【正文】 微型計算機控制技術(shù)課后習題答案及相關(guān)復(fù)習題（潘新民第二版） 的特點 (1)可靠性高 (2)編程容易 (3)組合靈活 (4)輸入／輸出功能模塊齊全 (5)安裝方便 (6)運行速度快 2．按鍵防抖動技術(shù) 對于采用機械彈性開關(guān)的鍵盤 : (1)由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動。 (2)其波形如 圖 31 所示。抖動過程的長短由按鍵的機械特性決定，一般為 10～ 20ms。 可以從硬件及軟 件兩方面排除抖動的影響解決。 （ 1）硬件防抖技術(shù) ① 濾波防抖電路 利用 RC 積分電路對于干擾脈沖的吸收作用。 只要選擇好時間常數(shù)，就能在按鍵抖動信號 通過此濾波電路時，消除抖動的影響。 濾波防抖電路圖，如圖 3 2 所示 。 ② 雙穩(wěn)態(tài)防抖電路 用兩個與非門構(gòu)成一個 RS 觸發(fā)器 即形成雙穩(wěn)態(tài)防抖電路。 （ 2）軟件防抖方法 當?shù)谝淮螜z測到有鍵按下時，先用軟件延時 （ 10ms～ 20ms），而后 再確認該鍵電平是否仍維持 閉合狀態(tài)電平。若保持閉合狀態(tài)電平；則確認此 鍵確已按下，從而消除了抖動的影響。 (3) 兩種方法的比較 采用硬件防抖 : N 個鍵就必須配有 N 個防抖電路。 采用硬件防抖 : 費機時。 數(shù)碼管的顯示方法 在微型機控制系統(tǒng)中， 常用的兩種顯示方法 : 動態(tài)顯示 靜態(tài)顯示。 （ 1）動態(tài)顯示 ① 作法 微型機定時地對顯示器件掃描。 顯 示器件分時工作，每次只能有一個器件顯示。 ② 特點 使用硬件少，因而價格低。 占用機時長，只要掃描程序停止，顯示即刻停止。 ③ 應(yīng)用 演示 在以工業(yè)控制為主的微型機控制系統(tǒng)中應(yīng)用較少。 (2) 靜態(tài)顯示 ① 作法 由微型機一次輸出顯示模型后，就能保持該顯示結(jié)果， 直到下次送新的顯示模型為止。 ② 特點 占用機時少，顯示可靠， ③ 應(yīng)用 廣泛應(yīng)用在工業(yè)過程控制中。 使用元件多，且線路比 較復(fù)雜。 隨著集成電路的發(fā)展，多種功能的顯示器件出世， ( 鎖存器、譯碼器、驅(qū)動器、顯示器四位一體 ) 靜態(tài)顯示得到廣泛應(yīng)用。 1 試簡述什么是最少拍系統(tǒng)？ 所謂最少拍系統(tǒng)是指對典型輸入如單位階躍、單位速度或單位加速度輸入具有最快響應(yīng)，且系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為 ，通常把一個采樣周期稱為一拍。（ 6 分） 2 試簡述位置式 PID 和增量式 PID 適用對象 . 若執(zhí)行結(jié)構(gòu)不帶積分部件，其位置和計算機輸出的數(shù)字量一一對應(yīng)時，則要采用位置式 PID控制算法（ 3 分）；若執(zhí)行 結(jié)構(gòu)帶積分部件，則可選用增量式 PID 控制算法（ 3 分）。 3 試簡述如何防止積分整量化誤差。 1）擴大計算機運算的字長，提高計算精度。（ 3 分） 2）當積分項 ??)(keTTKIp時，積分項單獨累加，直到產(chǎn)生溢出。將溢出值作為積分項的偏差值去進行運算，余數(shù)仍保留下來，作為下一步累加的基數(shù)值。（ 3 分） 4 下圖所示為采樣保持電路，試簡述其工作原理。 圖 1 采樣保持電路 模擬開關(guān) AS 閉合時，進入采樣狀態(tài)（ 跟蹤），由于 A1 輸出阻抗小， A1 輸出端快速給電容HC 充電，輸出跟隨輸入變化。（ 4 分）模擬開關(guān) AS 斷開時，進入保持狀態(tài)，由于 A2 輸入阻抗大，輸入電流幾乎為 0，保證輸出端的電壓值不變。（ 5 分） 三、計算分析題 1 某溫度測量儀表的量程為 0~100℃，利用 51 系列單片機和 ADC0809 進行 AD 轉(zhuǎn)換。在某一時刻計算機采樣并經(jīng)過數(shù)字濾波后的數(shù)字量為 24H，求此時對應(yīng)的溫度值是多少？（設(shè)儀表的量程是線性的） 已知 A0=0℃ ,Am=100℃ , Nx=24H=(36)D, （ 4 分 ） Nm=0FFH=(255)D，所以此時溫度為： )0100(0)( 00 ???????? mxm NNAAAA （ 4 分） 2 用差分變換法求模擬調(diào)節(jié)器 11)(1 ?? sTsD 的差分方程。 )()()()1(1)()()(211sEssUsUsTsTssEsUzD?????（ 3 分） 化成微分方程形式得 )()()( ...1 tetutuT ?? 進一步可得 )()1()()2()1(2)( 21 keT kukuT kukukuT ???????? （ 3 分） 可得差分方程為： 控制信號 IN OUTT AS A1 A2 CH )(1 1)2(1)1(1 21)()2()1(2)(11111121111keTkuTTkuTTkeTT TkuTT TkuTT TTku??????????????????