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计算机控制作业答案解析

第一章作业课本(p.12)题2.计算机控制系统由哪几部分组成?请画出计算机控制系统的组成框图。

答:计算机控制系统由计算机主机系统、模拟量输入输出接口、数字量输入输出接口、键盘显示接口、打印接口和通信接口等部分组成。

课本(p.12)题4. 实时、在线方式和离线方式的含义是什么?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`方式称为在线方式或联机方式;生产过程不和计算机直接连接,且不受计算机控制,而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。

所谓实时,是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间围完成,亦即计算机对输入信息,以足够快的速度进行控制,超出了这个时间,就失去了控制的时机,控制也就失去了意义。

实时地概念不能脱离具体的过程,一个在线的系统不一定是一个实时系统,但一个实时控制系统必定是在线系统。

补充题1. 两种USB口的特点及区别?通用指标,传输模式,USB器件,硬件接口。

答:两种USB的特点:(1)USB接口支持设备的热插拔功能,采用菊花式的连接.(2)USB有2电源线(5V),2数据线,采用差分信号传输,可为连接在其上的设备提供5V电压/100mA电流的供电,最大可提供500mA的电流.(3)一个USB控制器可以连接多达127个外设,而两个外设间的距离(线缆长度)可达5米.两种USB的区别:协议不同,USB1.1传输速率是12Mbps,USB2.0传输速率是480Mbps.补充题2. 光驱、硬盘、软驱的总线形式。

答:(1)光驱:IDE,ATA/ATAPI,SCSI,USB,部并行总线.(2)硬盘:IDE,SATA,SCSI,部并行总线.(3)软驱:软驱分置和外置两种,置软驱使用专用的FDD接口,而外置软驱一般用于笔记本电脑,使用USB接口.补充题3. I²C、SPI、SCI总线的特点?答:(1)I²C总线由数据线SDA与时钟线SCL两条线构成通信线路,既可以发送数据也可以接收数据,在CUP与被控IC 之间,IC与IC之间都可以进行双向传送,最高传输速度为400Kbps.(2)SPI是一个环形总线结构,是一种标准的四线同步双向串行总线,在SCK的控制下,两个双向移位寄存器进行数据交换,可以同时发出和接收串行数据.(3)SCI是一种通用异步通信接口UART. SCI模块采用标准非归零(NRZ)数据格式,能够实现多CPU之间或同其他具有兼容数据格式SCI端口的外设进行数据通信.第二章作业PC总线PC总线共有62条信号线,用双列插槽连接,分A面(元件面)和B面。

PC总线实际上是8088CPU核心电路总线的扩充与重新驱动。

PC总线共有8条数据线、20条地址线(寻址空间为1MB)、总线时钟频率为4MHz、总线最大传输速率为4MB/s、最大负载能力为8个、采用半同步的工作方式。

CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题:1)速度不匹配。

I/O设备速度一般比CPU慢许多,因种类不同,它们之间的速度差异很大,例如硬盘与打印机。

2)时序不匹配。

各个I/O设备都有自己的定时控制电路,以自己的速度传输数据,无法与CPU的时序取得统一。

3)信息格式不匹配。

存储和处理信息的格式不同,如串行和并行、二进制、ASCII码和BCD码等。

4)信息类型。

信号类型不同,数字、模拟,处理不同。

因此I/O设备一般不和微机部直接相连,必须通过I/O 接口,解决计算机与外部设备连接时存在的各种矛盾。

补充题1. 指出RS-232、RS-485、USB等总线的特点。

答:(1) RS-232的特点:全双工数据传输,单端输入输出,有地线、发送和接受三条线即可实现数据传输,传输速率20kb/s,传输距离限于15m,采用单端驱动和接收电路.采用负逻辑高电平为(-5--15v),低电平为(5-15v),电源电压为+15v或+12v.(2) RS-485的特点:半双工工作方式,差分信号传输,传输距离为几十米到上千米,速率10Mbit/s,采用屏蔽双绞线传输.可连接32个设备.电平逻辑“1”以两线间的电压差为(+2—6V)表示;逻辑“0”以两线间的电压差为(-2—6V)表示,外接电源电压一般为5v.(3) USB即插即用,菊花式连接,有2电源线(5V),2数据线,而两个外设间的距离(线缆长度)可达5米,差分信号传输, 可外接127个设备.补充题2. 概要描述计算机系统如何通过PCI端口对外部设备进行控制,指出地址围。

答:信号输入时:首先外设作为中断源(int a# ~int h#引脚是低电平有效的中断请求线)申请中断,在CLK的上升沿到来时,系统采样AD0~AD31,把信号送到微处理器,触发中断。

接着C/BEJ~ C/BE0配置I/O读写,在FRAME 低电平时,传送数据存储地址,FRAME高电平且TRDY低电平时,开始读取数据。

信号输出时:首先C/BEJ~ C/BE0配置存储器读及I/0写,接着FRAME高电平且IRDY低电平时,开始写数据。

I/O口地址空间分为两部分,把1024个端口的前246个(000H—0FFH)专用系统板上的I/O接口芯片使用,后768个(100H—3FFH)为I/O接口扩展卡使用。

补充题3. 简要归纳ISA、PCI和STD三种端口的特点。

答:ISA:有98根信号线,数据线宽16位,地址线宽24位,总线时钟8MHz,中断源为边沿触发,数据传输速度为16MB/S。

PCI:64位总线(3.3V)或者32位(5V),最高总线频率为33.3MHz/66MHz,数据传输速度为80MB/S,(最高传输速度为133MB/S),支持10个外设。

