測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)第3版習(xí)題解答

1、測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)（第3版）習(xí)題解答本習(xí)題解答是普通髙等教育“十一五”國(guó)家飯計(jì)劃教材測(cè)控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)第3版（孫 傳友、李濤編著，北京航空航天大學(xué)出版社2014年8月出版）全書各章習(xí)題的參誇答秦。第1章一、為何說儀器技術(shù)是信息的源頭技術(shù)？答：信息技術(shù)由測(cè)長(zhǎng)技術(shù)、運(yùn)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)三部份組成。測(cè)長(zhǎng)技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎(chǔ)。 儀器是一種信息的工具。若是沒有儀器，就不能獲取生產(chǎn)、科學(xué)、環(huán)境、社會(huì)等領(lǐng)域中全方 位的信息，進(jìn)入信息時(shí)期將是不可能的。儀器是信息時(shí)期的信息獲取一處直傳輸?shù)逆?條中的源頭。因此說，儀器技術(shù)是信息的源頭技術(shù)。二、為何現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)一般都要微機(jī)化？答：將微型運(yùn)算機(jī)技術(shù)引入測(cè)控系統(tǒng)中，不僅

2、能夠解決傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)不能解決的問題，而且 還能簡(jiǎn)化電站、增加或增強(qiáng)功能、提高測(cè)控精度和靠得住性，顯昔增強(qiáng)測(cè)控系統(tǒng)的自化化、 智能化程度，而且能夠縮短系統(tǒng)研制周期、降低本錢、易于升級(jí)換代等等，3、微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)有哪幾種類型?畫出它們的組成框圖答：測(cè)控儀器或系統(tǒng)可分為三大類一一單純以測(cè)試或檢測(cè)為目的的“測(cè)試（檢測(cè)）儀器或系 統(tǒng)”，單純以控制為目的的“控制系統(tǒng)”和測(cè)控一體的“測(cè)控系統(tǒng)”。微機(jī)化檢測(cè)系統(tǒng)框圖參數(shù)及動(dòng)作次序f 微機(jī)亠控制電路T執(zhí)行器微機(jī)化控制系統(tǒng)框圖測(cè)控對(duì)測(cè)控對(duì)彖彖亠展蔥需一血擬量輸入通道 翻十一!模擬量輸擊通適傳感器十開關(guān)量輸入通道I -而?和T開關(guān)量輸出通道I微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)人一機(jī)

3、接口操作員f通信接口卄苴它微機(jī)I _微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)框圖 第2章一、模擬輸入通道有哪幾種類型?各有何特點(diǎn)？答：依照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)收集電路是路共用一個(gè)仍是每路各用一個(gè)，多路模擬輸入通道可分為 集中收集式(簡(jiǎn)稱集中式)和分散收集式(簡(jiǎn)稱散布式)兩大類型。集中式的特點(diǎn)是多路信號(hào)一路利用一個(gè)S/H和A/D電路，模擬多路切換器MUX對(duì)多路信 號(hào)分時(shí)切換、輪流選通到S/H和A/D進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。散布式的特點(diǎn)是每一路信號(hào)都有一個(gè)S/H和A/D,因此也再也不需要模擬多路切換器 MUX.每一個(gè)S/H和A/D只對(duì)本路模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換即數(shù)據(jù)收集，收集的數(shù)據(jù)按必然順 序或隨機(jī)地輸入運(yùn)算機(jī)。二、什么情形下需要設(shè)置低噪聲前置

4、放大器？為何？答：由于電路內(nèi)部有如此或那樣的噪聲源存在，使得電路在沒有信號(hào)輸入時(shí)，輸出端仍輸出 必然幅度的波動(dòng)電壓，這就是電路的輸出噪聲。把電路輸岀端測(cè)得的噪聲有效值折算到該電 路的輸入端即除以該電路的增益K,取得的電平值稱為該電路的等效輸入噪聲。若是加在該電路輸入端的信號(hào)幅度小到比該電路的等效輸入噪聲還要低,那么那個(gè)信號(hào) 就會(huì)被電路的噪聲所淹沒”。為了不使小信號(hào)被電路噪聲所淹沒，就必需在該電路前而加 一級(jí)放大器一一 “前垃放大器”。只要前垃放大器本身的等效輸入噪聲比英后級(jí)電路的等效 輸入噪聲低，加入前置放大器后，整個(gè)電路的等效輸入噪聲就會(huì)降低，因此，輸入信號(hào)就不 會(huì)再被電路噪聲所淹沒。3、

5、圖2-1-14(a)所示收集電路結(jié)構(gòu)只適合于什么情形？為何？答：圖2-1-14(a)所示收集電路僅由A/D轉(zhuǎn)換器和前而的模擬多路切換器MUX組成，只適 合于測(cè)星恒定的各點(diǎn)大體相同的信號(hào)。因?yàn)楹阕笮盘?hào)不隨時(shí)刻轉(zhuǎn)變，不必設(shè)宜S/H,各點(diǎn)大 體相同的信號(hào)無(wú)需設(shè)置PGA。4、DFS-V數(shù)字地震儀屬于集中收集式數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。2ms采樣48道時(shí)去混淆濾波器截 止頻為125Hzo為提高勘探分辨率欲將采樣周期改成1ms。試問：地喪儀的信號(hào)逍數(shù)和去混 淆濾波器截止頻率要不要改變?如何改變?為何？答：據(jù)題知，T Ts s = = 2ms2ms , , N = 48,代入公式(21一38)計(jì)算得該地箴儀的A/D轉(zhuǎn)換

6、器的 轉(zhuǎn)換周期為TA/D =為提髙勘探分辨率欲將采樣周期改成Ims,則信號(hào)道數(shù)應(yīng)N N 48減小為N N = = 4 4 = = m=24=24、不然A/D轉(zhuǎn)換器就轉(zhuǎn)換不過來(lái)。T Tx/1)x/1) 2mS2mS /48據(jù)題知,TsTs = = 2ms2ms , , f fh h =125 Hz，代入公式(2-1-17)if 算得 C=5,將 C=5 和 Ts=lms 代 入公式(2-1-17)計(jì)算得，抗混疊濾波器截止頻率應(yīng)減小為齊=250 Hz,將幾=250念代 入公式(2-l-18)it算得/max = f fh h = = 250Hz.Hz.，這將使地箴儀可記錄的最高地鳶信號(hào)頻率達(dá) 到2

7、50Hz,因此，可使地震儀的勘探分辨率提高一倍。若是只是減少采樣周期而不改變抗混 疊濾波器截止頻率，將A =125 Hz代入公式(21 一 18)計(jì)算得人 =齊=125處，使地 震儀可記錄的最髙地震信號(hào)頻率仍然被限制在125Hz,因此地震儀的勘探分辨率仍然不能提 髙，這就使減少采樣周期的優(yōu)越性發(fā)揮不岀來(lái)。五、多路測(cè)試系統(tǒng)什么情形下會(huì)出現(xiàn)串音干擾?如何減少和消除？答：多路測(cè)試系統(tǒng)由于模擬開關(guān)的斷開電阻Roff不是無(wú)窮大和多路模擬開關(guān)中存在寄生電 容的緣故，每當(dāng)某一道開關(guān)接通時(shí)，其它被關(guān)斷的各路信號(hào)也出此刻負(fù)載上，對(duì)本來(lái)是唯一 被接通的信號(hào)形成干擾，這種干擾稱為道間串音干擾，簡(jiǎn)稱串音。為減小串音干

