计算机控制技术实验报告计算机计算机原理_计算机-计算机原理.pdf

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1、精品文档 。1欢迎下载 精品文档 实验一 过程通道和数据采集处理 为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产过程进行控制的量。所以在微机和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换的连接通道，该通道称为过程通道。它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。模拟量输入通道：主要功能是将随时间连续变化的模拟输入信号变换成数字信号送入计算机，主要有多路转化器、采样保持器和 A/D 转换器等组成。模拟量输出通道：它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信 号，主要有 D/A 转

2、换器和输出保持器组成。数字量输入通道：控制系统中，以电平高低和开关通断等两位状态表示的信号称为数字量，这些数据可以作为设备的状态送往计算机。数字量输出通道：有的执行机构需要开关量控制信号(如步进电机)，计算机可以通过 I/O 接口电路或者继电器的断开和闭合来控制。输入与输出通道 本实验教程主要介绍以 A/D 和 D/A 为主的模拟量输入输出通道，A/D 和 D/A 的芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的 ADC0809 和 TLC7528。一、实验目的 1学习 A/D 转换器原理及接口方法，并掌握 ADC0809 芯片的使用 2学习 D/A 转换器原理及接口方法，并掌握 TLC7528 芯片的

3、使用 二、实验内容 1编写实验程序，将 5V +5V 的电压作为 ADC0809 的模拟量输入，将转换所得的 8 位数字量保存于变量中。2编写实验程序，实现 D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。三、实验设备 +PC 机一台，TD-ACC 实验系统一套，i386EX 系统板一块 四、实验原理与步骤 1A/D 转换实验 ADC0809 芯片主要包括多路模拟开关和 A/D 转换器两部分，其主要特点为：单电源供电、工作时钟 CLOCK 最高可达到 1200KHz、8 位分辨率，8+个单端模拟输入端，TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。TD-ACC 教学系统中的 ADC0809

4、 芯片，其输出八位数据线以及 CLOCK 线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟 1MCLK(1MHz)上。其它控制线根据实验要求可另外连接(A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0 IN7)。根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图 1.1-1 所示的实验线路图。2欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电

5、流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 单次阶跃 模数转换单元 控制计算机 图 1.1-1 上图中，AD0809 的启动信号“STR”是由控制计算机定时输出方波来实现的。“OUT1”表示 386EX 内部 1定时器的输出端，定时器输出的方波周期定时器时常。图中 ADC0809 芯片输入选通地址码 A、B、C 为“1”状态，选通输入通道 IN

6、7；通过单次阶跃单元的电位器可以给 A/D 转换器输入 5V +5V 的模拟电压；系统定时器定时 1ms 输出方波信号启动 A/D 转换器，并将 A/D 转换完后的数据量读入到控制计算机中，最后保存到变量中。参考流程：主程序 图 1.1-2 参考程序：请参照随机软件中的 example 目录中 ACC1-1-1.ASM 文件实验步骤与结果：(1)打开联机操作软件，参照流程图，在编辑区编写实验程序。检查无误后编译、链接。3欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道

7、称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 (2)按图 1.1-1 接线(注意：图中画“o”的线需用户自行连接)，连接好后，请仔细检查，无错误后方可开启设备电源。(3)装载完程序后，系统默认程序

8、的起点在主程序的开始语句。用户可以自行设置程序起点，可先将光标放在起点处，再通过调试菜单项中设置起点或者直接点击设置起点图标，即可将程序起点设在光标处。(4)加入变量监视，具体步骤为：打开“设置”菜单项中的“变量监视”窗口或者直接点击“变量监视”图标，将程序中定义的全局变量“AD0 AD9”加入到变量监视中。在查看菜单项中的工具栏中选中变量区或者点击变量区图标，系统软件默认选中寄存器区，点击 “变量区”可查看或修改要监视的变量。(5)在主程序 JMP AGAIN 语句处设置断点。具体操作为：先将光标置于要设断点的语句，然后在调试菜单项中选择 “设置断点/删除断点(B)”或者直接点击“设置断点/

