沈陽大學范立南《計算機控制技術(shù)》習題參考答案完整版.doc

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《計算機控制技術(shù)》 （機械工業(yè)出版社 范立南、李雪飛） 習題參考答案 第1章 1．填空題 (1) 閉環(huán)控制系統(tǒng)，開環(huán)控制系統(tǒng) (2) 實時數(shù)據(jù)采集，實時決策控制，實時控制輸出 (3) 計算機，生產(chǎn)過程 (4) 模擬量輸入通道，數(shù)字量輸入通道，模擬量輸出通道，數(shù)字量輸出通道 (5) 系統(tǒng)軟件，應用軟件 2．選擇題 (1) A (2) B (3) C (4) A (5) B 3．簡答題 (1) 將閉環(huán)自動控制系統(tǒng)中的模擬控制器和和比較環(huán)節(jié)用計算機來代替，再加上A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器等器件，就構(gòu)成了計算機控制系統(tǒng)，其基本框圖如圖所示。 計算機控制系統(tǒng)由計算機（通常稱為工業(yè)控制機）和生產(chǎn)過程兩大部分組成。工業(yè)控制機是指按生產(chǎn)過程控制的特點和要求而設計的計算機，它包括硬件和軟件兩部分。生產(chǎn)過程包括被控對象、測量變送、執(zhí)行機構(gòu)、電氣開關等裝置。 (2) 操作指導控制系統(tǒng)：其優(yōu)點是控制過程簡單，且安全可靠。適用于控制規(guī)律不是很清楚的系統(tǒng)，或用于試驗新的數(shù)學模型和調(diào)試新的控制程序等。其缺點是它是開環(huán)控制結(jié)構(gòu)，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分發(fā)揮計算機的作用。 直接數(shù)字控制系統(tǒng)：設計靈活方便，經(jīng)濟可靠。能有效地實現(xiàn)較復雜的控制，如串級控制、自適應控制等。 監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)：它不僅可以進行給定值的控制，還可以進行順序控制、最優(yōu)控制、自適應控制等。其中SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)，特別適合老企業(yè)的技術(shù)改造，既用上了原有的模擬調(diào)節(jié)器，又可以實現(xiàn)最佳給定值控制。SCC+DDC的控制系統(tǒng)，更接近于生產(chǎn)實際，系統(tǒng)簡單，使用靈活，但是其缺點是數(shù)學模型的建立比較困難。 集散控制系統(tǒng)：又稱分布式控制系統(tǒng)，具有通用性強、系統(tǒng)組態(tài)靈活，控制功能完善、數(shù)據(jù)處理方便，顯示操作集中，調(diào)試方便，運行安全可靠，提高生產(chǎn)自動化水平和管理水平，提高勞動生產(chǎn)率等優(yōu)點。缺點是系統(tǒng)比較復雜。 計算機集成制造系統(tǒng)：既能完成直接面向過程的控制和優(yōu)化任務，還能完成整個生產(chǎn)過程的綜合管理、指揮調(diào)度和經(jīng)營管理的任務。但是計算機集成制造系統(tǒng)所要解決的不僅是局部最優(yōu)問題，而是一個工廠、一個企業(yè)乃至一個區(qū)域的總目標或總?cè)蝿盏娜侄嗄繕俗顑?yōu)，即企業(yè)綜合自動化問題。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)：成本低、可靠性高，而且在同一的國際標準下可以實現(xiàn)真正的開放式互聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 嵌入式控制系統(tǒng)：嵌入式控制系統(tǒng)是面向特定應用而設計的、對功能、可靠性、成本、體積、功耗等進行嚴格要求的專用計算機控制系統(tǒng)，具有軟件代碼小，高度自動化，響應速度快等特點，制作成本高，但系統(tǒng)開發(fā)投入低，應用靈活。 (3) 操作臺是一個實時的人機對話的聯(lián)系紐帶。通過它人們可以向計算機輸入程序，修改內(nèi)存的數(shù)據(jù)，顯示被測參數(shù)以及發(fā)出各種操作命令等。它主要包括以下4個部分：作用開關、一組功能鍵、屏幕或顯示器、一組數(shù)字鍵。 (4) 可靠性高和可維修性好、控制的實時性好、環(huán)境適應性強、輸入和輸出通道配套好、系統(tǒng)的擴充性好、控制軟件包功能強、系統(tǒng)通信功能強 (5) 具有實現(xiàn)全數(shù)字化、開放性、智能化、互操作性、風險分散性、適應性強等優(yōu)點。 (6) 嵌入式控制系統(tǒng)具有以下幾個特點： ①嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術(shù)、半導體技術(shù)以及電子技術(shù)與各個行業(yè)的具體應用相結(jié)合的產(chǎn)物。 ②嵌入式系統(tǒng)通常是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向特定應用的。 ③嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結(jié)合在一起，其升級換代也是和具體產(chǎn)品同步進行的。 ④為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲器芯片或單片機中，而不是存貯于磁盤等載體中。 ⑤嵌入式系統(tǒng)本身并不具備在其上進行進一步開發(fā)的能力。在設計完成以后，用戶如果需要修改其中的程序功能，也必須借助于一套開發(fā)工具和環(huán)境。 ⑥要求嵌入式系統(tǒng)所支持的開發(fā)工具易學、易用、可靠、高效。 第2章 1．