習(xí)題解答-北京航空航天大學(xué)出版社.doc

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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)題解答是普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)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)題的參考答案。 第1章 1、為什么說(shuō)儀器技術(shù)是信息的源頭技術(shù)? 答： 信息技術(shù)由測(cè)量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成。測(cè)量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎(chǔ)。儀器是一種信息的工具。如果沒有儀器，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)代將是不可能的。儀器是信息時(shí)代的信息獲取——處理——傳輸?shù)逆湕l中的源頭。因此說(shuō)，儀器技術(shù)是信息的源頭技術(shù)。 2、為什么現(xiàn)代測(cè)

2、控系統(tǒng)一般都要微機(jī)化? 答： 將微型計(jì)算機(jī)技術(shù)引入測(cè)控系統(tǒng)中，不僅可以解決傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)不能解決的問(wèn)題，而且還能簡(jiǎn)化電路、增加或增強(qiáng)功能、提高測(cè)控精度和可靠性，顯著增強(qiáng)測(cè)控系統(tǒng)的自化化、智能化程度，而且可以縮短系統(tǒng)研制周期、降低成本、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——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 微機(jī)化控制系統(tǒng)框圖

3、 微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)框圖 第2章 1、模擬輸入通道有哪幾種類型?各有何特點(diǎn)? 答： 按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一個(gè)還是每路各用一個(gè)，多路模擬輸入通道可分為集中采集式(簡(jiǎn)稱集中式)和分散采集式(簡(jiǎn)稱分布式)兩大類型。 集中式的特點(diǎn)是多路信號(hào)共同使用一個(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)采集。 分布式的特點(diǎn)是每一路信號(hào)都有一個(gè)S/H和A/D，因而也不再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)采集，采集的數(shù)據(jù)按一定順序或隨機(jī)地輸入計(jì)算機(jī)。 2

4、、什么情況下需要設(shè)置低噪聲前置放大器?為什么? 答： 由于電路內(nèi)部有這樣或那樣的噪聲源存在，使得電路在沒有信號(hào)輸入時(shí)，輸出端仍輸出一定幅度的波動(dòng)電壓，這就是電路的輸出噪聲。把電路輸出端測(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，得到的電平值稱為該電路的等效輸入噪聲。 如果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，那么這個(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，就必須在該電路前面加一級(jí)放大器——“前置放大器”。只要前置放大器本身的等效輸入噪聲比其后級(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，因而，輸入信號(hào)

5、就不會(huì)再被電路噪聲所淹沒。 3、圖2-1-14(a)所示采集電路結(jié)構(gòu)只適合于什么情況?為什么? 答: 圖2-1-14(a) 所示采集電路僅由A/D轉(zhuǎn)換器和前面的模擬多路切換器MUX構(gòu)成，只適合于測(cè)量恒定的各點(diǎn)基本相同的信號(hào)。因?yàn)楹愣ㄐ盘?hào)不隨時(shí)間變化，無(wú)須設(shè)置S/H, 各點(diǎn)基本相同的信號(hào)無(wú)需設(shè)置PGA。 4、DFS-V數(shù)字地震儀屬于集中采集式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2ms采樣48道時(shí)去混淆濾波器截止頻為125Hz。為提高勘探分辨率欲將采樣周期改為1ms。試問(wèn)：地震儀的信號(hào)道數(shù)和去混淆濾波器截止頻率要不要改變?怎樣改變?為什么? 答： 據(jù)題知，，，代入公式(2－1－38)計(jì)算得該地震儀的

6、A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換周期為，為提高勘探分辨率欲將采樣周期改為1ms，則信號(hào)道數(shù)應(yīng)減小為，否則A/D轉(zhuǎn)換器就轉(zhuǎn)換不過(guò)來(lái)。 據(jù)題知，，，代入公式(2－1－17)計(jì)算得C=5，將C=5和TS=1ms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，將代入公式(2－1－18)計(jì)算得，這將使地震儀可記錄的最高地震信號(hào)頻率達(dá)到250Hz，因而，可使地震儀的勘探分辨率提高一倍。如果只是減少采樣周期而不改變抗混疊濾波器截止頻率，將代入公式(2－1－18)計(jì)算得，使地震儀可記錄的最高地震信號(hào)頻率仍然被限制在125Hz，因而地震儀的勘探分辨率仍然不能提高，這就使減少采樣周期的優(yōu)越性發(fā)揮不出來(lái)。 5、

7、多路測(cè)試系統(tǒng)什么情況下會(huì)出現(xiàn)串音干擾?怎樣減少和消除? 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)也出現(xiàn)在負(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。 為減小串音干擾，應(yīng)采取如下措施： ①減小Ri,為此模擬多路切換器MUX前級(jí)應(yīng)采用電壓跟隨器； ②MUX選用Ron極小、Roff極大的開關(guān)管； ③選用寄生電容小的MUX。 ④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。若采用分布式數(shù)據(jù)采集，則可從根本上消除串音干擾。因N=1代入公式（

8、2-1-51）計(jì)算得。 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)采集電路兩部分。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高系統(tǒng)接收弱信號(hào)的能力而設(shè)置的，放大的是連續(xù)電信號(hào)。主放大器設(shè)置在數(shù)據(jù)采集電路的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)，它是為了提高數(shù)據(jù)采集電路的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換范圍而設(shè)置的。 如果被測(cè)量的多路模擬信號(hào)都是恒定或變化緩慢的信號(hào)，而且多路信號(hào)的幅度也相差不大，也就是Vij隨i和j變化不大，那就沒有必要在采集電

