1、黑龙江省高等教育自学考试机械制造与自动化(080302)专业（独立本科段）微机原理与接口技术考试大纲(课程代码 7441)黑龙江省高等教育自学考试委员会办公室二九年十月微机原理与接口技术考试大纲适用专业：机械制造及自动化（独立本科段）学 时：60 学时一、课程的性质 目的和任务本课程是测控、自动化专业的一门主要专业课。通过本课程的学习，使学生掌握计算机控制系统的基本设计方法。学生在修完微机原理的基础上，通过深入学习典型微机总线结构，掌握输入输出接口电路设计方法；进而学习将生产现场各种物理量引入计算机中的方法，为实现计算机对生产现场的检测、控制提供必要的硬件基础；针对不同被控对象和系统性能指标要
2、求，设计相应的数字控制器；进一步学习典型计算机控制系统设计举例，培养学生的计算机控制系统设计能力。通过对先修课程的学习，应该具备一定的接口电路和程序设计能力；熟练掌握拉氏变换、Z 变换和控制器的设计理论。二、课程的基本要求学完本课程后，应达到以下基本要求：1. 了解计算机控制的一般概念，熟悉计算机控制系统的组成、特点和典型应用方式。2. 了解基于系统状态空间模型和系统非参数模型的数字控制器最优化设计的原理和方法。3. 掌握计算机在控制技术领域内的基础知识、基本应用技术。4. 掌握计算机控制系统的硬件、软件的选择、组织配置和设计方法。5. 掌握最少拍控制器设计方法，掌握大林算法的设计思想。6.
3、熟练掌握 PID 及改进算法、采样周期的选择、PID 常用参数整定方法。7. 掌握微机控制直流伺服系统的设计方法；掌握微机温度控制系统的设计方法。本课程与相关课程的联系与分工：本课程的先修课程为模拟电子技术、数字电子技术、微型计算机原理、C语言程序设计、自动控制原理、现代控制理论、控制工程等。讲授过程中遇到上述课程内容时不再讲解。讲授课程时需要理论联系专业，但应以分析现场实际控制系统、阐明理论为主，不应因过分强调专业而削弱基本理论的讲授。三、课程内容和考核目标第一章 绪论（4 学时）(一) 学习目标了解计算机控制系统的组成、特点、典型应用方式及发展方向。(二) 课程内容第一节 计算机控制系统的
4、组成及特点（1 学时）1.计算机控制系统基本概念：采用计算机来实现的工业自动控制（含管理）系统。2.计算机控制系统组成3.计算机控制系统的特点第二节 计算机在控制中的典型应用方式（1 学时）1.操作指导控制系统2.直接数字控制系统3.监督计算机控制系统4.分级计算机控制系统第三节 典型计算机控制系统简介（1 学时）1.计算机过程控制系统2.微型计算机控制的电动机调速系统3.计算机数字程序控制系统4.工为机器人第四节 工业控制机1.工业控制计算机的特点和要求2.典型工业控制计算机介绍第五节 计算机控制系统的研究课题和发展方向（1 学时）1.集散控制系统(DCS)2.可编程序控制器(PLC)3.计
5、算机集成制造系统(CIMS)4.低成本自动化(LCA)5.智能控制系统(Intelligence Control)(三) 考核知识点1.计算机控制系统及其组成2.工业控制机的组成结构及特点(四) 考核要求1.识记（1）记住计算机控制系统及其组成（2）记住计算机在控制中的典型应用方式2.理解（1）理解计算机控制系统的工作原理（2）理解典型工业控制机工作原理及区别第二章 输入输出接口技术和输入输出通道（14 学时）(一) 学习目标掌握输入输出接口电路的一般设计方法；掌握过程通道的分类、组成及其工作原理。(二) 课程内容第一节 概述（2 学时）1.I/O 通道、通道及其功能2.I/O 信号的种类3.
