1、3什么叫周期采樣？采樣時(shí)間？采樣周期？答：（1）周期采樣-就是以相同的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，即把一個(gè)連續(xù)變化的模擬信號(hào)y(t)，按一定的時(shí)間間隔T 轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí)0，T，2T，的一連串脈沖序列信號(hào) y*(t)（2）采樣時(shí)間或采樣寬度-采樣開關(guān)每次閉合的時(shí)間（3）采樣周期T-采樣開關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔2. 分析說明光耦隔離器的兩種特性及其隔離電磁干擾的作用機(jī)理。答：光耦的這兩種隔離方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。模擬信號(hào)隔離方法的優(yōu)點(diǎn)是使用少量的光耦，成本低；缺點(diǎn)是調(diào)試?yán)щy，如果光耦挑選得不合適，會(huì)影響A/D或D/A轉(zhuǎn)換的精度和線性度。數(shù)字信號(hào)隔離方法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)試簡(jiǎn)單，不影響系統(tǒng)的精度和線性度；缺點(diǎn)是使用較多的光耦器

2、件，成本較高。但因光耦越來越價(jià)廉，數(shù)字信號(hào)隔離方法的優(yōu)勢(shì)凸現(xiàn)出來，因而在工程中使用的最多。5. 簡(jiǎn)述數(shù)字量輸出通道的功能及其常用的輸出驅(qū)動(dòng)電路。答：數(shù)字量輸出通道簡(jiǎn)稱 DO 通道，它的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的微弱數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成能對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的數(shù)字驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷的不同，如指示燈、繼電器、接觸器、電機(jī)、閥門等，可以選用不同的功率放大器件構(gòu)成不同的開關(guān)量驅(qū)動(dòng)輸出通道。常用的有三極管輸出驅(qū)動(dòng)電路、繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路、晶閘管輸出驅(qū)動(dòng)電路、固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路等。6. 對(duì)比分析說明三極管輸出驅(qū)動(dòng)與繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路的異同點(diǎn)。答：1對(duì)于低壓情況下的小電流開關(guān)量，用功率三極管就可作開關(guān)驅(qū)動(dòng)組件，其

3、輸出電流就是輸入電流與三極管增益的乘積。2電磁繼電器主要由線圈、鐵心、銜鐵和觸點(diǎn)等部件組成，簡(jiǎn)稱為繼電器，它分為電壓繼電器、電流繼電器、中間繼電器等幾種類型。繼電器方式的開關(guān)量輸出是一種最常用的輸出方式，通過弱電控制外界交流或直流的高電壓、大電流設(shè)備。7.對(duì)比分析說明晶閘管輸出驅(qū)動(dòng)與固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路的異同點(diǎn)。答：晶閘管又稱可控硅（SCR），是一種大功率的半導(dǎo)體器件，具有用小功率控制大功率、開關(guān)無觸點(diǎn)等特點(diǎn)，在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。晶閘管是一個(gè)三端器件，其符號(hào)表示如圖2-10所示，（a）為單向晶閘管，有陽極A、陰極K、控制極（門極）G三個(gè)極。當(dāng)陽、陰極之間加正壓

4、時(shí)，控制極與陰極兩端也施加正壓使控制極電流增大到觸發(fā)電流值時(shí)，晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通；只有在陽、陰極間施加反向電壓或陽極電流減小到維持電流以下，晶閘管才由導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂蜗蚓чl管具有單向?qū)щ姽δ埽诳刂葡到y(tǒng)中多用于直流大電流場(chǎng)合，也可在交流系統(tǒng)中用于大功率整流回路。固態(tài)繼電器 SSR (（Solid State Relay） )是一種新型的無觸點(diǎn)開關(guān)的電子繼電器，它利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制回路與負(fù)載回路之間的電隔離和信號(hào)耦合，而且沒有任何可動(dòng)部件或觸點(diǎn)，卻能實(shí)現(xiàn)電磁繼電器的功能，故稱為固態(tài)繼電器。它具有體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械噪聲、無抖動(dòng)和回跳、壽命長等傳統(tǒng)繼電器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

5、中得到廣泛的應(yīng)用，大有取代電磁繼電器之勢(shì)。指令冗余技術(shù)當(dāng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)受到外界干擾，破壞了CPU 正常的工作時(shí)序，可能造成程序計(jì)數(shù)器PC的值發(fā)生改變，跳轉(zhuǎn)到隨機(jī)的程序存儲(chǔ)區(qū)。為了解決這一問題，可采用在程序中人為地插入一些空操作指令NOP或?qū)⒂行У膯巫止?jié)指令重復(fù)書寫，此即指令冗余技術(shù)。由于空操作指令為單字節(jié)指令，且對(duì)計(jì)算機(jī)的工作狀態(tài)無任何影響，這樣就會(huì)使失控的程序在遇到該指令后，能夠調(diào)整其 PC 值至正確的軌道，使后續(xù)的指令得以正確地執(zhí)行。但我們不能在程序中加入太多的冗余指令，以免降低程序正常運(yùn)行的效率。一般是在對(duì)程序流向起決定作用的指令之前以及影響系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要指令之前都應(yīng)插入兩、三條NOP指

