智能仪器实验指导书.docx

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1、智能仪器实验报告实验项目实验时间同组同学班级学号姓名2014年4月实验一 多路巡回数据数据采集系统一、实验目的1 .学习模/数A/D转换的工作原理；2 .掌握芯片ADC0809与微控制器接口电路的设计方法；3 .掌握芯片ADC0809的程序设计方法； 二、实验设备1 .实验用到的模块有“SMP-201 8051模块”、“SMP-204译码模块”、“SMP-101 8 位A/D模块、SMP-401静态显示模块”；2 .短的20P、40P数据线各一根；3 .长的一号导线3根,转接线一根；三、实验原理ADC0809芯片是一种8位采用逐次逼近式工作的转换器件;它带有8路模拟开关,可进行8 路模/数转换

2、，通过内部3-8译码电路进行选通；启动ADC0809的工作过程：先送信道号地址到A、B、C三端，由ALE信号锁存信道号地 址，选中的信道的模拟量送到A/D转换器，执行语句MOVX DPTR,A产生写信号，启动A/D转换; 当A/D转换结束时,ADC0809的EOC端将上升为高电平，执行语句MOVX A,DPTR产生读信号， 使OE有效，打开锁存器三态门,8位数据就读到CPU中,A/D转换结果送显示单元;编程时可以把 EOC信号作为中断请求信号,对它进行测试，用中断请求或查询法读取转换结果;实验原理参 考图1-1；图1-1多路巡回数据数据采集系统实验原理图本实验中ADC0809的8位模拟开关译码

3、地址为：IN0= 8800H INl=8801HIN2= 8802H IN3= 8803HIN4= 8804H TN5= 8805HIN6= 8806H IN7= 8807H四、实验内容步骤1 .将“SMP-201 8051模块”和“SMP-204译码模块”分别插放到“SMP-2主控制器 单元”挂箱的CPU模块接口和译码模块接口上，将“SMP-101 8位并行AD模块”插放到“SMP-1 信号转换单元”挂箱的A/D转换模块接口上，将“SMP-401静态显示模块”插放到“SMP-4 键盘与显示单元”的显示模块接口上；2 .用20P的数据线将“SMP-2控制器单元”挂箱的J7和“SMP-1信号转换

4、单元”挂箱 的J1相连，用40P的数据线将“SMP-2控制器单元”挂箱的J8和“SMP-1信号转换单元”挂 箱的J2相连，再用一号导线将“SMP-201 8051模块”上的、分别和“SMP-401静态显示模块” 的DATA、CLK相连,“SMP-201 8051 模块”上的和 “SMP-101 8位并行A/D模块”的/0809INT 相连；3 .用短路帽端接“SMP-204译码模块”的J1的2、3端,J2的2、3端J3的1、2端,用短路 帽短接“SMP-101 8位并行AD转换模块”中的J1的2、3端；4 .将实验屏上的0-30V直流稳压电源调节旁边的“调节电位器”，使其幅度为零接入到 “SM

5、P-101 8位AD转换模块”的CH0；5 .安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到“SMP-201 8051 模块”的单片机插座中；.检查上述模块及接线无误后，打开电源开关，打开仿真器电源；6 .启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境;选择仿真器型号、仿真头型号、CPU 类型；选择计算机通信端口，测试串行口；7 .打开文件夹“实验程序”下的“8051程序”中的“0809显示（”源程序，运行程序， 通过调节电位器改变直流稳压电源的输出幅度05V最大值为+5V,则显示的数值为模拟信 号经CH0通道AD转换后所得数值范围为00H0FFH8 .将实验屏上的0-30V直流稳

6、压电源调节旁边的“调节电位器”，使其幅度为零并联接入 到“SMP-101 8位AD转换模块”的CH0CH7,修改程序,进行标度变换使其显示值和实验屏 上的0-30V直流稳压电源一致，编译无误后，使其分时按下述格式显示各路数据;格式为:A, 其中A为第几路通道，为所测电压值；五、实验参考程序见“实验程序”下的“8051程序”中的“0809显示.c”源程序 六、实验报告.画出程序流程图；1 .用c语言编制实验程序；.调试结果分析实验二温度测量一、实验目的了解常用的集成温度传感器AD590基本原理、性能；掌握测温方法以及数据采集和线性 标度变换程序的编程方法； 二、实验仪器智能调节仪、PT100、A