9、删除断点”图标，即可在本语句设置或删除断点。(6)打开虚拟仪器菜单项中的万用表选项或者直接点击万用表图标，选择“电压档”用示波器单元中的“CH1”表笔测量图 1.1-1 中的模拟输入电压 “Y”端，点击虚拟仪器中的“运行”按钮，调节图 1.1-1 中的单次阶跃中的电位器，确定好模拟输入电压值。-5V (7)做好以上准备工作后，运行程序(打开“调试”菜单项中的“运行到断点/运行”或者点击“运行到断点/运行”图标)，程序将在断点处停下，查看变量“AD0 AD9”的值，取平均值记录下来，改变输入电压并记录，最后填入表 1.1-1 中。表中“()”中的数字量供参考。表 1.1-1 模拟输入电压 (V)

10、对应的数字量 (H)5 03 4 1C 3 35 2 4F 1 67 0 80 1 9A 2 B5 3 CE 4 E8 5 FF 本节实验仅仅就软件的相关功能做简单介绍，该软件的具体操作与说明请详见本实验教程的“第 1 部分第 4 章联机软件说明”。2D/A 转换实验 本实验采用 TLC7528 芯片，它是 8 位、并行、两路、电压型输出数模转换器。其主要参数如下：转换时间 100ns，满量程误差 1/2 LSB，参考电压 10V +10V，供电电压+5V+15V，输入逻辑电平与 TTL 兼容。实验平台中的 TLC7528 的八位数据线、写线和通道选择控制线已接至控制计算机的总线上。片选线预留

11、出待实验中连接到相应的 I/O 片选上，具体如图 1.1-3。实验步骤及结果：。4欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模

12、拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 (1)参照流程图 1.1-4 编写实验程序，检查无误后编译、链接并装载到控制计算机中。(2)运行程序，用示波器观测输出波形。图 1.1-5 以上电路是 TLC7528 双极性输出电路，输出范围 5V +5V。“W101”和“W102”分别为 A 路和 B 路的调零电位器，实验前先调零，往 TLC7528 的 A 口和 B 口中送入数字量 80H，分别调节“W101”和“W102”电位器，用万用表分别测“OUT1”和“OUT2”的输出电压，应在 0mV 左右。参考流程：主程序 图 1.1-

13、4 参考程序：请参照随机软件中的 example 目录中的 ACC1-1-2.ASM 文件。5欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍

14、以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 实际测量的波形图：模拟量的输出确实随着数字量的增大而增大 。6欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如

15、步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 信号的采样与保持 一、实验目的 1熟悉信号的采样和保持过程 2学习和掌握香农(采样)定理 3学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号 二、实验内容 1编写程序，实现信号通过 A/D 转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到 D/A 转换器输出。2编写程序，分别用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。三、实验设备 +PC 机一台，TD-ACC 实验系统一套，i386EX 系统板一

16、块 四、实验原理与步骤 零阶保持 香农(采样)定理：若对于一个具有有限频谱 (|W|5Wmax)利用式 1.2-1 在点(X0,Y0)和(X1,Y1)之间插入点(X,Y)Y=Y0+K(X-X0)式 1.2-1 其中：K=Y1 Y0 X1 X0 X1X0 为采样间隔，Y1Y0 分别为 X1 和 X0 采样时刻的 AD 采样值。二次曲线插值法 (取 Ws3Wmax)：Y=Y0+(X-X0)K1+K2(X-X1)式 1.2-2 Y1 Y0 (Y2 Y0 Y1Y0)X2 X0 X1 X0 其中 K1=X1 X0，K2=X2 X1 (2)实验线路图设计 为了验证上面的原理，可以设计如下的实验线路图，图中

17、画“”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。8欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常

18、多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 上图中，控制计算机“OUT1”表示 386EX 内部 1定时器的输出端，定时器输出的方波周期定时器时常，“IRQ7”表示 386EX 内部主片 8259 的 7 号中断，用作采样中断。这里，正弦波单元的“OUT”端输出周期性正弦波信号，通过模数单元的“IN7”端输入，系统用定时器作为基准时钟(初始化为 10ms)，定时采集“IN7”端的信号，并通过控制机算计读取转换完后的数字量，再送到数模转换 单元，由“OUT1”端输出相应的模拟信号。采样周期 T=TK 10ms，TK 的范围 为 01 FFH。(3)参考程序流程

