沈阳大学范立南《计算机控制技术》习题参考答案完整版

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沈阳大学范立南《计算机控制技术》习题参考答案完整版本文简介：《计算机控制技术》

习题参考答案

第1章

1．填空题

(1)

闭环控制系统，开环控制系统

(2)

实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出

(3)

计算机，生产过程

(4)

模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道

(5)

系统软件，应用软件

2．选择题

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

3．简答题

(1)

将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。

计算机控制系统由计算机

MOV

R4，#00H

；R4为列计数器

LK4：MOV

DPTR，#7FFEH

；扫描模式→8255A的PC口

MOV

A，R2

MOVX

@DPTR，A

MOVX

A，@DPTR

；读8255A的PC口

ACC.7，LONE

；转判1行，ACC.7=1，说明0行无键闭合

MOV

A，#00H

；0行有键闭合，首键号0→A

AJMP

LKP

LONE：JB

ACC.6，LTWO

；转判2行

MOV

A，#04H

；1行有键闭合，首键号4→A

AJMP

LKP

LTWO：JB

ACC.5，LTHR

；转判3行

MOV

A，#08H

；2行有键闭合，首键号8→A

AJMP

LKP

LTHR：JB

ACC.4，NEXT

；转判下一列，

MOV

A，#0CH

；3行有键闭合，首键号12→A

LKP：

ADD

A，R4

；求键号=列号+行首键号

PUSH

ACC；键号进栈保护

LK3：ACALL

DL6ms

；判断键释放否

ACALL

KS1

JNZ

LK3

；A=0，说明键释放

POP

ACC

；键号→A

CJNE

A，#09H，COM

；

AJMP

DIGPRO

；等于9，转数字键处理

COM：JNC

FUNPRO；大于9，转功能键处理

AJMP

DIGPRO；小于9，转数字键处理

RET

NEXT：INC

；列计数器加1

MOV

A，R2

；判断是否扫描到最后一列

JNB

ACC.3，KND

；若ACC.3=0，说明已经到最后一列

；扫描模式左移一位，准备扫描下一列

MOV

R2，A

AJMP

LK4

KND：AJMP

KEY1

KS1：MOV

DPTR，##7FFEH

；全“0”

→扫描口PC口

MOV

A，#00H

MOVX

@DPTR，A

MOVX

A，@DPTR

；读PC7~PC4状态

CPL

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输出方式，PC7~PC4输入方式

MOVX

@DPTR，A

…

LK1：ACALL

DL6ms；延时12ms

ACALL

DL6ms

ACALL

KS1

JNZ

LK2

AJMP

KND

LK2：

MOV

R2，#FEH

；扫描模式→R2

MOV

R4，#00H

；R4为列计数器

LK4：MOV

DPTR，#7FFEH

；扫描模式→8255A的PC口

MOV

A，R2

MOVX

@DPTR，A

MOVX

A，@DPTR

；读8255A的PC口

ACC.7，LONE

；转判1行，ACC.7=1，说明0行无键闭合

MOV

A，#00H

；0行有键闭合，首键号0→A

AJMP

LKP

LONE：JB

ACC.6，LTWO

；转判2行

MOV

A，#04H

；1行有键闭合，首键号4→A

AJMP

LKP

LTWO：JB

ACC.5，LTHR

；转判3行

MOV

A，#08H

；2行有键闭合，首键号8→A

AJMP

LKP

LTHR：JB

ACC.4，NEXT

；转判下一列，

MOV

A，#0CH

；3行有键闭合，首键号12→A

LKP：

ADD

A，R4

；求键号=列号+行首键号

PUSH

ACC；键号进栈保护

LK3：ACALL

DL6ms

；判断键释放否

ACALL

KS1

JNZ

LK3

；A=0，说明键释放

POP

ACC

；键号→A

CJNE

A，#09H，COM

；

AJMP

DIGPRO

；等于9，转数字键处理

COM：JNC

FUNPRO；大于9，转功能键处理

AJMP

DIGPRO；小于9，转数字键处理

RET

NEXT：INC

；列计数器加1

MOV

A，R2

；判断是否扫描到最后一列

JNB

ACC.3，KND

；若ACC.3=0，说明已经到最后一列

；扫描模式左移一位，准备扫描下一列

MOV

R2，A

AJMP

LK4

KND：RETI

KS1：MOV

DPTR，##7FFEH

；全“0”