8、擾，應(yīng)采取如下辦法：減小Ri,為此模擬多路切換器MUX前級(jí)應(yīng)采用電壓跟從器：MUX選用Ron極小、Roff極大的開關(guān)管； 選用寄生電容小的MUX。 據(jù)公式(2-1-51),減少M(fèi)UX輸入端并聯(lián)的開關(guān)數(shù)N,可減小串音。若采用散布式數(shù) 據(jù)收集，則可從根本上消除串音干擾。因W1代入公式(2-1-51)計(jì)算得匕6、主放大器與前置放大器有什么區(qū)別？設(shè)置不設(shè)置主放大器、設(shè)置哪一種主放大器依據(jù) 是什么？答：測(cè)控系統(tǒng)的模擬輸入通道一般包括模擬調(diào)理電路和數(shù)據(jù)收集電路兩部份。前置放大器設(shè) 置在模擬調(diào)理電路前端，它是為減小模擬輸入通道的等效輸入噪聲提髙系統(tǒng)接收弱信號(hào)的能 力而設(shè)宜的，放大的是持續(xù)電信號(hào)。主放大器設(shè)置

9、在數(shù)據(jù)收集電路的MUX與S/H之間，放大 的是經(jīng)模擬多路切換器采樣或選通的離散信號(hào)，它是為了提髙數(shù)據(jù)收集電路的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度 和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換范圍而設(shè)置的。若是被測(cè)量的多路模擬信號(hào)都是恒左或轉(zhuǎn)變緩慢的信號(hào)，而且多路信號(hào)的幅度也相差不 大，也就是Yij隨i和j轉(zhuǎn)變不大，那就沒有必要在收集電路中設(shè)置主放大器，只要使各路 信號(hào)調(diào)理電路中的前置放大器增益知足(2-1-54)式即可。若是被測(cè)量的多路模擬信號(hào)都是恒左或轉(zhuǎn)變緩慢的信號(hào)，可是各路信號(hào)的幅度相差專門 大，也就是說Vij不隨j轉(zhuǎn)變，但隨i轉(zhuǎn)變專門大，那就應(yīng)在收集電路中設(shè)置程控增益放大 器作為主放大器。程控增益放大器的特點(diǎn)是每當(dāng)多路開關(guān)MUX在對(duì)第i道信號(hào)

10、采樣時(shí)，放大 器就采用預(yù)先按(2-1-54)式選左的第i道的增益Ki進(jìn)行放大。若是被測(cè)量的多路模擬信號(hào)是隨時(shí)刻轉(zhuǎn)變的信號(hào)，而且各路信號(hào)的幅度也不一樣。也就 是說，Vij既隨i轉(zhuǎn)變，也隨j轉(zhuǎn)變，那就應(yīng)在收集電路中設(shè)置瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器作為主放大 器。7、 模擬輸出通道有哪幾種大體結(jié)構(gòu)?各有何特點(diǎn)？答：微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)的模擬信號(hào)輸出通路的大體結(jié)構(gòu)按信號(hào)輸前途數(shù)來(lái)分，有單通道輸岀和 多通道輸岀兩大類，多通道的輸出結(jié)構(gòu)主要有以下三種：一、 數(shù)據(jù)分派分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是每一個(gè)通道配置一套輸入寄放器和D/A轉(zhuǎn)換器， 經(jīng)微型運(yùn)算機(jī)處宜后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線分時(shí)地選通至各通道輸入寄放器，當(dāng)數(shù)據(jù)Dij選通 至第i路

11、輸入寄放器的同時(shí)，第i路D/A即實(shí)現(xiàn)數(shù)字Dij到模擬信號(hào)幅值的轉(zhuǎn)換。二、 數(shù)據(jù)分派同步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是在各路數(shù)據(jù)寄放器R1與D/A轉(zhuǎn)換器之間增設(shè) 了一個(gè)緩沖寄放器R2。數(shù)據(jù)總線分時(shí)選通主機(jī)的輸出數(shù)據(jù)前后被各路數(shù)據(jù)寄放器R1接收， 然后在同一命令控制下將數(shù)據(jù)由R1傳送到R2,并同時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸岀模擬量。三、模擬分派分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是各通道共用一個(gè)D./A轉(zhuǎn)換器和一個(gè)數(shù)據(jù) 輸入寄存器。微型計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線依通道順序分時(shí)傳送至輸入寄存器并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生相應(yīng)通道的模擬輸出值。以上三種結(jié)構(gòu)可歸納為兩種分派方案。前兩種數(shù)據(jù)分派結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上也就是圖2-2-2 (a) 所

12、示的“數(shù)字維持”方案：模擬分派結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上也就是圖2-2-2(b)所示的“模擬維持”方 案。8、 為何模擬輸出通道中要有零階維持?如何用電路實(shí)現(xiàn)？答：咱們明白，模擬信號(hào)數(shù)字化取得的數(shù)據(jù)是模擬信號(hào)在各個(gè)采樣時(shí)刻瞬時(shí)幅值的A/D轉(zhuǎn) 換結(jié)果。很顯然把這些A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果再通過D/A轉(zhuǎn)換，也只能取得模擬信號(hào)波形上的一個(gè) 個(gè)斷續(xù)的采樣點(diǎn)，而不能取得在時(shí)刻上持續(xù)存在的波形。為了取得在時(shí)刻上持續(xù)存在的波形 就要想辦法填補(bǔ)相鄰采樣點(diǎn)之間的空白。理論上講，能夠有兩種簡(jiǎn)單的填補(bǔ)采樣點(diǎn)之間空白 的辦法：一是把相鄰采樣點(diǎn)之間用直線連接起來(lái)，這種方式稱為“一階維持”方式；另一種 方式是把每一個(gè)采樣點(diǎn)的幅值維持到下一個(gè)采樣點(diǎn)

13、，這種方式稱“零階維持”?！傲汶A維持” 方式很容易用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，一階維持”則很難用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此模擬輸出通道中采用零 階維持器。零階維持器的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：一種是數(shù)字維持方式，即在D/A之前加設(shè)一個(gè)寄放器， 讓每一個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)拯在該寄放器中一直寄放到本路信號(hào)下個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)為止，如此 D/A轉(zhuǎn)換器輸岀波形就不是離散的脈沖電壓而是持續(xù)的臺(tái)階電壓。另一種是模擬維持方式， 即在公用的D/A以后每路加一個(gè)采樣維持器，維持器將D/A轉(zhuǎn)換器輸出子樣電壓維持到本 路信號(hào)下個(gè)子樣電壓產(chǎn)生時(shí)為止。9、 在控制系統(tǒng)中被控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)有哪兩種方式?有何異同？答：在控制系統(tǒng)中，對(duì)被控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)常采用模擬疑輸出驅(qū)動(dòng)

14、和數(shù)字量(開關(guān)量)輸出驅(qū)動(dòng)兩 種方式，其中模擬量輸岀是指其輸出信號(hào)(電壓、電流)可變，按照控制算法，使設(shè)備在零到 滿負(fù)荷之間運(yùn)行，在必然的時(shí)刻T內(nèi)輸出所需的能量P：開關(guān)量輸出則是利用控制設(shè)備處于 “開”或關(guān)”狀態(tài)的時(shí)刻來(lái)達(dá)到運(yùn)行控制目的。如按照控制算法，一樣要在T時(shí)刻內(nèi)輸出 能量P，則可控制設(shè)備滿負(fù)荷工作時(shí)刻t,即采用脈寬調(diào)制的方式，一樣可達(dá)到要求。微機(jī)總線入理路輸調(diào)電來(lái)口生產(chǎn)過程=d微機(jī)總線出存第W鎖器去生產(chǎn)過程地址譯碼器10、在信號(hào)以電壓形式傳輸?shù)哪M電路中，前后兩級(jí)電路之間，什么情形下需插接電壓 跟從器?什么情形下不需要?為何？答：在要求信號(hào)以電壓形式傳輸（即要求前級(jí)饋送給后級(jí)的電壓最大