19、图设计 实验参考程序：直线插值法参照随机软件中的 example 目录中的 ACC1-2-2.ASM 文件，二次曲线插值法请参照随机软件中的 example 目录中的 ACC1-2-3.ASM 文件。9欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和

20、开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 实验步骤及结果 1.采样与保持 (1)参考流程图 1.2-2 编写零阶保持程序，编译、链接。(2)按照实验线路图 1.2-1 接线，检查无误后开启设备电源。(3)用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT”端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT”端输出幅值为 3V，周期 1S 的正弦波。实际测量的波形图：(4)加载程序到控制机中，将采样周期变量“Tk”

21、加入到变量监视中，运行程序，用示波器的另一路表笔观察数模转换单元的输出端“OUT1”。“OUT1”端的参考波形如图 1.2-5 所示。10欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开

22、和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 实际测量的波形图：由图可知，信号的采样效果和预期的差不多。11欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通

23、道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 (5)增大采样周期，当采样周期 0.5S 时，即 Tk32H 时，运行程序并观测数模转换单元的输出波形应该失真，记录此时的采样周期，验证香农定理。Tk=34H 实际测量的波形图：数字滤波 一、实验目的 1.学习和掌握一阶惯性滤波 2.学习和掌握四点加权滤波 。12欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成

24、适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 二、实验内容 分别编写一阶惯性滤波程序和四点加权滤波程序，

25、将混合干扰信号的正弦波送到数字滤波器，并用示波器观察经过滤波后的信号。三、实验设备 +PC 机一台，TD-ACC 实验系统一套，i386EX 系统板一块 四、实验原理与步骤 一般现场环境比较恶劣，干扰源比较多，消除和抑制干扰的方法主要有模拟滤波和数字滤波两种。由于数字滤波方法成本低、可靠性高、无阻抗匹配、灵活方便等特点，被广泛应用，下面是一个典型数字滤波的方框图：模数转换 控制 数模转换 IN7 计算机 OUT 1滤波器算法设计 一阶惯性滤波：1 相当于传函 S 1 的数字滤波器，由一阶差分法可得近似式 YK=(1-a)XK+(a)YK-1 XK：当前采样时刻的输入 YK：当前采样时刻的输出

26、YK-1：前一采样时刻的输出 T T：采样周期，1-a=四点加权滤波算法为：4 YK=A1XK+A2XK-1+A3XK-2+A4XK-3(式中 A1=1)i 1 XK：当前采样时刻的输入 XK-1：前一采样时刻的输入 YK：当前采样时刻的输出 2参考流程图：。13欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主

27、要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 实验中的参数：1 a、a、A1、A2、A3、A4 为十进制 2 位小数（BCD 码），取值范围：0.00 0.99，只须对应存入 00 99。程序中将其转换成二进制小数，再按算式进行定点小数运算。实验参考程序：一阶惯性请参照随机软件中的 example 目录中的 ACC1-3-1.ASM，四点加权参照 ACC

28、1-3-2.ASM。3实验线路图：图中画“”的线需用户在实验中自行接好，运放单元需用户自行搭接。14欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主

29、要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 上图中，控制计算机的“OUT1”表示 386EX 内部 1定时器的输出端，定时器输出的方波周期定时器时常，“IRQ7”表示 386EX 内部主片 8259 的 7 号中断，用作采样中断。电路中用 RC 电路将 S 端方波微分，再和正弦波单元产生的正弦波叠加。注 意 R 点波形不要超过 5V，以免数字化溢出。计算机对有干扰的正弦信号 R 通过模数转换器采样输入，然后进行数字滤波处理，去除干扰，最后送至数模转换器变成模拟量 C 输出。实验步骤及结果 1.参照流程图分别编写一

30、阶惯性和四点加权程序，检查无误后编译、链接。2.按图 1.3-3 接线，检查无误后开启设备电源。调节正弦波使其周期约为 2S，调信号源单元使其产生周期为 100ms 的干扰信号(从“NC”端引出)，调节接线图中的两个 47K 电位器使正弦波幅值为 3V，干扰波的幅值为 0.5V。15欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连

31、续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 实际测量的波形图：3.分别装载并运行程序，运行前可将“TK”加入到变量监视中，方便实验中观察和修改。用示波器观察 R 点和 C 点，比较滤波前和滤波后的波形。一阶惯性:Tk=01 。16欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行

