《计算机控制技术及其应用》 第5章 计算机控制系统中的过程通道 思考题与习题 指导信息
14. 试画出一个利用多路选择器构成的64X8bit数字信号数据采集系统示意图。
[指导信息]: 参见5.2.4 数据采集的原理和实现。 示意图如下。
数 数 数 数 数 / 数 数 数 数 数 数 数 数 数 (8) 数 数 数 数 (6) 数 数 数 数 数 数 (8) 数 数 数 数 (6) 数 数 数 数 数 数 数 数 数数 数数 (8) 数数 数数 (6) 数数 数数 (64×8)
15. 试画出一个利用多路开关构成的32路模拟信号数据采集系统示意图。
[指导信息]: 参见5.2.4 数据采集的原理和实现。 示意图如下。
数数 数数 数数 数数 A/D 数数数数 数数 (1) 数数 (1) (1) (M) 数数 数数 (5)
数数 数数 (32) 数 数 数 数 数 数 数 数 数 数 数 (5) 数 数 数 数 (M) 数 数 数 数 数 数 数 数 数 (5) 数 数 数 数 16. 开关量的功率驱动有哪些器件？各有什么特点？
[指导信息]: 参见5.3.2 输出通道中的开关信号驱动。
开关量的功率驱动可以由晶体管、场效应管或集电极开路的TTL电路、漏极开路的MOS电路、电磁式继电器、固态继电器、可控硅等功率器件组成。 17. D/A转换器有哪些性能指标？
[指导信息]: 参见5.3.3 输出通道中的模拟信号驱动。
主要性能指标有分辨率、线性度、转换精度、建立时间、温度系数、电源抑制比、输入形式、输出形式。
18. 计算机通过8位D/A转换器控制某三相电加热器，加热器的输出功率范围为 0～8kW，可接受4～20mA的标准电流信号来改变其输出功率，8位D/A转换器的输出范围为0～20mA，如计算机送给D/A转换器的数据为80H(十六进制)时，加热器输出功率约为多少？
[指导信息]: 参见5.3.3 输出通道中的模拟信号驱动。
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《计算机控制技术及其应用》 第5章 计算机控制系统中的过程通道 思考题与习题 指导信息
提示：先计算D/A转换器数据为80H(十六进制)时的输出电流（10mA），再计算加热器接受电流信号后的输出功率（(10-4)/16*8kW）。
19. 某8位D/A转换电路如错误！未找到引用源。所示，当Vref＝4V时，B点输出范围为－4V至＋4V。若要求B点的输出电压为－2V，则输出到D/A芯片的二进制数为多少？此时的A点电压为多少？
[指导信息]: 参见5.3.3 输出通道中的模拟信号驱动。
输出到D/A芯片的二进制数为(-2V-(-4V))/(4V-(-4V))*256=64(D)=01000000(B), 此时的A点电压为+1V。
20. 画出直流伺服电机驱动电路框图。
[指导信息]: 参见5.3.4 电机控制。
提示：可参考图 5 63 直流伺服电机驱动电路框图。 21. 画出步进电机驱动电路框图。
[指导信息]: 参见5.3.4 电机控制。
提示：可参考图 5 66 步进电机的驱动电路框图。
22. 结合步进电机驱动器THB6064的应用电路，画出正转3步和反转4步有关控制信号(ENABLE、CLK、
CW/CCW、RESET、M1、M2、M3)的时序(假设采用半步方式)。
[指导信息]: 参见5.3.4 电机控制。
结合步进电机驱动时序，参考表 5 17 THB6064引脚的功能描述和图 5 71 THB6064的应用电路，可画出相应时序。ENABLE=1（高电平），CLK8个脉冲，前3个脉冲时，CW/CCW为0（低电平），后4个脉冲时，CW/CCW为1（高电平），M1、M2、M3=000（均为低电平）。（时序图略）
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《计算机控制技术及其应用》 第6章 控制系统的可靠性与抗干扰技术 思考题与习题 指导信息
第6章 控制系统的可靠性与抗干扰技术
1. 什么是控制系统中的可靠性？其含义有哪些？
[指导信息]: 参见6.1.1 可靠性的概念。
控制系统的可靠性通常是指在一定条件下，在规定时间段完成规定功能的能力。可靠性的概念有两层含义：一是系统在规定的时间内尽可能减少错误和故障的发生；二是发生了错误和故障后能迅速进行维修，尽快恢复正常工作。
2. 错误(Error)和故障(Failure)有何区别？如何正确对待？
[指导信息]: 参见6.1.1 可靠性的概念。
瞬时性的、功能上出现偏差的异常状态，称之为错误，错误不经停机修理也可恢复到正常工作状态；固定性的、功能部件其必要操作能力消失的异常状态，称之为故障，故障只有通过修理才能恢复到正常状态。错误和故障往往是不可避免的，这需要有正确的态度和策略来对待。 3. 简述早期故障、耗损故障、偶发故障产生的原因和应对的策略。