15、）的模擬電路中，當(dāng)前 級(jí)電路的輸岀阻抗不是遠(yuǎn)小于后級(jí)電路的輸入阻抗時(shí)，二者之間需插接電壓跟從器。因?yàn)殡?壓跟從器的輸入阻抗極高而輸出阻抗極低，它插在二者之間，既給前級(jí)提供極髙的輸入阻抗, 又給后級(jí)提髙極低的輸出阻抗，如此就可以使前級(jí)饋送給后級(jí)的電壓最大。若是前級(jí)電路的 輸出阻抗極低，或后級(jí)的輸入阻抗極髙，也就是說，已經(jīng)知足電壓傳輸最大的條件，二者之 間就無(wú)需再插接電壓跟從器。11、試述開關(guān)雖輸入輸岀通道的大體組成。答：開關(guān)量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路等組成，如圖 2-3-1所不。開關(guān)呈:輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出口地址譯碼電路等組成，如圖 2-

16、3-4所不。VV地址譯碼器圖 2-3-1圖 2-3-412、單元電路連接時(shí)要考慮哪些問題？答：組成測(cè)控系統(tǒng)的各單元電路選泄以后，就要把它們彼此連接起來(lái)，為了保證各單元電路 連接起來(lái)后仍能正常工作，并彼此配合地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的功能，就必需認(rèn)貞仔細(xì)地考慮各單元電 路之間的級(jí)聯(lián)問題，如：電氣特性的彼此匹配、信號(hào)耦合方式、時(shí)序配合等。第3章一、為何常見的中小型微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)大多采用單片機(jī)？答：?jiǎn)纹瑱C(jī)是指將運(yùn)算機(jī)的大體部件集成在一塊芯片上而組成的微型運(yùn)算機(jī),單片機(jī)的長(zhǎng)處 是靠得住性高、控制功能強(qiáng)、易擴(kuò)展、體積小。用單片機(jī)開發(fā)務(wù)類微機(jī)化產(chǎn)品，周期短、本 錢低，在運(yùn)算機(jī)和儀器儀表一體化設(shè)訃中有著一般微機(jī)無(wú)法比擬的

17、優(yōu)勢(shì)。正因?yàn)槿绱?，目?常見的微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)、專門是中型測(cè)控系統(tǒng)和便攜式測(cè)控儀器大多采用單片機(jī)。二、指出圖3-1-6中存貯器和I/O接口尋址范圍。答：尋址范圍2764000XXXXXOOOOHIFFFH6116-11XXX0XXX800087FFH6116-21XXX1XXX8800H8FFFH8155RAM0XXXXXX0OOOOHOOFFH81551/00XXXXXX10100H0105H3、為何8031單片機(jī)的引腳EA固肚接低電平?答：因?yàn)?031單片機(jī)片內(nèi)無(wú)R0H,故應(yīng)將臥引腳固立接低電平，以迫使系統(tǒng)全數(shù)執(zhí)行片 外程序存儲(chǔ)器程序。4、 假設(shè)給圖3-2-2 ADC0809的模擬輸入端加直

18、流電壓，試肯泄以下兩種情形下80C51 單片機(jī)和讀取的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果別離是“0”仍是“ 1 ” ？( 1)%滬+5V, Vs，二0V： (2)Vm+)=+5V, Vg 二-5V。解：(1)由題知，UHW=5V, Ua(.)=0Vf U=，代入公式(3-2-1)或(3-2-2)計(jì)算得 2DE 圖 3-2-2 中=DT=1 =D6=0(2)由題知，U沖二5V,二-5V, ,代入公式(3-2-1)計(jì)算得D：圖 3-2-2 中=D1 =Ds=l5、 在一個(gè)由8031單片機(jī)與一片ADC0809組成的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中，ADC0809的8個(gè)輸入 通道的地址為7FF8H7FFFH,試畫出有關(guān)接口的電路圖，并寫出

19、每隔lmin輪流收集一次8 個(gè)通道數(shù)據(jù)的程序，共采樣50次，其采樣值存入片外RAM中以2000H單元開始的存儲(chǔ)區(qū)中。答：接口電路可參見圖3-2-2 o參考程序如下：MAIN： MOVRO, #20HMOVRl, #00HMOVR2, #O0HMOVR3, #50MOVR7, #08HLOOP：MOVDPTR, #7FF8HLOOP1：MOVXDPTR, AMOVR6, #0AHDELAY：NOPNOPNOPDJNZR6, DELAYMOVX A, DPTRINCDPTRMOVR2, DPLMOVDPH, R0MOVDPL, R1MOVXDPTR, AINCDPTRMOVR0, DPHMOVRl

20、, DPLMOVDPH, #7FHMOVDPL, R2DJNZ R7, L00P1LCALL DELAY 1M :延時(shí)1分鐘(子程序另外編寫)DJNZ R3, LOOP6、圖3-2-7所示VFC接口電路所能轉(zhuǎn)換的模擬電壓Ux的最大允許值是多少? 解：由公式(3-2-1)可得八ZX S(2,6-/H)因7；的最大計(jì)數(shù)值為FFH即(216 - 1),故模擬電壓Ux的最大允許值為7、仿照?qǐng)D3-3-4設(shè)計(jì)一個(gè)三路同步輸出的D/A轉(zhuǎn)換接口電路并寫出接口程序。 答：MOVDPTR. ftODFFFH :指向 DAC0832 (1)輸入鎖存器MOVA MatalMOVX DPTR. A:數(shù)字 data 1

21、送入 DAC0832 (1)輸入鎖存器MOVDPTR, #OBFFFH :指向 DAC0832 (2)輸入鎖存器MOVA #daia2MOVX DPTR, A:數(shù)字 data2 送入 DAC0832 (2)輸入鎖存器MOVDPTR, #OEFFFH:指向DAC0832（3） ）輸入鎖存器MOVAr #data3MOVXDPTR, A:數(shù)字data3送入DAC0832 （ （3）輸入鎖存器MOVDPTR, #7FFFH:同時(shí)啟動(dòng) DAC0832 、DAC0832.DAC0832 (3)MOVXDPTR A:完成D/A轉(zhuǎn)換輸出8、串行ADC與并行ADC有何異同？串行DAC與并行DAC有何異同？PX

22、5P2.7P0WR80C5IP2.6P2A+SV答：串行ADC與并行ADC二者的模數(shù)轉(zhuǎn)換原理相同，通常串行ADC是在并行ADC以后加一個(gè) 并-串轉(zhuǎn)換電路組成的。串行DAC與并行DAC二者的數(shù)模轉(zhuǎn)換原理相同，通常串行DAC是在 并行DAC之前加一個(gè)串-并轉(zhuǎn)換電路組成的。9、說明圖3-3-8的工作原理及其改良電路。答：圖3-3-8的工作原理是，當(dāng)單片機(jī)的為高電平時(shí)，繼電器J通電，使開關(guān)S閉合，交流 接觸器CJ通電，進(jìn)而使三相電機(jī)得電運(yùn)行。上述電路的缺點(diǎn)是易引發(fā)強(qiáng)烈的干擾。一是繼電器J的通斷時(shí)觸頭產(chǎn)生電火花：二是接 觸器CJ通斷時(shí)產(chǎn)生很強(qiáng)的電弧。采用固體繼電器代替通用型繼電器J,可消除接觸器線圈 通

23、斷時(shí)J觸點(diǎn)的電火花，但接觸器CJ動(dòng)作觸點(diǎn)的電弧T擾仍然存在。完全消除電火花和電 弧的干擾，能夠采用晶閘管組成的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。10、LED顯示接口與LCD顯示接口有哪些相同點(diǎn)，有哪些不同點(diǎn)？答：相同點(diǎn)是：一、兩種數(shù)字顯示器都為7段（或8段）顯示結(jié)構(gòu)，因此也都有7個(gè)（或8個(gè)） 段選端，并需接段驅(qū)動(dòng)器：二、段驅(qū)動(dòng)器所加段選碼都要通過譯碼從要顯示數(shù)字的BCD碼轉(zhuǎn) 換取得，譯碼方式也有硬件譯碼和軟件譯碼兩種：3、多位顯示的方式都有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種 方式。不同點(diǎn)是：LCD數(shù)字顯示器的公共電極與要顯示的筆畫電極之間不能加直流電壓，只能 加頻率為幾十赫到數(shù)百赫的方波信號(hào)，因此，LCD顯示器的驅(qū)動(dòng)接口需要提供該低頻