7、D590、温度源、温度传感器模块，传感器实验箱一；“SMP-201 8051模块、“SMP-204译码模块”、“SMP-101 8位A/D模块、“SMP-401静态显示模 块”；三、实验原理集成温度传感器AD590是把温敏器件、偏置 电路、放大电路及线性化电路集成在同一 芯片上的温度传感器;其特点是使用方便、外围电路简单、性能稳定可靠；不足的是测温范 围较小、使用环境有一定的限制;AD590能直接给出正比于绝对温度的理想线性输此在一定 温度下，相当于一个恒流源,一般用于一50 + 150C之间温度测量;温敏晶体管的集电极 电流恒定时，晶体管的基极-发射极电压与温度成线性关系;为克服温敏晶体管仄

8、电压生产时 的离散性、均采用了特殊的差分电路;本实验仪采用电流输出型集成温度传感器AD590,在一 定温度下,相当于一个恒流源;因此不易受接触电阻、引线电阻、电压噪声的干扰，具有很好 的线性特性;AD590的灵敏度标定系数为1/A/K,只需要一种+ 4V+ 30V电源本实验仪用 +5V,即可实现温度到电流的线性变换,然后在终端使用一只取样电阻本实验中为传感器调理 电路单元中R2=100Q即可实现电流到电压的转换，使用十分方便；电流输出型比电压输出型 的测量精度更高；在实验一的基础上进行电压测量、标定、线性变换，最后显示出对应温度；图2-1温度传感器模块原理图四、实验内容与步骤1 .参考“附录实

9、验PT100温度控制实验将温度控制在50C,在另一个温度传感器插 孔中插入集成温度传感器AD590;2 .将士15V直流稳压电源接至实验箱一上,温度传感器实验模块的输出Uo2接实验台上 直流电压表；3 .按图2-1接线,并将AD590引线的红色端接“温度传感器模块”的al,蓝色端接“温 度传感器模块”的bl,并从实验台上接+5V电源到al端;调节RW2大约在中间位置,用实验台 上“直流电压表”的20V档测量“温度传感器模块”的“Uo2”端,再调节电位器Rwl使直流 电压表显不为零；.按照图将信号引到差动放大器的输入Ui,记下模块输出Uo2的电压值；5 .升高温度源的温度每隔5C记下Uo2的输出

10、值;直到温度升至120C;并将实验结果填 入表2-1;6 .按照实验1的5步骤搭建单片机AD转换电路，将模块输出电压Uo2接入到“SMP-101 8位AD转换模块”的CHO；7 .编写数据采集程序及标度变换程序，并进行调试,检验程序的测量结果是否与温度源 给定的温度一致;数据采集程序及硬件电路参考“实验一”的结果，线性标度变换公式参考 教材中的“标度变换” 一节五、实验报告1.由记录的数据数据计算在此范围内整个测温系统的灵敏度,并画出标定出的拟合直线; 端基法表2T温度与输出电压关系T实验三Uo2V实验三转速测量霍尔测速实验2.由表2-1记录的数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差;3.

11、画出程序流程图；4.用c语言编制实验程序；5 .调试结果分析一、实验目的了解霍尔组件的应用一测量转速；掌握用单片机测量转速的编程方法；二、实验仪器传感器实验箱一、霍尔传感器、+5V、0-30V直流电源、转动源、频率/转速表；“SMP-201 8051模块、“SMP-401静态显示模块”；三、实验原理利用霍尔效应表达式：Uh=KhIB,当被测圆盘上装上N只磁性体时,转盘每转一周磁场变 化N次,每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测 出被测旋转物的转速；利用实验仪上电位器输出可调电压，控制直流电机;调节输出电压值,改变电机转速，用 单片机内的计数器测量转速传感器

12、一一霍尔传感器的输出脉冲信号频率，计算电机转速； 四、实验内容与步骤1 .安装根据图3-1,霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁 钢；图3-12 .将+5V电源接到传感器实验箱一上“霍尔转速传感器”的“+5V输入”插座中霍尔” 输出接到频率/转速表切换到测转速位置；“0-30V”直流稳压电源接到“转动源”的“转动 电源”输入端输出电压调到零；.合上实验台上电源,调节0-30V输此可以观察到转动源转速的变化；3 .频率测量用到的模块有“SMP-201 8051模块将“霍尔”输出接至8051的T。端, 编写频率测量程序，并调试程序,检查测量结果是否与频率/转速表结果一致;借鉴