32、控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 实际测量的波形图：Tk=08 。17欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数

33、字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 实际测量的波形图

34、：由图可知，T 越大，信号的噪声偏离也就越大。18欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这

35、里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 实验二 开环系统的数字程序控制 数字 PWM 发生器和直流电机调速控制 一、实验目的 掌握脉宽调制 (PWM)的方法。二、实验内容 用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制。三、实验设备 +PC 机一台，TD-ACC 实验系统一套，i386EX 系统板一块 四、实验原理与步骤 1PWM(Pulse Width Modulation)简称脉宽调制(见图 2.1-1)。即，通过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机进行调速控制。VH VL 图 2.1-1 2实验线路图：图中画“”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连

36、好。图 2.1-2 图中，“DOUT0”表示 386EX 的 I/O 管脚 P1.4，输出 PWM 脉冲经驱动后控制直流电机。本实验中，由系统产生 1ms 的定时中断。在中断处理程序中完成 PWM 脉冲输出。最后通过控制计算机的数字量输出端 DOUT0 引脚来模拟 PWM 输出，并经达林顿管输出驱动直流电机，实现脉宽调制。3 参考流程图 。19欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持

37、器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 图 2.1-3 实验参考程序：请参照随机软件中的 example 目录中的 ACC2-2-1.ASM。实验步骤 1参考实验线路图的说明及流程图 2.1-3，编写相应的主程序及 PWM 子程序，检查无误后编译、链接。2按图 2.1

38、-2 接线，检查无误后开启设备的电源。3装载程序，将全局变量 TK(PWM 周期)和 PWM_T(占空比)加入监视，以便实验过程中修改。4运行程序，观察电机运行情况。实际测量波形图：5终止程序运行，加大脉冲宽度，即将占空比 PWM_T 变大，重复第 3 步，再观察电机的运行情况，此时电机转速应加快。电机每转动一圈，“HR”端(霍 。20欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换

39、器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 尔元件的输出端)就会输出一个脉冲，用虚拟仪器中示波器的一路表笔测“HR”端的脉冲信号可算出电机此时的转速。Tk=0C8H;PWM_T=14H;FPWM=01H;HR 6注意：在程序调试过程中，有可能随时停止程序运行，此时 DOUT0 的

40、状态应保持上次的状态。当 DOUT0 为 1 时，直流电机将停止转动；当 DOUT0 为 0 时，直流电机将全速转动，如果长时间直流电机处于全速转动，可能会导致电机单元出现故障，所以在停止程序运行时，最好将连接 DOUT0 的排线拔掉或按系统复位键。五、实验思考题 本实验中是通过改变脉冲的占空比，周期 T 不变的方法来改变电机转速的，还有什么办法能改变电机的转速，应该怎么实现？答：在本实验中的方法是数字控制的方法，其本质是控制直流电机的电枢电压，也可以通过改变脉冲的频率，占空比不变的方法来实现直流电机的调速，或者同时改变占空比和周期的方法都可以。21欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字

41、信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 实验三 数字 PI

42、D 闭环控制 按闭环系统误差信号的比例、积分和微分进行控制的调节器简称为 PID 调节 器(也叫 PID 控制器)。它是在连续系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。随着计算机技术的飞速发展，PID 控制算法可以用计算机程序实现了，而这进一步拓宽了 PID 调节器的应用领域，出现了各种新型数字 PID 控制器。本章将从多个方面来开展数字 PID 控制器的实验研究。数字 PID 控制算法 在模拟调节系统中，PID 算法表达式为：u(t)1 e(t)dt de(t)Kp e(t)Td Ti dt 在计算机系统中，离散的数字 PID 算法可以表示为位置式 PID 控制算式，或 增量式 PID 控制

43、算式。位置式 PID 控制算式为：u(k)T k e(j)Td Kp e(k)e(k)e(k 1)Ti j 0 T T：采样周期，k：采样序号，u(k)：第 k 次采样调节器输出，e(k)：第 k 次采样误差值，e(k 1)：第(k 1)次采样误差值 增量式 PID 控制算式为：u(k)u(k)u(k 1)u(k)Kp(e(k)e(k 1)T Td e(k)(e(k)2e(k 1)e(k 2)Ti T 增量式与位置式相比具有以下优点：1增量式算法与最近几次采样值有关，不需要进行累加，因此，不易产生累积误差，控制效果较好。2增量式中，计算机只输出增量，误动作(计算机故障或干扰)影响小。3在位置式