24、方波信 號(hào),而且英顯示接口的譯碼驅(qū)動(dòng)電路與LED顯示接口的譯碼驅(qū)動(dòng)電路也不同，二者不能通用。11、LED靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示在硬件和軟件上有哪些主要區(qū)別？答：多位LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種形式。靜態(tài)顯示就是列位同時(shí)顯示。為此, 列位LED數(shù)碼管的位選端應(yīng)連在一路固左接地（共陰極時(shí)）或接+5V（共陽(yáng)極時(shí)），每位數(shù)碼管 的段選端應(yīng)別離接一個(gè)8位鎖存器/驅(qū)動(dòng)器。動(dòng)態(tài)顯示就是逐位輪流顯示。為實(shí)現(xiàn)這種顯示 方式，列位LED數(shù)碼管的段選端應(yīng)并接在一路，由同一個(gè)8位I/O 口或鎖存器/驅(qū)動(dòng)器控制, 而列位數(shù)碼管的位選端別離由相應(yīng)的I/O 口線或鎖存器控制。動(dòng)態(tài)LED顯示程序與靜態(tài)LED顯示程序設(shè)計(jì)有

25、所不同，在動(dòng)態(tài)顯示方式中，各個(gè)位的內(nèi) 容是分時(shí)輪流輸岀的，要取得穩(wěn)固的顯示效果，必需不斷重復(fù)執(zhí)行顯示程序。而在靜態(tài)顯示 方式中，各個(gè)位的內(nèi)容是同時(shí)輸出的，不需要不斷重復(fù)執(zhí)行同一內(nèi)容的顯示程序，僅僅在需 要更新顯示內(nèi)容時(shí),CPU才執(zhí)行一次顯示更新子程序。12、 說明行列式（矩陣式）非編碼鍵盤按鍵按下的識(shí)別原理答：按鍵設(shè)置在行、列線交點(diǎn)上，行、列線別離連接到按鍵開關(guān)的兩頭。行線通過 上拉電阻接到+5V ,無(wú)按鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時(shí)， 行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線的電平?jīng)Q定。列線的電平若是為低，則行線 電平為低；列線的電平若是為高，則行線的電平亦為高。將行、列線信號(hào)配合

26、起來(lái) 并做適當(dāng)?shù)奶幹茫涂梢钥隙ㄩ]合鍵即按下鍵的位置。13、鍵盤有哪三種工作方式，它們各自的工作原理及特點(diǎn)是什么？答：（1）編程掃描方式：當(dāng)單片機(jī)空閑時(shí)，才挪用鍵盤掃描子程序，反復(fù)的掃描鍵 盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，來(lái)響應(yīng)鍵盤的輸入請(qǐng)求。（2）按時(shí)掃描工 作方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)鍵盤的掃描也可用按時(shí)掃描方式，即每隔必然的時(shí)刻對(duì)鍵盤掃描 一次。（3）屮斷工作方式：只有在鍵盤有鍵按下時(shí)，才執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該 按鍵功能程序，若是無(wú)鍵按下，單片機(jī)將不睬睬鍵盤。14、何謂RS-232C的電平轉(zhuǎn)換？答：RS-232C的邏輯電平與一般微處置器的邏輯電平（TTL電平）是不一致的，因此在實(shí)際 應(yīng)歷時(shí)，必

27、需把微處置器的信號(hào)電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換為RS - 232C電平，或?qū)S - 232C電 平轉(zhuǎn)換為微處巻器的信號(hào)電平（TTL電平）。這兩種轉(zhuǎn)換是用專用電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)的： MC14488可將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS 一 232C電平.MC14489可將RS 一 232C電平轉(zhuǎn)換TTL電平。 單片機(jī)的串行口通過電平轉(zhuǎn)換芯片所形成的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口電路如下圖所示1/4MC14B815. RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的接口信號(hào)有哪幾類?說明常常利用的幾根信號(hào)線的作用。 答：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口上的信號(hào)線大體上可分為四類：數(shù)據(jù)信號(hào)（4根）、控制信號(hào)（12根）、 按時(shí)信號(hào)（3根）和地（2根）。常常利用的幾根

28、信號(hào)線是：TXD 一一 “發(fā)送數(shù)據(jù)S RXD 一一 “接收數(shù)據(jù)J RTS “請(qǐng)求發(fā)送二DSR 一一 “數(shù) 據(jù)裝置就緒”和信號(hào)地16、 試比較RS-232C與RS-42二、RS-423連接方式和傳輸特性的主要不同。 答：連接方式比較如下：MC148?、RS-232C -=MC1488公共地RS-423傳輸特性的主要不同:RS-232CRS-422RS-423最大電纜長(zhǎng)度15m600m1200m最大數(shù)據(jù)率20Kb/s300Kb/slOMb/s第4章1、 何謂總線？在測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用總線技術(shù)有何益處？答：所謂總線，就是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間的一組進(jìn)行互連和傳輸信息的 信號(hào)線的集合。那個(gè)集合槪

29、念了各引線的信號(hào)、電氣、機(jī)械特性，能夠組成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信息 通道，把運(yùn)算機(jī)和測(cè)控系統(tǒng)的各組成部份連成一個(gè)整體以便彼英間進(jìn)行信息互換。在現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中，各分系統(tǒng)或各單元模塊間必然存在著信息的互換，這種信息互換必 需借助于總線及總線接口部件。利用總線技術(shù)能夠大大簡(jiǎn)化測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)的兼容 性、開放性、靠得住性和可保護(hù)性，便于實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化及組織規(guī)?；纳a(chǎn)，從而顯著降低系 統(tǒng)本錢。2、 測(cè)控總線包括哪些類型？答：目前常常利用的測(cè)控總線是，與運(yùn)算機(jī)相對(duì)獨(dú)立的測(cè)控機(jī)箱底板總線、測(cè)控機(jī)箱與 運(yùn)算機(jī)互連總線及連接現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)總線。3、 什么是VXI總線？答：VXI總線是VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，即

30、VMEbus Extension for Instrumentation 的縮寫。VXI總線是在VWIE運(yùn)算機(jī)總線的基礎(chǔ)上擴(kuò)展的測(cè)控系統(tǒng)總線，也是當(dāng)前性能最先 進(jìn)的測(cè)控系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)部總線之一。4、 什么是PXI總線？答：PXI總線是PCI總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，即PCI extensions for Instrumentation的縮 寫。是與VXI總線并行的另一種模塊式儀器總線標(biāo)準(zhǔn)。5、 測(cè)控機(jī)箱與運(yùn)算機(jī)互連的常見串行總線有哪些？答：常見的串行總線有：RS-232C、USB總線、IEEE1394總線6、 測(cè)控機(jī)箱與運(yùn)算機(jī)互連的常見并行總線有哪些？答：常見的并行總線有：GPIB (IEEE 488