13、实验一相 关电路和编程五、实验报告.分析霍尔组件产生脉冲的原理；1 .画出程序流程图；.用c语言编制实验程序；2 .调试结果分析实验四自动量程切换一、实验目的了解仪器量程的概念，量程切换原理；1. 了解多路开关在模拟量输入通道中的应用;掌握实现自动量程切换的硬件电路和编程方法；二、实验原理与要求用电位器调整输入电压值，利用实验板上的AD774 A/D转换器、多路模拟开关MPC508 和可编程增益放大器AD526和C8051单片机构成单路电压测量系统,对输入电压进行测量； 图4-1自动量程切换实验原理图对输入电压的量程判断是通过不断改变可编程增益放大器AD526的增益实现的;AD526 通过编程

14、可输出1、2、4、8、16五档不同的增益，本实验取其增益为1;实验中AD774输入 电压为10V那么经衰减后的电压应该在0T0;取衰减电阻网络中的电阻分别为IK、IK、2K, 可以实现三个量程的切换;假设输入信号在0-40V内根据实验台条件提供,则0T0V范围的电 压不需要衰减，10-20V范围的电压需要衰减一半,20-40V范围内的输入电压需要衰减为原值 的 1/4;实验中，我们假设输入电压分别为6V、12V、24V,编写具有自动量程切换功能的电压测 量程序，将采集的电压值以数字量形式存于内存中；来观察内存中相应的量程和AD转换结 果；三、实验内容及说明实验电路图请参考实验指导书附录中的“1

15、2位并行AD模块”部分图4-2所示，1. 8通道多路开关MPC5O8在此模块中,MPC5O8U1为8通道多路开关，其引脚图如图8-2及主要功能说明如下： INnn=l8为8通道模拟量输入端,AO、Al、A2为通道选择控制端,EN为使能端,它们之间的关 系见真值表8-1所示;要访问MPC5O8多路开关，只要对端口地址8COOH8CFFH范围中的一个 地址写入相应的数据，从而选通相应的通道；表4-1 MPC5O8通道选择2. 可编程增益放大器AD526AD526U2为可编程增益放大器,A2、A1、AO、B四端为控制增益的代码输入端，氐、CLK 为使能端,VIN端为信号输入端,VOUT端为信号输出端

16、，它们之间的关系见真值表4-2,通过编 程可以很方便的设置1、2、4、8、16不同的增益；要访问AD526可编程增益放大器，只要对端口地址8BOOH8BFFH范围中的一个地址写 入相应的数据，从而选择对信号不同的放大倍数；表4-2 AD526增益设置控制3. A/D 转换器 AD774BAD774BU5为12位逐次逼近型快速A/D转换器，其转换速度最大为8 US,引脚说明如下：VL0GIC ：数字逻辑部分电源+5V;12/8：数据输出格式选择信号引脚;当12/8 = 1+5V时，双字节输出，即12位数据同时有效输出，当12/8 =OOV时为单字节输出，即只有高8位或低4位有效；CS：片选信号端

17、,低电平有效；Ao：字节选择控制线；R/C：读数据/转换控制信号，当R/d=l,ADC转换结果的数据允许被读出；当R/C =0时，则允许启动A/D转换；CE：启动转换信号，高电平有效；V8、V：模拟部分供电的正电源和负电源，为12V或15V;REF OUT：10V内部参考电压输出端；REF IN：内部解码网络所需参考电压输入端；REF OFF：补偿调整;接至正负可调的分压网络,以调整ADC输出的零点；10丫2、10Vl模拟量10V,20V量程的输入端口，信号的一端接至AG引脚；DGND：数字公共端数字地；AGND：模拟公共端模拟地；DB0-DBh：数字量输出；STS：输出状态信号引脚;转换开始

18、时,STS达到高电平，转换过程中保持高电平;转换完成时返回到低电平;STS可以作为状态信息被CPU查询也可以 用它的下降沿向CPU发中断申请，通知A/D转换已完成,CPU可以读取转换结果；四、实验步骤1 .本实验需要用到的实验模块包括：SMP-102 12位并行AD模块”，“SMP-202 C8051模块，“SMP-204译码模块”；2 .把上述模块分别插放到相应的实验挂箱所在位置；3 .在确保上述模块插放无误后，用扁平信号线连接“SMP-1信号转换单元”挂箱的“J2” 与“SMP-2控制器单元”挂箱的“J8” ； “SMP-1信号转换单元”挂箱的“J1”与“SMP-2 控制器单元”挂箱的“J