9、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滿足(2-1-54)式即可。 如果被測(cè)量的多路模擬信號(hào)都是恒定或變化緩慢的信號(hào)，但是各路信號(hào)的幅度相差很大，也就是說(shuō)Vij不隨j變化，但隨i變化很大，那就應(yīng)在采集電路中設(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)采樣時(shí)，放大器就采用預(yù)先按(2-1-54)式選定的第i道的增益Ki進(jìn)行放大。 如果被測(cè)量的多路模擬信號(hào)是隨時(shí)間變化的信號(hào)，而且各路信號(hào)的幅度也不一樣。也就是說(shuō)，Vij既隨i變化，也隨j變化，那就應(yīng)在采集電路中設(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基本結(jié)構(gòu)?各

10、有何特點(diǎn)? 答： 微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)的模擬信號(hào)輸出通路的基本結(jié)構(gòu)按信號(hào)輸出路數(shù)來(lái)分，有單通道輸出和多通道輸出兩大類，多通道的輸出結(jié)構(gòu)主要有以下三種： 一、數(shù)據(jù)分配分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是每個(gè)通道配置一套輸入寄存器和D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)微型計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)總線分時(shí)地選通至各通道輸入寄存器，當(dāng)數(shù)據(jù)Dij選通至第i路輸入寄存器的同時(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)分配同步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)是在各路數(shù)據(jù)寄存器R1與D/A轉(zhuǎn)換器之間增設(shè)了一個(gè)緩沖寄存器R2。數(shù)據(jù)總線分時(shí)選通主機(jī)的輸出數(shù)據(jù)先后被各路數(shù)據(jù)寄存器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

11、時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出模擬量。 三、模擬分配分時(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(guò)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)可歸納為兩種分配方案。前兩種數(shù)據(jù)分配結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上也就是圖2-2-2(a)所示的“數(shù)字保持”方案；模擬分配結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上也就是圖2-2-2(b)所示的“模擬保持”方案。 8、為什么模擬輸出通道中要有零階保持?怎樣用電路實(shí)現(xiàn)? 答： 我們知道，模擬信號(hào)數(shù)字化得到的數(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)果再經(jīng)過(guò)D

12、/A轉(zhuǎn)換，也只能得到模擬信號(hào)波形上的一個(gè)個(gè)斷續(xù)的采樣點(diǎn)，而不能得到在時(shí)間上連續(xù)存在的波形。為了得到在時(shí)間上連續(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，可以有兩種簡(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“一階保持”方式；另一種方式是把每個(gè)采樣點(diǎn)的幅值保持到下一個(gè)采樣點(diǎn)，這種方式稱“零階保持”?！傲汶A保持”方式很容易用電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，“一階保持”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保持器。 零階保持器的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：一種是數(shù)字保持方式，即在D/A之前加設(shè)一個(gè)寄存器，讓每個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)在該寄存器中一直寄存到本路信號(hào)下個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)

13、為止，這樣D/A轉(zhuǎn)換器輸出波形就不是離散的脈沖電壓而是連續(xù)的臺(tái)階電壓。另一種是模擬保持方式，即在公用的D/A之后每路加一個(gè)采樣保持器，保持器將D/A轉(zhuǎn)換器輸出子樣電壓保持到本路信號(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)常采用模擬量輸出驅(qū)動(dòng)和數(shù)字量(開關(guān)量)輸出驅(qū)動(dòng)兩種方式，其中模擬量輸出是指其輸出信號(hào)(電壓、電流)可變，根據(jù)控制算法，使設(shè)備在零到滿負(fù)荷之間運(yùn)行，在一定的時(shí)間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)間來(lái)達(dá)到運(yùn)行控制目的。如根據(jù)控制算法，同樣要在T時(shí)間內(nèi)輸出能

14、量P，則可控制設(shè)備滿負(fù)荷工作時(shí)間t，即采用脈寬調(diào)制的方法，同樣可達(dá)到要求。 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，什么情況下需插接電壓跟隨器?什么情況下不需要?為什么? 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）的模擬電路中，當(dāng)前級(jí)電路的輸出阻抗不是遠(yuǎn)小于后級(jí)電路的輸入阻抗時(shí)，兩者之間需插接電壓跟隨器。因?yàn)殡妷焊S器的輸入阻抗極高而輸出阻抗極低，它插在兩者之間，既給前級(jí)提供極高的輸入阻抗，又給后級(jí)提高極低的輸出阻抗，這樣就能使前級(jí)饋送給后級(jí)的電壓最大。如果前級(jí)電路的輸出阻抗極低，或者后級(jí)的輸入阻抗極高，也就是說(shuō)，已經(jīng)滿足電壓傳輸最大的條件，兩

15、者之間就無(wú)需再插接電壓跟隨器。 11、試述開關(guān)量輸入輸出通道的基本組成。 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所示。 開關(guān)量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2-3-4所示。 圖2-3-1 圖2-3-4 12、單元電路連接時(shí)要考慮哪些問(wèn)題? 答： 組成測(cè)控系統(tǒng)的各單元電路選定以后，就要把它們相互連接起來(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，就必須認(rèn)真仔細(xì)地考慮各單元電

16、路之間的級(jí)聯(lián)問(wèn)題，如：電氣特性的相互匹配、信號(hào)耦合方式、時(shí)序配合等。 第3章 1、為什么常見的中小型微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)大多采用單片機(jī)? 答： 單片機(jī)是指將計(jì)算機(jī)的基本部件集成在一塊芯片上而構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)，單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、控制功能強(qiáng)、易擴(kuò)展、體積小。用單片機(jī)開發(fā)各類微機(jī)化產(chǎn)品，周期短、成本低，在計(jì)算機(jī)和儀器儀表一體化設(shè)計(jì)中有著一般微機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。正因?yàn)槿绱?，目前常見的微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)、特別是中型測(cè)控系統(tǒng)和便攜式測(cè)控儀器大多采用單片機(jī)。 2、指出圖3-1-6中存貯器和I/O接口尋址范圍。 答： P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2