→扫描口PC口

MOV

A，#00H

MOVX

@DPTR，A

MOVX

A，@DPTR

；读PC7~PC4状态

CPL

ANL

A，#0F0H

RET

DL6ms：MOV

R5，#0CH

DL1：

MOV

R6，#0FFH

DL2：

DJNZ

R6，DL2

DJNZ

R5，DL1

RET

(3)

设计思路：

设置一个标志模型单元，比如20H单元，令20H.3、20H.2、20H.1和20H.0分别为四位数据的标志位，如果该位为0，且不显示，则对应的标志位置1，在取数据前将该单元清0。从高位即(DATA+3)单元开始取数据。在取一位数据时，先判断是否为0，若不为0则显示，并取下一位数据；若为0，判读其是否是最低位，若为最低位则显示，否则检查其高位的标志位是否为1，如果为1，说明其高位为0，那么本位也不显示，并将其标志位置1，然后取下一位数据。

(4)

利用公式

其中，，，代入上式得

在编程时，可以调用浮点数乘法和加法子程序来实现。

(5)

设正常参数存放在30H单元，采样值存放在SAMP单元。

ORG8000H

ALARM:MOVDPTR,#SAMP；采样值存放地址→DPTR

MOVXA,@DPTR；取采样值

ALARM0:CJNEA,30H,AA；不相等，则声光报警

MOVA,02H;相等，则绿灯亮

MOVP1,A

RET

AA:MOVA,#81H

MOVP1,A

RET

5．计算题

(1)

思路：梯度炉温度变化与温度变送器输出呈线性关系，故可以线性参数标度变换。但由于0℃对应的不是00H，所以应选择，即0℃(1V)所对应的数字量。

1V电压所对应的数字量为，其变为十六进制数为33H，所以

℃

(2)

，，，，

℃

第4章

1．填空题

(1)单位圆内，圆上或圆外，不稳定

(2)单位圆圆周，单位圆内，单位圆外

(3)虚轴，左半平面，右半平面

(4)采样周期，差

2．选择题

(1)C

(2)B

(3)

3．简答题

(1)闭环脉冲传递函数的全部极点

1）系统稳定

2）

从上述数据可以看出，系统在单位阶跃函数作用下的过渡过程具有衰减震荡的形式，故系统是稳定的。

3），

第5章

1．选择题

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2．简答题

(1)

比例控制能提高系统的动态响应速度，迅速反应误差，从而减小误差，但比例控制不能消除稳态误差，的加大，会引起系统的不稳定；积分控制的作用是消除稳态误差，因为只要系统存在误差，积分作用就不断地积累，输出控制量以消除误差，直到偏差为零，积分作用才停止，但积分作用太强会使系统超调量加大，甚至使系统出现振荡；微分控制与偏差的变化率有关，它可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高，同时加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。

(2)

被控对象的特性、扰动信号周期、控制的回路数、执行机构的响应速度、控制算法的类型、给定值的变化频率、A/D、D/A转换器的性能。

(3)

从香农采样定理可知，只有当采样频率时，才能使采样信号不失真地复现原来的信号。从理论上讲，采样频率越高，失真越小。但从控制器本身而言，大都依靠偏差信号E

2．选择题

(1)D

(2)A

(3)D

(4)D

(5)B

3．简答题

(1)

不允许。离散系统稳定的充分必要条件是闭环脉冲传递函数的全部极点在Z平面的单位圆内。

5．设计题

由上述讨论可见，按某种典型输入设计的最少拍系统，当输入形式改变时，系统性能变坏，输出响应不一定理想。说明最少拍系统对输入信号的变化适应性较差。

c(0)=0，c(T)=0，c(2T)=2,c(3T)=3,c(4T)=4.