[指导信息]: 参见6.1.1 可靠性的概念。
早期故障的发生是由于元器件质量差，软件、硬件设计欠完善等“先天不足”原因所造成的。应对的策略有：通过调试系统及时发现问题，优化设计结构、选择优质部件。
耗损故障的发生是由于元器件使用寿命已到所致。应对的策略有：预先更换寿命将到期的元器件，定期检查或更换关键元件和部件。
偶发故障是随机的，通常发生于早期故障和耗损故障之间，在故障发生后，需进行应急维修。应对的策略有：采取故障诊断、故障恢复技术、冗余技术等。 4. 什么是电磁兼容性(EMC)？其含义有哪些？
[指导信息]: 参见6.1.2 电磁兼容性。
电磁兼容性(EMC：Electromagnetic Compatibility)并非指电与磁之间的兼容，而是指在不损害信号所含信息的条件下，信号和干扰能够共存的程度。国际电工委员会(IEC)对EMC的定义是：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
电磁兼容实际有两方面的含义，一方面是设备或系统本身不应对周围其他设备或系统造成不能承受的电磁干扰(EMI:Electro Magnetic Interference)；另一方面是设备或系统应具有较低的电磁敏感度(EMS:Electro Magnetic Susceptibility)，能防御来自周围环境中的电磁干扰。 5. 产生干扰的必要条件有哪些(EMC的四要素)？
[指导信息]: 参见6.1.2 电磁兼容性。
噪声的发生(即有噪声源的存在)、噪声的接收(即有受扰体的存在)、噪声的传播(即有耦合途径的存在)、以及上述三者在时间上的一致性。 6. 噪声有哪些分类？
[指导信息]: 参见6.1.3 噪声的分类和耦合方式。
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《计算机控制技术及其应用》 第6章 控制系统的可靠性与抗干扰技术 思考题与习题 指导信息
噪声的分类有按噪声产生的位置、原因、传导模式以及波形。
噪声的耦合方式主要有公共阻抗耦合、直接耦合、电容耦合、电磁感应耦合、漏电耦合和辐射耦合等。
7. 什么是串模噪声和共模噪声？它们有何不同？有哪些抑制的方法？
[指导信息]: 参见6.1.3 噪声的分类和耦合方式。 按噪声传导模式可分为串模噪声和共模噪声。
串模噪声又称差动噪声、常模噪声、横向噪声、线间感应噪声或对称噪声等，串模噪声与有用信号串在一起。
串模噪声往往较难清除，当噪声的频率范围与有用信号相差较大时，可采用滤波方法来抑制。 共模噪声又称地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。共模噪声同时叠加在输入信号两端，只要线路处于平衡状态，即两根信号线对地阻抗一致时，则共模噪声不会对有用信号产生影响。
抑制共模噪声的方法较多，如隔离、屏蔽、接地等。 8. 可靠性设计的基本途径有哪些？
[指导信息]: 参见6.1.4 控制系统可靠性设计的基本途径。
可靠性设计的基本途径有：1. 提高元器件和部件的可靠性；2. 合理设计系统结构；3. 采用抗干扰技术；4. 采用可靠性技术。 9. 滤波和去耦有何异同？
[指导信息]: 参见6.2.2 滤波与去耦电路。
相同之处：两者都是利用滤波技术来抑制干扰；不同之处：滤波通过提供一低阻抗的通路来抑制来自信号处理电路和通过电源串入的干扰；去耦电路（也称退耦电路）主要抑制共用电源内阻上由于尖峰电流产生压降而形成干扰信号。 10. 有哪些隔离和屏蔽技术？
[指导信息]: 参见6.2.3 隔离与屏蔽技术。
隔离技术就是切断噪声源与受扰体之间噪声通道的技术，其特点是将两部分电路的地线系统分隔开来，切断通过阻抗进行耦合的可能。具体的隔离方式有光电隔离、继电器隔离、变压器隔离和布线隔离。
屏蔽主要运用各种导电材料，制造成各种壳体并与大地连接，以切断通过空间的静电耦合、感应耦合或交变电磁场耦合形成的电磁噪声传播途径。屏蔽可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽三类。在控制系统中，采用双绞线可有效地抑制信号传输过程中的电磁干扰。 11. 用于抗干扰的数字滤波方法有哪两类？各有什么特点？
[指导信息]: 参见6.3.2 数字滤波技术。
数字滤波方法主要有两类，一是基于程序逻辑判断的方法，二是基于模拟滤波器的方法。前者以逻辑判断和简单计算为基础，常用的算法有：算术平均法、中值法、抑制脉冲算术平均法和递推平均滤波法等。后者以模拟滤波器的传递函数为基础，采用离散化方式转换Z传递函数，然后通过程序来实现。
前者适用于抑制偶发的脉冲干扰，后者适用于抑制连续的正弦波干扰。
12. 查阅有关74HC595和74HC165芯片的资料，编写出图6-32所示串行输入输出接口电路的开机自检
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