第1章微型计算机控制系统概述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：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。

②输入输出接口：这是微机和被控对象之间进行信息交换的纽带。

③通用外部设备：为了扩大主机的功能而设置的，用来显示打印存储传送数据。

④检测元件与执行机构：a.在微机控制系统中，为了收集和测量各种数据，采用了各种检测元件，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：控制各参数的流入量。

⑤操作台：人机对话的纽带，通过它人们可以向计算机输入程序，修改内存数据，显示被测参数及发出各种操作命令。

2、微型计算机控制的系统的软件有什么作用？请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。

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。

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？答：①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。

②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。

③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。

④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。

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：原理：每隔一段时间计算机会进行一次采样，经 A/D 转换后，送入计算机加工处理，然后再进行报警、打印或显示，操作人员根据此结果进行设定值改变或必要操作。

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，供操作员参考。

②直接数字控制系统DDC 系统：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。

③计算机监督控制系统SCC 系统：原理：由计算机按照过程数学模型计算出最佳给定值送给 DDC 计算机，最后由 DDC 计算机控制生产过程，从而使生产过程处于最优工作状态。

区别与联系：SCC 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.分布式控制系统（DCS）的特点是什么？分布式计算机控制系统的特点是“控制分散，管理集中”6.CIMS系统与DCS系统相比有哪些特点？7、微机控制系统与模拟控制系统相比有什么特点？答：①结构上，模拟和数字部件的混合系统。

②含有模拟信号离散模拟、离散数字等多种信号。

③需采用专门的理论来分析和设计。

即模拟调节规律离散化设计法和直接设计法。

④便于实现复杂的控制具有很大的灵活性和适应性。

⑤可实现多回路分时控制。

⑥控制的多功能性提高企业的自动化程度分级控制、集散控制、生产管理等。

8、什么叫现场总线系统？它有什么特点？答：现场总线控制系统FCS的核心是现场总线。

特点：①是一种数字通信协议，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。

②是控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合。

③具有现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散的功能模块、通信线供电、开放式互连网络等技术特点。

④保证控制系统可以适应目前工业界对数字通信和自动控制的需求，且使其与 Internet 网互连构成不同层次的复杂网络成为可能。

代表了工业控制体系结构发展的一种方向。

9、未来控制系统发展趋势是什么？答：①大力推广应用成熟的先进技术；②大力研究和发展智能控制系；③嵌入式系统的应用将更加深入。

10、为什么说嵌入式微控制器是智能化仪器和中、小型控制系统中应用最多的一种微型计算机？嵌入式微控制器又称单片机。

①为适应不同的应用需求，一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。

②和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积小，功耗和成本低、可靠性高。

③微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。

6.A/D转换器的结束信号EOC有什么作用？根据该信号在I/O控制中的连接方式，A/D转换有几种控制方式？它们在接口电路和程序设计上有什么特点？A/D转换器的结束信号的作用是用以判断本次AD转换是否完成。

常见的A/D转换有以下几种控制方式，各自特点如下：•延时等待法:EOC可不和I/O口连接，程序设计时，延时大于ADC转换时间后，取数据。

•查询法: EOC可以和任意I/O口连接，程序设计时，反复判断EOC是否有效，直至EOC有效时，取数据。

•中断响应法: EOC与外部中断相连，AD转换结束后,发中断申请,在中断服务程序中取数据。

1.PLC控制系统有什么特点？答:1可靠性高。

2编程容易。

3组合灵活。

4输入/输出功能模块齐全.5安装方便。

6运行速度快。

2.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？P14答：FPGA是指现场可编程门阵列特点．FPGA的特点（1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产，就能得到合用的芯片。

（2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。

（3）FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚。

（4）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。

可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。

第2章模拟量输入/输出通道的接口技术1、采样有几种方法，试说明它们之间的区别？答：①简单随机抽样法，就是指总体中的每个个体被抽到的机会是相同的；②系统抽样法，也叫等距抽样法；③分层抽样法，也叫类型抽样法，它是从一个分成不同子总体（或称为层）的总体中，按规定的比例从不同层中随机抽取样品（个体）的方法；④整群抽样法，是将总体分成许多群，每个群由个体按一定方式结合而成，然后随机抽取若干群。

时域采样，频域采样…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），对系统硬件要求较高，且数据量较大。

根据奈奎斯特采样定律，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍。

3、多路开关的工作原理。

多路开关主要用于把多个模拟量参数分时地接通，常用于多路参数共用一台A/D转换器的系统中，完成多对一的转换。

多路开关的特点。

答：①采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排；②直接与TTL（或CMOS）电平相兼容；③内部带有通道选择译码器，使用方便；④可采用正或负双极性输入；⑤转换速度快，通常其导通或关断时间在1ms 左右，有些产品已达到几十到几百纳秒（ns）。

4、多路开关如何扩展？试用两个CD4097扩展成一个双16路输入和双2路输入系统，并说明其工作原理。

答：扩展时，将多路开关芯片交替使能（反相器）即可，两路开关扩展仍不能达到系统要求是，可采用译码器控制芯片使能端。

5、试用CD4051设计一个32路模拟多路开关，要求画出电路图并说明其工作原理。

思路：因为CD4051只有八个输入接口，所以要构建32路的多路开关需要用到4个CD4051。

32路的多路开关应有5个控制口，其中前三个是CD4051的输入口，后两个是控制口。

（因为CD4051就有三个输入口）分别标为D1、D2、D3、D4、D5（00000—11111，00000第0通道、11111第31通道）。

通过对4个CD4051的选择来实现32个通道口的选择(0—7、8—15、16—23、24—31)。

如选择第三个CD4051时，可以选择16-23（10000—10111）通道口。

然而CD4051的选择是通过控制各个CD4051的INH高低电平来实现。

比如想让第三个CD4051接通，就令它的INH通高电平（此时D5=1、D4=0,INH3=!(D5&!D4)）。

故INH的选择是控制D5和D4的逻辑关系来达到的。

其中INH1=!(!D5&!D4);INH2=!(!D5&D4); INH3=!(D5&!D4); INH4=!(D5&D4)。

P26扩展16通道6、采样-保持器有什么作用？试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。

答：采样保持器的作用：A/D 转换器完成一次A/D 转换总需要一定的时间。

在进行A/D 转换时间内，希望输入信号不再变化，以免造成转换误差。

这样，就需要在A/D 转换器之前加入采样保持器。

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、在数据采集系统中，是不是所有的输入通道都需要加采样-保持器，为什么？答：不是，对于输入信号变化很慢，如温度信号；或者A/D 转换时间较快，使得在A/D 转换期间输入信号变化很小，在允许的A/D 转换精度内，就不必再选用采样保持器。

8、香农定理的基本内容是什么？采样频率的高低对数字控制系统有什么影响？试举工业控制实例加以说明。

答：采样频率高低对数字控制系统有些影响。

采样频率高，则对数据采集的准确性增加，但采样频率高，会过多的占用CPU 的时间和内存资源，采样频率高，对采集的数据要进行实时分析和处理，CPU 大部分时间用在数据采集分析处理上，影响了作其它事的时间。

采样频率要低，就有可能漏掉该采集的数据没采到，数据实时分析就有可能不正确。