31、)總線、SCSI總線、MXI總線7、GPIB是什么總線？何謂“講者”、“聽者”、“控者” ?答：GPIB(Genera) Purpose Interface Bus)是同時(shí)被IEC和IEEE組織正式承認(rèn)的通用接 口總線，又稱為IEEE 488總線。該標(biāo)準(zhǔn)總線在儀器、儀表及測(cè)控領(lǐng)域取得了最為普遍的應(yīng) 用，至今仍是儀器、儀表及測(cè)控系統(tǒng)與運(yùn)算機(jī)互連的主流并行總線。控者是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的設(shè)備，它能發(fā)岀接口消息，如各類命令、地址，也能接收儀器 發(fā)來(lái)的請(qǐng)求和信息。講者是發(fā)出儀器儀表消息的設(shè)備。聽者是接收講者所發(fā)出的儀器儀表消非平衡式差分傳輸冷傳感器IU - A/D息的設(shè)備。一.微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中為何要對(duì)A/D

32、轉(zhuǎn)換取得的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處置？答：若是只考慮微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的“測(cè)量通逍”中對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)有影響的環(huán)節(jié)，則測(cè)量數(shù)據(jù)的產(chǎn) 生進(jìn)程可簡(jiǎn)化為可見，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D與被測(cè)量X存在如下關(guān)系c c MUMUXSMXSMD-D-= =qE/DFS在理想情形下，只要明白標(biāo)準(zhǔn)輸入X,產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)D：,咱們就可從任一測(cè)量數(shù)據(jù)D準(zhǔn)確 地推算岀苴對(duì)應(yīng)的被測(cè)非電量X:X =DD但是，實(shí)際情形并無(wú)如此簡(jiǎn)單。系統(tǒng)本身的參數(shù)S、M、E可能會(huì)隨時(shí)刻漂移，傳感器電壓轉(zhuǎn) 換系數(shù)S還可能隨被測(cè)非電量轉(zhuǎn)變也有微小轉(zhuǎn)變即存在必然程度非線性，若是咱們?nèi)匀灰勒?上式來(lái)簡(jiǎn)單地從測(cè)量數(shù)據(jù)推算被測(cè)非電量就必然產(chǎn)生誤差。因此，咱們必需對(duì)取得的測(cè)量數(shù) 據(jù)進(jìn)行

33、必要的處苣，消除誤差因素，或說進(jìn)行誤差校正，英目的就是盡可能準(zhǔn)確地汁算出實(shí) 際的被測(cè)非電量。二、試述零位誤差和靈敏度誤差的校正方式。答：零位誤差的硬件校正方式是設(shè)置調(diào)零電位器和調(diào)零電路，常見的調(diào)零電路有：傳感器調(diào) 零電路、電橋調(diào)零電路、放大器輸入偏移調(diào)零電路、A/D轉(zhuǎn)換器調(diào)零電路：靈敏度誤差的硬 件校正方式是調(diào)整傳感器靈敏度、放大器放大倍數(shù)、A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓等主要參數(shù)，但 最多見的靈敏度調(diào)整方式仍是調(diào)整決宦放大器增益的電阻值。線性測(cè)試系統(tǒng)零位誤差和靈敏度誤差的軟件校正方式是依照誤差校正公式X X = = XX +（）-9）香_二二編寫專門的計(jì)算子程序，將最近執(zhí)行“誤差校準(zhǔn)”操作取得 D

34、Di i D D 的最新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)（X：、D：）、（X：、D：）存入內(nèi)存，每次測(cè)量后就挪用該計(jì)算子程序，從輸出 讀數(shù)D計(jì)算岀被測(cè)量X。3、為何要切換量程?如何實(shí)現(xiàn)量程切換？答：為了擴(kuò)大測(cè)量范圍并維持必然的測(cè)量精度，檢測(cè)系統(tǒng)大多設(shè)置多個(gè)量程。普通測(cè)量?jī)x表 是用手動(dòng)換檔開關(guān)來(lái)切換量程，微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行量程切換。量程自動(dòng)切換是實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)測(cè)疑的重要組成部份，它使測(cè)量進(jìn)程自動(dòng)迅速地選擇在最佳量程上，如此既能避免數(shù) 據(jù)溢出和系統(tǒng)過載，又能保證必然的測(cè)量精度。按照呈:程（上限）值的計(jì)算公式XQSKE!DFS(800 - 200)(255 - 0)= 682CE E仏-5要改變量程值，能夠有改變傳感

35、器靈敏度S、從傳感器到A/D間信號(hào)輸入通道的總增益(即 各放大器放大倍數(shù)及衰減器衰減系數(shù)的連乘積)K、A/D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)(滿度輸入)電壓E三種 方式，其中改變總增益K的方式最常常利用。4、在圖5-5-1 (d)中，什么情形下，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)能夠直接送去顯示?什么情形下不能夠? 為何？答：只有適被選擇和調(diào)整放大器增益K使它知足以下條件：才可將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果直接送去顯示。因?yàn)橹阍摋l件時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D.與被測(cè)量x,的數(shù) 值N：相等,A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果就可作為被測(cè)量的數(shù)值直接送去顯示或打印。若是上述條件不知足, A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D：與被測(cè)量總的數(shù)值N：不相等，不能夠直接作為被測(cè)量X的數(shù)值送去顯示。五、溫

36、度傳感器址程范由是200800C,在某一時(shí)刻微處垃器取樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字雖為CDH, 求現(xiàn)在的溫度。解：溫度傳感器輸出的是電壓信號(hào),微處置器取樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量是電壓信號(hào)經(jīng)模 數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與溫度值是對(duì)應(yīng)的，但在數(shù)字上并非相同。要從模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù) 求得溫度的數(shù)字，需通過標(biāo)度變換。由題意可知，NH = 800 , NL=200 ,DH = = FFHFFH = = (255)(滿量程)，0 = OOH = 0 , D Dt t = = CDHCDH = = (205 )D將以上數(shù)據(jù)代入公式(4-5-10),計(jì)算得現(xiàn)在的溫度為微機(jī)挪用依照公式(4-5-10算法編制的軟件程序il

37、算岀溫度值，即可送顯示器顯示出來(lái)。六、圖5-5-1 (d)中采用線性傳感器和采用非線性傳感器兩種情形下，從A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 計(jì)算出顯示數(shù)據(jù)的方式一樣嗎?為何？答：不一樣。圖5-5-1 (d)中采用線性傳感器的情形下，測(cè)量通道一般也是線性的，能夠采用 線性通逍的標(biāo)度變換方式，從A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)訃算出顯示數(shù)據(jù)。圖4-5-1 (d)中采用非線性傳 感器的情形下，測(cè)量通道就不是線性的，在這種情形下測(cè)量通道的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果Di與被測(cè) 量也就不成線性關(guān)系，因此就不能再用上述線性通道的標(biāo)度變換方式，應(yīng)該采用非線性 通道的標(biāo)度變換方式即非線性校正方式。7、與硬件濾波器相較較，采用數(shù)字濾波方式來(lái)克服隨機(jī)誤差有何長(zhǎng)處

38、？答：與硬件濾波器相較較，采用數(shù)字濾波克服干擾，具有如下長(zhǎng)處：節(jié)省硬件本錢、靠得住 穩(wěn)固、功能強(qiáng)、方便靈活，而且不會(huì)丟失原始數(shù)據(jù)。在模擬信號(hào)輸入通道中利用的頻率濾波 不免濾去頻率與干擾相同的有效信號(hào)，使這部份有效信號(hào)不能被轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)而存儲(chǔ)或記錄下 來(lái)，即在原始數(shù)據(jù)記錄上永久消失。由于數(shù)字濾波只是把已收集存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀岀 來(lái)進(jìn)行數(shù)字濾波，只“讀”不“寫”就不會(huì)破壞收集取得的原始數(shù)據(jù)。位置型算法“(“)“(“)= =K K p p * 心)+ 工 * + 牛e() - e(ne(n 一 1) + “0八、常常利用的數(shù)字濾波算法有哪些?它們各自對(duì)哪一種干擾有效？答：常見的數(shù)字濾波方式有(1)