6、令，還可以每隔一定數(shù)目的指令插入NOP指令，以保證跑飛的程序迅速納入正確軌道。指令冗余技術(shù)可以減少程序出現(xiàn)錯(cuò)誤跳轉(zhuǎn)的次數(shù)，但不能保證在失控期間不干壞事，更不能保證程序納入正常軌道后就太平無事了。解決這個(gè)問題還必須采用軟件容錯(cuò)技術(shù)，使系統(tǒng)的誤動(dòng)作減少，并消滅重大誤動(dòng)作。軟件陷阱技術(shù)軟件陷阱，就是在非程序區(qū)設(shè)置攔截措施，使程序進(jìn)入陷阱，即通過一條引導(dǎo)指令，強(qiáng)行將跑飛的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序。如果我們把這段程序的入口標(biāo)號(hào)稱為ERROR的話，軟件陷阱即為一條 JMP ERROR指令。為加強(qiáng)其捕捉效果，一般還在它前面加上兩條NOP指令，因此真正的軟件陷阱是由3條

7、指令構(gòu)成：NOPNOP JMP ERROR軟件陷阱安排在以下四種地方：1）未使用的中斷向量區(qū)，2）未使用的大片ROM空間，3）程序中的數(shù)據(jù)表格區(qū)，4）程序區(qū)中一些指令串中間的斷裂點(diǎn)處。由于軟件陷阱都安排在正常程序執(zhí)行不到的地方，故不影響程序的執(zhí)行效率，在當(dāng)前EPROM容量不成問題的條件下，還應(yīng)多多安插軟件陷阱指令。 Watchdog Timer工作原理為了保證程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)的可靠性，監(jiān)視系統(tǒng)中必須包括一定的硬件部分，且應(yīng)完全獨(dú)立于CPU之外，但又要與CPU保持時(shí)時(shí)刻刻的聯(lián)系。因此，程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)是硬件電路與軟件程序的巧妙結(jié)合。圖8-30給出了Watchdog Timer的工作原理。CPU可

8、設(shè)計(jì)成由程序確定的定時(shí)器1，看門狗被設(shè)計(jì)成另一個(gè)定時(shí)器2，它的計(jì)時(shí)啟動(dòng)將因CPU的定時(shí)訪問脈沖P1的到來而重新開始，定時(shí)器2的定時(shí)到脈沖P2連到CPU的復(fù)位端。兩個(gè)定時(shí)周期必須是T1T2，T1就是CPU定時(shí)訪問定時(shí)器2的周期，也就是在CPU執(zhí)行的應(yīng)用程序中每隔T1時(shí)間安插一條訪問指令。在正常情況下，CPU每隔T1時(shí)間便會(huì)定時(shí)訪問定時(shí)器2，從而使定時(shí)器2重新開始計(jì)時(shí)而不會(huì)產(chǎn)生溢出脈沖P2；而一旦CPU受到干擾陷入死循環(huán)，便不能及時(shí)訪問定時(shí)器2，那么定時(shí)器2會(huì)在T2時(shí)間到達(dá)時(shí)產(chǎn)生定時(shí)溢出脈沖P2，從而引起CPU的復(fù)位，自動(dòng)恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行程序。第六章通信系統(tǒng)構(gòu)成有信息源：需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。發(fā)送設(shè)備

9、：使不同種類和速率的信息源與傳輸介質(zhì)相匹配傳輸介質(zhì)：是發(fā)送設(shè)備與接收設(shè)備之間信號(hào)傳遞所經(jīng)過的媒介。例如：電磁波，紅外線，電纜、光纜、雙絞線等接收設(shè)備：完成對(duì)發(fā)送設(shè)備的反變換數(shù)據(jù)通信的基本傳輸方式有（1）并行通信：傳送數(shù)據(jù)的各位同時(shí)發(fā)送或接收（2）串行通信：傳送數(shù)據(jù)的各位按順序一位一位進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)字信息的數(shù)字信號(hào)的編碼：?jiǎn)螛O性編碼，雙極性編碼，歸零編碼，曼徹斯特碼，差動(dòng)曼徹斯特碼將數(shù)字信號(hào)調(diào)制為模擬信號(hào)有種方式調(diào)幅（）：用原始信號(hào)控制載波振幅變化，容易受干擾調(diào)頻（）：用原始信號(hào)控制載波頻率變化，占用較寬頻帶，受介質(zhì)制約大調(diào)相（）：用原始信號(hào)控制載波相率變化，抗干擾性能較好第五章l在計(jì)算機(jī)控制

10、系統(tǒng)中，一般要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行哪些予處理技術(shù)？答：在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集是最基本的一種模式。一般是通過傳感器、變送器把生產(chǎn)過程的各種物理參數(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)A/D通道或DI通道，把數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)在對(duì)這些數(shù)字量進(jìn)行顯示和控制之前，還必須根據(jù)需要進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。 數(shù)據(jù)處理離不開數(shù)值計(jì)算，而最基本的數(shù)值計(jì)算為四則運(yùn)算。由于控制系統(tǒng)中遇到的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不同，采集的數(shù)據(jù)種類與數(shù)值范圍不同，精度要求也不一樣，各種數(shù)據(jù)的輸入方法及表示方法也各不相同。因此，為了滿足不同系統(tǒng)的需要，設(shè)計(jì)出了許多有效的數(shù)據(jù)處理技術(shù)方法，如預(yù)處理，數(shù)字濾波，標(biāo)度變換，查表和越限報(bào)警等。2何為數(shù)字調(diào)零？何為系統(tǒng)校

