计算机控制技术第二章习题答案整理及详解(2013.04.26修改版SK).doc

第2章 习题参考答案
1.什么是接口、接口技术和过程通道？
答：
接口是计算机与外设交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何减缓信息的技术。
过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。
2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA总线工业控制机接口，设计8路数字量（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：
74LS244
数字量输入接口
1A1
1A2
1A3
1A4
1A5
1A6
1A7
1A8
1Y1
1Y2
1Y3
1Y4
1Y5
1Y6
1Y7
1Y8
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
1

PC总线

*IOR(*RD)_

设片选端口地址为port
MOV DX,port MOV DPTR,PORT
MOVX A,@DPTR
IN AL,DX

数字量输出接口
RESET
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
Q6
Q7
Q8
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
1

输出信号
PC总线

(*WR)

MOV AL,DATA MOV A,DATA
MOV DX，port MOV DPTR,PORT
OUT DX,AL MOVX @DPTR,A
3.用8位A/D转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。
M
P0.2
P0.1
P0.0
RD*
WR*
P0.7~P0.0

EA* ALE
P3.2
地
址
锁
存
器
译
码
器
OE

START
ALE

CLOCK
EOC
M

+
+
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
A
B
C
F0H

答：

D0

D7
;;;

1

程序：
ORG 0000H
MOV R0，#30H ；数据区起始地址存在R0
MOV R6，#08H ；通道数送R6
MOV IE，#84H ；开中断
SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方式
MOV R1，#0F0H ；送端口地址到R1
NEXT：MOVX @R1，A ；启动A/D转换
LOOP:SJMP LOOP
INC R0
INC R1
DJNZ R6，NEXT ；8路采样未接受，则转NEXT
CLR EX1 ；8路采样结束，关中断
END
中断服务程序：
ORG 0003H ；外中断1的入口地址
AJMP 1000H ；转中断服务程序入口地址
ORG 1000H
MOVX A，@R1 ；读入A/D转换数据
MOV @R0，A ；将转换的数据存入数据区
RETI ；中断返回

ORG 0000H
MOV R1，#30H
MOV R2，#0F0H
A1: MOV DPTR, R2
MOVX @DPTR, A
LOOP: JNB P3.2 , LOOP
MOVX A, @DPTR
MOV @R1，A
INC R2
INC R1
CJNE R2, 0F7H, A1
END
4.用12位A/D转换器AD574与PC/ISA总线工业控制机接口，实现模拟量采集。请画出接口电路原理图，并设计出A/D转换程序。
答：

A/D转换的程序如下：

MOV DX,1FF0H
OUT DX,AL ；启动A/D转换
PUSH AX
PUSH BX
PUSH CX
STI
LOOP1：JMP LOOP1
CLI
POP CX
POP BX
POP AX
LEA DI, BUF ；置数据存储区指针
MOV CL, 4
SHR AX, CL ；得到转换后的12位数据
MOV [DI], AX ；将得到的数据存入数据存储区
END
中断服务程序：
MOV DX,1FF2H ；读高8位数据
IN AL,DX
MOV AH,AL
MOV DX,1FF3H ；读低4位数据
IN AL,DX
RET

ORG 0000H
MOV DPTR，#1FF0H ;外设地址为16位只能用DPTR
MOVX @DPTR,A ;访问外设只能用累加器A
PUSH A
PUSH B
PUSH C
ORG 0013H；外部中断1入口地址
LJMP PINT1
SETB IT1
SETB EX1

LOOP1: SJMP LOOP1
CLR
POP C
POP B
POP A
;感觉很麻烦的样子
MOV A,@R1 ;低4位送A
RR A
RR A
RR A
RR A
MOV R0 , A
DEC R1
MOV A, @R1 ;高8位送A
ANL A, 0FH ;屏蔽高4位
RL A
RL A
RL A
RL A
ORL A, R0 ;合并低8位
INC R1
MOV @R1 , A ;处理好后覆盖原低4位
DEC R1
MOV A , @R1
ANL A , 0F0H
RR A
RR A
RR A
RR A
MOV @R1 , A
END

中断服务程序：
MOV R1 , #30H ;先设置个内存起始单元
MOVX A, @DPTR
MOV @R1，A
INC R1
INC DPTR ;读取AD574低4位要改变引脚A0的电平
MOVX A, @DPTR
MOV @R1，A
RETI

5.请分别画出一路有源I/V变换电路和一路无源I/V变换电路图，并分别说明各元器件的作用。
答：

无源I/V变换电路
无源I/V变换主要是利用无源器件电阻来实现，并加以滤波和输出限幅等保护措施。
输入0- 10 mA，输出为0 -5 V ，R1=100Ω，R2=500Ω
输入4 -20 mA，输出为1 - 5 V，R1=100Ω，R2=250Ω

输出限流，保护运放

R1

R3

R2

R4

R5
C

I
V
输入阻抗低，输出阻抗低
V=G*R1*I
+
_
A

有源I/V变换电路
有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器、电阻来实现。
输入0 ~ 10 mA ，输出0 ~ 5 V：R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ
输入4 ~ 20 mA ，输出1 ~ 5 V：R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ
6.什么是采样过程、量化、孔径时间？
答：
采样过程：按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号转变成在时刻0，T，2T、、、、、、kT 的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程。
量化：采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。
孔径时间：在模拟输入通道中，A/D转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间，完成一次A/D转换所需要的时间成为孔径时间。
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：
为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。并不是所有的模拟量输入通道都需要采样保持器的，因为采样保持器是为了防止在A/D转换之前信号就发生了变化，致使A/D转换的结果出错，所以只要A/D转换的时间比信号变化的时间短就不需要。
8. 一位8位A/D转换器，孔径时间为100us。如果要求转换误差在A/D转换精度（0.4%）内，求允许转换的正弦波模拟信号的最大频率是多少？
答： P41
9. 试8255A、AD574、LF398、CD4051和PC/ISA总线工业控制机接口，试设计出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。