填空題 (1) (2) 信號調(diào)理電路，多路開關，前置放大器，采樣保持器，A／D轉(zhuǎn)換器 (3) 用來切換模擬電壓信號的關鍵元件 (4) 脈沖啟動，電平控制 (5) 中斷，查詢，延時 (6) 查詢，延時，中斷 (7) 雙緩沖，單緩沖，直通，單極性，雙極性 2．選擇題 (1) A (2) C (3) B (4) D (5) A (6) C (7) B (8) D 3．簡答題 (1) 在計算機控制系統(tǒng)中，常用的信號有3種類型，即模擬信號、離散模擬信號和數(shù)字信號。 (2) 如果連續(xù)信號具有有限頻譜，其最高頻率為，則對進行周期采樣且采樣角頻率時，連續(xù)信號可以由采樣信號惟一確定，亦即可以從不失真地恢復。 (3) 不是。如果輸入信號變化很慢（如溫度信號）或者A/D轉(zhuǎn)換時間較快，使得在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入信號變化很小，在允許的A/D轉(zhuǎn)換精度內(nèi)，不必再選用采樣/保持器。 (4) 信號調(diào)理電路是把傳感器輸出的信號或變送器輸出的信號中，較小的電壓信號經(jīng)過模擬量輸入通道中的放大器放大后，變換成標準電壓信號（如0~5V，1~5V，0~10V，-5~+5V等），再經(jīng)濾波后才能送入A/D轉(zhuǎn)換器。而對于電流信號應該通過I/V（電流/電壓）變換電路，將電流信號轉(zhuǎn)換成標準電壓信號，再經(jīng)濾波后送入A/D轉(zhuǎn)換器。 當有多個輸入信號需要檢測時，利用多路開關可將各個輸入信號依次地或隨機地連接到公用放大器或A／D轉(zhuǎn)換器上，實現(xiàn)對各個輸入通道的分時控制。多路開關是用來切換模擬電壓信號的關鍵元件。 前置放大器的任務是將模擬小信號放大到A/D轉(zhuǎn)換器的量程范圍內(nèi)（如0~5V）。 A/D轉(zhuǎn)換器需要一定的時間才能完成一次A/D轉(zhuǎn)換，因此在進行A/D轉(zhuǎn)換時間內(nèi)，希望輸入信號不再變化，以免造成轉(zhuǎn)換誤差。這樣，就需要在A/D轉(zhuǎn)換器之前加入采樣/保持器S/H。 A/D轉(zhuǎn)換器的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以便于計算機進行處理。 (5) 模擬量輸入通道，數(shù)字量輸入通道，模擬量輸出通道，數(shù)字量輸出通道。 (6) 當轉(zhuǎn)換結(jié)束時，A／D轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部的轉(zhuǎn)換結(jié)束觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標志電平，以通知主機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量。 根據(jù)該信號在I/O控制中的連接方式，A／D轉(zhuǎn)換器有查詢、延時和中斷控制方式。 采用查詢方式時，轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳通常連接到數(shù)據(jù)線或I/O口線上。這種方法程序設計比較簡單，且可靠性高，但實時性差。但由于大多數(shù)控制系統(tǒng)對于這點時間都是允許的，所以，這種方法用得最多。 采用延時方式時，轉(zhuǎn)換結(jié)束引腳懸空。在這種方式中，為了確保轉(zhuǎn)換完成，必須把時間適當延長，因此，其速度比查詢方式還慢，故應用較少。 采用中斷方式時，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號通常與計算機的外部中斷引腳連接（如80C51的或）。在中斷方式中，CPU與A/D轉(zhuǎn)換器是并行工作的，因此，其工作效率高。在多回路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中一般采用中斷方式。 (7) 數(shù)字量輸入通道中常用的信號調(diào)理電路有：在小功率輸入調(diào)理電路如采用RC濾波電路消除開關抖動的方法。采用RS觸發(fā)器消除開關兩次反跳的方法。大功率調(diào)理電路如高壓與低壓之間，用光電耦合器進行隔離。交流輸入信號檢測電路如電感、壓敏電阻和光耦合器配合使用的電路。 (8) 在數(shù)字量輸出通道中的驅(qū)動電路，對于低電壓情況下開關量控制輸出，可采用晶體管、OC門或運放等方式輸出。在驅(qū)動大型設備時，往往利用繼電器作為控制系統(tǒng)輸出到輸出驅(qū)動級之間的第一級執(zhí)行機構(gòu)，通過第一級繼電器輸出，可以完成從低壓直流到高壓交流的過渡。固態(tài)繼電器是計算機測控系統(tǒng)中作為輸出通道的控制元件的新型的電子繼電器。 4．設計題 （1）產(chǎn)生三角波的程序 MOV A，#00H DA1： MOV DPTR，#0DFFFH MOVX @DPTR，A DA2： INC A JNZ DA1 DEC A DA3： DEC A MOV DPTR，#0DFFFH MOVX @DPTR，A JNZ DA3 AJMP DA2 產(chǎn)生梯形波 DA0： MOV A，#00H DA1： MOV DPTR，#FF7CH MOVX @DPTR，A INC A JNZ DA1 DEC A ACALL DL6ms DA2： MOV DPTR，#FF7CH MOVX @DPTR，A DEC A JNZ DA2 MOV DPTR，#FF7CH MOVX @DPTR，A ACALL DL6ms AJMP DA0 DL6ms：MOV R1，#0CH DL1 MOV R2，#0FFH DL2 DJNZ R2，DL2 DJNZ R1，DL1 RET (2) 1) 采用直通工作方式 2）單極性輸出方式 3） MOV DPTR，#0FF7FH MOV A，#80H MOVX @DPTR，A DA0： MOV