11、準(zhǔn)？答：零點(diǎn)偏移是造成系統(tǒng)誤差的主要原因之一，因此零點(diǎn)的自動(dòng)調(diào)整在實(shí)際應(yīng)用中最多，常把這種用軟件程序進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)整的方法稱為數(shù)字調(diào)零。上述數(shù)字調(diào)零不能校正由傳感器本身引入的誤差。為了克服這種缺點(diǎn)，可采用系統(tǒng)校準(zhǔn)處理技術(shù)。 系統(tǒng)校準(zhǔn)的原理與數(shù)字調(diào)零差不多，只是把測(cè)量電路擴(kuò)展到包括現(xiàn)場(chǎng)的傳感器，而且不是在每次采集數(shù)據(jù)時(shí)都進(jìn)行校準(zhǔn)，而是在需要時(shí)人工接入標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，把測(cè)得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，供以后實(shí)際測(cè)量使用。一般自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)只測(cè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)VR，零點(diǎn)漂移的補(bǔ)償仍由數(shù)字調(diào)零來完成。3簡(jiǎn)述數(shù)字濾波及其特點(diǎn)。答：數(shù)字濾波，就是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)采樣多次，然后用某種計(jì)算方法進(jìn)行數(shù)字處理，以削弱或?yàn)V

12、除干擾噪聲造成的隨機(jī)誤差，從而獲得一個(gè)真實(shí)信號(hào)的過程。這種濾波方法只是根據(jù)預(yù)定的濾波算法編制相應(yīng)的程序，實(shí)質(zhì)上是一種程序?yàn)V波。因而可靠性高，穩(wěn)定性好，修改濾波參數(shù)也容易，而且一種濾波子程序可以被多個(gè)通道所共用，因而成本很低。另外，數(shù)字濾波可以對(duì)各種干擾信號(hào)，甚至極低頻率的信號(hào)進(jìn)行濾波。它的不足之處是需要占用CPU的機(jī)時(shí)。總之，數(shù)字濾波與硬件濾波器相比優(yōu)點(diǎn)甚多，因此得到了普遍的應(yīng)用。4簡(jiǎn)述各種數(shù)字濾波方法的原理或算法及適用場(chǎng)合。答：平均值濾波就是對(duì)多個(gè)采樣值進(jìn)行平均算法，這是消除隨機(jī)誤差最常用的方法。中值濾波是將信號(hào)y 的連續(xù)m次采樣值按大小進(jìn)行排序，取其中間值作為本次的有效采樣值。本算法為取中

13、值，故采樣次數(shù)m應(yīng)為奇數(shù)，一般35次即可。限幅濾波就是把兩次相鄰的采樣值相減，求其增量的絕對(duì)值，再與兩次采樣所允許的最大差值 DY 進(jìn)行比較，如果小于或等于 DY，表示本次采樣值 y(k)是真實(shí)的，則取 y(k)為有效采樣值；反之，y(k)是不真實(shí)的， 則取上次采樣值 y(k - 1)作為本次有效采樣值。慣性濾波是模擬硬件RC低通濾波器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)第六章1簡(jiǎn)述干擾的來源與傳播途徑。干擾有的來自外部，有的來自內(nèi)部。外部干擾由使用條件和外部環(huán)境因素決定。如雷電或大氣電離作用以及其他氣象引起的干擾電波；天體干擾，如太陽或其他星球輻射的電磁波；電氣設(shè)備的干擾，如廣播電臺(tái)或通訊發(fā)射臺(tái)發(fā)出的電磁波，動(dòng)力機(jī)械

14、、高頻爐、電焊機(jī)等都會(huì)產(chǎn)生干擾；此外，熒光燈、開關(guān)、電流斷路器、過載繼電器、指示燈等具有瞬變過程的設(shè)備也會(huì)產(chǎn)生較大的干擾；來自電源的工頻干擾也可視為外部干擾。內(nèi)部干擾則是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局、制造工藝所引入的。內(nèi)部干擾環(huán)境如圖-所示，有分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長線傳輸造成的波反射；多點(diǎn)接地造成的電位差引入的干擾；裝置及設(shè)備中各種寄生振蕩引入的干擾以及熱噪聲、閃變?cè)肼暋⒓夥逶肼暤纫氲母蓴_；甚至元器件產(chǎn)生的噪聲等。 干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。2串模干擾的成因是什么？如何抑制串模干擾？答：串模干擾是指迭加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲，即干擾源串聯(lián)在