6、计算机和外部的通信方式第二节 I/O 控制方式（2 学时）1.程序控制方式2.中断控制 I/O 方式3.直接存储器存取方式DMA 方式第三节 I/O 接口设计（3 学时）1.I/O 接口的编址方式2.I/O 接口与系统的连接3.I/O 接口扩展4.I/O 接口设计的方法、步骤及设计举例5.GAL 在接口电路中的应用第四节 I/O 通道（2 学时）1.模拟量输入通道2.采样与量化3.模拟量输出通道4.模拟量输入输出通道工作过程分析5.数字量输入输出通道第五节 D/A 转换器（2 学时）1.并行 D/A 转换器的工作原理2.串行 D/A 转换器的工作原理及应用3.常用 D/A 转换器及其与 CPU
7、 的连接4.D/A 转换器电流输出方式5.D/A 转换器选择和使用第六节 A/D 转换器（2 学时）1.A/D 转换器原理2. A/D 转换器主要技术参数3.常用 A/D 转换器4. A/D 转换器与系统的连接及举例第七节 I/O 通道的抗干扰措施（1 学时）1.串模干扰及其抑制方法2.共模干扰及其抑制方法(三) 考核知识点1. IO 接口电路、IO 通道、IO 信号、通信方式的概念及功能2. 3 种 IO 控制方式的接口电路原理3. IO 接口设计的原理、方法及步骤4. IO 通道的任务、组成及工作原理5. A/D、D/A 转换器的结构及工作原理(四) 考核要求1.识记（1）记住 IO 接口
8、电路、IO 通道、IO 信号、通信方式的概念及功能（2）记住 IO 通道的任务、组成及分类（3）记住 A/D、D/A 转换器的组成及结构2.理解：（1）理解 IO 接口电路、IO 通道的重要作用（2）理解 3 种 IO 控制方式的接口电路原理（3）理解 IO 通道工作原理（4）理解 A/D、D/A 转换器的工作原理3.简单应用（1）会自己设计、安装接口电路（2）会编写简单的控制程序（3）会连接常用 D/A 转换器与 CPU4.综合应用（1）综合运用所学知识解决 CPU 与外设之间的时序配合及通信联络问题（2）综合运用所学知识解决 CPU 与外设之间格式转换和匹配问题（3）综合运用所学知识解决
9、CPU 的负载能力和外设端口选择问题第三章 数字控制器的模拟化设计（8 学时）(一) 学习目标掌握数字控制器模拟化设计思想，熟练掌握模拟调节器的离散化方法；熟练掌握 PID 及改进算法、采样周期的选择、PID 常用参数整定方法。(二) 课程内容第一节 引言（1 学时）1.为什么要用计算机来实现数字控制？2.模拟化与数字化控制器设计方法第二节 离散化方法（1 学时）1.差分变换法2.零阶保持器法3.双线性变换法第三节 PID 数字控制器的设计（2 学时）1. DDC 系统的 PID 控制算式，包括位置型 PID 控制算式、增量型 PID 控制算式、实用递推算式 (偏差系数控制算式)、特殊形式的
10、PID 算式第四节 数字 PID 控制算法的改进（3 学时）1.防止积分整量化误差的方法2.积分饱和及其防止方法3.不完全微分的 PID 算法4.纯滞后的补偿算法5.微分先行 PID 算法6.带死区的 PID 控制7.二自由度 PID 控制第五节 PID 数字控制器的参数整定和设计举例（1 学时）1.PID 控制器参数对系统性能的影响2.采样周期 的选择原则T3.用扩充临界比例度法选择 PID 参数4.用扩充响应曲线法选择 PID 参数5.PID 归一参数整定法6.按二阶工程设计法设计数字控制器7.PID 数字控制器设计举例(三) 考核知识点1. 数字控制器模拟化设计思想2. DDC 系统的