经过2拍后，输出波形图C(kT)如下图所示。

控制器输出波形

系统输出波形

（7）控制器的输出为

①

经过两拍之后，输出量

系统输出量

经过两拍后，输出量

②系统输出量：

当参数变化时，系统的性能变坏，输出的响应不理想，说明最少拍系统对被控对象模型参数的变化适应性较差。

（8）本题的被控对象传递函数改为

(9)

程序略。

第7章

1．填空题

(1)

空间感应的干扰，过程通道的干扰，电源系统的干扰，地电位波动的干扰，反射波的干扰

(2)

直接耦合方式，公共阻抗耦合方式，电容耦合方式，电磁感应耦合方式，辐射耦合方式，漏电耦合方式

(3)

指令冗余技术，软件陷阱技术，辨别上电方式，系统的复位处理，Watchdog技术

(4)

交流地，系统地，安全地，数字地，模拟地

(5)

光电隔离，继电器隔离，变压器隔离，采用双绞线作信号线

2．选择题

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

3．简答题

(1)

常用的硬件抗干扰措施有光电隔离、继电器隔离、变压器隔离、采用双绞线作信号线、屏蔽RAM数据掉电保护等。

(2)

常用的软件抗干扰措施有指令冗余技术，软件陷阱技术，辨别上电方式，系统的复位处理，Watchdog技术等。

(3)

光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内，以光为媒介传输信号的器件，其输入和输出在电气上是隔离的，所以抗干扰能力很强。

不能共用电源，保证计算机与现场仅有光的联系，切断干扰通路，也避免形成地环流。

(4)

所谓软件陷阱，就是当PC失控，造成程序“乱飞”而进入非程序区时，在非程序区设置一些拦截程序，将失控的程序引至复位入口地址0000H或处理错误程序的入口地址ERR，在此处将程序转向专门对程序出错进行处理的程序，使程序纳入正轨。

软件陷阱一般在未使用的中断向量区、未使用的EPROM空间、表格、运行程序区，另外在进行RAM的数据读写之前，测试RAM读写通道的畅通性，可以通过编写陷阱实现。

(5)

所谓指令冗余技术是指在程序的关键地方人为地加入一些单字节指令NOP，或将有效单字节指令重写，当程序“跑飞”到某条单字节指令上，就不会发生将操作数当作指令来执行的错误，使程序迅速纳入正轨。常用的指令冗余技术有两种：NOP指令的使用和重要指令冗余。

4．设计题

(1)

ORG0000H

AJMPSTART

START:MOVA,SP

CJNEA,＃07H,LOOP;SP不为07H则转移

LJMPSTART0;转向系统初始化入口

LOOP:LJMPERR;转向出错程序处理

(2)

ORG

0000H

AJMPSTART

START:MOV

A,50H

CJNEA,#55H,LOOP;50H中不为55H则转

MOV

A,51H

CJNEA,#0AAH,LOOP;51H中不为AAH则转

LJMPERR;转向出错处理程序

LOOP:MOV50H,#55H

MOV51H,#0AAH

LJMPSTART0;转向系统初始化入口

(3)

MOVR7,#3;R7为计数器

MOVDPTR,#0DF00H;输出端口地址DF00H

AGAIN:MOVA,#80H

[email protected],A;闭合接点

LCALLDELAY20ms

MOVXA,@DPTR;输入端口地址DF00H

JBACC.7,NEXT;检测状态

MOVA,#00H

[email protected],A;释放接点

LCALLDELAY5ms

DJNZR7,AGAIN

LJMPERROR;转故障处理

第8章

1．填空题

(1)

安全可靠

(2)

备份工作方式，主从工作方式，双工工作方式，分级分布式控制方式

(3)

定时事件，随机事件

(4)

系统软件，应用软件

(5)

实时性，针对性，灵活性和通用性，可靠性

2．选择题

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

3．简答题

(1)

安全可靠，操作维护方便，实时性强，通用性好、便于扩充，经济效益高

(2)

选择控制系统的结构和类型，选择检测元器件，选择执行机构，选择输入/输出通道及外围设备，可靠性设计，分配硬件和软件的功能

(3)