15、信號(hào)源回路中。對(duì)串模干擾的抑制較為困難，因?yàn)楦蓴_Un直接與信號(hào)Us串聯(lián)。目前常采用雙絞線與濾波器兩種措施。3共模干擾的成因是什么？如何抑制共模干擾？答：共模干擾是指計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)輸入通道中信號(hào)放大器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓，可以是直流電壓，也可以是交流電壓，其幅值達(dá)幾伏甚至更高，這取決于現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生干擾的環(huán)境條件和計(jì)算機(jī)等設(shè)備的接地情況。共模干擾電壓的抑制就應(yīng)當(dāng)是有效的隔離兩個(gè)地之間的電聯(lián)系，以及采用被測(cè)信號(hào)的雙端差動(dòng)輸入方式。具體的有變壓器隔離、光電隔離與浮地屏蔽等三種措施。5在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，敷設(shè)信號(hào)線時(shí)應(yīng)注意哪些問題？選擇了合適的信號(hào)線，還必須合理地進(jìn)行敷設(shè)。否則，不僅達(dá)不到抗干擾的效果

16、，反而會(huì)引進(jìn)干擾。信號(hào)線的敷設(shè)要注意以下事項(xiàng)：（1）模擬信號(hào)線與數(shù)字信號(hào)線不能合用同一根電纜，要絕對(duì)避免信號(hào)線與電源線合用同一根電纜。（2）屏蔽信號(hào)線的屏蔽層要一端接地，同時(shí)要避免多點(diǎn)接地。（3）信號(hào)線的敷設(shè)要盡量遠(yuǎn)離干擾源，如避免敷設(shè)在大容量變壓器、電動(dòng)機(jī)等電器設(shè)備的附近。如果有條件，將信號(hào)線單獨(dú)穿管配線，在電纜溝內(nèi)從上到下依次架設(shè)信號(hào)電纜、直流電源電纜、交流低壓電纜、交流高壓電纜。（4）信號(hào)電纜與電源電纜必須分開，并盡量避免平行敷設(shè)。6在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，大致有哪幾種地？最終如何接地？在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，大致有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、信號(hào)地、系統(tǒng)地、交流地和保護(hù)地。模擬地作為傳感器、

17、變送器、放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。數(shù)字地作為計(jì)算機(jī)各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾系統(tǒng)地是上述幾種地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連作為基準(zhǔn)零電位。交流地是計(jì)算機(jī)交流供電的動(dòng)力線地或稱零線，它的零電位很不穩(wěn)定。保護(hù)地也叫安全地、機(jī)殼地或屏蔽地，目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位，以避免機(jī)殼帶電影響人身及設(shè)備安全。第一章一計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類 ？1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由常規(guī)儀表控制系統(tǒng)演變而來的，一般分成閉環(huán)控制與開環(huán)控制2閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測(cè)量變送器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，把被控量如溫度、壓力等物理量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)再反饋到控制器中，控制器將此測(cè)量值與給定值進(jìn)

18、行比較形成偏差輸入，并按照一定的控制規(guī)律產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器工作，執(zhí)行器產(chǎn)生的操縱變量使被控對(duì)象的被控量跟蹤趨近給定值，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制穩(wěn)定生產(chǎn)的目的。這種信號(hào)傳遞形成了閉合回路，所以稱此為按偏差進(jìn)行控制的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。3開環(huán)控制系統(tǒng)-不同于閉環(huán)系統(tǒng)，它不需要被控對(duì)象的測(cè)量反饋信號(hào)，控制器直接根據(jù)給定值驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器去控制被控對(duì)象，所以這種信號(hào)的傳遞是單方向的。二基本計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成？1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件一般包括：1主機(jī)-CPU RAMROM系統(tǒng)總線2 常規(guī)外部設(shè)備-輸入/輸出設(shè)備、3外存儲(chǔ)器等過程5輸入輸出通道AI、AO、DI、DO6操作臺(tái)CRT、LED、LCD 等7通信設(shè)備交換

19、機(jī)、modem、集線器等軟件組成：軟件通常分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件兩大類；系統(tǒng)軟件一般由計(jì)算機(jī)廠家提供，專門用來使用和管理計(jì)算機(jī)本身的程序；應(yīng)用軟件是用戶針對(duì)生產(chǎn)過程要求而編制的各種應(yīng)用程序。 3控制系統(tǒng)分類：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）2. 操作指導(dǎo)控制系統(tǒng) (OGC).3 直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）4 監(jiān)督計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（SCC）.5 分散控制系統(tǒng)（DCS）.6 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）第二章1. 畫圖分析說明三極管型光電耦合隔離器的工作原理。答：光電耦合隔離器的輸入輸出類似普通三極管的輸入輸出特性，即存在著截止區(qū)、飽和區(qū)與線性區(qū)三部分。利用光耦隔離器的開關(guān)特性（即光敏三極管工作在截止區(qū)、飽和區(qū)

20、），可傳送數(shù)字信號(hào)而隔離電磁干擾，簡(jiǎn)稱對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行隔離。例如在數(shù)字量輸入輸出通道中，以及在模擬量輸入輸出通道中的A/D轉(zhuǎn)換器與CPU或CPU與D/A轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)字信號(hào)的耦合傳送，都可用光耦的這種開關(guān)特性對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行隔離。3. 結(jié)合圖 4-4，簡(jiǎn)述信號(hào)調(diào)理電路的構(gòu)成及其各元器件的作用。答：典型的開關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理電路如圖 2-4 所示。點(diǎn)劃線右邊是由開關(guān) S與電源組成的外部電路，（a）是直流輸入電路，（b）是交流輸入電路。交流輸入電路比直流輸入電路多一個(gè)降壓電容和整流橋塊，可把高壓交流(如380VAC)變換為低壓直流(如5VDC)。開關(guān) S 的狀態(tài)經(jīng) RC 濾波、穩(wěn)壓管 D1 箝位保護(hù)、電