（ 2 分） 3 試判斷控制器 )())()(()( 11 111 ?? ??? ? ???? zz zzzzD的物理可實現(xiàn)性。 1 )(???? ???? z zzzzD，分子中包含正次冪，物理上不可實現(xiàn) .（ 5 分） 四、設(shè)計題 1 已知某連續(xù)控制器的傳遞函數(shù)為： s ssD )( ?? ，現(xiàn)用數(shù)字 PID 算法來實現(xiàn)它，試分別寫出其相應(yīng)的位置型和增量型 PID 算法輸出表達式， T=1s。 解： sssE sUsD )( )()( ???（ 2 分） )()()( ssEsEssU ?? 兩邊進行拉氏逆變換： )()()( .. tetetu ?? )()()( .. kekeku ?? （ 3 分） T kukuku )1()()(. ??? ， T kekeke )1()()(. ??? )()()()( 13231 ????? kekekuku （ 2 分） )()()()( 13231 ????? kekekuku （ 2 分） 2 已 知 某 系 統(tǒng) 廣 義 被 控 對 象 的 脈 沖 傳 遞 函 數(shù) 為)0 1 8 )()(1( ))(()( 111111????????? ??? zzz zzzzG ，試針對單位階躍輸入，設(shè)計最少拍有波紋數(shù)字控制器 )(zD ，并寫出系統(tǒng)的輸出響應(yīng) )(zY 并繪制輸出響應(yīng)曲線。 解：根據(jù)穩(wěn)態(tài)誤差為零的條件： )()1()(1 31 zFzz ????? （ 2 分） 根據(jù)穩(wěn)定條件： )()1()(1 21 zFzz ????? )()()( 111 zFzzz ?? ??? （ 4 分） 綜合得： ??? ??? ???????)()1()( )()1()(1 411 21zFzzz zFzz 設(shè) 12 ( ) 1F z az??? ， bzF ?)(1 ，則： )()( 11 ?? ??? zbzz )1)(1()(1 11 ?? ????? azzz 也就是 2121 )1( ???? ?????? zzabzbz 比較等式兩邊的系數(shù)，得： ??? ??? ab 1 解得： ??? ?? 得 )()( 11 ?? ??? zzz （ 4 分） 故： ))(())(()(1 )(.)(1)( 11 11 ?? ?? ?? ??????? zz zzzzzGzD ... 1)()().()( 4321111 ?????????? ??????? zzzzzzzzRzzY （ 3 分） 1 Y(n) n 1 2 3 4 5 （ 2 分） 五、利用 ADC0809 和 AT89S52 單片機設(shè)計一個 A/D 轉(zhuǎn)換電路，使他能對 8 個通道的模擬量（ 0~5V）進行采集，采 用查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 二章 采樣保持器有什么作用？試說明保持電容的大小對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的影響。 采樣保持器的作用： A/D 轉(zhuǎn)換器完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換總需要一定的時間。在進行 A/D 轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。這樣，就需要在 A/D 轉(zhuǎn)換器之前加入采樣保持器。 保持電容對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣保持的精度有很大影響。保持電容值小，則采樣狀態(tài)時充電時間常數(shù)小，即保持電容充電快，輸出對輸入信號的跟隨特性好，但在保持狀態(tài)時放電時間常數(shù)也小，即保持電容放電快，故保持性能差；反之，保持電容值大，保持性能好， 但跟隨特性差。 在數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)中，是不是所有的輸入通道都需要加采樣保持器？為什么？ 不是，對于輸入信號變化很慢，如溫度信號；或者 A/D 轉(zhuǎn)換時間較快，使得在 A/D 轉(zhuǎn)換期間輸入信號變化很小，在允許的 A/D 轉(zhuǎn)換精度內(nèi)，就不必再選用采樣保持器。 三章 鍵盤為什么防止抖動 ?在計算機控制系統(tǒng)中如何實現(xiàn)防抖？ 為了使 CPU 對一次按鍵動作只確認一次，從而保證系統(tǒng)正常工作，所以必須防止抖動？硬件防抖有濾波防抖電路和雙穩(wěn)態(tài)防抖電路，還可以采用軟件防抖法，即軟件延遲。 編碼鍵盤和非編碼鍵盤有什么區(qū)別？在接口電路和軟 件設(shè)計的區(qū)別？ 編碼鍵盤能自動識別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，以并行或串行方式發(fā)送給 CPU。