19、7” ;4 .将“SMP-2控制器单元”挂箱的“切换模块”切换到下列状态：SW1全部OFF,SW2 全部OFF,SW3全部OFF,SW4全部OFF;5 .将“SMP204译码模块”上的插针J1的2、3用短路帽短接,J2的2、3用短路帽短接,J3 的1、2用短路帽短接，给系统上电；6 .在“SMP-102 12位并行AD模块”的“CH0”和“CH1”处接入2K电阻，“CH1 ” 和“CH2”处接入1K电阻，“CH2”和GND处接入1K电阻；7 .打开“实验程序/C8051实验程序/多路开关”文件夹下和项目文件,阅读、分析、理 解程序，参照图4-3所示流程图，用C语言编写多量程切换程序;用适配器连

20、接PC机和系统MCU, 编译、生成项目、下载程序；8 .在SMP-102 12位并行AD模块”的“CH0”接入6V输入电压;在程序中的设置断点, 全速运行程序到每个断点处;观察“SMP-102 12位并行AD模块”上的A0A1处的通道选 择指示灯的变化情况，并观察调试软件AD转换后所得数值；9 .依次在“SMP-102 12位并行AD模块”的“CH0”接入12V、24V的电压信号，重复 上述实验步骤8;图4-2 12位并行AD模块图4-3量程切换程序流程图五、实验报告1 .用C语言编制实验程序；2.调试结果分析附录实验PT100温度控制实验一、实验目的了解PID智能模糊+位式调节温度控制原理;

21、二、实验仪器智能调节仪、PT100,温度加热源；三、实验原理位式调节位式调节ON/OFF是一种简单的调节方式，常用于一些对控制精度不高的场合作温度控 制,或用于报警;位式调节仪表用于温度控制时,通常利用仪表内部的继电器控制外部的中间 继电器再控制一个交流接触器来控制电热丝的通断达到控制温度的目的；PID智能模糊调节PID智能温度调节器采用人工智能调节方式,是采用模糊规则进行PID调节的一种先进 的新型人工智能算法，能实现高精度控制，先进的自整定AT功能使得无需设置控制参数;在 误差大时，运用模糊算法进行调节，以消除PID饱和积分现象当误差趋小时，采用PID算法进 行调节,并能在调节中自动学习和

22、记忆被控对象的部分特征以使效果最优化,具有无超调、高 精度、参数确定简单等特点；温度控制基本原理由于温度具有滞后性,加热源为一滞后时间较长的系统;本实验仪采用PID智能模糊+位 式双重调节控制温度;用报警方式控制风扇开启与关闭，使加热源在尽可能短的时间内控制 在某一温度值上,并能在实验结束后通过参数设置将加热源温度快速冷却下来,可以节约实 验时间；当温度源的温度发生变化时，温度源中的热电阻PtlOO的阻值发生变化,将电阻变化量 作为温度的反馈信号输给PID智能温度调节器，经调节器的电阻-电压转换后与温度设定值 比较再进行数字PID运算输出可控硅触发信号加热和继电器触发信号冷却，使温度源的温度

23、趋近温度设定值;PII）智能温度控制原理框图如图5-1所示；图5-1 PID智能温度控制原理框图 三、实验内容与步骤1 .将加热源箱子和实验台按图5-2接线；2 .打开屏上的电源和智能调节仪的电源，以及加热箱的加热开关；3 .按住迫约3秒,PV窗口显示进入智能调节仪参数设定，继续按迫键,PV 窗口显示各个参数,SV窗口显示对应参数的值,按可改变参数值小数点位置,按国、 可改变SV窗口参数的值；各个参数的值可按下表5-1设置表5-1AL1给定温度值dp1AL2给定温度值P_SH200P不用设P_SL0I不用设OUTL0d不用设OUTH200AtOnALP11t2ALP22HyCOOL0Hy-1O