A，#0FFH DA1： MOV DPTR，#0FF7CH MOVX @DPTR，A DEC A JNZ DA1 MOVX @DPTR，A AJMP DA0 (3) 計算如下： △U=10/256=0.039V/步 下限對應的數(shù)值：1.5V/ △U=38.4步 ，取38步 上限對應的數(shù)值：8.5V/ △U=217.9步，取218步 程序清單如下： MOV DPTR，#0FF7FH MOV A，#80H MOVX @DPTR，A DA0： MOV R0，#26H ；(38)D=(26) H MOV DPTR，#0FF7CH MOV A，R0 MOVX @DPTR，A DA1： INC R0 MOV DPTR，#0FF7CH MOV A，R0 MOVX @DPTR，A CJNE R0，#0DAH，DA1 ；(218) D=(0DA) H AJMP DA0 RET (4) 1) 控制口地址為FF7FH，C口地址為FF7EH，B口地址為FF7DH，A口地址為FF7CH 2) 采用查詢方式 3) MOV DPTR，#0FF7FH ；8255A初始化 MOV A，#83H MOVX @DPTR，A MOV R0，#60H AD0： MOV DPTR，#0FF7EH ；選擇IN0，且啟動轉(zhuǎn)換 MOV A，#80H MOVX @DPTR，A AD1： MOVX A，@DPTR ；從C口讀取數(shù)據(jù) ANL A，#04H ；屏蔽PC7~3，PC1~0位 JNZ AD1 ；A=0說明PC2=0，開始轉(zhuǎn)換 AD2： MOVX A，@DPTR ；A=1，再讀C口數(shù)據(jù) ANL A，#04H JZ AD2 ；若A=1表示轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOV DPTR，#0FF7DH ；讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOVX A，@DPTR MOV @R0，A RET 4) 0~5V 5) CBA=111 (5) 將ADC0809的EOC引腳通過反相器連接到80C51的，并設置為邊沿觸發(fā) ORG 0000H LJMP INTADC ORG 0003H LJMP ADINT0 ORG 0300H INTADC： MOV DPTR，#0FF7FH ；8255A初始化 MOV A，#83H MOVX @DPTR，A MOV R0，#60H ;設置存儲單元 SETB IT0 ；選擇為邊沿觸發(fā)方式 SETB EA ；開中斷 SETB EX0 ； AD0： MOV DPTR，#0FF7EH ；選擇IN0，且啟動轉(zhuǎn)換 MOV A，#80H MOVX @DPTR，A … ADINT0： … MOV DPTR，#0FF7DH ；讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOVX A，@DPTR MOV @R0，A MOV DPTR，#0FF7EH ；再次選擇IN0，且啟動轉(zhuǎn)換 MOV A，#80H MOVX @DPTR，A RETI (6) MOV P1,#0FFH ；P1為準輸入口 LOOP： MOV A,P1 ；讀入開關狀態(tài) MOV DPTR , #7FFFH ；輸出燈亮的模型 MOVX @DPTR , A 第3章 1．填空題 (1) 1 (2) 中間值 (3) 軟件報警，直接報警 (4) 掃描法，線反轉(zhuǎn)法 (5) 編程掃描，定時掃描，中斷掃描 (6) 靜態(tài)顯示，動態(tài)顯示 (7) 靜態(tài)，時分割 2．選擇題 (1) B (2) B (3) C (4) C (5) B (6) B (7) D (8) D (9) B 3．簡答題 (1) 常用的數(shù)字濾波方法有程序判斷濾波、算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、中值濾波、去極值平均濾波、滑動平均濾波、低通數(shù)字濾波。 程序判斷濾波適合于對隨機干擾進行濾波，算術(shù)平均值濾波、加權(quán)平均值濾波、去極值平均濾波、滑動平均濾波主要適合于對壓力、流量等周期脈動的干擾進行濾波，中值濾波對應去掉由于偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)當而造成的誤差所引起的脈動干擾比較有效，低通數(shù)字濾波適用于對高頻和低頻的干擾信號進行濾波。 (2) 在程序判斷濾波方法中，通常根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到，必要時，可由實驗得出。其值不是越大越好。 (3) 傳感器或變送器檢測的參數(shù)都需要換成A/D轉(zhuǎn)換器所能接收的0～5V統(tǒng)一電壓信號，又由A／D轉(zhuǎn)換成00～FFH（8位）的數(shù)字量。為進一步顯示、記錄、打印以及報警等，必須把這些數(shù)字量轉(zhuǎn)換成不同的單位，以便操作人員對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視和管理，必須進行標度變換。 (4) 報警程序的設計方法主要有兩種。一種是軟件報警。這種方法的基本作法是把被測參數(shù)如溫度、壓力、流量、速度、成分等參數(shù)，經(jīng)傳感器、變送器、A／D轉(zhuǎn)換送入計算機后，再與規(guī)定的上、下限值進行比較，根據(jù)比較的結(jié)果進行報警或處理，整個過程都由軟件實現(xiàn)。另一種是直接報警?；咀鞣ㄊ潜粶y參數(shù)與給定值的比較在傳感器中進行，如果被測參數(shù)超過給定值，就會通過硬件向CPU提出中斷請求，CPU響應中斷后，會產(chǎn)生報警信號。 (5) 鍵盤實際上是一組按鍵開關的集合，其中一個按鍵就是一個開關量輸入裝置。