1、第 1 页 共 9 页南昌航空大学 20122013 学年第二学期期末考试答案课程名称：计算机控制技术 闭卷 B 卷 120 分钟题号 一 二 三 四 五 六 合计满分 20 15 16 22 15 12 100实得分一、计算题（共 20 分，每小题 10 分）1、用 8 位 DAC 芯片组成基本的单极性电压输出电路，其参考电压为+5V，求对应以下偏移码的输出电压：（1）01000000B ；（2）11111110B 。解：单极性电压输出的公式是 (2 分)256OUTREFNV1）01000000B，即 N=64，当 VREF=+5V 时，V OUT=-1.25V，输出电压-1.25V (4
2、 分)2）11111110B，即 N=254，当 VREF=+5V 时，V OUT=-4.961V，输出电压-4.961V (4 分)2、设 ADC0809 的参考电压为 5V，求出当输入模拟量为下列值时输出的十六进制数字量。（1）4V; （ 2）5V解：Vref=5V，ADC0809 是 8 位 A/D 转换，有, 且取整数，但不能等于 256。 (2 分)56.0XXVNref(1) Vx=4V，则 ，取整数，故 N=204=CCH (4 分)42.8.(2) Vx=5V，则 (4 分)56250NFH， 超 限 ， 取班级-学号-姓名-重修标记评阅人 得分第 2 页 共 9 页二、扫描显
3、示理解题（共 15 分）图 1 所示电路是某 8 位扫描显示电路的部分电路，针对 STC89C52 单片机，采用大系统扩展总线，晶体频率 24MHz，期望扫描显示且扫描周期 20ms，规定使用 T0 定时中断并且在中断服务程序执行扫描显示，问：(1) 写出时间常数计算过程，然后编写对 T0 进行初始化的程序。(2) 定量分析各个端口地址 (规定未用地址取 1)；(3)根据经验，没有闪烁感的扫描显示周期为多少？图 1 某 8 位扫描显示电路的部分电路原理图答：(1)扫描周期 20ms，意味着在 1 个扫描周期中每位显示 2.5ms，采用定时器 T0 中断，在中断服务程序中进行对应位的显示，故定时
4、器 T0 的定时时间常数为：7065302.82416xeca或 (3 分)8初始化程序为：void T0_init(void) TMOD=0x01;TH0=0xec;TL0=0x78;EA=1;ET0=1;TR0=1; (4 分)(2) 图 1 中使用了 8 位的段码端口和 8 位的位码端口，采用线选法锁存数据，段码端口地址评阅人 得分第 3 页 共 9 页由写信号/WR 和地址线 A10，位码端口地址由写信号/WR 和地址线 A9，其余地址线无效，我们假设为 1。故显示段码端口地址为 1111,1011,1111,1111B，即 0xFBFF，进行写操作，即可输出显示段码，锁存于 U4 这
5、个 8 位锁存器中。显示位码端口地址为1111,1101,1111,1111B，即 0xFDFF，进行写操作，即可输出显示段码，锁存于 U5 这个 8 位锁存器中。 (6 分)(3)没有闪烁感的扫描显示周期为 25ms（24ms、26 ms 或 27ms） 。 (2 分)答案在 24 以下要扣 1 分，答案在 27 以上要扣 2 分第 4 页 共 9 页三、硬件电路连线及程序填空题（共 16 分）图 2 所示电路是 51 系列兼容的 AT89S52 单片机与 D/A 转换芯片DAC0832 的接口电路，已经有部分引脚通过网络标号进行了连接。1）完成图 2 中未连接的信号线，要求单片机工作在大系
6、统，但不扩展完整地址总线，采用线选法决定端口地址，DAC0832 工作在双缓冲方式，写 0DFFFH 端口为将 D/A 数据存入 8 位数据锁存器，写 0EFFFH 端口为将 8 位数据锁存器的数据存入 8 位 DAC 寄存器（提示：未用地址均设为 1） ；2）填空完成下列 D/A 转换的子程序。图 2 DAC0809 与 AT89S52 单片机的接口电路常数和变量定义部分程序#define DA1 XBYTE 0xDFFF /8 位 DA 数据锁存器端口地址定义#define DA2 XBYTE 0xEFFF /8 位 DAC 寄存器端口地址定义int DA_kT; /控制量存放整型变量定义