STD:公共母板结构,56根信号线,是8/16位总线标准,有8/16条数据线,16/24地址线,22条控制线。

补充题4. 74LS244与74LS273的驱动是多少?它们有什么不同的特点和应用?答:74ls244是一个8个通道单向传输的三态门缓冲器,灌电流可以达到50mA 。

按at89c51上拉电阻10K来计算,5/10000=0.5mA,74ls244最多可以驱动100个I/O口。

74LS273是8通道单向的锁存器,不仅可以作为驱动器,还有存储的功能,灌电流可以达到25mA。

补充题5. 图2-16中的VD的作用是什么?如果将K接在三极管e极有什么缺点?答①因继电器线圈呈电感性,为了克服三极管断开时继电器线圈反电势,所以线圈两端必须加装续流二极管D,以保护三极管。

②如将继电器线圈接在三极管e极的话,电路形成负反馈,使得线圈无法工作在最大导通电压状态;另外由于电路形成负反馈,会影响导通速度;③如将继电器线圈接在三极管e极,反向冲击会影响到基极电流。

课本(p.74)题2. 采用74ls244和74ls273与PC/ISA总线工业控制机接口,设计8路数字(开关量)输入接口和8路数字量(开关量)输出接口。

请画出接口电路原理图,并分别编写数字量输入和数字量输出程序。

答:利用74LS244作为开关量的输入,一端接外部开关量信号输入,一端接到PC的8位数据线,利用74LS273作为开关量的输出,一端接到PC的8位数据线,一端接开关量信号输出。

片选端口地址为port1,输出片选端口地址为port2。

输入程序:MOV DX, port1IN AL, DX输出程序:MOV AL, DATAMOV DX, port2OUT DX, AL课本(p.74)题3. 用8位A/D转换器ADC0809与PC/ISA 总线工业控制机接口,实现8位模拟量采集。

请画出接口原理图,并设计出8路模拟量的数据采集程序。

程序:MOVX A,DPTR ;读取转换后的数字量MOV R0,A ;存入片RAM 单元INC DPTR ;指向下一模拟通道INC R0 ;指向下一个数据存储单元这是一种不完全地址译码方式.如果增加地址译码器,将P2.7/A15线改为高位地址译码器的输出线,就可以形成完全译码。

图l中的P2.7/A15线作为整个AI~0809芯片的片选线.当P2.7/A15=0时,或非门敞开,允许写信号通过,将单片机负的写脉冲转换为ADC0809所需要的正脉冲,以选中AI~0809某一通道并启动转换.课本(p.75)题7. 采样保持器的作用是什么?是否所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器?为什么?答:(1)保存即将转换的信号,避免某些随时间变化较快的信号在转换时发生变化,提高转换精度,或者模拟量输入信号的频率围。

(2)不是所有的模拟量输入通道中都需要采样保持器,当被测信号变化缓慢时,若A/D转换器转换时间足够短,可以不加采样保持器。

课本(p.75)题8. 一个8位A/D转换器,孔径时间为100us,如果要求转换误差在转换器的精度0.4%,求允许转换的正弦模拟信号的最大频率是多少?答:Hz t f D A 4.61001010014.324.010026/=⨯⨯⨯⨯=⨯⨯=-πσ 补充题6. 简述电气干扰信号的来源与传播途径,并说明常用抗干扰措施。

(1). 干扰的来源: 外部干扰环境: 主要是空间电或磁的影响,环境温度、湿度等气象条件也是外来干扰。

部干扰:是由系统的结构布局、制造工艺所引入的。

有分布电容、分布电感引起的耦合感应,电磁场辐射感应,长线传输造成的波反射;多点接地造成的电位差引入的干扰;装置及设备中各种寄生振荡引入的干扰以及热噪声、闪变噪声、尖峰噪声等引入的干扰;甚至元器件产生的噪声等。

(2). 干扰的传播途径:干扰传播的途径主要有三种:静电耦合,磁场耦合,公共阻抗耦合。

(3). 常用的抗干扰措施:对串模干扰的抑制输入低通滤波(滤除高频干扰)双积分A/D 转换(尖峰型串模干扰,工频干扰 ) 隔离与前置放大(电磁感应 )阈值与频率特性等器件(采用高抗扰逻辑器件、通过高阈值电平)双绞线(电磁感应 )共模干扰的抑制变压器光电隔离屏蔽线浮地仪表放大器长线传输干扰的抑制终端电阻匹配:R=R P注意平衡高低电平的抗干扰能力始端电阻匹配:R=R P-R0;R0:门电路输出为低始的输出阻抗双绞线:抗电磁干扰课本(p.75)题10. 采用DAC0832和与PC/ISA总线工业控制机接口,设计出8路模拟量采集系统,请画出接口电路原理图,并编写相应的8路模拟量数据采集程序。

若DAC0832的CS的口地址为BASE,则7FH转换为模拟电压的接口程序为:DAOUT:MOV DX,BASEMOV AL ,7FHOUT DX,ALRET课本(p.75)题12. 分别画出D/A转换器的单极性和双极性电压输出电路,并分别推导出输出电压与输入数字量之间的关系式。

解:V out1为单极性输出,若D 为输入数字量,V ref 为基准参考电压,且为n 位D/A 转换器,则有:)2(1n ref out D V V -= V out2为双极性输出,且可推导得到:)12()(1123132-=+-=-n ref out ref out D V V R R V R R V第三章作业补充题1. 试叙步进电机的特点答:1)步进电机的参数:用频率、力矩、步距角和齿距角、相电流等表示。

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