由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合或斷開時不會馬上穩(wěn)定下來，會有瞬間的抖動，抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5~10ms。為了能使鍵盤給系統(tǒng)提供準確的數(shù)據(jù)和命令，必須設法消除抖動。 消除按鍵抖動的措施有兩種：硬件方法和軟件方法。硬件方法可以采用RC濾波消抖電路或RS雙穩(wěn)態(tài)消抖電路。軟件方法是在第一次檢測到有按鍵閉合時，首先執(zhí)行一段延時10ms的子程序，然后再確認該按鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認為真正有按鍵按下，從而消除了抖動的影響。 (6) LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。 所謂靜態(tài)顯示方式，是由單片機一次輸出顯示后，就能保持該顯示結(jié)果，直到下次送新的顯示字型碼為止。LED工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或接+5V）；每位的段選線分別與一個8位的鎖存輸出相連。靜態(tài)顯示方式中，由于顯示器中的各位相互獨立，故在同一時間里，每一位顯示的字符可以各不相同。這種顯示方式的優(yōu)點是顯示器的亮度都較高，占用機時少，顯示可靠，編程容易，管理也簡單，因而在工業(yè)過程控制中得到了廣泛的應用。這種顯示方式的缺點是使用元件多，且線路比較復雜，因而成本比較高。 所謂動態(tài)顯示，就是單片機定時地對顯示器件掃描，在這種方法中，顯示器件分時工作，每次只能有一個器件顯示，而其他各位熄滅，但由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短，則可造成多位同時亮的假象，達到顯示的目的。 動態(tài)顯示方式的優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低。但它占用機時長，只要單片機不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。由此可見，這種顯示方式將使計算機的開銷增大。故在以工程控制為主的控制系統(tǒng)中應用較少。 (7) LED數(shù)碼顯示器是由發(fā)光二極管組成的，根據(jù)其內(nèi)部發(fā)光二極管的連接方法不同，分為共陽極和共陰極兩種。共陰極LED數(shù)碼顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應的段被顯示。同樣，共陽極LED數(shù)碼顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓。當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應的段被顯示。 LCD是一種借助外界光線照射液晶材料而實現(xiàn)顯示的被動顯示器件。液晶顯示器是在平整度很好的玻璃面上噴上二氧化錫透明導電層形成電極，在上、下導電層之間注入液晶材料密封而成的。若在液晶屏正面電極的某點和背電極間加上適當大小的電壓，則該點所夾持的液晶便產(chǎn)生“散射效應”，并顯示出點陣。根據(jù)需要，可將電極做成各種文字、數(shù)字或點陣，就可以獲得所需的各種顯示。 LCD顯示器不能采用直流驅(qū)動，否則，會使液晶產(chǎn)生電解和電極老化，從而大大降低液晶顯示器的使用壽命。 4．設計題 (1) 解：電路原理圖如下圖所示： 程序清單如下： MOV DPTR，#7FFFH ；8255A初始化，方式0 MOV A，#98H ；PC3~PC0輸出方式，PC7~PC4輸入方式 MOVX @DPTR，A KEY1： ACALL KS1 JNZ LK1 NI： ACALL DL6ms ；調(diào)用延時子程序，延時6ms AJMP KEY1 LK1： ACALL DL6ms ；延時12ms ACALL DL6ms ACALL KS1 JNZ LK2 ACALL DL6ms AJMP KEY1 LK2： MOV R2，#FEH ；掃描模式→R2（按列逐列掃描） MOV R4，#00H ；R4為列計數(shù)器 LK4： MOV DPTR，#7FFEH ；掃描模式→8255A的PC口 MOV A，R2 MOVX @DPTR，A MOVX A，@DPTR ；讀8255A的PC口 JB ACC.7，LONE ；轉(zhuǎn)判1行，ACC.7=1，說明0行無鍵閉合 MOV A，#00H ；0行有鍵閉合，首鍵號0→A AJMP LKP LONE： JB ACC.6，LTWO ；轉(zhuǎn)判2行 MOV A，#04H ；1行有鍵閉合，首鍵號4→A AJMP LKP LTWO： JB ACC.5，LTHR ；轉(zhuǎn)判3行 MOV A，#08H ；2行有鍵閉合，首鍵號8→A AJMP LKP LTHR： JB ACC.4，NEXT ；轉(zhuǎn)判下一列， MOV A，#0CH ；3行有鍵閉合，首鍵號12→A LKP： ADD A，R4 ；求鍵號=列號+行首鍵號 PUSH ACC ；鍵號進棧保護 LK3： ACALL DL6ms ；判斷鍵釋放否 ACALL KS1 JNZ LK3 ；A=0，說明鍵釋放 POP ACC ；鍵號→A CJNE A，#09H，COM ； AJMP DIGPRO ；等于9，轉(zhuǎn)數(shù)字鍵處理 COM： JNC FUNPRO ；大于9，轉(zhuǎn)功能鍵處理 AJMP DIGPRO ；小于9，轉(zhuǎn)數(shù)字鍵處理 RET NEXT： INC R4 ；列計數(shù)器加1 MOV A，R2 ；判斷是否掃描到最后一列 JNB ACC.3，KND ；若ACC.3=0，說明已經(jīng)到最后一列 RL A ；掃描模式左移一位，準備掃描下一列 MOV R2，A AJMP LK4 KND： AJMP KEY1 KS1： MOV DPTR，##7FFEH ；全“0” →掃描口PC口 