100Ω
100KΩ
:::
PA7
PA3
PA2
PA1
PA0
PB7
8255A
PB0
PC6
PC5
PC4
PC3
PC2
PC1
PC0
:::
12/8* VL
STS
DB11 BIPOFF
DB10
DB9
DB8 PEFIN
DB7 PEFOUT

DB0 10VIN
CE
CS*
R/C* AGND
DGND A0

:::
+5V
100Ω
:::
PA7
PA3
PA2
PA1
PA0
PB7
8255A
PB0
PC6
PC5
PC4
PC3
PC2
PC1
PC0
:::
12/8* VL
STS
DB11 BIPOFF
DB10
DB9
DB8 PEFIN
DB7 PEFOUT

DB0 10VIN
CE
CS*
R/C* AGND
DGND A0

:::
+5V
100KΩ

+12V
-12V
4398
+15V
-15V
VDD VEE
X

INH X0
C
B X7
A
VSS
:::
V7
V0
:::

程序流程图如下：

8路模拟量数据采集程序如下：
AD574A PROC NEAR
CLD
LEA DI,BUF
MOV BL,00000000B; 令CE，CS, R/C, INH=0,初始化
MOV CX,8
ADC: MOV DX,2C2H ; C口地址
MOV AL,BL
OUT DX,AL; 选择多路开关X0，STS=0, LF398采样
NOP
NOP
OR AL,01000000B； 令CE=1, 启动转换A/D
OUT DX,AL；
AND AL,10111111B； 令CE=0, 形成启动脉冲
OUT DX,AL；
MOV DX,2C0H; A口地址
PULLING：IN AL,DX ； 测试STS，看转换是否结束
TEST AL,80H
JNZ PULLING ；转换期间 STS＝1，LF398保持
MOV AL,BL；
OR AL,00010000B; 转换结束，令R/C＝1，准备读
MOV DX,2C2H;
OUT DX,AL
OR AL,01000000B;令 CE, R/C＝1，开始读
MOV DX,2C0H ; 读A口高4位
IN AL,DX
AND AL,0FH
MOV AH,AL ；高4位存在AH
INC DX; 读B口低8位
IN AL,DX ；低8位存在AL
STOSW; 数据存储
INC BL ; 更换通道
LOOP ADC
MOV AL,00111000B; CE=0，CS, R/C, INH=1, 芯片复位
MOV DX,2C2H
OUT DX,AL
RET
AD574A ENDP
10. 采用DAC0832和PC/ISA总线工业控制机接口。请画出接口电路原理图，并编写DA转换程序。
答：
DI0
…
DI7
Rfb
IOUT1
IOUT2
AGND

*XFER
*WR1
*WR2
VCC VREF
DGND
DAC0832
*CS
D0
…
D7

*CS
1
+5V
V0
IOW
ISA
总线

若DAC0832 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,BASE
MOV AL,7FH
OUT DX,AL
RET
单极性公式：

D为输入数字量，VREF为参考基准电压
11. 采用DAC1210和PC/ISA总线工业控制机接口，请画出接口电路原理图，并编写D/A转换程序。（双极性电压输出电路）
答：
接口电路原理图如下图所示：

设端口地址译码器译出Y0*地址为基地址7FF0H；
则D/A高8位地址为7FF1H，低8位地址为7FF0H
假设待转换数据为2FEH
D/A转换程序：
MOV DX，7FF1H
MOV AL，2F0H ；送高8位数据
OUT DX，AL
MOV DX，7FF0H
MOV AL，E0H ；送低4位数据
OUT DX，AL ；12位数据进行转换
RET
输出电压VOUT与输入数字量D之间的关系：

13.采用DAC0832、运算放大器、CD4051等元器件与PC/ISA总线工业控制机接口，设计8路模拟量输出系统，请画出接口电路原理图，并编写8路模拟量输出程序。
答：

DAC0832
+5V
-12V
+12V
+

_
+
1

D0

D7
IOW*
A15

A0
A1
A2

;;;
DI0

DI7
WR1*
CS*
WR2* XFER*

;;;...

;;;
VDD VEE
X X0

X7
INT*

A B C
;;;;
输
出
总线
CD4051

IOUT1

IOUT2

AGND

8路模拟量输出程序：
MOV BX,OFFSET data
MOV CX,8
MOV DX,7FF8H 送DAC0832地址
L1：MOV AL,[BX]
OUT DX,AL 启动D/A转换
XOR DX,8000H 置CD4051片选信号
OUT DX,AL 向第一通道输出转换值
CALL DELAY 延时
XOR DX,8000H 置DAC0832片选信号
INC DX
INC BX
LOOP L1
14.基于RS-485串行总线的主从分布式测控系统的结构形式是怎样的？
答：
基于RS-485总线可构成下图所示的主从分布式测控系统，其中可编程控制器（PLC）、智能调节器、智能远程I/O模块的等装置大都具有RS-485总线，可作为测控系统的从站，实现控制功能；PC或IPC作为系主站，并配有RS-232/485转换器，实现对系统定的监控与管理。
15.什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？
答：
所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。
抑制方法：滤波器、双积分式A/D转换器、前置放大或者隔离屏蔽等、利用元器件的特性来抑制、选择带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线（具体见书64页）。
所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。
抑制方法：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽。
16.MAX1232有哪些主要功能？
  答：
主要功能有：电源监控、按钮复位输入、监控定时器（看门狗）。
17.计算机控制系统中一般有哪几种地线？请画出回流法接地和一点接地示意图。
答：
在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。