21、阻 R2 限流、二極管 D2 防止反極性電壓輸入以及光耦隔離等措施處理后送至輸入緩沖器，主機(jī)通過執(zhí)行輸入指令便可讀取開關(guān) S 的狀態(tài)。比如,當(dāng)開關(guān) S 閉合時(shí)，輸入回路有電流流過，光耦中的發(fā)光管發(fā)光，光敏管導(dǎo)通，數(shù)據(jù)線上為低電平，即輸入信號(hào)為“0”對(duì)應(yīng)外電路開關(guān) S 的閉合；反之，開關(guān) S 斷開，光耦中的發(fā)光管無電流流過，光敏管截止，數(shù)據(jù)線上為高電平，即輸入信號(hào)為“1”對(duì)應(yīng)外電路開關(guān) S 的斷開4. 分析說明圖 4-5脈沖計(jì)數(shù)電路的工作過程及其用途。答：圖2-5為一種定時(shí)計(jì)數(shù)輸入接口電路，傳感器發(fā)出的脈沖頻率信號(hào)，經(jīng)過簡(jiǎn)單的信號(hào)調(diào)理，引到8254芯片的計(jì)數(shù)通道1的CLK1口。8254是具有3個(gè)

22、16位計(jì)數(shù)器通道的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。圖中，計(jì)數(shù)通道0工作于模式3，CLK0用于接收系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖，OUT0輸出一個(gè)周期為系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖N倍（N為通道0的計(jì)數(shù)初值）的連續(xù)方波脈沖，其高、低電平時(shí)段是計(jì)數(shù)通道1的采樣時(shí)間和采樣間隔時(shí)間，分別記為TS、TW；計(jì)數(shù)通道1和2均選為工作模式2，且OUT1串接到CLK2，使兩者構(gòu)成一個(gè)計(jì)數(shù)長度為232的脈沖計(jì)數(shù)器，以對(duì)TS內(nèi)的輸入脈沖計(jì)數(shù)。 如果獲得TS時(shí)間內(nèi)的輸入脈沖個(gè)數(shù)為n，則單位時(shí)間內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)即脈沖頻率為n/TS，從而可換算出介質(zhì)的流量或電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。比如，發(fā)出脈沖頻率信號(hào)的是渦輪流量計(jì)或磁電式速度傳感器，它們的脈沖當(dāng)量(即一個(gè)脈沖相當(dāng)?shù)牧髁炕蜣D(zhuǎn)數(shù)

23、)為K，則介質(zhì)的流量或電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)就為n/TSK。8. 結(jié)合圖 2-14，簡(jiǎn)述數(shù)字量I/O模板電路的結(jié)構(gòu)組成？答： DI/DO模板把上述數(shù)字量輸入通道或數(shù)字量輸出通道設(shè)計(jì)在一塊模板上, 就稱為DI模板或DO模板，也可統(tǒng)稱為數(shù)字量I/O模板。圖2-14為含有DI通道和DO通道的PC總線數(shù)字量I/O模板的結(jié)構(gòu)框圖，由PC總線接口邏輯、I/O功能邏輯、I/O電氣接口等三部分組成。如圖2-14所示。1PC總線接口邏輯部分由8位數(shù)據(jù)總線緩沖器、基址譯碼器、輸入和輸出片址譯碼器組成。 2I/O功能邏輯部分只有簡(jiǎn)單的輸入緩沖器和輸出鎖存器。其中，輸入緩沖器起著對(duì)外部輸入信號(hào)的緩沖、加強(qiáng)和選通作用；輸出鎖存器鎖

24、存CPU 輸出的數(shù)據(jù)或控制信號(hào)，供外部設(shè)備使用。I/O緩沖功能可以用可編程接口芯片如8255A構(gòu)成，也可以用74LS240、244、373、273等芯片實(shí)現(xiàn)。 3I/O電氣接口部分的功能主要是：電平轉(zhuǎn)換、濾波、保護(hù)、隔離、功率驅(qū)動(dòng)等。4各種數(shù)字量I/O模板的前兩部分大同小異，不同的主要在于I/O電氣接口部分，即輸入信號(hào)的調(diào)理和輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)，這是由生產(chǎn)過程的不同需求所決定的。第三章1畫圖說明模擬量輸入通道的功能、各組成部分及其作用？答：模擬量輸入通道的任務(wù)(功能）是把被控對(duì)象的過程參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、重量等模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào)。結(jié)構(gòu)組成如圖3-1所示，來自于工業(yè)

