微型计算机控制技术答案

第二章 输入输出接口技术和输入输出通道 1. 何谓I/O接口？在计算机控制系统中为什么要有I/O接口电路？ 答：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。 2. 一个微处理机（CPU）采用程序控制查询方式时，管理50个键盘显示中断，要求将各终端打入的任一字符在显示器上立即显示出来。已知CPU查询每个终端并完成每一字符的接收和处理时间需200μs，若程序员以每秒打10个字符的速度同时连续打入字符，问CPU是否能按要求，可靠的管理全部50个终端？又问CPU最多能管理多少个这种终端？ 答：500 3. 在本章第二节，查询式I/O方式应用举例中，假设X、Y、Z三轴服务子程序的执行时间分别为100μs、150μs、120μs，主程序执行时间（执行查询指令等）为80μs，试估算不造成控制失误三轴所能达到的最高速度是多少？（速度以脉冲/s计算） 答：2702 4. 某微机实时控制系统有1#、2#、3#三个外围设备。由一个CPU进行管理，已知各外围设备的最短响应时间和服务时间分别是： C1=5ms S1=300μs C2=8ms S2= C3=1ms S3=400μs 问若采用查询方式是否能可靠管理这三个外围设备？为什么？若不行的话，试提出改进方答：不行。可采用中断嵌套的方式解决。 6. 计算机与外围设备交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点》 答：见教材 7. 某8086 最大模式系统中，需扩展8255A 、8253和DAC0832芯片各一片。采用74LS138 译码器，若已指定给各芯片的地址范围是： 8255A E0H、E2H、E4H、E6H、 8253 E1H 、E3H、E5H、E7H、 DAC0832 F0H 试设计接口扩展的译码电路（除74LS138 外, 可增加必要的其他逻辑电路芯片。

8某8088最大模式系统中，需扩展8255A 四片，指定各芯片的地址范围分别是90~93H、94~97H、98~9BH、9C~9FH, 采用74LS译码器，试设计接口地址译码电路。 解： 9．模拟输入通道中为什么要加采样保持器？采样保持器的组成及要求是什么？ 答：为了保证A/D 转换精度，就要在A/D 转换之前加上采样保持电路，使得在A/D 转换期间保持输入模拟信号不变。 10要求： （1）将下图中CPU 换为89C51单片机，不改变地址线的连接方式，画出电路图； （2）确定8 个通道的端口地址； （3）编写程序，对第8 通道的模拟量进行转换，把转换结果存在30H 存储器中。

A7 A6 A5 A4 A3 A2 G /G2A /G2B C B A A0 A1 8255A /CS A0 A1 8255A /CS A0 A1 8255A /CS A0 A1 8255A /CS A0 A1 A0

A1

A0

A1 A0 A1 74LS138 /Y6 /Y5 /Y4 /Y7

A6 A5

G /G2A

/G2B

C B A

A0

A1 8255

/CS

A0

A1 8253

/CS

A0

A1 DAC0832 /CS A1 A2 A1 A2 A1 A2 74LS138 1 1 A7 A4 A3 A0 ≥1 A1

A2

/Y1

/Y0

/Y0

/Y0

/Y4 11.有4位AD转换器，满刻度为5V，现在输入模拟电压，请说明逐次逼近转换原理。并分析采用逐次逼近法逼近的转换过程。 解： 先通过置数逻辑电路将SAR中最高位置1，其余全0，井DA转换成模拟电压U0与输入模拟电压Ui在电压比较器下进行比较，若Ui≥U0,则保留最高位1，否则清除最高位为0；其次置次高位为1，延续上述过程，直至确定最低位的状态。 量化单位为q=5v/24= 本题目中图表转换如下： 步骤 SAR U0 Ui,U0大小 该位去留 8 4 2 1 1 1 0 0 0 保留 2 1 1 0 0 保留 3 1 1 1 0 去 4 1 1 0 1 保留 结果 1 1 0 1 偏差 图略。 12、什么叫做I/O 接口的独立编址方式？ 答：将存储器的地址空间和I/O 接口地址空间分开设置，互不影响。 13、在进行数据采集时为什么要满足采样定理？ 答：满足采样定理，就可以通过理想的低通滤波器，由采样信号 完全恢复出原始信号