39、算術(shù)平均濾波法：-般適用于具有隨機(jī)干擾的信號(hào) 的濾波。(2)移動(dòng)平均濾波法：對(duì)周期性干擾有良好的抑制作用，光滑度高，靈敏 度低；但對(duì)偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾的抑制作用差。(3)屮位值濾波法：能有效地克 服因偶然因素引發(fā)的波動(dòng)干擾。對(duì)溫度、液位等轉(zhuǎn)變緩慢的被測(cè)參數(shù)能收到良好的 濾波效果。但對(duì)流量、速度等快速轉(zhuǎn)變的參數(shù)-般不宜采用此法。(4)去極值平均 值濾波法：算術(shù)平均與滑動(dòng)平均濾波法，在脈沖干擾比較嚴(yán)竣的場(chǎng)合，干擾將會(huì)、平 均到結(jié)果屮去，故上述兩種平均值法不易消除由于脈沖干擾而引發(fā)的誤差，這時(shí) 可采用去極值平均值濾波法。第6章一、試述P、PI. PD控制規(guī)律的特點(diǎn)和持續(xù)PID算式離散化的方式。 答

40、：P控制規(guī)律的特點(diǎn)是按照給定值與實(shí)現(xiàn)輸出值的誤差的比例肯定對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的控制量，即u(n)u(n) = = K Kp pe(n)e(n) + + u u0 0PI控制規(guī)律的特點(diǎn)是按照給泄值與實(shí)現(xiàn)輸出值的誤差的比例和積分肯左對(duì)控制對(duì)象進(jìn) 行控制的控制量，即(“)= K KP Pe(n)e(n) + + K Kp p匚e(j) + “(PD控制規(guī)律的特點(diǎn)是按照給泄值與實(shí)現(xiàn)輸岀值的誤差的比例和微分肯左對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的控制量，即u(n)u(n) = = K K如 + KpKp 卜(“)-e(ne(n - -1) + “()持續(xù)PID算式離散化處置的方式是把r(t),e (t) ,u(t),c

41、 (t)在第n次采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)別 離用r(n),e(n),u(n),c(n)表示，誤差的數(shù)據(jù)用e(n) =r(n)-c(n)表示，采樣周期T很小時(shí), dt可用T近似代替，de(t)可用e(n)-e(n-1)近似代替，“積分”用“求和”近似代替，即可 作如下近似de(t)de(t) e(n)-e(ne(n)-e(n - -1)-Q-dtdtT T1=0如此，持續(xù)PID算式即可離散化為以下差分方程“(”)=Kpe(”) + Kp f f(0 + + KpKp 蘋e(”) -e(n-e(n 一 1) + 1111 I)I)I I二.位置型PID和增量型PID有什么區(qū)別和聯(lián)系？增量型PID有什么長(zhǎng)處?

42、 答：位萱型PID和增量型PID控制算法的兩種表達(dá)式別離為：增量型算法(”)(”)= = a ao oe(n)e(n) + + a at te(ne(n - -1) + a a2 2e(ne(n 一 2)利用增量型算法，可得出位程型算法的遞推形式u(n)u(n) = = “(/?)“(/?) + + it(nit(n - -1) = if(nif(n -1) + “腱(”)+ a a enen - -1) + a a2 2e(ne(n - - 2)2)增量型算法與位置型算法相較，具有以下長(zhǎng)處：(1)增量型算法不需要做累加，控制量增量的肯立僅與最近幾回誤差采樣值有關(guān)，計(jì)算 誤差或計(jì)算精度問題對(duì)控

43、制疑的訃算影響較小。而位置型算法要用到過去的誤差的累加值, 容易產(chǎn)生大的累加誤差。(2)增量型算法得出的是控制量的增量，例如閥門控制中，只輸岀閥門開度的轉(zhuǎn)變部份, 誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過邏輯判斷限制或禁I匕本次輸岀，不會(huì)嚴(yán)峻影響系統(tǒng)的工作。(3)采用增星型算法，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。3、已知某模擬控制器的傳遞函數(shù)D(S) = If欲用數(shù)字PID實(shí)現(xiàn)之，設(shè)采樣周 期T T = = ls,ls,試別離寫出相應(yīng)的位置型和增呈:型PID算法表達(dá)式。解：本題給出的傳遞函數(shù)為D(S)D(S)=乞乂 = 1 + 1 + 0.15E(S)E(S) 0.05 S將本題給出的傳遞函數(shù)與公式(5-1-3

44、)對(duì)比可知，該模擬控制器的Kp =1,7； =0.055,TD =0.15,又已知T T = = s,s,將這些參數(shù)代入公式(5-1-7)得位置型PID算法表達(dá)式nu(n)u(n) = = e(n)e(n) + 20工e(i) + 0.1 x e(“)- e(ne(n - -1)+ w0r-0將這些參數(shù)代入公式(5-1-18)得o=21.1,=-1.2, 6/2 =0.1,再代入公式(5-1-17)得位置型PID算法表達(dá)式Au(n) = 21.k(n) 1.2e(n.2e(n 1) + 0. e(ne(n - - 2)4、完全微分型PID算式有何不足的地方?為何可采用不完全微分型算式來(lái)克服？答

45、：由圖5-2-2 (b)可見，完全微分型PID算式的不足的地方是，在階躍輸入的作用下， 微分項(xiàng)輸岀急劇增加，接著又急劇下降為零，因此容易引發(fā)控制進(jìn)程的振蕩，致使調(diào)節(jié)品質(zhì) 下降。為了克服這一缺點(diǎn)，可采用不完全微分型算法。由圖5-2-2 (d)可見，采用不完全 微分算法控制時(shí)，微分作用產(chǎn)生的輸岀是按指數(shù)規(guī)律逐漸下降的，最終衰減為零，因此系統(tǒng) 輸出轉(zhuǎn)變比較緩慢，不易引發(fā)振蕩。五、何謂積分飽和？貝影響如何？具體說明避免積分飽和的方式。答：積分作用雖能消除控制系統(tǒng)的靜差，但它也有一個(gè)副作用，即會(huì)引發(fā)積分過量。這是由 于在誤差始終存在的情形下，輸出u(n)將達(dá)到上、下極限值。現(xiàn)在雖然對(duì)u(n)進(jìn)行了限幅,

46、 但積分項(xiàng)/（）仍在累加，從而造成積分過量。當(dāng)誤差方向改變后，因積分項(xiàng)的積累值專門 大，超過了輸出值的限幅范圍，故需通過一段時(shí)刻后，輸出u（n）才離開飽和區(qū)。如此就造 成調(diào)肖滯后，使系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的超調(diào)，惡化調(diào)節(jié)品質(zhì)。這種由積分項(xiàng)引發(fā)的過積分作用稱為 積分飽和現(xiàn)象。避免積分飽和的方式有三種：1）積分限幅法積分限幅法的大體思想是當(dāng)積分項(xiàng)輸出達(dá)到輸出限幅值時(shí)，即停止積 分項(xiàng)的計(jì)算，這時(shí)積分項(xiàng)的輸岀取上一時(shí)刻的積分值。2）積分分離法枳分分離法的大體思想是在渓差大時(shí)不進(jìn)行積分，僅當(dāng)誤差的絕對(duì)值 小于一預(yù)定的門限值時(shí)才進(jìn)行積分積累。如此既避免了誤差大時(shí)有過大的控制量，也避免 了過積分現(xiàn)象。3）變速積分法變