①

输送源程序到存储器，或者通过面板操作来监视程序执行情况；

②

打印、显示中间结果或最终结果；

③

根据工艺要求，修改一些检测点和控制点的参数及给定值；

④

设置报警状态，选择工作方式以及控制回路等；

⑤

完成系统控制的各种状态切换；

⑥

完成手动—自动无扰动切换；

⑦

完成各种画面显示。

(4)

实时性，针对性，灵活性和通用性，可靠性

(5)

当键未按下时，所有输出端均为高电平。当有键按下后该键的BCD码将出现在输出线上。例如，按下“7”键时，与键7相连的一个二极管导通，所以D线上为低电平，A，B，C仍为高电平，因此输出编码为0111，其余依次类推。

当任何一个键按下时，四输入与非门74LS20产生一个高电平选通信号KEYSTROBE，此信号经反相器后向80C51申请中断。

4．设计题

(1)

DISPLAY:MOVA,LED1;取千位数

MOVDPTR,#SEGTABL

MOVCA,@A+DPTR;取显示码

MOVDPTR,#7FFDH;送显示数据到PB口

[email protected],A

MOVA,#10H;显示千位

MOVDPTR,#7FFEH

[email protected],A

MOVA,LED2,取百位数

MOVDPTR,#SEGTABL

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#7FFDH

[email protected],A

MOVA,#20H;显示百位

MOVDPTR,#7FFEH

[email protected],A

MOVA,LED3;取十位数

MOVDPTR,#SEGTABL

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#7FFDH

[email protected],A

MOVA,#40H;显示十位数

MOVDPTR,#7FFEH

[email protected],A

MOVA,LED4;取个位数

MOVDPTR,#SEGTABL

MOVCA,@A+DPTR

MOVDPTR,#7FFDH

[email protected],A

MOVA,#80H;显示个位数

MOVDPTR,#7FFEH

[email protected],A

RET

(2)

设计思路

在初始化程序中，设置工作在方式2（自动恢复常数）外部计数方式，定时器TH0、TL0初值均为0FFH，并允许中断，8155初始化设置PB口PA口为输出方式，PC口为输入方式。

在键盘有按键按下时，定时器产生中断，转到其中断矢量入口地址，转去查询是否确实有键按下，矩阵式键盘的行线由PC提供，键盘的列线由PA口提供，当判断确有按键按下时，判断出按键并将按键编码送到缓冲区。(参考第3章程序)

图中LED采用共阴极方式，4个显示器的段选码由8155的PB口提供，位选码由8155的PA口提供，LED采用动态扫描方式。(参考第3章程序)

(3)

设计思路

将水位上限值和下限值保存在两个存储单元内，再设置一个电动机工作模型单元，当检测到水位低于下限水位时，或检测到水位高于上限水位时，将对应的标志位置1，若检测到水位在正常范围，则不置位两个标志位。再根据电动机工作模型单元的状态，输出控制信号使电动机供水或停止供水。也就是说，检测元件正常时，两个标志位出现的状态为：两位都是0，或者有一位为0，一位为1。若电动机工作模型单元的两个标志位均置1，也即既要停止供水，又要让电动机供水，说明检测元件失灵，输出报警信号报警。

(4)

设计思路

该交通灯的工作规律为，状态0：南北方向通行，绿灯亮30s，而东西方向红灯亮30s；状态1：南北方向绿灯熄灭，黄灯闪烁2s，东西方向仍亮红灯；状态2：南北方向亮红灯20s，东西方向亮绿灯20s；状态3：东西方向绿灯熄灭，而黄灯闪烁2s，南北方向仍然亮红灯。系统按照此顺序循环工作。这四个工作状态可以编写4个子程序，单片机循环调用这4个子程序。

程序工作流程：先对用到的寄存器、存储器和中断入口地址等进行初始化，比如初始化东西南北显示时间寄存器，定时器和外部中断入口地址等，南北亮绿灯，同时显示还剩32秒，东西亮红灯，同时显示32秒；判断南北时间是否到，如果由绿灯变为黄灯，显示时间2秒，东西红灯不变；继续判断黄灯的显示时间是否到，如果由黄灯变为红灯，显示时间22秒，同时判断红灯显示时间是否到，如果由红灯变为绿灯，显示时间为30秒，之后周而复始。

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