17、 P2.1 P2.0 尋址范圍 2764 0 0 0 0000H~1FFFH 6116-1 1 0 8000H~87FFH 6116-2 1 1 8800H~8FFFH 8155RAM 0 0 0000H~00FFH 8155I/O 0 1 0100H~0105H 3、為什么803l單片機(jī)的引腳固定接低電平？ 答： 因?yàn)?03l單片機(jī)片內(nèi)無(wú)ROM，故應(yīng)將引腳固定接低電平，以迫使系統(tǒng)全部執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器程序。 4、假設(shè)給圖3

18、-2-2 ADC0809的模擬輸入端加2.5V直流電壓，試確定以下兩種情況下80C51單片機(jī)P0.0和P0.1讀取的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果分別是“0”還是“1”？（1）VREF(+)=+5V，VREF(-)=0V；（2）VREF(+)=+5V，VREF(-)=-5V。 解： （1）由題知，UR(+)=5V,UR(-)=0V,UX=2.5V,代入公式（3-2-1）或（3-2-2）計(jì)算得D7～D0=10000000。圖3-2-2中P0.0=D7=1 P0.1=D6=0 (2) 由題知，UR(+)=5V,UR(-)=-5V,UX=2.5V,代入公式（3-2-1）計(jì)算得D7～D0=11000000。

19、 圖3-2-2中P0.0=D7=1 P0.1=D6=1 5、在一個(gè)由8031單片機(jī)與一片ADC0809組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，ADC0809的8個(gè)輸入通道的地址為7FF8H～7FFFH,試畫出有關(guān)接口的電路圖，并寫出每隔1min輪流采集一次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。 參考程序如下： MAIN： MOV R0，#20H MOV R1，#00H MOV R2，#00H MOV R3，#50 MOV R7，#08H LOOP： MOV DPT

20、R，#7FF8H LOOP1： MOVX @DPTR，A MOV R6，#0AH DELAY： NOP NOP NOP DJNZ R6，DELAY MOVX A，@DPTR INC DPTR MOV R2，DPL MOV DPH，R0 MOV DPL，R1 MOVX @DPTR，A INC DPTR MOV R0，DPH MOV R1，DPL MOV DPH，#7FH MOV DPL，R2 DJNZ R7，LOOP1 LCALL

21、 DELAY1M ；延時(shí)1分鐘（子程序另外編寫） DJNZ R3，LOOP ………… 6、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 因的最大計(jì)數(shù)值為FFH即，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： 8、串行ADC與并行ADC有何異同？串行DAC與并行DAC有何異同？ 答： 串行ADC與并行ADC二者的

22、模數(shù)轉(zhuǎn)換原理相同，通常串行ADC是在并行ADC之后加一個(gè)并-串轉(zhuǎn)換電路構(gòu)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)換電路構(gòu)成的。 9、說(shuō)明圖3-3-8的工作原理及其改進(jìn)電路。 答： 圖3-3-8的工作原理是，當(dāng)單片機(jī)的P1.0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)是易引起強(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)的電弧干擾依然存在。徹底消

23、除電火花和電弧的干擾，可以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：1、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；2、段驅(qū)動(dòng)器所加段選碼都要通過(guò)譯碼從要顯示數(shù)字的BCD碼轉(zhuǎn)換得到，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方波信號(hào)，而且其顯示接口的譯碼驅(qū)動(dòng)電路與LED顯示接口的譯碼

24、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)顯示就是各位同時(shí)顯示。為此，各位LED數(shù)碼管的位選端應(yīng)連在一起固定接地(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)分別接一個(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，各位LED數(shù)碼管的段選端應(yīng)并接在一起，由同一個(gè)8位I/O口或鎖存器/驅(qū)動(dòng)器控制，而各位數(shù)碼管的位選端分別由相應(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)輪流輸出的

25、，要得到穩(wěn)定的顯示效果，必須不斷重復(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(shuō)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、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過(guò)上拉電阻接到+5V上，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。列線的電平如果為低，則行線電平為低；列線的電平如果為高，則行線的電平亦為高。將行、列線信號(hào)配合起來(lái)并做適當(dāng)?shù)奶幚恚湍艽_定閉合鍵即按下鍵的位置。

26、 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)，才調(diào)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）定時(shí)掃描工作方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)對(duì)鍵盤的掃描也可用定時(shí)掃描方式，即每隔一定的時(shí)間對(duì)鍵盤掃描一次。（3）中斷工作方式：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，如果無(wú)鍵按下，單片機(jī)將不理睬鍵盤。 14、何謂RS-232C的電平轉(zhuǎn)換？ 答： RS-232C的邏輯電平與一般微處理器的邏輯電平（TTL電平）是不一致的，因此在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須把微處理器的信號(hào)電平(TTL電平

27、)轉(zhuǎn)換為RS一232C電平，或者將RS一232C電平轉(zhuǎn)換為微處理器的信號(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(guò)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 15、RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的接口信號(hào)有哪幾類?說(shuō)明常用的幾根信號(hào)線的作用。 答： RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口上的信號(hào)線基本上可分為四類：數(shù)據(jù)信號(hào)(4根)、控制信號(hào)(12根)、定時(shí)信號(hào)(3根)和地(2根)。常用的幾根信號(hào)線是： TXD ——“發(fā)送數(shù)據(jù)”、RXD ——