47、速積分法的大體思想是在誤差較大時(shí)積分慢一些，作用相對(duì)弱一些; 而在誤差較小時(shí)，積分快一些，作用強(qiáng)一些，以盡快消除靜差。六、在數(shù)字PID中，采樣周期是如何肯泄的？選擇采樣周期應(yīng)考慮哪些因素？答：依據(jù)采樣泄理，采樣周期的上限值，應(yīng)為信號(hào)頻率組分中最髙頻率分量的周期的一半。 若采樣周期T大于此上限值，便會(huì)丟失部份信息，從而使控制質(zhì)量變差。一般來(lái)講，采樣周期的下限值應(yīng)是微機(jī)執(zhí)行控制程序所需的時(shí)刻。實(shí)際采樣周期T應(yīng)在上下限之間選擇，選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮如下一些因素：1）給定值的轉(zhuǎn)變頻率加到被控對(duì)象上的給左值轉(zhuǎn)變頻率越高，采樣頻率應(yīng)越高，即T應(yīng)越小，以使給泄值的 改變通過采樣迅速取得反映，而不致在隨動(dòng)控制中產(chǎn)

48、生大的時(shí)延。2）被控對(duì)象的特性若對(duì)象是慢速的熱工或化工對(duì)象時(shí)，T一般取得較大。在對(duì)象轉(zhuǎn)變較快的場(chǎng)合，T應(yīng)取 得較小。另外尚需考慮干擾的情形，從系統(tǒng)抗干擾的性能要求來(lái)看，要求采樣周期短，使擾 動(dòng)能迅速取得校正。3）利用的算式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型采樣周期過小，會(huì)使積分作用、微分作用不明顯。同時(shí)，因受微機(jī)計(jì)算精度的影響，當(dāng) 采樣周期小到必然程度時(shí)，前后兩次采樣的不同反映不岀來(lái)，使調(diào)節(jié)作用因此而減弱。另外, 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作慣性大，采樣周期的選擇要與之適應(yīng)，不然執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)不及反映數(shù)字控制器 輸出值的轉(zhuǎn)變。4）控制的回路數(shù)一般來(lái)講,考慮到運(yùn)算機(jī)的工作量和各個(gè)調(diào)市回路的計(jì)算本錢，要求控制的回路較多時(shí), 相應(yīng)的采

49、樣周期越長(zhǎng)，以使每一個(gè)回路的調(diào)節(jié)算法都有足夠的時(shí)刻來(lái)完成。第7章一、監(jiān)控程序主要由哪些模塊組成？答：監(jiān)控程序的組成主要取決于測(cè)控系統(tǒng)的組成規(guī)模，和系統(tǒng)的硬件配備與功能。通常由監(jiān) 控主程序、初始化管理、鍵盤管理、顯示管理、中斷管理、時(shí)鐘管理、自診斷、手-自動(dòng)控 制等模塊組成。二、試述一鍵一義鍵盤管理的實(shí)現(xiàn)方式。答：一鍵一義即一個(gè)按鍵代表一個(gè)確切的命令或一個(gè)數(shù)字，編程時(shí)只要按照當(dāng)前按鍵的編碼 把程序直接轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的處置模塊的入口，而無(wú)需明白在此以前的按鍵情形。鍵盤信號(hào)的取得有三種方式：第一種是單純查詢法。主程序用掃描鍵盤等手腕來(lái)獲取鍵 盤信息。微處置器（機(jī)）周而復(fù)始地掃描鍵盤，當(dāng)發(fā)覺按鍵時(shí)，第一判

50、別是命令鍵仍是數(shù)字鍵, 若是數(shù)字鍵，則把按鍵讀數(shù)讀入存儲(chǔ)器，通常還進(jìn)行顯示；若是命令鍵，則按照按鍵讀數(shù)查 閱轉(zhuǎn)移表，以取得處苣子程序的入口。處置子程序執(zhí)行完后繼續(xù)掃描鍵盤。第二種辦法是中 斷方式，按下任何鍵都引發(fā)一個(gè)中斷請(qǐng)求，鍵碼分析進(jìn)程放在中斷子程序中，這種方式需獨(dú) 自占用一個(gè)外部中斷源。第三種辦法是按時(shí)查詢方式，每隔一按時(shí)刻?hào)嗽円淮捂I盤，由于時(shí) 刻距離通常很短，對(duì)于操作者來(lái)講鍵盤的響應(yīng)是實(shí)時(shí)的，鍵盤的査詢進(jìn)程安排在按時(shí)中斷程 序中完成。3、何謂中斷？何謂中斷源？單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中常見的中斷源有哪些?設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)的 目的是什么答：所謂中斷是指CPU在正常運(yùn)行程序時(shí)，由于岀現(xiàn)了內(nèi)部或外部事件或

51、是程序事前安排的 事件，使得CPU中止正在運(yùn)行的程序而轉(zhuǎn)去執(zhí)行事件服務(wù)的程序，待處置完畢后，返回到被 暫時(shí)中斷的程序接著往下執(zhí)行，那個(gè)進(jìn)程稱為中斷。能夠發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)的外設(shè)或事件稱 為中斷源。微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中常見的中斷源有：進(jìn)程通道、實(shí)不時(shí)鐘、而板按鍵、通信接口、 系統(tǒng)故障。在實(shí)際系統(tǒng)中往往有兩個(gè)以上的中斷源，設(shè)計(jì)者要按照測(cè)控系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，肯定多個(gè) 中斷源的優(yōu)先級(jí)，以便區(qū)別輕重緩急在軟件上作岀相應(yīng)處宜。通常，當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)提岀 申請(qǐng)時(shí)，主機(jī)要識(shí)別岀哪些中斷源在申請(qǐng)中斷，辨別和比較它們的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先響應(yīng)級(jí)別髙 的中斷請(qǐng)求。另外，當(dāng)CPU在處置中斷時(shí)，還要能響應(yīng)更髙級(jí)的中斷請(qǐng)求，而屏蔽掉同級(jí)

52、或 較低級(jí)的中斷請(qǐng)求。這就要求設(shè)汁者精心安排多中斷源的級(jí)別及響應(yīng)時(shí)刻，使次要工作不致 影響主要工作。4、 在微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)按時(shí)的方式有哪幾種？答：有三種。1）硬件方式，是采用可編程按時(shí)/計(jì)數(shù)器接口電路（如CTC 8253）和單片機(jī)內(nèi) 的按時(shí)電路；2）軟件方式，是執(zhí)行一段預(yù)先編制好的延時(shí)子程序：3）軟件與硬件相結(jié)合的 方式。五、 如何實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作和手一自動(dòng)之間的無(wú)擾動(dòng)切換？答：微機(jī)化控制系統(tǒng)的大體工作方式是自動(dòng)控制。但在系統(tǒng)調(diào)試、測(cè)試和系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，往往 要用手操方式來(lái)調(diào)整輸出控制值。在手操方式時(shí)，系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能暫停，改由而板上的 輸出加、減兩鍵來(lái)調(diào)整輸出值。在進(jìn)行手-自動(dòng)切換時(shí)，必需保

53、證無(wú)擾動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng) 切換，軟件設(shè)計(jì)人員要在用戶RAM區(qū)中開辟一個(gè)輸岀控制值單元，作為當(dāng)前輸出控制量的映 象，無(wú)論是手操仍是自動(dòng)控制，都是對(duì)這一輸出值的映象單元進(jìn)行加或減，在輸出模塊程序 作用下，輸出通道把此值送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上去。如此就用極為簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾動(dòng)切換。六、 為何微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)要具有自檢功能？自檢方式有哪幾種?常見自檢內(nèi)容有哪些？ 答：自檢就是利用事前編制的程序?qū)y(cè)控系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，以肯泄是不是有故 障和故障的內(nèi)容和位置。自檢是微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)具有的大體功能之一，也是提髙靠得住性 和可保護(hù)性的重要手腕之一。一般地講，故障診斷的大體原理是對(duì)被測(cè)部件輸入一串?dāng)?shù)據(jù)一一實(shí)