MOV A，#00H MOVX @DPTR，A MOVX A，@DPTR ；讀PC7~PC4狀態(tài) CPL A ANL A，#0F0H RET DL6ms：MOV R5，#0CH DL1： MOV R6，#0FFH DL2： DJNZ R6，DL2 DJNZ R5，DL1 RET (2) ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP LK1 ORG 0300H MAIN: MOV DPTR，#7FFFH ；8255A初始化，方式0 MOV A，#98H ；PC3~PC0輸出方式，PC7~PC4輸入方式 MOVX @DPTR，A … LK1： ACALL DL6ms ；延時12ms ACALL DL6ms ACALL KS1 JNZ LK2 AJMP KND LK2： MOV R2，#FEH ；掃描模式→R2（按列逐列掃描） MOV R4，#00H ；R4為列計數(shù)器 LK4： MOV DPTR，#7FFEH ；掃描模式→8255A的PC口 MOV A，R2 MOVX @DPTR，A MOVX A，@DPTR ；讀8255A的PC口 JB ACC.7，LONE ；轉(zhuǎn)判1行，ACC.7=1，說明0行無鍵閉合 MOV A，#00H ；0行有鍵閉合，首鍵號0→A AJMP LKP LONE： JB ACC.6，LTWO ；轉(zhuǎn)判2行 MOV A，#04H ；1行有鍵閉合，首鍵號4→A AJMP LKP LTWO： JB ACC.5，LTHR ；轉(zhuǎn)判3行 MOV A，#08H ；2行有鍵閉合，首鍵號8→A AJMP LKP LTHR： JB ACC.4，NEXT ；轉(zhuǎn)判下一列， MOV A，#0CH ；3行有鍵閉合，首鍵號12→A LKP： ADD A，R4 ；求鍵號=列號+行首鍵號 PUSH ACC ；鍵號進棧保護 LK3： ACALL DL6ms ；判斷鍵釋放否 ACALL KS1 JNZ LK3 ；A=0，說明鍵釋放 POP ACC ；鍵號→A CJNE A，#09H，COM ； AJMP DIGPRO ；等于9，轉(zhuǎn)數(shù)字鍵處理 COM： JNC FUNPRO ；大于9，轉(zhuǎn)功能鍵處理 AJMP DIGPRO ；小于9，轉(zhuǎn)數(shù)字鍵處理 RET NEXT： INC R4 ；列計數(shù)器加1 MOV A，R2 ；判斷是否掃描到最后一列 JNB ACC.3，KND ；若ACC.3=0，說明已經(jīng)到最后一列 RL A ；掃描模式左移一位，準備掃描下一列 MOV R2，A AJMP LK4 KND： RETI KS1： MOV DPTR，##7FFEH ；全“0” →掃描口PC口 MOV A，#00H MOVX @DPTR，A MOVX A，@DPTR ；讀PC7~PC4狀態(tài) CPL A ANL A，#0F0H RET DL6ms：MOV R5，#0CH DL1： MOV R6，#0FFH DL2： DJNZ R6，DL2 DJNZ R5，DL1 RET (3) 設計思路： 設置一個標志模型單元，比如20H單元，令20H.3、20H.2、20H.1和20H.0分別為四位數(shù)據(jù)的標志位，如果該位為0，且不顯示，則對應的標志位置1，在取數(shù)據(jù)前將該單元清0。從高位即(DATA+3)單元開始取數(shù)據(jù)。在取一位數(shù)據(jù)時，先判斷是否為0，若不為0則顯示，并取下一位數(shù)據(jù)；若為0，判讀其是否是最低位，若為最低位則顯示，否則檢查其高位的標志位是否為1，如果為1，說明其高位為0，那么本位也不顯示，并將其標志位置1，然后取下一位數(shù)據(jù)。 (4) 利用公式 其中，，，代入上式得 在編程時，可以調(diào)用浮點數(shù)乘法和加法子程序來實現(xiàn)。 (5) 設正常參數(shù)存放在30H單元，采樣值存放在SAMP單元。 ORG 8000H ALARM: MOV DPTR, #SAMP ；采樣值存放地址→DPTR MOVX A, @DPTR ；取采樣值 ALARM0: CJNE A,30H, AA ；不相等，則聲光報警 MOV A,02H ;相等，則綠燈亮 MOV P1,A RET AA: MOV A,#81H MOV P1,A RET 5．計算題 (1) 思路：梯度爐溫度變化與溫度變送器輸出呈線性關系，故可以線性參數(shù)標度變換。但由于0℃對應的不是00H，所以應選擇，即0℃(1V)所對應的數(shù)字量。 1V電壓所對應的數(shù)字量為，其變?yōu)槭M制數(shù)為33H，所以 ℃ (2) ，，，， ℃ 第4章 1．填空題 (1)單位圓內(nèi)，圓上或圓外，不穩(wěn)定 (2)單位圓圓周，單位圓內(nèi)，單位圓外 (3)虛軸，左半平面，右半平面 (4)采樣周期，差 2．選擇題 (1)C (2)B (3) B 3．簡答題 (1)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的全部極點（特征方程的根）必須在Z平面中的單位圓內(nèi)，即(i=1,2,...,N) (2) 與控制系統(tǒng)本身特性有關，又與參考輸入形式有關 4．計算題 (1) 1) 2) 3) G(z)= (2) (3) (4) 1）系統(tǒng)不穩(wěn)定，不穩(wěn)定極點個數(shù)為：2 2）系統(tǒng)不穩(wěn)定，不穩(wěn)定極點個數(shù)為：1 3）系統(tǒng)穩(wěn)定 4）系統(tǒng)穩(wěn)定 5）系統(tǒng)不穩(wěn)定，不穩(wěn)定極點個數(shù)為：2 5．設計題 （1） 1）系統(tǒng)穩(wěn)定 2） （2）T=1s時; T=0.5s時 當減小采樣周期T，為使系統(tǒng)工作盡可能接近于相應的連續(xù)系統(tǒng)，則增益K的取值范圍加大了。 （3） （4）系統(tǒng)不穩(wěn)定， （5） （6） 從上述數(shù)據(jù)可以看出，系統(tǒng)在單位階躍函數(shù)作用下的過渡過程具有衰減震蕩的形式，故系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 （7）輸入為單位階躍時， 單位速度函數(shù)輸入時， 單位加速度輸入時， （8）0 （9）1 （10）本題 1）系統(tǒng)穩(wěn)定 2） 3）， 第5章 1．選擇題 (1) C (2) A (3) D (4) A (5) A 2．簡答題 (1) 比例控制能提高系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，迅速反應誤差，從而減小誤差，但比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，的加大，會引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；積分控制的作用是消除穩(wěn)態(tài)誤差，因為只要系統(tǒng)存在誤差，積分作用就不斷地積累，輸出控制量以消除誤差，直到偏差為零，積分作用才停止，但積分作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)量加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；微分控制與偏差的變化率有關，它可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時加快系統(tǒng)的動態(tài)響應速度，減小調(diào)整時間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 (2) 被控對象的特性、擾動信號周期、控制的回路數(shù)、執(zhí)行機構(gòu)的響應速度、控制算法的類型、給定值的變化頻率、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的性能。 (3) 從香農(nóng)采樣定理可知，只有當采樣頻率時，才能使采樣信號不失真地復現(xiàn)原來的信號。從理論上講，采樣頻率越高，失真越小。但從控制器本身而言，大都依靠偏差信號E（k）進行調(diào)節(jié)計算。當采樣周期T太小時，偏差信號E（k）也會過小，此時計算機將會失去調(diào)節(jié)作用。采樣周期T過長又會引起誤差。因此，選擇采樣周期T時，必須綜合考慮。 (4) 普通PID算法是在整個控制期間，比例、積分和微分系數(shù)為恒定不變的；積分分離PID算法是設置一個積分分離閾值β，當時，采用PID控制，以便于消除靜差，提高控制精度；當時，采用PD控制，以使超調(diào)量大幅度降低；變速積分PID是設法改變積分項的累加速度，使其與偏差的大小相對應。偏差越大，積分速度越慢；反之，偏差越小時，積分速度越快。 (5) 略 3．計算題 (1) 解： 由 解得：，， 又因為T=0.2s，所以 所以位置型PID算法輸出表達式為： 增量型PID算法輸出表達式為： (2) ，， ， 第6章 1．填空題 (1) 廣義脈沖傳遞函數(shù)單位圓內(nèi)的非零零點 (2）直接數(shù)字控制，純滯后，調(diào)節(jié)時間，超調(diào)量 (3） 2．選擇題 (1)D (2)A (3)D (4)D (5)B 3．簡答題 (1) 不允許。離散系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)的全部極點在Z平面的單位圓內(nèi)。 （2）直接根據(jù)離散系統(tǒng)理論來設計數(shù)字控制器的方法稱為系統(tǒng)的直接數(shù)字化設計。不是。 （3）設計一個數(shù)字調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)到達穩(wěn)定時所需要的采樣周期最少，而且系統(tǒng)在采樣點的輸出值能準確地跟蹤輸入信號，不存在靜差。在各種使系統(tǒng)在有限拍內(nèi)到達穩(wěn)態(tài)的設計中，系統(tǒng)準確跟蹤輸入信號所需的采樣周期數(shù)最少。 數(shù)字控制器必須在物理上可實現(xiàn)。閉環(huán)系統(tǒng)必須是穩(wěn)定的。 1)考慮不同類型輸入，選擇滿足最少拍的的形式； 2)考慮D(z)可實現(xiàn)性，Φ(z)應包含z-r因子和G(z)中|zi|≥1(不包括z＝1點)的零點； 3)考慮系統(tǒng)穩(wěn)定性，應把G(z)中的不穩(wěn)定極點|pi|≥1(不包括z＝1點)作為自己的零點。 局限性: 1) 系統(tǒng)的適應性差。改進方法：引入加權(quán)因子。 2) 在采樣點之間存在紋波，增加了功率損耗和機械磨損。改進方法：無紋波設 計。 （4）無單位圓上或單位圓外零極點，無純滯后環(huán)節(jié)的多次方（即冪次≧2）。 （5）若廣義對象中有極點存在，則應用或的相同零點來抵消。但用來抵消的零點是不可靠的，因為中的參數(shù)由于計算上的誤差或漂移會造成抵消不完全的情況，這將有可能引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定，所以，的不穩(wěn)定極點通常由來抵消。給增加零點的后果是延遲了系統(tǒng)消除偏差的時間。中出現(xiàn)的單位圓上(或圓外)的零點，則既不能用中的極點來抵消，因為已選定為的多項式，沒有極點，也不能用增加中的極點來抵消，因為不允許有不穩(wěn)定極點，這樣會導致數(shù)字控制器的不穩(wěn)定。 （6）第一步：根據(jù)被控對象的數(shù)學模型求出廣義對象的脈沖傳遞函數(shù)G(z)； 第二步：根據(jù)輸入信號類型，查表6-1確定誤差脈沖傳遞函數(shù)We(z)； 第三步：將G(z)、We(z)帶入，進行Z變換運算，即可求出數(shù)字控制器的脈沖傳遞函數(shù)D(z)； 第四步： 用U(z)判斷所設計的D(z)是否是最小拍無波數(shù)字控制系統(tǒng)； 第五步：根據(jù)結(jié)果，求出輸出序列及其響應曲線等。 （7）純滯后慣性系統(tǒng)，因允許它存在適當?shù)某{(diào)量，當系統(tǒng)參數(shù)設置不適合或不匹配時，可能使數(shù)字控制器輸出接近1/2采樣頻率的大幅度上下擺動的序列，這種現(xiàn)象稱為振鈴現(xiàn)象。 振鈴現(xiàn)象產(chǎn)生的根源在于Q(z)中z=-1附近有極點所致。由書中表6-2可以看出，極點z=-1時最嚴重，在單位圓中離z=-1越遠，振鈴現(xiàn)象就越弱。在單位圓內(nèi)右半平面有極點時，則會減輕振鈴現(xiàn)象，而在單位圓內(nèi)右半平面有零點時，會加劇振鈴現(xiàn)象。 （8）大林提出一種消除振鈴現(xiàn)象的方法，即先找出造成振鈴現(xiàn)象的極點的因子，令其z=1，這樣便消除了這個極點。 （9）直接程序設計法的優(yōu)點是，除了時涉及的一項外，其余各項都可在采用前全部計算出來，因而可大大減少計算機延時，提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。 串行法和并行法在高階數(shù)字控制器設計時，可以簡化程序設計，只要審計出一階或二階的子程序，通過反復調(diào)用子程序即可實現(xiàn)。這樣設計的程序占用內(nèi)存量少，容易讀，且調(diào)試方便。在串行和并行法程序設計中，需要將高階函數(shù)分解成一階或二階的環(huán)節(jié)，這樣的分解并不是在任何情況下都可以進行的。此時若采用直接程序設計法則優(yōu)越性更大 4．計算題 （1） （2） （3） 5．設計題 （1） （2） 由上述討論可見，按某種典型輸入設計的最少拍系統(tǒng)，當輸入形式改變時，系統(tǒng)性能變壞，輸出響應不一定理想。說明最少拍系統(tǒng)對輸入信號的變化適應性較差。 （3） c(0)=0，c(T)=0，c(2T)=2, c(3T)=3, c(4T)=4....... 經(jīng)過2拍后，輸出波形圖C(kT)如下圖所示。 （4） （5）答案見書中【例6.8】。 若本題改為單位速度輸入，則 控制器輸出u(kT) 系統(tǒng)輸出c(kT) （6） 控制器輸出波形 系統(tǒng)輸出波形 （7）控制器的輸出為 ① 經(jīng)過兩拍之后，輸出量 系統(tǒng)輸出量 經(jīng)過兩拍后，輸出量 ②系統(tǒng)輸出量： 當參數(shù)變化時，系統(tǒng)的性能變壞，輸出的響應不理想，說明最少拍系統(tǒng)對被控對象模型參數(shù)的變化適應性較差。 （8）本題的被控對象傳遞函數(shù)改為 (9) 程序略。 第7章 1．填空題 (1) 空間感應的干擾，過程通道的干擾，電源系統(tǒng)的干擾，地電位波動的干擾，反射波的干擾 (2) 直接耦合方式，公共阻抗耦合方式，電容耦合方式，電磁感應耦合方式，輻射耦合方式，漏電耦合方式 (3) 指令冗余技術(shù)，軟件陷阱技術(shù)，辨別上電方式，系統(tǒng)的復位處理，Watchdog技術(shù) (4) 交流地，系統(tǒng)地，安全地，數(shù)字地，模擬地 (5) 光電隔離，繼電器隔離，變壓器隔離，采用雙絞線作信號線 2．選擇題 (1) C (2) D (3) A (4) D (5) D 3．簡答題 (1) 常用的硬件抗干擾措施有光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離、采用雙絞線作信號線、屏蔽RAM數(shù)據(jù)掉電保護等。 (2) 常用的軟件抗干擾措施有指令冗余技術(shù)，軟件陷阱技術(shù)，辨別上電方式，系統(tǒng)的復位處理，Watchdog技術(shù)等。 (3) 光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個管殼內(nèi)，以光為媒介傳輸信號的器件，其輸入和輸出在電氣上是隔離的，所以抗干擾能力很強。 不能共用電源，保證計算機與現(xiàn)場僅有光的聯(lián)系，切斷干擾通路，也避免形成地環(huán)流。 (4) 所謂軟件陷阱，就是當PC失控，造成程序“亂飛”而進入非程序區(qū)時，在非程序區(qū)設置一些攔截程序，將失控的程序引至復位入口地址0000H或處理錯誤程序的入口地址ERR，在此處將程序轉(zhuǎn)向?qū)ｉT對程序出錯進行處理的程序，使程序納入正軌。 軟件陷阱一般在未使用的中斷向量區(qū)、未使用的EPROM空間、表格、運行程序區(qū)，另外在進行RAM的數(shù)據(jù)讀寫之前，測試RAM讀寫通道的暢通性，可以通過編寫陷阱實現(xiàn)。 (5) 所謂指令冗余技術(shù)是指在程序的關鍵地方人為地加入一些單字節(jié)指令NOP，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫，當程序“跑飛”到某條單字節(jié)指令上，就不會發(fā)生將操作數(shù)當作指令來執(zhí)行的錯誤，使程序迅速納入正軌。常用的指令冗余技術(shù)有兩種：NOP指令的使用和重要指令冗余。 4．設計題 (1) ORG 0000H AJMP START START: MOV A, SP CJNE A, ＃07H, LOOP ;SP不為07H則轉(zhuǎn)移 LJMP START0 ;轉(zhuǎn)向系統(tǒng)初始化入口 LOOP: LJMP ERR ;轉(zhuǎn)向出錯程序處理 (2) ORG 0000H AJMP START START: MOV A,50H CJNE A,#55H,LOOP ;50H中不為55H則轉(zhuǎn) MOV A,51H CJNE A,#0AAH,LOOP ;51H中不為AAH則轉(zhuǎn) LJMP ERR ;轉(zhuǎn)向出錯處理程序 LOOP: MOV 50H,#55H MOV 51H,#0AAH LJMP START0 ;轉(zhuǎn)向系統(tǒng)初始化入口 (3) MOV R7,#3 ;R7為計數(shù)器 MOV DPTR,#0DF00H ;輸出端口地址DF00H AGAIN: MOV A,#80H MOVX @DPTR,A ;閉合接點 LCALL DELAY20ms MOVX A,@DPTR ;輸入端口地址DF00H JB ACC.7,NEXT ;檢測狀態(tài) MOV A,#00H MOVX @DPTR,A ;釋放接點 LCALL DELAY5ms DJNZ R7,AGAIN LJMP ERROR ;轉(zhuǎn)故障處理 NEXT: 第8章 1．