28、“接收數(shù)據(jù)”、RTS ——“請(qǐng)求發(fā)送”、DSR ——“數(shù)據(jù)裝置就緒”和信號(hào)地 16、試比較RS-232C與RS-422、RS-423連接方式和傳輸特性的主要差別。 答： 連接方式比較如下： 傳輸特性的主要差別： RS-232C RS-422 RS-423 最大電纜長(zhǎng)度 15m 600m 1200m 最大數(shù)據(jù)率 20Kb/s 300Kb/s 10Mb/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)有何好處？ 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。這個(gè)集合定義了各引線的信號(hào)、電氣、機(jī)械特性

29、，可以組成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信息通道，把計(jì)算機(jī)和測(cè)控系統(tǒng)的各組成部分連成一個(gè)整體以便彼此間進(jìn)行信息交換。 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交換，這種信息交換必須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、可靠性和可維護(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)成本。 2、 測(cè)控總線包括哪些類型？ 答：目前常用的測(cè)控總線是，與計(jì)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)箱與計(jì)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VMEbus Extensi

30、on for Instrumentation 的縮寫。VXI總線是在VME計(jì)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 lnstrumentation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)箱與計(jì)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)箱與計(jì)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(General 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)域得到了最為廣泛的應(yīng)用，至今還是儀器、儀表及測(cè)控系統(tǒng)與計(jì)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)出接口消息，如各種命令、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)出的儀器儀表消息的設(shè)備。 第5章 1、微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中為什么要對(duì)A/D轉(zhuǎn)換

32、得到的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理？ 答： 如果只考慮微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的“測(cè)量通道”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)生過(guò)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 在理想情況下，只要知道標(biāo)準(zhǔn)輸入X1產(chǎn)生的測(cè)量數(shù)據(jù)D1 ,我們就可從任一測(cè)量數(shù)據(jù)D準(zhǔn)確地推算出其對(duì)應(yīng)的被測(cè)非電量X: 然而，實(shí)際情況并沒有這樣簡(jiǎn)單。系統(tǒng)本身的參數(shù)S、M、E可能會(huì)隨時(shí)間漂移，傳感器電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)S還可能隨被測(cè)非電量變化也有微小變化即存在

33、一定程度非線性，如果我們依然按照上式來(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，我們必須對(duì)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，消除誤差因素，或者說(shuō)進(jìn)行誤差校正，其目的就是盡可能準(zhǔn)確地計(jì)算出實(shí)際的被測(cè)非電量。 2、試述零位誤差和靈敏度誤差的校正方法。 答： 零位誤差的硬件校正方法是設(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法是調(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)，但最常見的靈敏度調(diào)整方法還是調(diào)整決定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

34、誤差的軟件校正方法是按照誤差校正公式編寫專門的計(jì)算子程序，將最近執(zhí)行“誤差校準(zhǔn)”操作獲得的最新的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)(X1、D1)、(X2、D2)存入內(nèi)存，每次測(cè)量后就調(diào)用該計(jì)算子程序，從輸出讀數(shù)D計(jì)算出被測(cè)量X。 3、為什么要切換量程?怎樣實(shí)現(xiàn)量程切換? 答： 為了擴(kuò)大測(cè)量范圍并保持一定的測(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)量的重要組成部分，它使測(cè)量過(guò)程自動(dòng)迅速地選擇在最佳量程上，這樣既能防止數(shù)據(jù)溢出和系統(tǒng)過(guò)載，又能保證一定的測(cè)量精度。 根據(jù)量程（上限）值的計(jì)算公式

35、 要改變量程值，可以有改變傳感器靈敏度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三種方法，其中改變總增益K的方法最常用。 4、在圖5-5-1(d)中，什么情況下，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可以直接送去顯示?什么情況下不可以?為什么? 答： 只有適當(dāng)選擇和調(diào)整放大器增益K使它滿足以下條件： 才可將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果直接送去顯示。因?yàn)闈M足該條件時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果Di與被測(cè)量xi的數(shù)值Ni相等，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果就可作為被測(cè)量的數(shù)值

36、直接送去顯示或打印。如果上述條件不滿足，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果Di與被測(cè)量xi的數(shù)值Ni不相等，不可以直接作為被測(cè)量xi的數(shù)值送去顯示。 5、溫度傳感器量程范圍是200～800℃，在某一時(shí)刻微處理器取樣并經(jīng)數(shù)字濾波后的數(shù)字量為CDH，求此時(shí)的溫度。 解： 溫度傳感器輸出的是電壓信號(hào)，微處理器取樣并經(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)字上并不相同。要從模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)求得溫度的數(shù)字，需經(jīng)過(guò)標(biāo)度變換。 由題意可知， ，， ，， 將以上數(shù)據(jù)代入公式（4-5-10），計(jì)算得此時(shí)的溫度為 ℃ 微機(jī)調(diào)用按照公式（4-5-

37、10）算法編制的軟件程序計(jì)算出溫度值，即可送顯示器顯示出來(lái)。 6、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況下，從A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)計(jì)算出顯示數(shù)據(jù)的方法一樣嗎?為什么? 答： 不一樣。圖5-5-1(d)中采用線性傳感器的情況下，測(cè)量通道一般也是線性的，可以采用線性通道的標(biāo)度變換方法，從A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)計(jì)算出顯示數(shù)據(jù)。圖4-5-1(d)中采用非線性傳感器的情況下，測(cè)量通道就不是線性的，在這種情況下測(cè)量通道的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果Di與被測(cè)量xi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)度變換方法，應(yīng)該采用非線性通道的標(biāo)度變換方法即非線性校正方法。 7、與硬件濾波器相比較，采用數(shù)