44、中，由手动到自动切换时，必须使输出值等于执行机构的初始值，而增量式只与本次的误差值有关，更易于实现手动到自动的无扰动切换。4增量式控制算法因其特有的优点在控制系统中应用比位置式更加广泛。积分分离法 PID 控制 一、实验目的 1了解 PID 参数对系统性能的影响。2学习凑试法整定 PID 参数。3掌握积分分离法 PID 控制规律 二、实验设备 PC 机一台，TDACC 实验系统一套，i386EX 系统板一块 。22欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过

45、程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 三、实验原理和内容 R E -TS 10 C P I D 1e T S(0.3S+1)(0.4S+1)图 3.2 1 图 3.2 1 是一个典型的 PID

46、闭环控制系统方框图，其硬件电路原理及接线 图可设计如下，图中画“”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。控制计算机 i386EX CPU DIN0 P1.0 模数转换单元 STR OUT1 TMROUT1 数模转换单元 信号源 /OE/IOY0 CS0#/IOY1 IRQ7/CS/ST EOC INT3(主 8259IRQ7)1MHZ 短 A CLOCK TMRCLK1WR#/IOW ST 分 路 B M/IO#/WR C S 块 频 A0 A0 +5V 24MHZ CLK2 OUT .D0 .XD0.D0 .IN7 D7 XD7 D7 OUT1 10K 20K 3uF 2uF

47、 100K 200K 10K 20K 20K 100K C R E 20K 图 3.2 2 上图中，控制计算机的“OUT1”表示 386EX 内部 1定时器的输出端，定时器输出的方波周期定时器时常，“IRQ7”表示 386EX 内部主片 8259 的 7 号中断，用作采样中断，“DIN0”表示 386EX 的 I/O 管脚 P1.0，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。这里，系统误差信号 E 通过模数转换单元“IN7”端输入，控制机的定时器作为基准时钟(初始化为 10ms)，定时采集“IN7”端的信号，并通过采样中断读入信号 E 的数字量，并进行 PID 计算，得到相应的控制量，再把控制量

48、送到数模转换单元，由“OUT1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。本实验中，采用位置式 PID 算式。在一般的 PID 控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。为此，可采用积分分离法 PID 控制算法，即：当误差 e(k)较大时，取消积分作用；当误差 e(k)较小时才将积分作用加入。图 10.2 3 是积分分离法 PID 控制实验的参考程序流程图。23欢迎下载 对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机经计算机运算处理后再转换成适合于对生产过程进行控制的量所以在微机和生产过程之间必须设

49、置信息的传递和变换的连接通道该通道称为过程通道它包括模拟量输入通道模拟数字信号送入计算机主要有多路转化器采样保持器和转换器等组成模拟量输出通道它将计算机输出的数字信号转换为连续的电压或电流信号主要有转换器和输出保持器组成数字量输入通道控制系统中以电平高低和开关通断等两位状号如步进电机计算机以通过接口电路或者继电器的断开和闭合来控制输入与输出通道本实验教程主要介绍以和为主的模拟量输入输出通道和的芯片非常多这里主要介绍人们最常用的和一实验目的学习转换器原理及接口方法并掌握芯精品文档 主程序 采样中断服务程序 系统初始化 是 D/A 输出清零 求误差 E(k)同步信号到否？变量初始化 否 变量初始化

50、 调 PID 子程序 采样周期变量减一 等待中断 采样周期变量 输出控制量 U(k)是 赋初值 采样周期到否？采样周期变量 赋初值 否 中断返回 PID 子程序 计算 Ek+TdT*Ek 是 否 Kp(Ek+TdT*Ek)判积分分离值 是 判积分溢出 是 取极值 判控制量溢出 否 取极值 否 Kp(Ek+TiT *Ek+TdT*Ek)中断返回 图 3.2 3 实验参考程序：请参照随机软件中的 example 目录中的 ACC3 21.ASM。为了便于实验参数的调整，下面讨论 PID 参数对系统性能的影响：(1)增大比例系数 KP 一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比