25、現(xiàn)場(chǎng)傳感器或變送器的多個(gè)模擬量信號(hào)首先需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，然后經(jīng)多路模擬開關(guān)，分時(shí)切換到后級(jí)進(jìn)行前置放大、采樣保持和模/數(shù)轉(zhuǎn)換，通過接口電路以數(shù)字量信號(hào)進(jìn)入主機(jī)系統(tǒng)，從而完成對(duì)過程參數(shù)的巡回檢測(cè)任務(wù)。2分析說明8路模擬開關(guān)CD4051的結(jié)構(gòu)原理圖，結(jié)合真值表設(shè)計(jì)出兩個(gè)CD4051擴(kuò)展為一個(gè)8路雙端模擬開關(guān)的示意圖。答：現(xiàn)以常用的CD4051為例，8路模擬開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理如圖3-3所示。CD4051由電平轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電路三部分組成。當(dāng)禁止端為“1”時(shí)，前后級(jí)通道斷開，即S0S7端與Sm端不可能接通；當(dāng)為“0”時(shí)，則通道可以被接通，通過改變控制輸入端C、B、A的數(shù)值，就可選通8個(gè)通道S0S7中

26、的一路。比如：當(dāng)C、B、A=000時(shí)，通道S0選通；當(dāng)C、B、A=001時(shí)，通道S1通；當(dāng)C、B、A = 111時(shí)，通道S7選通。其真值表如表3-1所示。前置放大器原理介紹前置放大器的任務(wù)是將模擬輸入小信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換的量程范圍之內(nèi)，如0-5VDC; 對(duì)單純的微弱信號(hào)，可用一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行單端同相放大或單端反相放大。如圖3-5所示，信號(hào)源的一端若接放大器的正端為同相放大，同相放大電路的放大倍數(shù)G =1+R2/R1；若信號(hào)源的一端接放大器的負(fù)端為反相放大，反相放大電路的放大倍數(shù)G =R2/R1。當(dāng)然，這兩種電路都是單端放大，所以信號(hào)源的另一端是與放大器的另一個(gè)輸入端共地。在實(shí)際工程中,來自

27、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)往往帶有較大的共模干擾， 而單個(gè)運(yùn)放電路的差動(dòng)輸入端難以起到很好的抑制作用。 因此，A/D通道中的前置放大器常采用由一組運(yùn)放構(gòu)成的測(cè)量放大器，也稱儀表放大器，如圖3-6(a)所示。經(jīng)典的測(cè)量放大器是由三個(gè)運(yùn)放組成的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，測(cè)量放大器的差動(dòng)輸入端VIN+和VIN-分別是兩個(gè)運(yùn)放A1、A2的同相輸入端，輸入阻抗很高，而且完全對(duì)稱地直接與被測(cè)信號(hào)相連，因而有著極強(qiáng)的抑制共模干擾能力。圖中RG是外接電阻，專用來調(diào)整放大器增益的。因此，放大器的增益G與這個(gè)外接電阻RG有著密切的關(guān)系。增益公式為4分析圖3-8采樣保持器的原理電路及工作過程。1、 零階采樣保持器-零階采樣保持器是在兩次

28、采樣的間隔時(shí)間內(nèi)，一直保持采樣值不變直到下一個(gè)采樣時(shí)刻。它的組成原理電路與工作波性如圖3-8(a)、(b)所示。 采樣保持器由輸入輸出緩沖放大器A1、A2和采樣開關(guān)S、保持電容CH等組成。采樣期間，開關(guān)S閉合，輸入電壓VIN通過A1對(duì)CH快速充電，輸出電壓VOUT跟隨VIN變化；保持期間，開關(guān)S斷開，由于A2的輸入阻抗很高，理想情況下電容CH將保持電壓VC不變，因而輸出電壓VOUT=VC也保持恒定。顯然，保持電容C H的作用十分重要。實(shí)際上保持期間的電容保持電壓VC在緩慢下降，這是由于保持電容的漏電流所致。保持電壓VC的變化率為公式ID-為保持期間電容的總泄漏電流，它包括放大器的輸入電流、開關(guān)

29、截止時(shí)的漏電流與電容內(nèi)部的漏電流等。電容CH值-增大電容CH值可以減小電壓變化率，但同時(shí)又會(huì)增加充電即采樣時(shí)間，因此保持電容的容量大小與采樣精度成正比而與采樣頻率成反比。一般情況下，保持電容CH是外接的，所以要選用聚四氟乙烯、聚苯乙烯等高質(zhì)量的電容器，容量為5101000pF。5簡(jiǎn)述逐位逼近式、雙積分式、電壓/頻率式的A/D轉(zhuǎn)換原理。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)作用后，時(shí)鐘信號(hào)在控制邏輯作用下，1 首先使寄存器的最高位D3 = 1，其余為0， 此數(shù)字量1000經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓即VO = 8，送到比較器輸入端與被轉(zhuǎn)換的模擬量VIN = 9進(jìn)行比較，控制邏輯根據(jù)比較器的輸出進(jìn)行判斷。當(dāng)VIN VO，則保

30、留D3 = 1；2 再對(duì)下一位D2進(jìn)行比較，同樣先使D2 = 1，與上一位D3位一起即1100進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為VO = 12再進(jìn)入比較器，與VIN = 9比較，因VIN VO，則使D2 = 0；3再下一位D1位也是如此，D1 = 1即1010，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為VO = 10，再與VIN = 9比較，因VIN VO，則使D1 = 0；4最后一位D0 = 1-即1001經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為VO = 9，再與VIN = 9比較，因VIN VO，保留D0 = 1。比較完畢，寄存器中的數(shù)字量1001即為模擬量9的轉(zhuǎn)換結(jié)果，存在輸出鎖存器中等待輸出。例題3-2：一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)V R+ = 5.0