38、字濾波方法來(lái)克服隨機(jī)誤差有何優(yōu)點(diǎn)? 答： 與硬件濾波器相比較，采用數(shù)字濾波克服干擾，具有如下優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省硬件成本、可靠穩(wěn)定、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)輸入通道中使用的頻率濾波難免濾去頻率與干擾相同的有用信號(hào)，使這部分有用信號(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)字濾波只是把已采集存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)讀出來(lái)進(jìn)行數(shù)字濾波，只“讀”不“寫”就不會(huì)破壞采集得到的原始數(shù)據(jù)。 8、常用的數(shù)字濾波算法有哪些?它們各自對(duì)哪種干擾有效？ 答： 常見的數(shù)字濾波方法有（1）算術(shù)平均濾波法：一般適用于具有隨機(jī)干擾的信號(hào)的濾波。（2）移動(dòng)平均濾波法：對(duì)周期性

39、干擾有良好的抑制作用，平滑度高，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）中位值濾波法：能有效地克服因偶然因素引起的波動(dòng)干擾。對(duì)溫度、液位等變化緩慢的被測(cè)參數(shù)能收到良好的濾波效果。但對(duì)流量、速度等快速變化的參數(shù)一般不宜采用此法。（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)重的場(chǎng)合，干擾將會(huì)“平均”到結(jié)果中去，故上述兩種平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的誤差，這時(shí)可采用去極值平均值濾波法。 第6章 1、試述P、PI、PD控制規(guī)律的特點(diǎn)以及連續(xù)PID算式離散化的方法。 答： P控制規(guī)律的特點(diǎn)是根據(jù)給定值與實(shí)現(xiàn)輸出值的偏差的比例確定對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制

40、的控制量，即 PI控制規(guī)律的特點(diǎn)是根據(jù)給定值與實(shí)現(xiàn)輸出值的偏差的比例和積分確定對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的控制量，即 PD控制規(guī)律的特點(diǎn)是根據(jù)給定值與實(shí)現(xiàn)輸出值的偏差的比例和微分確定對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的控制量，即 連續(xù)PID算式離散化處理的方法是把r(t),e(t),u(t),c(t)在第n次采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)分別用r(n),e(n),u(n),c(n)表示，偏差的數(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 這樣，連續(xù)PID算式便可離散化為以下差分方程 2、位

41、置型PID和增量型PID有什么區(qū)別和聯(lián)系？增量型PID有什么優(yōu)點(diǎn)？ 答： 位置型PID和增量型PID控制算法的兩種表達(dá)式分別為： 位置型算法 增量型算法 利用增量型算法，可得出位置型算法的遞推形式 增量型算法與位置型算法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)增量型算法不需要做累加，控制量增量的確定僅與最近幾次誤差采樣值有關(guān)，計(jì)算誤差或計(jì)算精度問(wèn)題對(duì)控制量的計(jì)算影響較小。而位置型算法要用到過(guò)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，只輸出閥門開度的變化部分，誤動(dòng)作影響小，必要時(shí)通過(guò)邏輯判斷限制或禁止本

42、次輸出，不會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作。 (3)采用增量型算法，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)，欲用數(shù)字PID實(shí)現(xiàn)之，設(shè)采樣周期，試分別寫出相應(yīng)的位置型和增量型PID算法表達(dá)式。 解： 本題給出的傳遞函數(shù)為 將本題給出的傳遞函數(shù)與公式（5-1-3）對(duì)比可知，該模擬控制器的，，，又已知，將這些參數(shù)代入公式（5-1-7）得位置型PID算法表達(dá)式 將這些參數(shù)代入公式（5-1-18）得，，，再代入公式（5-1-17）得位置型PID算法表達(dá)式 4、完

43、全微分型PID算式有何不足之處?為什么可采用不完全微分型算式來(lái)克服？ 答： 由圖5-2-2（b）可見，完全微分型PID算式的不足之處是，在階躍輸入的作用下，微分項(xiàng)輸出急劇增加，接著又急劇下降為零，因此容易引起控制過(guò)程的振蕩，導(dǎo)致調(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)生的輸出是按指數(shù)規(guī)律逐漸下降的，最終衰減為零，因而系統(tǒng)輸出變化比較緩慢，不易引起振蕩。 5、何謂積分飽和?其影響如何?具體說(shuō)明防止積分飽和的方法。 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)引起積分過(guò)量。這是由于在偏差始終存

44、在的情況下，輸出u(n)將達(dá)到上、下極限值。此時(shí)雖然對(duì)u(n)進(jìn)行了限幅，但積分項(xiàng)仍在累加，從而造成積分過(guò)量。當(dāng)偏差方向改變后，因積分項(xiàng)的累積值很大，超過(guò)了輸出值的限幅范圍，故需經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，輸出u(n)才脫離飽和區(qū)。這樣就造成調(diào)節(jié)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)引起的過(guò)積分作用稱為積分飽和現(xiàn)象。 防止積分飽和的方法有三種： 1）積分限幅法 積分限幅法的基本思想是當(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)的輸出取上一時(shí)刻的積分值。 2）積分分離法 積分分離法的基本思想是在偏差大時(shí)不進(jìn)行積分，僅當(dāng)偏差的絕對(duì)值小于一預(yù)定的門限值ε時(shí)才進(jìn)行積分累積

45、。這樣既防止了偏差大時(shí)有過(guò)大的控制量，也避免了過(guò)積分現(xiàn)象。 3）變速積分法 變速積分法的基本思想是在偏差較大時(shí)積分慢一些，作用相對(duì)弱一些；而在偏差較小時(shí)，積分快一些，作用強(qiáng)一些，以盡快消除靜差。 6、在數(shù)字PID中，采樣周期是如何確定的？選擇采樣周期應(yīng)考慮哪些因素？ 答： 依據(jù)采樣定理，采樣周期的上限值，應(yīng)為信號(hào)頻率組分中最高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)丟失部分信息，從而使控制質(zhì)量變差。 一般來(lái)說(shuō)，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)間。 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）給定值的變化頻率 加到被控對(duì)象上的給