24、PPO100Hy-2LOCK0Pb0SnPtlFILT20OP_AZero4 .设定好参数值，回到初始测量状态;按曲键一秒使PV窗口显示SP,按建）或键可 修改SV窗口的给定值，按键可改变小数点位置;这里先设置为；5按住set-键3秒不放,再进入参数设定状态，按3的说明设定ALM1为、ALM2为;6 .经过一段时间就可以将温度源的温度控制在50C左右；7 .重复第4步和第5步,将给定值和上、下限报警值改为55,经过几个周期的振荡,可 将温度源的温度稳定在新的给定值55C;表5-2参数参数含义说明设置范围实设定 值ALMI上限报警测量值大于ALMl+Hy值时将产生上限报警;测量值小于 ALMl-

25、Hy时仪表解除上限报警，设置ALM1到其最大值9999可 避免产生报警作用；-1999-+9999 或1定义单位给定 值ALM2下限报警测量值小于ALM2-Hy值时将产生下限报警;测量值大于 ALM2+Hy时仪表解除下限报警，设置ALM1到其最大值9999可 避免产生报警作用；同上给定 值Hy-1正偏差 报警采用人工智能调节时，当偏差测量值PV减给定值SV大于 Hy-HHy时产生正偏差报警;当偏差小于Hy-1-Hy时正偏差报警 解除;设置Hy-l二9999,正偏差报警功能被取消；0-9999 或 1 定义单位Hy-2负偏差报警采用人工智能调节时，当偏差测量值PV减给定值SV大于 Hy-2+Hy

26、时产生负偏差报警;当偏差小于Hy-2-Hy时负偏差报警 解除;设置Hy-2=9999,负偏差报警功能被取消；同上Hy回差死区、 滞环回差用于避免因测量输入值波动而导致位式调节频繁通断或报 警频繁/解除；0-2000 或 1 定义单位FILT测量采样的软件滤波常数20I保持参 数I、P、d、t等参数为人工智能调节算法的控制参数I参数值主要决定调节算法中积分的作用，和PID调节的积分时间 类同；0-9999 或 1 定 义单位自动 设置P速率参 数P值类似PID调节器的比例带,但变化相反,P值越大，比例、微分 作用成正比例增强，而P值越小，比例、微分作用相应减弱；1 -9999自动 设置d滞后时

27、间滞后时间参数d是人工智能算法相对标准PID算法而引进的新的 重要参数，本表根据d参数来进行一些模糊规则运算，以便能较完 善地解决超调现象及振荡现象,同时使控制响应速度最佳；0-2000 秒自动 设置t输出周 期反映仪表运算调节的快慢,t值越大，比例作用增强，微分减弱,t值 越小，则比例作用减弱，微分作用增强;t值大于或等于5秒时，则微 分作用被完全取消，系统成为比例或比例积分调节；0-125 秒20Sn输入规输入方式选择Ptl格dP小数点 位置dP=0显示格式为0000,不显示小数点 dP=l显示格式为,小数点在十位 dP=2显示格式为,小数点在百位dP=3显示格式为,小数点在千位0-31P

28、-SL输入下 限显示 值用于定义输入信号下限刻度值.1999+9999或1定义单位0P-SH输入上 限显示 值用于定义输入信号上限刻度值，配合P-SL使用同上200Pb主输入 平移修 正用于对输入进行平移修正，以补偿传感器本身的误差或1定义单位0oP-A输出方 式oP-A表示主输出方式,应和主输出上安装的模块类型一致0-21outL输出下 限通常作为限制调节输出最小值0-2200outH输出上 限限制调节输出最大值0-220220AL-P1定义报警功能的输出位置1AL-P2定义报警功能的输出位置2CooL系统功 能 选择CooL参数用于选择部分系统功能0为反作用调节，输入增大时，输出趋向减小1

29、为正作用调节，输入增大时，输出趋向增大0-10FILt输入 数字滤 波当因输入干扰而导致数字跳动时可采用数字滤波将其平滑,0表 示没有任何滤波,FILt值越大，测量值越稳定,但响应越慢；0-200A-M运行状 态A-M用于定义自动/手动工作状态A-M=0手动调节状态A-M=l自动调节状态A-M=2自动调节状态，并禁止手动操作;不需要手动功能时，该功 能可防止因误操作而进入手动状态；0-22Lock参数修 改 级别Lock=0允许修改现场参数、给定值；Lock=l可以查看现场参数，不允许修改，但允许设定给定值；Lock=2可以查看现场参数，不允许修改，也不允许设定给定值Lock=808可设置全部参数和给定值0-99990图5-2