7、D/A 工作部分程序void DAC(void) DA_kT += 128; /双极性输出时 0 电压 DA 值平移到 128if( DA_kT255 ) DA1=255; /正饱和时最大偏移码输出到数据锁存器else if( DA_kT0 ) DA1=0; /负饱和时最小偏移码输出到数据锁存器else DA1=(uchar)DA_kT ;/控制量直接输出到数据锁存器DA2=0x00; /DA 数据锁存器存放数据送 DAC 寄存器每空 2 分 (8 分)答：标注网络标号后的连线图如图 2 所示。 1 线 1 分(8 分)评阅人 得分第 5 页 共 9 页具体包括 A13、/WR、VCC、A12
8、、/WR、Iout2、Iout1、VOUT。第 6 页 共 9 页四、算法分析题（共 22 分，1 小题 10 分，2 小题 12 分）1、已知电压随动系统给定下限值-11.08V，对应 A/D 转换值为 0x10；给定上限 11.32V，对应 A/D 转换值为 0xee。问如果 A/D 值为 0x89，对应给定电压为多少伏？解：(6 分)1378902.608.10xNeAm VANmx 129.08.162387)0.132.()(0 故 A/D 值为 0x89 时对应给定电压为 1.129 伏。 (4 分)用其他方法，只要过程合理也可2、已知某连续控制器的传递 D(s)=(1+0.15s
9、)/0.05s，要求：(1)具体是哪种控制器？参数是多少？(2)欲用数字 PID 算法实现之，试写出其相应的位置型PID 算法输出表达式。设采样周期 T=0.2s。答：(1)由于 ，显然该控制器是 PI 控制。控制 s15.035.015.01sssD参数 Kp=3.0，Ti=0.15 秒。 (4 分)(2)其数字 PID 控制的比例系数 KP=3.0，K I=KP*(T/TI)=4.0 (2 分)则位置型输出控制表达式为 kEkEk0.4.或者 kEkP.3104II或者 (6 分)kjk0.评阅人 得分第 7 页 共 9 页五、程序设计和程序填空题（15 分）试用 C51 设计位置型不完全
10、微分 PID 子程序，假设已经定义的变量和参数如表 1 所示，要求该子程序包含迭代操作，并且说明资源占用和运算量情况。表 1 PID 控制中使用的资源情况定义 说明float e_kT , e_kT_T; 误差有关量定义float p_P_kT , p_I_kT , p_D_kT , p_I_kT_T , p_D_kT_T , p_kT; 控制有关量定义float Kp , Ki , Kd , alfa; 参数有关定义答：编写程序如下：void PID(void) (1 分) p_P_kT=Kp*e_kT; (1 分)p_I_kT=p_I_kT_T+Ki*e_kT; (1 分)p_D_kT=K
11、d*(e_kT-e_kT_T); (1 分)p_D_kT+=alfa*p_D_kT_T; (1 分)p_kT=p_P_kT+p_I_kT+p_D_kT; (1 分)e_kT_T=e_kT; (1 分)p_I_kT_T=p_I_kT; (1 分)p_D_kT_T=p_D_kT; (1 分)资源占用情况：变量 8 个具体为：e_kT , e_kT_T , p_P_kT , p_I_kT , p_D_kT , p_I_kT_T , p_D_kT_T , p_kT。(2 分)常量 4 个，具体为：Kp , Ki , Kd , alfa 。 (2 分)运算量情况：乘法 4 次，加法 4 次，减法 1 次
12、，移位 3 次。 (2 分)六、测试实验题（12 分）图 3 所示照片是某种 PID 改进算法控制得到的波形照片反色后的图片，水平方向每小格 5 个数据刷新点，数据刷新周期是 8ms，试从图 3 的曲线测量出上升时间、峰值时间、调节时间、最大超调量、振荡次数、稳态误差。评阅人 得分评阅人 得分第 8 页 共 9 页图 3 某种 PID 改进算法控制得到的波形照片反色后的图片第 9 页 共 9 页答：画出坐标见图。3小 格 4.1小 格 27小 格 8小 格 4.5小 格 (6 分)上升时间 4.5 小格，t r=4.5*5*0.008=0.18 秒 (1 分)峰值时间 8 小格，t p=8*5*0.008=0.32 秒 (1 分)按照 =5%的定义，调节时间 27 小格，t S=27*5*0.008=1.08 秒 (1 分)最大超调量 3 小格， P=3/4.1=73.2% (1 分)振荡次数 N=2 (1 分)稳态误差 ess=0 (1 分)允许有一定的误差，例如调节时间 27 小格，t S=34*5*0.008=1.36 秒振荡次数 N=2.5 也可以
