微型计算机控制技术答案(赖寿宏)

第二章输入输出接口技术和输入输出通道.何谓I/O接口在计算机限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..一个微处理机〔CPU〕采用程序限制查询方式时,治理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.CPU查询每个终端并完成每一字符的接收和处理时间需200ws,假设程序员以每秒打10个字符的速度同时连续打入字符,问CPU是否能按要求,可靠的治理全部50个终端又问CPU最多能治理多少个这种终端答：500.在本章第二节,查询式I/O方式应用举例中,假设X、Y、Z三轴效劳子程序的执行时间分别为100ws、150ws120ws,主程序执行时间〔执行查询指令等〕;•・为80〞,试估算不造成限制失误三轴所能到达的最高速度是多少〔速度以脉冲/s计算〕—ifIII*答：2702J,I|一/".某微机实时限制系统有1#、2#、3#三个外围设备.由一个CPU进行治理,各外围设备的最短响应时间和效劳时间分别是：C1=5msS1=300psC2=8msS2=1.3msC3=1msS3=400ps问假设采用查询方式是否能可靠治理这三个外围设备为什么假设不行的话,试提出改良方答：不行.可采用中断嵌套的方式解决..计算机与外围设备交换信息有哪几种限制方式它们各有什么优缺点?答：见教材.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,假设已指定给各芯片的地址范围是：8253E1H、E3H、E5H、E7H、DAC0832F0H试设计接口扩展白^译码电路(除74LS138外,可增加必要的其他逻辑电路芯片/CSAcA1//CSAcA1/Y4—A0A18255AN5/CS二/Y6/Y7A0A1——A0A18255A/CSAcA1AcA0A18255A/CSAoAoAi一A18255A8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)将以下图中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+5V接8259AEOCVccVref(+)D0D7IN0AD+5V接8259AEOCVccVref(+)D0D7IN0ADC0808N10809OEG1G2AG2BY7C74LS138D0D7/RD/WRcpuA68088A7A5A4A3时钟八路模拟电压输入'>/STARTALEIN7DoD7/RD/WR89C51P0.6P0.7P0.5P0.4接8259A1+EOCVccVREF(+)START+5V数据总线八路模拟电压输入时钟/G2A/G2BY7C74LS138AALEIN711有4位AD转换器,满刻度为5V,现在输入4.15V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在电压比拟器下进行比拟,假设UiAU0,那么保存最高位1,否那么去除最高位为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=0.3125V此题目中图表转换如下：步骤SARU0Ui,U0大小该位去留8421110002.5保存211003.75保存311104.375去411014.0625保存结果1101偏差4.15-4.0625=0.0875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限制器的模拟化设计.数字限制器与模拟调节器相比拟有什么优点答：〔1〕数字调节器能实现复杂限制规律的限制〔2〕计算机具有分时限制水平,可实现多回路限制〔3〕数字调节器具有灵活性,使用简

单方便,可改善调节品质,提升产品的产量和质量.(4)除实现PID数字限制外,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限制器调节比位置型PID调节效果更女??二者的区另I」是什么答：(1)计算机只输出限制增量,即执行机构位置的变化局部,因而误动作影响小；⑵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,限制量冲击小,能够较平滑地过渡.3,按一定性能指标要求对某限制系统综合校正后求得其应加的串联-校正装置为解：(s2as)U(s)=E(s)即s2U(s)4sU(s)=8E(s)s2U(s)asU(s)=E(s)化成微分方程d2u(t)

dt2ad2u(t)

dt2a处)

dt=e(t)d2u(t)u(k)-2u(k-1)u(k-2)21dtT2u(k)=TT2TT1u(k-1)1e(k)；TT2TT2e(k-1)du(du(t)u(k)-u(k-1)&5,某连续限制器的传递函数为---*Idtu(k)-2u(ku(k)-2u(k-1)u(k-2)T2u(k)-u(k—1)a=e(k)D(s)=2aT1u(k)=1aTu(k-1)-1aTu(k-2)T21aTe(k)试用双线性变换法求出相应的数字限制的脉冲传递函数,其中.T=1s4.4.某连续限制器的传递函数为答:s=24D(S)D(S)=1Tls1T2sD(z)=试用试用差分变换法(后向差分),求该装置的递推输出序列(设输入为e(t为e(t),输出为u(t))整理得:D(z)=n2(12z'z^)4n22n-8z,(4-2n)z〞解：解：由d(S)二U^二3E(s)1T2s6,设被控对象传递函数为(T=1s)得(1得(1T2s)U(s)=(1Tls)E(s)G(s)-100(40s1)(0.5s1)U(s)U(s)T2sU(s)=E(s)T1sE(s)u(t)12乎=e(t)T1号dtdt当t二kTdu(t)_de(t)u(kT)T2'tdsT—e(kT)T1't=kTdtdt近似为：u(k)-u(k-1).e(k)-e(k-1)u(k)T2二e(k)T1TT(1)试用“二阶工程最正确〞设计法确定模拟限制器Gc(s)o(2)将Gc(s)用双线性变换法离散化为数字限制器D(z),并将其转换为差分方程.解：令k=100,Ts1=40,Ts2=0.5设：为+1其中：x=T51=40Gc(s)=^—s1Tis\(s)=Gc(s)Gp(s)=-」s(Ts2s1)k由：