46、定值變化頻率越高，采樣頻率應(yīng)越高，即T應(yīng)越小，以使給定值的改變通過(guò)采樣迅速得到反映，而不致在隨動(dòng)控制中產(chǎn)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)象變化較快的場(chǎng)合，T應(yīng)取得較小。另外尚需考慮干擾的情況，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)能迅速得到校正。 3）使用的算式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型 采樣周期太小，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)采樣周期小到一定程度時(shí)，前后兩次采樣的差別反映不出來(lái)，使調(diào)節(jié)作用因此而減弱。此外，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)，否則執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)不及反應(yīng)數(shù)字控制器輸出值的

47、變化。 4）控制的回路數(shù) 一般來(lái)講，考慮到計(jì)算機(jī)的工作量和各個(gè)調(diào)節(jié)回路的計(jì)算成本，要求控制的回路較多時(shí)，相應(yīng)的采樣周期越長(zhǎng)，以使每個(gè)回路的調(diào)節(jié)算法都有足夠的時(shí)間來(lái)完成。 第7章 1、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，以及系統(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。 2、試述一鍵一義鍵盤管理的實(shí)現(xiàn)方法。 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)只要根據(jù)當(dāng)前按鍵的編碼把程序直接轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的處理模塊的入口，而無(wú)需知道在此以前的按鍵情況

48、。 鍵盤信號(hào)的獲得有三種方法：第一種是單純查詢法。主程序用掃描鍵盤等手段來(lái)獲取鍵盤信息。微處理器(機(jī))周而復(fù)始地掃描鍵盤，當(dāng)發(fā)現(xiàn)按鍵時(shí)，首先判別是命令鍵還是數(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，則根據(jù)按鍵讀數(shù)查閱轉(zhuǎn)移表，以獲得處理子程序的入口。處理子程序執(zhí)行完后繼續(xù)掃描鍵盤。第二種辦法是中斷方法，按下任何鍵都引起一個(gè)中斷請(qǐng)求，鍵碼分析過(guò)程放在中斷子程序中，這種方法需獨(dú)自占用一個(gè)外部中斷源。第三種辦法是定時(shí)查詢方法，每隔一定時(shí)間查詢一次鍵盤，由于時(shí)間間隔通常很短，對(duì)于操作者來(lái)說(shuō)鍵盤的響應(yīng)是實(shí)時(shí)的，鍵盤的查詢過(guò)程安排在定時(shí)中斷程序中完成。 3、何謂中斷？何謂中

49、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)，由于出現(xiàn)了內(nèi)部或外部事件或者是程序事先安排的事件，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，待處理完畢后，返回到被暫時(shí)中斷的程序接著往下執(zhí)行，這個(gè)過(guò)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：過(guò)程通道、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、面板按鍵、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)者要根據(jù)測(cè)控系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，確定多個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)，以便區(qū)別輕重緩急在軟件上作出相應(yīng)處理。通常，當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)提出申請(qǐng)時(shí)，主機(jī)要識(shí)別出哪些中

50、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)別高的中斷請(qǐng)求。另外，當(dāng)CPU在處理中斷時(shí)，還要能響應(yīng)更高級(jí)的中斷請(qǐng)求，而屏蔽掉同級(jí)或較低級(jí)的中斷請(qǐng)求。這就要求設(shè)計(jì)者精心安排多中斷源的級(jí)別及響應(yīng)時(shí)間，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)定時(shí)的方法有哪幾種？ 答： 有三種。1）硬件方法，是采用可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口電路(如CTC 8253)以及單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)電路；2）軟件方法，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)合的方法。 5、如何實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作以及手—自動(dòng)之間的無(wú)擾動(dòng)切換? 答： 微機(jī)化控制系統(tǒng)的基本工作方式是自動(dòng)控制。但在系統(tǒng)調(diào)試、測(cè)試和系統(tǒng)投

51、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，改由面板上的輸出加、減兩鍵來(lái)調(diào)整輸出值。在進(jìn)行手-自動(dòng)切換時(shí)，必須保證無(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)輸出控制值單元，作為當(dāng)前輸出控制量的映象，無(wú)論是手操還是自動(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。這樣就用極其簡(jiǎn)單的方法實(shí)現(xiàn)了無(wú)擾動(dòng)切換。 6、為什么微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)要具備自檢功能?自檢方式有哪幾種?常見自檢內(nèi)容有哪些? 答： 自檢就是利用事先編制的程序?qū)y(cè)控系統(tǒng)的主要部件進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，以確定是否有故障以及故障的

52、內(nèi)容和位置。自檢是微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)具備的基本功能之一，也是提高可靠性和可維護(hù)性的重要手段之一。 一般地講，故障診斷的基本原理是對(duì)被測(cè)部件輸入一串?dāng)?shù)據(jù)——試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后觀察相應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，并對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行分析，確定故障的內(nèi)容和位置。試驗(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)在故障診斷前準(zhǔn)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)位之后進(jìn)行）、周期性自檢（運(yùn)行過(guò)程中，間斷插入自檢操作）、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(guò)該鍵來(lái)啟動(dòng)一次自檢過(guò)程）。 一般來(lái)說(shuō)，常見自檢內(nèi)容包括ROM、RAM、總線、顯示器、鍵盤以及測(cè)量電路等

53、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，使用和維修就越方便，但相應(yīng)的硬件和軟件也越復(fù)雜。 第8章 1、電路輸入阻抗高，是否容易接收高頻噪聲干擾?為什么? 答： 電路輸入阻抗高，是容易接收高頻噪聲干擾。因?yàn)殡娐匪邮盏母哳l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。 2、接地方式有幾種?各適用于什么情況? 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)，在高頻情況下，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忽視的。當(dāng)?shù)鼐€的長(zhǎng)度等于信