54、驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后觀察相 應(yīng)的輸出數(shù)拯，并對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行分析，肯定故障的內(nèi)容和位置。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、觀察到的結(jié)果 數(shù)據(jù)和故障的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)在故障診斷前預(yù)備好。微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)的自檢方式可分為三種類型：開機(jī)自檢（在電源接通或系統(tǒng)復(fù)位以后 進(jìn)行）、周期性自檢（運(yùn)行進(jìn)程中，中斷插入自檢操作）、鍵盤自檢（面板上設(shè)“自檢”按鍵,當(dāng)用戶對(duì)系統(tǒng)的可信度發(fā)出懷疑時(shí)，便通過該鍵來(lái)啟動(dòng)一次自檢進(jìn)程）。一般來(lái)講，常見自檢內(nèi)容包括ROM、RAM.總線、顯示器、鍵盤和測(cè)量電路等部件的 檢測(cè)。測(cè)控系統(tǒng)能夠進(jìn)行自檢的項(xiàng)目越多，利用和維修就越方便，但相應(yīng)的硬件和軟件也越 復(fù)雜。第8章一、電路輸入阻抗高，是不是容易接收高頻噪聲干擾?為何？答：

55、電路輸入阻抗高，是容易接收高頻噪聲干擾。因?yàn)殡娐匪邮盏捏{頻噪聲干擾的電壓與 噪聲干擾的頻率成正比，與電路的輸入阻抗成正比。二、接地方式有幾種？各適用于什么情形？答：接地方式有單點(diǎn)接地（串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地）和多點(diǎn)接地兩種方式。單點(diǎn)接地主要用于低頻系統(tǒng)，不能用于高頻信號(hào)系統(tǒng)。因?yàn)檫@種接地系統(tǒng)中地線一般都 比較長(zhǎng)，在髙頻情形下,地線的等效電感和各個(gè)地線之間雜散電容耦合的影響是不容輕忽的。 本地線的長(zhǎng)度等于信號(hào)波長(zhǎng)（光速與信號(hào)頻率之比）的奇數(shù)倍時(shí)，地線呈現(xiàn)極髙阻抗，變成一 個(gè)發(fā)射天線，將對(duì)臨近電路產(chǎn)生嚴(yán)峻的輻射干擾。多點(diǎn)接地方式多用于髙頻系統(tǒng)。多點(diǎn)接地不能用在低頻系統(tǒng)中，因?yàn)楦鱾€(gè)電路的地電流

56、 流過地線匯流排的電阻會(huì)產(chǎn)生公共阻抗耦合噪聲。3、 信號(hào)傳輸線屏蔽層接地址應(yīng)如何選擇？答：當(dāng)放大器接地而信號(hào)源浮地時(shí)，屏蔽層的接地址應(yīng)選在放大器的低輸入端，現(xiàn)在出此刻 放大器輸入端之間的噪聲電壓幾乎為零。當(dāng)信號(hào)源接地而放大器浮地時(shí)，信號(hào)傳輸線的屏蔽 應(yīng)接到信號(hào)源的低端，現(xiàn)在出此刻放大器輸入端之間的噪聲電壓幾乎為零。4、 何謂“接地環(huán)路” ？它有什么危害?應(yīng)如何避免？答：當(dāng)信號(hào)源和系統(tǒng)地都接大地時(shí)，二者之間組成的環(huán)路稱為接地環(huán)路，如下圖所示，通常 信號(hào)源和系統(tǒng)之間的距離可達(dá)數(shù)米至數(shù)十米，由于大地電阻和地電流的影響，將使這兩個(gè)接地址之間存在電位差一一地電壓吒。由等效電路下圖（b）可見，地電壓在 系

57、統(tǒng)的兩輸入端將形成干擾電壓匕、，而且乂大小幾乎接近，因此英影響不可忽略。為了避免形成接地環(huán)路產(chǎn)生干擾，應(yīng)改成一點(diǎn)接地，并維持信號(hào)源與地隔藹，如上圖（a） 所示。圖中Rsg為信號(hào)源對(duì)地的漏電阻，由等效電路上圖（b）可見，由于Rsg超級(jí)大，地 電壓在系統(tǒng)的兩輸入端將形成干擾電壓匕“將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，比信號(hào)源接地時(shí)的干擾電壓 大有改善。另外，也可采用隔離變壓器、縱向扼流圈、光電耦合器來(lái)切斷接地環(huán)路。五、屏蔽有哪幾種類型?屏蔽結(jié)構(gòu)有哪幾種形式？答：屏蔽有三種類型：靜電屏蔽、電磁屏蔽、磁屏蔽。靜電屏蔽是，用一個(gè)金屬屏蔽盒罩住 被干擾的電路（或干擾源），且將金屬盒接地，以消除外部的靜電干擾（或抑制干擾源對(duì)外 部

58、的干擾）。電磁屏蔽是，用低內(nèi)阻的金屬材料制成屏蔽罩罩住被干擾的電路，外部高頻電 磁場(chǎng)在導(dǎo)電性能良好的金屬屏蔽罩內(nèi)產(chǎn)生渦電流，該渦電流產(chǎn)生的反磁場(chǎng)可抵消髙頻擾磁 場(chǎng)，從而達(dá)到電磁屏蔽的目的。磁屏蔽是，用髙導(dǎo)磁材料（例如玻莫合金）制成屏蔽罩，使低 頻磁場(chǎng)干擾的磁力線大部份在屏蔽罩內(nèi)組成回路，泄漏到屏蔽罩外的干擾磁通就很少，從而 達(dá)到抑制低頻磁場(chǎng)干擾的目的。屏蔽結(jié)構(gòu)形式主要有屏蔽罩、屏蔽柵網(wǎng)、屏蔽銅箔、隔離倉(cāng)和導(dǎo)電涂料等。六、為何長(zhǎng)線傳輸多數(shù)采用雙絞線傳輸？答：在遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)那樾蜗?，若是采取單線傳輸單端對(duì)地輸入的方式，那么傳輸線上的 感應(yīng)干擾電壓Un和地電壓Um都會(huì)與被測(cè)信號(hào)Us相串聯(lián)，形成差模

59、干擾。為了避免這種后 果，通常遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸采取雙線傳輸雙端差動(dòng)輸入的方式，而且為了實(shí)現(xiàn)雙線平衡傳輸, 通常采用雙絞線。由于雙線絞合較緊，各方而處于大體相同的條件，因此有專門好的平衡特 性。而且雙絞線對(duì)電感耦合噪聲有專門好的抑制作用。7、為何光電耦合器具有很強(qiáng)的抗干擾能力?采用光電耦合器時(shí)，輸入和輸出部份可否共 用電源?為何？答：光耦合器由一只發(fā)光二極管和一只光電晶體管裝在同一密封管殼內(nèi)組成。發(fā)光二極管把 電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，光電晶體管把光信號(hào)再轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這種“電一光一電”轉(zhuǎn)換在完 全密封條件下進(jìn)行，不會(huì)受到外界光的影響。由于信號(hào)傳遞是靠光傳遞，切斷了兩個(gè)電路之 間電的聯(lián)系，因此兩電路之間

60、的地電位差就再不會(huì)形成干擾了。光電耦合器的數(shù)字電路光耦合器的輸入阻抗很低，一般在10010000之間，而干擾 源的內(nèi)阻一般專門大，一般為IO5 -106 Qo按照分壓原理可知，這時(shí)能饋送到光電耦合器 輸入端的噪聲自然很小。即便有時(shí)干擾電壓的幅度較大，但所能提供的能量很小，只能形成 微弱的電流。而光耦合器的發(fā)光二極管只有通過必然強(qiáng)度的電流才能發(fā)光，光電晶體管也只 在必然光強(qiáng)下才能工作，因此，即便電壓幅值很髙的干擾，由于沒有足夠的能疑而不能使二 極管發(fā)光，從而被抑制掉。光耦合器的輸入端與輸出端的寄生電容極小，一般僅為2PF,而絕緣電阻又超級(jí)大， 一般為10 1013 Q ,因此光耦合器一邊的各類干