由：得：TI=2kTs2=100u(s)1Kpq=Kp得：TI=2kTs2=100u(s)1Kpq=Kp[1sTJ=KppKpTdSe(s)TsTiS(2)D(z)=G(s)s_2(z」)^Tmy31.6z-31.6U(z)80z-80-E(z)D(s)=10.17s0.085s10.085s0.17+0.085Ui=uiA0.39%-0.39归7.某连续限制器的传递函数为D(s)=10.17s0.085s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KP=2Ti=0.17Td=0其位置表达式为：ku(k)=2e(k)11.765%e(j)jdPID算法输出表达式.设采样周期T=1s.其增量表达式为:PID限制算法的模拟表达式为：u(k)-13.765e(k)-2e(k-1)1tde(t)u(t)=Kp[e(t)0e(t)dtTd—]Ti0dt位置型输出表达式为TJTdu(k)=Kpe(k)Kpe(j)Kp—[e(k)-e(k-1)]Tij=0T8.试述采本^周期T的选择原那么答：(1)必须满足香农采样定理的要求(2)从限制系统的随动和抗干扰的性能来看,那么T小些好.干扰频率越高,那么采样频率越高越好,以便实现快速跟随和快速抑制\I干扰.X\\I1II.■飞(3)根据被控对象的特性,快速系统的T应取小,反之,T可取增量型输出表达式为：(4)根据执行机构的类型,当执行机构动作惯性大时,T应取大些.否那么,执行机构来不及反映限制器输出值的变化.TTTTu(k)=u(k-1)+(Kp+Kp—+Kp-D-)e(k)-(Kp+2Kp-D)e((k)-1)rtrKLp^efe每2)调节回路的计算本钱来看,t应选T1TT大些.T(6)从计算机能精确执行限制算式来看,T应选大些.1、一被控对象的传递函数为-10Gc(1、一被控对象的传递函数为-10Gc(s):s(10.1s)(10.05s)设采用零阶保持器,采样周期T为0.2g试针对单位速度输入函数设计快速有波纹系统的,计算采样瞬间数字限制器和系统的快速无波纹系统的,计算采样瞬间数字控制器和系统的输出响应并绘制图形.1、2题、解10(1-e'2s)G(s)=H°(s)Gc(s)Fs(0.1s1)(0.05s1)输出响应并绘制图形.在题1中,针对单位速度输入函数设计0.76z±(1_0.05z-)(1_1.065z-)=(1_z-)(1_0.135z-)(1_0.0185z-)：.：(z)=1_.：e(z)=az、1_1.065z1:二(z)=(1/,1bz；.：(z)=1—：X(z)=az汽1」.065z1)：.：e(z)=(1_zf1bz1)az%_1.065z1)=1_(1_z1)(1bz1)(1_b)z1bz^^az11.065az-解得:a4484bH.516：.：e(z)=(1-z1)(10.516z1)1-：：,e(z)=0.584z1(1-1.065z1)D(z)=1->e(z)G(z)：.：,e(z)0.636(1-0.0185zA)(1-0.135zA)

(10.05zA)(10.516z2)C(z)=；(z)R(z)=0.484z1(1-1.065Z1)U(z)=C(z)=0.4840.0509zX0.0037z-0.000186zJG(z)3、设被控对象的传递函数为G(z)=3.68z'(10.717z")(1-z4)(1-0.368z4)采用零阶保持器,采样周期T=1s,输入单位速度函数,试按最少拍无波纹要求设计D(z),并检验一下所设计的系统是否满足快速无波纹的要求.解可见G(z)零点为-0.717(单位圆内),极点为1(单位圆上),0.368(单位圆内).故u=0,v=0(单位圆上极点不包括),m=1,p=1.设①(z)=z,(1+0.717z」)c0,求得c0=0.58D(z)=①(z)11-①(z)G(z)0.158(1-z」)(1-0.368z」)1-0.58z-1-0.416z^4、某电阻炉,其传递函数可近似为带纯滞后的一阶惯性环节Gc(s)=上^e-用飞升曲线法测得电阻炉1TdS的有关参数如下：Kd-1.16,=30s,Td-680S假设采用零阶保持器,取采样周期T=6s,要求闭环系统的时间常数Tt=350s,用大林算法求取对电阻炉实现温度限制的数字控制器的算式.解G(z)=Z[1-e」sKdTe-6]=Kdz」N1)1#1-eqz」6、计算机限制系统开环脉冲传递函数求得大林限制器〜、0.368z0.264G(z)二—2z2-1.368z0.368D(z)=(1—e\(1-eZ)Kd(1-e")[1—e——(1—e")z,N1)1.628(1-0.991z」)〔T=1s〕试分别作以下双线性变换,然后作伯德图.⑴G(w)=G(z)|-0.104w2-0.528w0.6321Jw二z——1.w⑵G(w)=G(z