11、PID 控制算式3. PID 数字控制器的设计及采样周期的选择4. PID 程序实现5. PID 参数整定(四) 考核要求1.识记（1）记住 PID 数字控制器的基本概念（2）记住模拟调节器的离散化方程（3）记住 PID 数字控制器的设计过程及编程（4）记住采样周期的选择原则2.理解（1）理解差分方程、传递函数（2）理解 PID 控制算法的表达式及算法的改进（3）3. 简单应用（1）会求解惯性环节的差分方程（2）PID 数字控制器的推导4.综合应用（1）综合运用所学知识进行 PID 数字控制器模型设计及程序设计（2）综合运用 PID 控制算式进行算法改进第四章 数字控制器的直接设计（8 学时）
12、(一) 学习目标了解参数优化的低阶控制算法和最少拍随动系统的设计要求和原理；理解最少拍无纹波随动系统、惯性因子法、非最少有限拍控制的设计原理；掌握达林（Dahlin）算法的原理、设计和应用。(二) 课程内容第一节 最少拍无差系统的设计（2 学时）1. 典型输入下最少拍系统的设计方法2. 最少拍控制器的可实现性和稳定性要求3. 最少拍快速有波纹系统设计的一般方法4. 最少拍控制系统的局限性第二节 最少拍无波纹系统的设计（2 学时）1.波纹产生的原因及设计要求2.设计无波纹系统的必要条件3.最少拍无波纹系统 的一般确定方法)(z第三节 变换法设计（2 学时）W1. 数字控制器的频率特性2. 变换法
13、的设计步骤第四节 纯滞后对象的控制算法大林算法（2 学时）1. 大林算法的设计原则2.振铃现象及其抑制(三) 考核知识点1.理解最少拍无差系统、最少拍无波纹系统2.掌握最少拍无差系统、最少拍无波纹系统的设计方法3.掌握最少拍无波纹系统 的一般确定方法)(z4. 变换法的设计步骤W5.大林算法(四) 考核要求1.识记（1）记住最少拍无差系统、最少拍无波纹系统等基本概念（2）记住系统的设计方法（3）记住系统的设计原理（4）记住 变换法及大林算法W2. 理解（1）理解系统的设计原理及设计方法（2）理解 变换法设计步骤（5）理解大林算法的推导及应用3. 简单应用（1）会用 变换法设计相位校正器（2）根
14、据数字控制器的输出响应绘制图形4. 综合应用（1）综合运用所学知识设计最少拍无波纹系统（2）综合运用大林算法抑制振铃现象第五章 数字控制器的最优化设计（6 学时）(一) 学习目标了解基于系统状态空间模型和系统非参数模型的数字控制器最优化设计的原理和方法。(二) 课程内容第一节 状态空间设计法（4 学时）1.状态反馈设计法2.状态观测器设计法3.离散二次型指标函数最优控制4.采样系统二次型指标函数最优控制第二节 基于系统非参数模型的控制算法（2 学时）1.模型算法控制2.动态矩陈控制(三) 考核知识点1.状态空间设计法、基于系统非参数模型控制的基本概念2.步分别用状态法及卡尔曼法求解状态方程的状
15、态反馈矩陈3.最优性原理及应用4.模型算法控制、动态矩陈控制原理及推导(四) 考核要求1.识记（1）记住状态空间设计法、基于系统非参数模型控制的基本概念（2）记住数字控制器最优化设计方法的特点及应用（3）记住卡尔曼法2. 理解（1）理解状态观测器对闭环系统动态特性的影响（2）理解最优性原理3. 简单应用（1）模型算法控制的原理应用（2）一步预测闭环模型算法控制流程应用4. 综合应用（1）根据某离散系统状态方程的性能指标，求使性能指标最小的反馈增益矩陈（2）综合运用所学知识，掌握数字控制器的最优化设计方法第六章 微型计算机控制系统设计（8 学时）(一) 学习目标了解控制系统的一般设计步骤，掌握常