它使用方便，接口簡單，響應(yīng)速度快，但需要專門的硬件電路。非編碼鍵盤通過軟件來確定按鍵并計算鍵值。 在計算機控制系統(tǒng)中，為什么有時采用復(fù)用鍵？復(fù)用鍵是如何實現(xiàn)的？ 為了節(jié)省按鍵的數(shù)量，所以采用復(fù)用鍵?？梢圆捎迷O(shè)置上下檔開關(guān)的措施來構(gòu)成復(fù)用鍵。 什么叫重建？計算機如何處理重鍵？ 一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果，這叫做重鍵。為排除重鍵的影響，編制程序時，可以將鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束，等鍵釋放電平后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的功能。 多位 LED 顯示器顯示方法有幾種？它們各有什么特點？ 常用的顯示方法有兩種：一種為動態(tài)顯示，一種為靜態(tài)顯示。動態(tài)顯示利用人的視覺暫留產(chǎn)生，優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低，線路簡單。但占用的機時長。靜態(tài)顯示占用機時少，顯示可靠，但是使用元件多，線路復(fù)雜。 硬件譯碼和軟件譯碼各有何優(yōu)缺點？ 軟件譯碼優(yōu)點是電路簡單，但顯示速度有所下降。硬件譯碼既能節(jié)省計算機的時間，而且程序設(shè)計簡單。 1薄膜式開關(guān)的優(yōu)點？ 色彩亮麗；文字說明一目了然；形意圖案使用方便；鍵體美觀；透明視窗。 四章 工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的 報警方式有幾種？舉例說明各自的應(yīng)用場合？ 有聲、光、語言報警方式。例子自己想 說明硬件報警和軟件報警的實現(xiàn)方法，并比較其優(yōu)缺點？ 硬件報警：報警要求不通過程序比較得到，直接由傳感器產(chǎn)生。 軟件報警：將參數(shù)經(jīng)傳感器、變送器、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器送到計算機，再與規(guī)定的上下限比較，根據(jù)比較結(jié)果進行處理。 實際上硬件報警是在軟件報警基礎(chǔ)上的簡化，即將警報信號提前至傳感器那一步驟，而不是需要送到計算機比較后才得出。 光電隔離器有什么作用？ 將被控系統(tǒng)與微型計算機控制系統(tǒng)通過光電效應(yīng)連成系統(tǒng)，實現(xiàn)控制；并且可以屏蔽電 磁干擾等一些不利因素，提高控制精度?？傊?，有耦合、隔離和開關(guān)的作用。 固態(tài)繼電器控制和繼電器控制有什么區(qū)別？ 在繼電器控制中，采用電磁吸合的方式，而固態(tài)繼電器是帶光電隔離的無觸點開關(guān)。 說明 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的工作原理？ 通過改變電機電樞電壓接通時間與通電周期的比值（即占空比）來控制電機速度。這種方法成為 PWM。在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度降低。只要按一定規(guī)律改變通斷電時間，電機轉(zhuǎn)速即可得到控制。 七章 數(shù)字濾波與模擬濾波相比有什么優(yōu)點？ 無需增加任何硬件設(shè)備；系統(tǒng)可靠性 高；多通道共享，降低成本；對頻率很低的信號進行濾波；使用靈活，方便。 常用的數(shù)字濾波方法？ 程序判斷濾波、算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、滑動平均值濾波、 RC 低通數(shù)字濾波、復(fù)合數(shù)字濾波。 Y 如何確定，其值越大越好嗎？ 可根據(jù)經(jīng)驗獲得，必要時由實驗得出。 太大，會使系統(tǒng)誤差增大；太小，使計算機采樣效率降低。 算術(shù)濾波、加權(quán)濾波、滑動濾波的區(qū)別是什么 ? 算術(shù)濾波實際上是求取采樣值的平均值；加權(quán)濾波則是在加權(quán)的基礎(chǔ)上求取平均值；滑動濾波則是每采一個新數(shù)據(jù)，計算一個新的平均值。 標度轉(zhuǎn)換在工程上有什 么意義？ 標度變換將數(shù)字量變成人們熟悉的十進制工程量，便于操作人員對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和管理。 為什么采用量程自動轉(zhuǎn)換技術(shù)？ 因為這樣能使 A/D 轉(zhuǎn)換器滿量程信號達到均一化，因而大大提高測量精度。 八章 1.、在 PID 調(diào)節(jié)中，系數(shù) K,??等各有什么作用？他們對調(diào)節(jié)品質(zhì)有什么影響？ 系數(shù) Kp 為比例系數(shù)，提高系數(shù) Kp 可以減小