第三章 数字控制器的模拟化设计 1. 数字控制器与模拟调节器相比较有什么优点？ 答：（1）数字调节器能实现复杂控制规律的控制（2）计算机具有分时控制能力，可实现多回路控制（3）数字调节器具有灵活性，使用简单方便，可改善调节品质，提高产品的产量和质量。（4）除实现PID数字控制外，还能实现监控、数据采集、数字显示等其他功能。 2. 为什么说增量型PID控制器调节比位置型PID调节效果更 好? 二者的区别是什么? 答：(1)计算机只输出控制增量，即执行机构位置的变化部分，因而误动作影响小；(2)在i时刻的输出ui，只需用到此时刻的偏差，以及前一时刻，前两时刻的偏差ei-1，ei-2和前一次的输出值ui-1，这大大节约了内存和计算时间；(3)在进行手动-自动切换时，控制量冲击小，能够较平滑地过渡。 3. 按一定性能指标要求对某控制系统综合校正后求得其应加的串联-校正装置为

解： )()()(2sEsUass

即2()4()8()sUssUsEs)()()(2sEsasUsUs 化成微分方程

)()()(22tedttduadttud

D0 D7 /RD /WR G1 /G2A /G2B Y7 C ≥1 ≥1 EOC VCC VREF(+) D0 D7 IN0 IN1 OE START ALE IN7 接8259A 时钟 +5V …… 八路模拟电压输入 数据总线

D0

D7

/RD

/WR CPU A6

A7

A5

A4

A3

G1

/G2A

/G2B

Y7

C

≥1 ≥1

EOC VCC VREF(+)

D0 D7 IN0 ADC 0808 IN1 0809 OE

START ALE

接8259A 时钟 +5V

……

八路模拟电压输入

数据总线 Q222()()2(1)(2)dutukukukdtT

；

()()(1)dutukukdtT

)()1()()2()1(2)(2keTkukuaTkukuku

)(1)2(11)1(12)(2keaTTkuaTkuaTaTku 4．已知某连续控制器的传递函数为 121()1TsDSTs 试用差分变换法（后向差分），求该装置的递推输出序列。（设输入为()et，输出为()ut） 解：由121()()()1TsUsDSEsTs 得21(1)()(1)()TsUsTsEs 21()()()()UsTsUsEsTsEs 21()()()()dutdetutTetTdtdt 当tkT 21()()()()tkTtkTdutdetukTTekTTdtdt 近似为： 21()(1)()(1)()()ukukekekukTekTTT 211222()(1)()(1)TTTTukukekekTTTTTT 5. 已知某连续控制器的传递函数为 2222)(nnnsssD 试用双线性变换法求出相应的数字控制的脉冲传递函数 ，其中 。sT1 答：11112zzs 2222)(nnnsszD 整理得：212212)24(824)21()(zzzzzDnnnn 6. 设被控对象传递函数为(T=1s) (1) 试用“二阶工程最佳”设计法确定模拟控制器Gc(s)。 (2) 将Gc(s)用双线性变换法离散化为数字控制器D(z)，并将其 转换为差分方程。 解：令 设： 其中：

由： 得：

（2） 7. 已知某连续控制器的传递函数为 sssD085.017.01)(

现用数字PID算法来实现它，试分别写出其相应的位置型和增量型PID算法输出表达式。设采样周期sT1 。 PID控制算法的模拟表达式为

01()()[()()]tpDIdetutKetetdtTTdt

位置型输出表达式为

0()()()[()(1)]kDpppjITTukKekKejKekekTT

增量型输出表达式为： ()(1)()()(2)DDpppppITTTukukKKKekKKeTTT

而对模拟表达式()ut求拉式变换得 1()[1]()pDIusKsTesTs

()1[1]()ppDppDIIKusKsTKKTsesTsTs

)15.0)(140(100)(sssGs1s2100,40,0.5kTTcI

1()sGsTss1

τ40T

0cpIs2

1()()()(1)sGsGsTsTsk



I2

2s2

222TTKTT







Is22100TkT

2(1)c(1)1131.631.6()()()8080()0.3950.395zsTziiiizUzDzGszEzuuee









