Probeklausur 2
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Dauer: 90 Minuten · Hilfsmittel: 1 doppelseitig handbeschriebenes DIN-A4-Blatt, kein Taschenrechner · Gesamt: 112 Punkte Diese Klausur legt den Schwerpunkt etwas anders (mit Regelung, USART-Baudrate, DAC, Capture), deckt aber dieselben Lernziele ab.
| Aufg. | Thema | Punkte |
|---|---|---|
| 1 | Grundlagen & ARM | 16 |
| 2 | Power Management & PIO | 14 |
| 3 | Timer (PWM + Capture) | 24 |
| 4 | Signalverarbeitung & Wandler | 18 |
| 5 | CRC & Hamming | 14 |
| 6 | Seriell (USART) & Leitungscodes | 14 |
| 7 | Regelung (PID) | 12 |
Aufgabe 1 - Grundlagen & ARM (16 P) Kap. 1, ARM
1.1 (4 P) Nennen Sie zwei Unterschiede zwischen Mikroprozessor und Mikrocontroller und erklären Sie den Begriff SoC.
1.2 (4 P) Erklären Sie Memory-Mapped I/O und grenzen Sie es von DMA ab.
1.3 (4 P) Was bewirkt der Typqualifikator volatile? Geben Sie ein Codebeispiel, in dem sein Fehlen zu einem Fehler führt.
1.4 (4 P) Ordnen Sie den ARM-Registern ihre Funktion zu: R13, R14, R15. Was unterscheidet MSP und PSP?
Aufgabe 2 - Power Management & PIO (14 P) Kap. 2, Kap. 3
2.1 (3 P) Warum ist beim SAM3X nach einem Reset zunächst der Peripherie-Takt ausgeschaltet, der CPU-Takt aber an? 2.2 (4 P) Aktivieren Sie den Takt für PIOC (PID 13) und TC7 (PID 34). Geben Sie die Registerzuweisungen an und begründen Sie die Registerwahl. 2.3 (4 P) Erklären Sie das Enable/Disable/Status-Konzept und welchen Vorteil (Stichwort atomar) es bietet. 2.4 (3 P) Beschreiben Sie die Init-Reihenfolge, um einen PIOA-Pin als Ausgang zu schalten und auf High zu setzen (Registernamen).
Aufgabe 3 - Timer: PWM & Capture (24 P) Kap. 5
Teil A - PWM. Systemtakt f_CLK = 48 MHz, 16-Bit-Timer, Prescaler ∈ {2, 8, 32, 128}. Gewünscht: PWM mit 100 Hz und Tastverhältnis 30 % an TIOA.
3.1 (4 P) Optimaler Prescaler? 3.2 (4 P) Wert für RC? 3.3 (4 P) Wert für RA (30 %)? 3.4 (3 P) Nennen Sie zwei technische Anwendungen einer PWM.
Teil B - Capture. Zur Distanzmessung wird die Echodauer eines Ultraschallsensors gemessen. Prescaler 32, f_CLK 48 MHz. Erfasst: RA = 1.000 (steigende Flanke), RB = 4.000 (fallende Flanke).
3.5 (4 P) Berechnen Sie die gemessene Echodauer. 3.6 (5 P) Berechnen Sie die Entfernung zur Wand (Schallgeschwindigkeit 340 m/s). Achten Sie auf den Hin- und Rückweg!
Aufgabe 4 - Signalverarbeitung & Wandler (18 P) Kap. 7
4.1 (3 P) Formulieren Sie das Abtasttheorem und erklären Sie Aliasing. 4.2 (4 P) Ein 10-Bit-ADC misst einen Bereich von 0–5 V. Wie groß ist die Auflösung (in mV)? Wie groß ist der maximale Quantisierungsfehler? 4.3 (4 P) Ein 8-Bit-DAC steuert ein Ventil (voll offen bei 6 V). Um welche Spannung ändert sich der Ausgang bei einer Änderung von 1 Bit? 4.4 (4 P) Erklären Sie den Unterschied zwischen Zählverfahren und Wägeverfahren. Welches ist i. d. R. schneller? 4.5 (3 P) Was bewirkt ein gleitender Mittelwert in der Signalverarbeitung? Nennen Sie Vor- und Nachteil.
Aufgabe 5 - CRC & Hamming (14 P) Kap. 10
Generatorpolynom g(x) = x⁵ + x² + 1 (CRC-5).
5.1 (2 P) Geben Sie g(x) binär an.
5.2 (6 P) Berechnen Sie die Prüfbits für 1101 01101 (Nachricht 110101101). Rechenweg zeigen. Geben Sie den gesendeten Code auch hexadezimal an.
5.3 (3 P) Nennen Sie zwei Vorteile des CRC-Verfahrens und die typische Hardware (LFSR).
5.4 (3 P) Zwei Codewörter unterscheiden sich in 3 Bit. Wie viele Bitfehler lassen sich damit erkennen, wie viele korrigieren? (Hamming-Distanz)
Aufgabe 6 - USART & Leitungscodes (14 P) Kap. 4, Kap. 10
6.1 (3 P) Erklären Sie den Unterschied zwischen synchroner und asynchroner Übertragung mit je einem Beispiel.
6.2 (3 P) Nennen Sie die vier Bestandteile eines asynchronen Zeichenrahmens (Frame) in der richtigen Reihenfolge.
6.3 (4 P) Nennen Sie zwei Vorteile serieller gegenüber paralleler Übertragung und erklären Sie Skew.
6.4 (4 P) Zeichnen/beschreiben Sie die Bitfolge 1 0 1 1 0 in NRZ und Manchester (IEEE 802.3). Welcher Code ist selbsttaktend und warum?
Aufgabe 7 - Regelung / PID (12 P) Kap. 8
7.1 (3 P) Unterscheiden Sie Steuerung (open loop) und Regelung (closed loop). 7.2 (5 P) Beschreiben Sie die Wirkung des P-, I- und D-Anteils eines PID-Reglers (je Vorteil/Nachteil). 7.3 (2 P) Was ist der Windup-Effekt und wie begegnet man ihm? 7.4 (2 P) Warum wird eine Regelung im MC bevorzugt über einen Timer-Interrupt (statt Polling) getaktet?
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