31、2 V， VR- = 0 V，計(jì)算當(dāng)VIN分別為0 V、2.5 V、5 V時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量。解：把已知數(shù)代入公式（3-4）：0 V、2.5 V、5 V時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量分別為00H、80H、FFH。此種A/D轉(zhuǎn)換器的常用品種有普通型8位單路ADC0801ADC0805、8位8路ADC0808/0809、8位16路ADC0816/0817等，混合集成高速型12位單路AD574A、ADC803等。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理如圖3-11所示，在轉(zhuǎn)換開始信號(hào)控制下，開關(guān)接通模擬輸入端，輸入的模擬電壓VIN 在固定時(shí)間T內(nèi)對(duì)積分器上的電容C充電（正向積分），時(shí)間一到，控制邏輯將開關(guān)切換到與VIN極性相

32、反的基準(zhǔn)電源上，此時(shí)電容C開始放電（反向積分），同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)比較器判定電容C放電完畢時(shí)就輸出信號(hào)，由控制邏輯停止計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，并發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。這時(shí)計(jì)數(shù)器所記的脈沖個(gè)數(shù)正比于放電時(shí)間。 放電時(shí)間T1或T2又正比于輸入電壓VIN，即輸入電壓大，則放電時(shí)間長，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值越大。因此，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的大小反映了輸入電壓VIN在固定積分時(shí)間T內(nèi)的平均值。 此種A/D轉(zhuǎn)換器的常用品種有輸出為3位半BCD碼（二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù)）的ICL7107、MC14433、輸出為4位半BCD碼的ICL7135等。 6結(jié)合圖3-13與圖3-14，分析說明ADC0809的結(jié)構(gòu)組成及其引腳作用。各引腳功能如下

33、：IN0IN7：8路模擬量輸入端。允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。上升沿時(shí)鎖存3位通道選擇信號(hào)。A、B、C：3位地址線即模擬量通道選擇線。ALE為高電平時(shí)，地址譯碼與對(duì)應(yīng)通道選擇見表3-2 。START：?jiǎn)?dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)，輸入，高電平有效。上升沿時(shí)將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零，下降沿時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，高電平有效。OE：輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。該信號(hào)用來打開三態(tài)輸出緩沖器，將A/D轉(zhuǎn)換得到的8位數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。D0D7：8位數(shù)字量輸出。D0為最低位，D7為最高位。由于有三態(tài)輸出鎖存，可與主機(jī)數(shù)據(jù)總線直接相連

34、。CLOCK：外部時(shí)鐘脈沖輸入端。當(dāng)脈沖頻率為640kHz時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100ms。VR+，VR-：基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端。取決于被轉(zhuǎn)換的模擬電壓范圍，通常VR+ = +5V DC，VR- = 0V DC。Vcc：工作電源， +5VDC。GND：電源地。7試分析圖3-15、圖3-16 ADC0809接口電路的啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換、查詢或定時(shí)讀入數(shù)據(jù)的工作過程。比較說明這兩種接口電路在硬軟件上的異同點(diǎn)。查詢方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)138 為3 線8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下： 當(dāng)一個(gè)選通端（G1）為高電平，另兩個(gè)選通端（/(G2A)

35、和/(G2B)）為低電平時(shí)，可將地址端（A、B、C）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。現(xiàn)說明啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過程：接口程序如下： MOV BX，BUFF ；置采樣數(shù)據(jù)區(qū)首址 MOV CX，08H ；路輸入START： OUT PA，AL ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 REOC： IN AL，PB ；讀EOC RCR AL，01 ；判斷EOC JNC REOC ；若EOC=0，繼續(xù)查詢 IN AL，PA ；若EOC=1，讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù) MOV BX，AL ；存A/D轉(zhuǎn)換數(shù) INC BX ；

36、存A/D轉(zhuǎn)換數(shù)地址加1 INC PA ；接口地址加1 LOOP START ；循環(huán)首先主機(jī)執(zhí)行一條啟動(dòng)轉(zhuǎn)換第1路的輸出指令，即是把AL中的數(shù)據(jù)送到地址為PA的接口電路中，此時(shí)AL中的內(nèi)容無關(guān)緊要，而地址PA=40H使138譯碼器的輸出一個(gè)低電平，連同OUT輸出指令造成的低電平，從而使非與門02（3）產(chǎn)生脈沖信號(hào)到引腳ALE和START，ALE的上升沿將通道地址代碼000鎖存并進(jìn)行譯碼，選通模擬開關(guān)中的第一路VIN0，使該路模擬量進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器中；同時(shí)START的上升沿將ADC0809中的逐位逼近寄存器SAR清零,下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，即在時(shí)鐘的作用下，逐位逼近的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程開始。接著，主機(jī)