16、用应用程序设计方法；掌握微机控制直流伺服系统的设计方法；掌握微机温度控制系统的设计方法。(二) 课程内容第一节 控制系统设计的一般步骤（2 学时）1.系统总体控制方案设计2.微型计算机选择3.控制算法设计4.硬件设计5.软件设计6.系统联盟第二节 微型计算机控制系统的软件（2 学时）1.软件的分类2.应用程序的语言选择及设计步骤3.高级语言和汇报语言的混合编程4.微型计算机控制系统的研制工具第三节 常用应用程序设计（2 学时）1.数字滤波2.线性化处理3.数码显示4.越限报警处理程序5.PID 控制算法程序第四节 设计举例微型计算机控制直流伺服系统设计（1 学时）1.总体控制方案设计2.微型计
17、算机选择3.控制算法设计4.硬件设计5.软件设计6.系统联盟第五节 设计举例二微型计算机温度控制系统设计（1 学时）1.总体控制方案设计2.微型计算机选择3.控制算法设计4.硬件设计5.软件设计6.系统联盟(三) 考核知识点1.微型计算机控制系统设计原则2.微型计算机控制系统设计步骤3.应用程序的语言选择及设计步骤4.算术平均值滤波程序流程5.中值滤波程序流程6.数码显示程序流程7.位置式与增量型 PID 控制算法程序(四) 考核要求1.识记（1）记住微型计算机控制系统设计的一般步骤（2）记住微型计算机控制系总体设计的主要内容及要求（3）记住机器语言、汇编语言、高级语言优缺点（4）记住控制系统
18、硬件设计与软件设计内容及要求2. 理解（1）理解系统总体框图，设计出系统的电气原理图，再按照电气原理图选购元件和进行施工设计（2）理解 PID 控制算法程序3.简单应用（1）根据控制系统选择编程语言（2）会画出简单程序的流程图（3）会画出程序模块流程图4.综合应用（1）根据指定要求及原则，设计控制电路的电气原理图（2）综合运用所学知识，根据要求设计接口电路并编写相应程序第七章 多微处理机控制系统（8 学时）(一) 学习目标了解多处理机系统的一般结构形式和常用通信方法。(二) 课程内容第一节 概述 （1 学时）1.多微处理机控制系统的定义和分类2.多微处理机控制系统的优点3.多微处理机控制系统应
19、解决的问题第二节 多微处理机控制系统的结构形式（1 学时）1.紧耦合系统2.松耦合系统第三节 多微处理机系统的通信（3 学时）1.数据通信方式2.通信线路总线介绍3.紧耦合多微机系统的共享存储器通信4.松耦合多微机系统的通信第四节 多微处理机控制系统的软件和控制（1 学时）1.多微处理机控制系统操作系统2.并行进程的控制和调度3.并行算法第五节 集散控制系统简介（1 学时）1.集散控制系统的产生及发展2.集散控制系统的组成3.集散控制系统的优点第六节 多微处理机控制系统举例（1 学时）1.系统构成2.8098 单片机模板3.总线管理和机间通信4.任务的分解和协调同步(三) 考核知识点1.多微处
20、理机控制系统定义、分类、优点及形式2.多微处理机控制系统通信结构3.集散控制系统概念及组成4.多微处理机控制系统并行算法 (四) 考核要求1.识记（1）记住多微处理机控制系统定义、分类、优点及形式（2）记住多微处理机控制系统通信结构（3）记住集散控制系统概念及组成（4）记住多微处理机控制系统结构2. 理解（1）理解多微处理机控制系统的工作方式（2）理解多微处理机控制系统要解决的问题（3）理解多微处理机控制系统各种通信方式3.简单应用（1）会描述集中控制并行总线结构的通信过程（2）会编写简单的并行运算程序（3）会恰当运用运算法则，变形运算表达式，并画出并行运算树高图4.综合应用（1）综合运用所学知识设计合适的多微处理机控制系统（2）综合运用所有知识编写高效软件算法第八章 计算机控制系统的可靠性保证（4 学时）