54、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)極高阻抗，變成一個(gè)發(fā)射天線，將對(duì)鄰近電路產(chǎn)生嚴(yán)重的輻射干擾。 多點(diǎn)接地方式多用于高頻系統(tǒng)。多點(diǎn)接地不能用在低頻系統(tǒng)中，因?yàn)楦鱾€(gè)電路的地電流流過(guò)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)傳輸線屏蔽層接地點(diǎn)應(yīng)怎樣選擇? 答： 當(dāng)放大器接地而信號(hào)源浮地時(shí)，屏蔽層的接地點(diǎn)應(yīng)選在放大器的低輸入端，此時(shí)出現(xiàn)在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，此時(shí)出現(xiàn)在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)怎樣避免? 答： 當(dāng)信號(hào)源和系統(tǒng)地都接大地時(shí)，

55、兩者之間構(gòu)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)接地點(diǎn)之間存在電位差——地電壓。由等效電路下圖（b）可見，地電壓在系統(tǒng)的兩輸入端將形成干擾電壓，而且大小幾乎接近，因此其影響不可忽略。 為了避免形成接地環(huán)路產(chǎn)生干擾，應(yīng)改為一點(diǎn)接地，并保持信號(hào)源與地隔離，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非常大，地電壓在系統(tǒng)的兩輸入端將形成干擾電壓將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，比信號(hào)源接地時(shí)的干擾電壓大有改善。 此外，也可采用隔離變壓器、縱向扼流圈、光電耦合器來(lái)切斷接

56、地環(huán)路。 5、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)可抵消高頻干擾磁場(chǎng)，從而達(dá)到電磁屏蔽的目的。磁屏蔽是，用高導(dǎo)磁材料(例如玻莫合金)制成屏蔽罩，使低頻磁場(chǎng)干擾的磁力線大部分在屏蔽罩內(nèi)構(gòu)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

57、罩、屏蔽柵網(wǎng)、屏蔽銅箔、隔離倉(cāng)和導(dǎo)電涂料等。 6、為什么長(zhǎng)線傳輸大都采用雙絞線傳輸? 答： 在遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)那闆r下，如果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，各方面處于基本相同的條件，因此有很好的平衡特性。而且雙絞線對(duì)電感耦合噪聲有很好的抑制作用。 7、為什么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)，輸入和輸出部分能否共用電源?為什么? 答： 光耦合器由一只發(fā)光二極管和一

58、只光電晶體管裝在同一密封管殼內(nèi)構(gòu)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—光—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100Ω～1000Ω之間，而干擾源的內(nèi)阻一般很大，通常為Ω。根據(jù)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。即使有時(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(guò)一定強(qiáng)度的電流才能發(fā)光，光電晶體管也只在一定光強(qiáng)下才能工作，

59、因此，即使電壓幅值很高的干擾，由于沒有足夠的能量而不能使二極管發(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0.5～2PF，而絕緣電阻又非常大，通常為Ω，因此光耦合器一邊的各種干擾噪聲都很難通過(guò)光耦合器饋送到另一邊去。 在光電耦合器的輸入部分和輸出部分必須分別采用獨(dú)立的電源，如果兩端共用一個(gè)電源，則光電耦合器的隔離作用將失去意義。 8、什么叫“共地”?什么叫“浮地”?各有何優(yōu)缺點(diǎn)? 答： 如果系統(tǒng)地與大地絕緣，則該系統(tǒng)稱為浮地系統(tǒng)。浮地系統(tǒng)的系統(tǒng)地不一定是零電位。如果把系統(tǒng)地與大地相連，則該系統(tǒng)稱為共地系統(tǒng)，共地系統(tǒng)的系統(tǒng)地與大地電位相同。這里所說(shuō)的“大地”就

60、是指地球。 常用的工業(yè)電子控制裝置宜采用共地系統(tǒng)，它有利于信號(hào)線的屏蔽處理，機(jī)殼接地可以免除操作人員的觸電危險(xiǎn)。浮地的優(yōu)點(diǎn)是明顯地加大系統(tǒng)的信號(hào)放大器公共線與地(或外殼)之間的阻抗，阻斷干擾電流的通路，減少了共模干擾電流。缺點(diǎn)是設(shè)備不與大地連接，容易出現(xiàn)靜電積累現(xiàn)象，增加操作人員的觸電危險(xiǎn)。 9、何謂“共模干擾”?何謂“差模干擾”?應(yīng)如何克服? 答： “共模干擾”是相對(duì)于公共的電位基準(zhǔn)點(diǎn)，在系統(tǒng)的接收電路的兩個(gè)輸入端上同時(shí)出現(xiàn)的干擾?！安钅８蓴_”是指能夠使接收電路的一個(gè)輸入端相對(duì)于另一輸入端產(chǎn)生電位差的干擾。由于這種干擾通常與輸入信號(hào)串聯(lián)，因此也稱之為“串模干擾”。 在電路兩個(gè)輸入

61、端對(duì)地之間出現(xiàn)的共模噪聲電壓，將在輸出端形成與輸出信號(hào)電壓存在的形式相同的電壓，其值為 由上式可見，要抑制共模干擾，必須從兩方面著手，一方面要設(shè)法減少共模電壓，另一方面要設(shè)法減少共模增益Kc或提高共模抑制比CMRR。抑制共模干擾主要技術(shù)有：接地技術(shù)、屏蔽技術(shù)、隔離技術(shù)、浮置技術(shù)、浮動(dòng)電容切換法等。 抑制差模干擾的主要技術(shù)有：頻率濾波法、積分法、電平鑒別法、脈寬鑒別法等。 10、如何抑制來(lái)自電源與電網(wǎng)的干擾? 答： 采用電源濾波和退耦技術(shù)、采用不間斷電源和開關(guān)式直流穩(wěn)壓電源、系統(tǒng)分別供電和采用電源模塊單獨(dú)供電、供電系統(tǒng)饋線要合理布線。 11、在印制電路