37、查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC的狀態(tài)，通過執(zhí)行輸入指令，即是把地址為PB的轉(zhuǎn)換接口電路的數(shù)據(jù)讀入AL中，此時(shí)地址PB= 0100 1000（48H），使138譯碼器的輸出一個(gè)低電平，連同IN輸入指令造成的低電平，從而使非與門02（1）產(chǎn)生脈沖信號(hào)并選通126三態(tài)緩沖器，使EOC電平狀態(tài)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線D0上。然后將讀入的8位數(shù)據(jù)進(jìn)行帶進(jìn)位循環(huán)右移，以判斷EOC的電平狀態(tài)。如果EOC為“0”，表示A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，程序再跳回REOC，反復(fù)查詢；當(dāng)EOC為“1”，表示A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束。然后，主機(jī)便執(zhí)行一條輸入指令，把接口地址為PA的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入AL中，即是輸出一個(gè)低電平，連同IN輸入指令造成的低電平，從而使

38、非與門02（2）產(chǎn)生脈沖信號(hào)，即產(chǎn)生輸出允許信號(hào)到OE，使ADC0809內(nèi)部的三態(tài)輸出鎖存器釋放轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線上，并被讀入到AL中。接下來，把A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存入寄存器BX所指的數(shù)據(jù)區(qū)首地址0000H中，數(shù)據(jù)區(qū)地址加1，為第2路A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的存放作準(zhǔn)備；接口地址加1，準(zhǔn)備接通第2路模擬量信號(hào)；計(jì)數(shù)器減1，不為0則返回到START，繼續(xù)進(jìn)行下一路的A/D轉(zhuǎn)換。如此循環(huán)，直至完成8路A/D轉(zhuǎn)換。定時(shí)方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)定時(shí)方式讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)的電路組成如圖3-16所示，它與查詢方式不同的僅僅在于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，無需查詢EOC引腳狀態(tài)而只需等待轉(zhuǎn)換時(shí)間，然后讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)。因此，硬件電路可以取消1

39、26三態(tài)緩沖器及其控制電路，軟件上也相應(yīng)地去掉查詢EOC電平的REOC程序段，而換之以調(diào)用定時(shí)子程序（CALL DELAY）即可。這里定時(shí)時(shí)間應(yīng)略大于ADC0809的實(shí)際轉(zhuǎn)換時(shí)間。圖中，ADC0809的CLOCK引腳（輸入時(shí)鐘頻率）為640KHz，因此轉(zhuǎn)換時(shí)間為88個(gè)時(shí)鐘周期，相當(dāng)于100S。這兩種方法的共同點(diǎn)是硬軟件接口簡(jiǎn)單，但在轉(zhuǎn)換期間獨(dú)占了CPU時(shí)間，好在這種逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間只在微秒數(shù)量級(jí)。當(dāng)選用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，因其轉(zhuǎn)換時(shí)間在毫秒級(jí)，因此采用中斷法讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)的方式更為適宜。因此，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，究竟采用何種接口方式要根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器芯片而定。8分析說明圖3-1

40、9的8路12位A/D轉(zhuǎn)換模板的工作原理。圖3-19是一種8路12位A/D轉(zhuǎn)換模板的示例。圖中只給出了總線接口與I/O功能實(shí)現(xiàn)部分，由8路模擬開關(guān)CD4051、采樣保持器LF398、12 位A/D 轉(zhuǎn)換器AD574A和并行接口芯片8255A等組成。 該模板采集數(shù)據(jù)的過程如下：(1) 通道選擇：將模擬量輸入通道號(hào)寫入8255A的端口C低4位（PC3 PC0），可以依次選通8路通道。(2)采樣保持控制：把AD574A的信號(hào)通過反相器連到LF398的信號(hào)采樣保持端，當(dāng)AD574A未轉(zhuǎn)換期間或轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)0，使LF398處于采樣狀態(tài)，當(dāng)AD574A轉(zhuǎn)換期間1，使LF398處于保持狀態(tài)。(3)啟動(dòng)AD574

41、A進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換： 通過8255A的端口PC6PC4輸出控制信號(hào)啟動(dòng)AD574A。（4）查詢AD574A是否轉(zhuǎn)換結(jié)束 讀8255A的端口A，查詢是否已由高電平變?yōu)榈碗娖健＃?）讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果若已由高電平變?yōu)榈碗娖剑瑒t讀8255A端口A、B，便可得到12位轉(zhuǎn)換結(jié)果。設(shè)8255A的A、B、C端口與控制寄存器的地址為2C0H-2C3H，主過程已對(duì)8255A初始化，且已裝填DS、ES(兩者段基值相同)，采樣值存入數(shù)據(jù)段中的采樣值緩沖區(qū)BUF，另定義一個(gè)8位內(nèi)存單元BUF1。該過程的數(shù)據(jù)采集程序框圖如圖3-20所示，數(shù)據(jù)采集程序如下：第四章1、D/A轉(zhuǎn)換器工作原理現(xiàn)以 4 位 D/A 轉(zhuǎn)換器為例說明其工作原理，如圖-2 所示。DAC0832工作原理由于DAC0832內(nèi)部有輸入寄存器，所以它的數(shù)據(jù)總線可直接與主機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，圖-5為DAC0832與PC總線的單緩沖接口電路，它是由DAC0832轉(zhuǎn)換芯片、運(yùn)算放大器以及74LS138譯碼器和門電路構(gòu)成的的地址譯碼電路組成。圖中，0832內(nèi)的DAC寄存器控制端的和直接接地，使DAC寄存器的輸入到輸出始終直通；而輸入寄存器的控制端分別受地址譯碼信號(hào)與輸