填空題 (1) 安全可靠 (2) 備份工作方式，主從工作方式，雙工工作方式，分級分布式控制方式 (3) 定時事件，隨機事件 (4) 系統(tǒng)軟件，應用軟件 (5) 實時性，針對性，靈活性和通用性，可靠性 2．選擇題 (1) D (2) C (3) D (4) A (5) B 3．簡答題 (1) 安全可靠，操作維護方便，實時性強，通用性好、便于擴充，經(jīng)濟效益高 (2) 選擇控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和類型，選擇檢測元器件，選擇執(zhí)行機構(gòu)，選擇輸入/輸出通道及外圍設備，可靠性設計，分配硬件和軟件的功能 (3) ① 輸送源程序到存儲器，或者通過面板操作來監(jiān)視程序執(zhí)行情況； ② 打印、顯示中間結(jié)果或最終結(jié)果； ③ 根據(jù)工藝要求，修改一些檢測點和控制點的參數(shù)及給定值； ④ 設置報警狀態(tài)，選擇工作方式以及控制回路等； ⑤ 完成系統(tǒng)控制的各種狀態(tài)切換； ⑥ 完成手動—自動無擾動切換； ⑦ 完成各種畫面顯示。 (4) 實時性，針對性，靈活性和通用性，可靠性 (5) 當鍵未按下時，所有輸出端均為高電平。當有鍵按下后該鍵的BCD碼將出現(xiàn)在輸出線上。例如，按下“7”鍵時，與鍵7相連的一個二極管導通，所以D線上為低電平，A，B，C仍為高電平，因此輸出編碼為0111，其余依次類推。 當任何一個鍵按下時，四輸入與非門74LS20產(chǎn)生一個高電平選通信號KEYSTROBE，此信號經(jīng)反相器后向80C51申請中斷。 4．設計題 (1) DISPLAY: MOV A,LED1 ;取千位數(shù) MOV DPTR,#SEGTABL MOVC A,@A+DPTR ;取顯示碼 MOV DPTR,#7FFDH ;送顯示數(shù)據(jù)到PB口 MOVX @DPTR,A MOV A,#10H ;顯示千位 MOV DPTR,#7FFEH MOVX @DPTR,A MOV A,LED2 ,取百位數(shù) MOV DPTR,#SEGTABL MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#7FFDH MOVX @DPTR,A MOV A,#20H ;顯示百位 MOV DPTR,#7FFEH MOVX @DPTR,A MOV A,LED3 ;取十位數(shù) MOV DPTR,#SEGTABL MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#7FFDH MOVX @DPTR,A MOV A,#40H ;顯示十位數(shù) MOV DPTR,#7FFEH MOVX @DPTR,A MOV A,LED4 ;取個位數(shù) MOV DPTR,#SEGTABL MOVC A,@A+DPTR MOV DPTR,#7FFDH MOVX @DPTR,A MOV A,#80H ;顯示個位數(shù) MOV DPTR,#7FFEH MOVX @DPTR,A RET (2) 設計思路 在初始化程序中，設置工作在方式2（自動恢復常數(shù)）外部計數(shù)方式，定時器TH0、TL0初值均為0FFH，并允許中斷，8155初始化設置PB口PA口為輸出方式，PC口為輸入方式。 在鍵盤有按鍵按下時，定時器產(chǎn)生中斷，轉(zhuǎn)到其中斷矢量入口地址，轉(zhuǎn)去查詢是否確實有鍵按下，矩陣式鍵盤的行線由PC提供，鍵盤的列線由PA口提供，當判斷確有按鍵按下時，判斷出按鍵并將按鍵編碼送到緩沖區(qū)。(參考第3章程序) 圖中LED采用共陰極方式，4個顯示器的段選碼由8155的PB口提供，位選碼由8155的PA口提供，LED采用動態(tài)掃描方式。(參考第3章程序) (3) 設計思路 將水位上限值和下限值保存在兩個存儲單元內(nèi)，再設置一個電動機工作模型單元，當檢測到水位低于下限水位時，或檢測到水位高于上限水位時，將對應的標志位置1，若檢測到水位在正常范圍，則不置位兩個標志位。再根據(jù)電動機工作模型單元的狀態(tài)，輸出控制信號使電動機供水或停止供水。也就是說，檢測元件正常時，兩個標志位出現(xiàn)的狀態(tài)為：兩位都是0，或者有一位為0，一位為1。若電動機工作模型單元的兩個標志位均置1，也即既要停止供水，又要讓電動機供水，說明檢測元件失靈，輸出報警信號報警。 (4) 設計思路 該交通燈的工作規(guī)律為，狀態(tài)0：南北方向通行，綠燈亮30s，而東西方向紅燈亮30s；狀態(tài)1：南北方向綠燈熄滅，黃燈閃爍2s，東西方向仍亮紅燈；狀態(tài)2：南北方向亮紅燈20s，東西方向亮綠燈20s；狀態(tài)3：東西方向綠燈熄滅，而黃燈閃爍2s，南北方向仍然亮紅燈。系統(tǒng)按照此順序循環(huán)工作。這四個工作狀態(tài)可以編寫4個子程序，單片機循環(huán)調(diào)用這4個子程序。 程序工作流程：先對用到的寄存器、存儲器和中斷入口地址等進行初始化，比如初始化東西南北顯示時間寄存器，定時器和外部中斷入口地址等，南北亮綠燈，同時顯示還剩32秒，東西亮紅燈，同時顯示32秒；判斷南北時間是否到，如果由綠燈變?yōu)辄S燈，顯示時間2秒，東西紅燈不變；繼續(xù)判斷黃燈的顯示時間是否到，如果由黃燈變?yōu)榧t燈，顯示時間22秒，同時判斷紅燈顯示時間是否到，如果由紅燈變?yōu)榫G燈，顯示時間為30秒，之后周而復始。 24