62、板上用地線隔開輸入與輸出線能抑制干擾嗎?為什么? 答： 能。由于輸出線平行于輸入線，存在寄生電容，將引起寄生耦合。輸入線和輸出線用地線隔開后，起到屏蔽作用，消除了寄生電容和寄生反饋，因此這種布線形式能抑制干擾。 12、何謂軟件抗干擾技術(shù)?它包括哪些方法? 答： 軟件抗干擾技術(shù)是采樣軟件的方法消除信號(hào)受到的干擾或（和）在系統(tǒng)受干擾后使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。軟件抗干擾技術(shù)包括兩方面主要內(nèi)容，其一是采取軟件的方法抑制疊加在模擬輸入信號(hào)上噪聲對(duì)數(shù)據(jù)采集結(jié)果的影響，如數(shù)字濾波器技術(shù)；其二是由于干擾而使運(yùn)行程序發(fā)生混亂，導(dǎo)致程序亂飛或陷入死循環(huán)時(shí)，采取使程序納入正規(guī)的措施，如軟件冗余、軟件陷阱、“看

63、門狗”技術(shù)。這些方法可以用軟件實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)。 13、何謂“指令冗余”？何謂“軟件陷阱”? 答： 為了使“亂飛”程序在程序區(qū)迅速納入正軌，應(yīng)該多用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵地方人為地插入一些單字節(jié)指令NOP，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫，稱之為“指令冗余”。 “軟件陷阱”就是用引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲到的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H，在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的程序，使程序納入正軌。 14、何謂“看門狗”技術(shù)?有哪些實(shí)現(xiàn)方法? 答： PC受到干擾而失控，引起程序亂飛，也可能使程序陷入“死循環(huán)”。為使失控的程序擺脫“死循環(huán)”的困境，通常采用“看門狗”技術(shù)

64、(Watchdog)。“看門狗”技術(shù)(Watchdog)實(shí)質(zhì)上是程序監(jiān)視技術(shù)。測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用程序往往采用循環(huán)運(yùn)行方式，每一次循環(huán)的時(shí)間基本固定?！翱撮T狗”技術(shù)就是不斷監(jiān)視程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)時(shí)間超過(guò)已知的循環(huán)設(shè)定時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入了“死循環(huán)”，然后強(qiáng)迫程序返回到0000H入口，在0000H處安排一段出錯(cuò)處理程序，使系統(tǒng)運(yùn)行納入正規(guī)。 “看門狗”技術(shù)既可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)，還可由兩者結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。 第9章 1、微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求有哪些? 答： 基本要求有：達(dá)到或超過(guò)技術(shù)指標(biāo)，盡可能提高性能價(jià)格比，適應(yīng)環(huán)境、安全可靠，便于操作和維護(hù)。 2、研制一臺(tái)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)大

65、致分為幾個(gè)階段 答： 研制一臺(tái)微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)大致分為三個(gè)階段：確定任務(wù)、擬制系統(tǒng)方案，硬件和軟件的研制，聯(lián)機(jī)總調(diào)、性能測(cè)定。 3、目前多數(shù)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)采用幾位微處理器?為什么？ 答： 目前多數(shù)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)采用8位微處理器。因?yàn)?位微處理器既可用于數(shù)據(jù)處理，也可用于控制。適應(yīng)范圍廣，價(jià)格也不高，故為目前多數(shù)微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)所采用。 4、怎樣選擇元器件? 答： 選擇元器件時(shí)一般要注意如下幾點(diǎn)： 1）要根據(jù)元器件所在電路對(duì)該器件的技術(shù)要求來(lái)選擇元器件，在滿足技術(shù)要求的前提下盡可能選擇價(jià)格低的元器件。 2）盡可能選用集成組件而不選用分立元件以便簡(jiǎn)化電路，減少體積，提高可靠性。 3）為

66、減少電源種類，盡可能選用單電源供電的組件，避免選用要求特殊供電的組件。對(duì)只能采用電池供電的場(chǎng)合，必須選用低功耗器件。 4）元器件的工作溫度范圍應(yīng)大于所使用環(huán)境的溫度變化范圍。 5）系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。 5、簡(jiǎn)要敘述硬件研制過(guò)程和軟件研制過(guò)程。 答： 硬件電路研制過(guò)程 軟件研制過(guò)程 6、何謂模塊化編程?如何劃分模塊? 答： 所謂“模塊”就是指一個(gè)具有一定功能、相對(duì)獨(dú)立的程序段，這樣一個(gè)程序段可以看作為一個(gè)可調(diào)用的子程序。所謂“模塊化”編程，就是把整個(gè)程序按照“自頂向下”的設(shè)計(jì)原則，從整體到局部再到細(xì)節(jié)，一層一層分解下去，一直分解到最下層的每一模塊能容易地編碼時(shí)為止。 如何劃分模塊，至今尚無(wú)公認(rèn)的準(zhǔn)則，大多數(shù)人是憑直覺，憑經(jīng)驗(yàn)，憑借一些特殊的方法來(lái)構(gòu)成模塊，下面給出的一些原則對(duì)編程將會(huì)有所幫助。 (1)模塊不宜分得過(guò)大或過(guò)小。通常認(rèn)為20行到50行的程序段是長(zhǎng)度比較合適的模塊。 (2)模塊必須保證獨(dú)立性，即一個(gè)模塊內(nèi)