干扰能力强，电路较简单，工作速度低，多用于对转换精度要求较高，对转换速度要不高的场合，如数字电压表等检测仪器中，用的十分普遍。并联比较型：转换速度快，精度高，但使用的比较器和触发器多，适用于速度高，精度要求不高的场合。