微型计算机控制技术赖寿宏答案

微型计算机控制技术

实验指导书

王新江 编

济南大学

自动化与电气工程学院

二0一五年四月

目 录

前 言 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅3 第一部分 THBDC-1信号与系统·自控理论·计算机控制技术实验平台

使用说明

第一章 系统概述 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅4 第二章 硬件的组成及使用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅5 第三章 THBDC-1软件使用说明┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅8 第一节 THBDC-1软件的使用说明 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 8 第二节Bode 软件的使用说明┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 34 第二部分 THBCC-1信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台

实验指导书（下） — 微型计算机控制技术

实验一、数字PID调节器算法的研究┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅43 实验二、最少拍控制算法研究┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅48 实验三、直流电机PID控制┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅53 实验四、步进电机转速控制┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅57 实验五、温度PID控制

习题一

1，微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：CPU，接口电路及外部设备组成。 CPU，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。

接口电路，微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。 外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备

2，微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。

答：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

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。

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。

3，常用工业控制机有几种？它们各有什么用途？

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？

答：(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

四、计算题

1. 设被测温度变化范围为0℃～100℃，如果要求误差不超过0.1℃，应选用分辨率为多少位的A/D转换器（设ADC的分辨率和精度一样）？ 2. 设被测温度变化范围为0℃～1200℃，如果要求误差不超过0.4℃，应选用分辨率为多少位的A/D转换器（设ADC的分辨率和精度一样）？ 3. 设被测温度变化范围为0℃～6500℃，如果要求误差不超过0.1℃，应选用分辨率为多少位的A/D转换器（设ADC的分辨率和精度一样）？

4. 对于8位D/A转换器而言，设VREF=－5V时，若分别以单极性电压输出和以双极性电压输出时，其最大输出电压Vmax、最小输出电压Vmin、一个最低有效位（LSB）电压VLSB分别是多少？

5. 用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为-5V～+5V，求对应以下偏移码的输出电压。

（1）10000000 （2）01000000 （3）11111111 （4）00000001 （5）01111111 （6）11111110

6. 设某12位A/D转换器的输入电压为0～+5V，求出当输入模拟量为下列值时输出的数字量。

(1)1.25V (2)2V (3)2.5V (4)3.75V (

第 章 节 名 称 授 课 方 式 教 学 目 的 及 要 求 教 学 重 点 与 难 点 教 学 手 段

周

第

次课

年

月

日

第五章 显示器及其接口技术

理论课(*

) ;实践课( ( )

) ;实习

教 时

学 数

2

掌握 LED 数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路。 数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路。

重点：LED 数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路 数码管显示器的工作原理、 重点 难点：LED 数码管显示器接口电路 难点

介绍、 介绍、讨论与多媒体

复 习 思 考 题小 结

时间 分配 复习 (5’ ’ ) LED 数码管显示器的工作原理 (30’ ’ ) 显示方式及其接口电路 (45’ ’ ) 小结 (5’ ’ ) 显示器的结构与工作原理。 1. 结合图简述 8 段 LED 显示器的结构与工作原理。 2.以 4 位 LED 为例，说明 LED 的静态显示原理及其显示效果、特 为例， 的静态显示原理及其显示效果、 . 点及适用场合。 点及适用场合。 3.以 4 位 LED 为例，说明 LED 的动态显示原理及其显示效果、特 为例， 的动态显示原理及其显示效果、 . 点及适用场合。 点及适用场合。 教 学 主 要 内 容 显示器及其

1.微型计算机控制系统有哪些？Pg4

答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，计算机监督系统，嵌入式系统，物联网系统，现场总线控制系统。

2.常用的工业控制机有几种？它们各有什么作用？Pg11

答：单片微型计算机：是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。一般用于扩展接口，如A/D,D/A转换接口,LED、LCD显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。

可编程逻辑控制器：目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域网都有用到。

现场可编程门阵列：可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化，软件硬化等功能。工业PC机，完成STD总线工业控制机的检测，控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打印、数据处理曲线、工业控制流程图，PID柱形图像处理程序等。

3.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：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。 4.LED数码管的显示方法有哪两种？各有什么特点？Pg81

多位LED有两种显示方法：动态显示

1.微型计算机控制系统有哪些？Pg4

答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，计算机监督系统，嵌入式系统，物联网系统，现场总线控制系统。

2.常用的工业控制机有几种？它们各有什么作用？Pg11

答：单片微型计算机：是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。一般用于扩展接口，如A/D,D/A转换接口,LED、LCD显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。

可编程逻辑控制器：目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域网都有用到。

现场可编程门阵列：可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化，软件硬化等功能。工业PC机，完成STD总线工业控制机的检测，控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打印、数据处理曲线、工业控制流程图，PID柱形图像处理程序等。

3.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：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。 4.LED数码管的显示方法有哪两种？各有什么特点？Pg81

多位LED有两种显示方法：动态显示

第一章

计算机控制系统概述

习题及参考答案

1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?

计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：

(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时控制决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制输出：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 由四部分组成。

图1.1微机控制系统组成框图

1. 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？

计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。它是工业控制机构生产过程的大部分组成，工业控制机是指生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件部分，生产过程包括被控对象，测量变送，执行机构，电气开关等。 2. 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？

计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构 3. 实时，在线方式和离线方式的含义是什么？ 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，即计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义。在线方式：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。离线方式：生产过程不和计算机相连且不受计算机控制，而是

1. 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？

计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。它是工业控制机构生产过程的大部分组成，工业控制机是指生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件部分，生产过程包括被控对象，测量变送，执行机构，电气开关等。 2. 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？

计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构 3. 实时，在线方式和离线方式的含义是什么？ 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，即计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义。在线方式：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。离线方式：生产过程不和计算机相连且不受计算机控制，而是

2-1 输入/输出通道分为哪些类型？它们各有什么作用？

输入通道分为:模拟输入通道和开关量输入通道。

模拟量输入通道作用:把传感器转换后的电信号经过适当的调理,然后转换成数字量输入计算机。

开关量输入通道的作用:接受外部设备的状态逻辑信号,并对输入的状态信号采取转换,保护,滤波,隔离等措施。

输出通道分为:模拟量输出通道和开关量输出通道。

模拟量输出通道:把数字量转换成适合于执行机构的模拟量。 开关量输出通道:主要是滤波,电平转换,隔离和功率的驱动。 2-2 静态显示和动态显示的区别是什么？

静态显示：系统在每一次显示输出后，能保持显示不变，仅存在待显示数字需要改变时，才更新其数字显示器中锁存的内容，这种显示占用CPU时间少，显示稳定可靠。缺点是，当显示位数较多时，占用I/O较多。

动态显示：CPU需定时地对每位LED显示器进行扫描，每位LED显示器分时轮流工作，每次只能使一位LED显示，但由于人眼视觉暂留现象，仍感觉所有的LED显示器都同时显示。这种显示的优点是使用硬件少，占用 I/O少，缺点是占用CPU时间长，只要不执行显示程序，就立刻停止显示。

2-3 如图2-2所示的静态显示器接口电路，编写一位极性和三位十进制数字的

静态显示程序