计算机控制技术基础实验指导书.docx
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计算机控制技术基础实验指导书
第一部分计算机控制实验系统使用说明
计算机控制实验系统构成及说明
第一节计算机控制实验系统构成
计算机控制实验系统由以下六个模块组成
(1)计算机控制实验模块
(2)信号源模块
(3)控制对象模块
(4)数据采集卡模块
(5)实验模板程序模块
(6)PC机控制模块
各模块相互交联关系框图见图1-1所示:
图1-1各模块相互交联关系图
计算机控制实验装置的布置简图见图1-2所示。
图1-2计算机控制装置简图
第二节计算机控制实验系统说明
计算机控制实验系统是由上位PC微机(含PCI-1711数据采集卡及驱动软件),ACCC-Ⅲ实验装置,连接电缆线等组成。
1.ACCC-Ⅲ实验装置简介
ACCC-Ⅲ实验装置是一个通用的计算机控制实验装置。
它主要包括电源部分U1单元,信号源部分U2单元,和PC机进行通讯的数据处理单元U3,自由插件端子单元U4,模拟电路单元U6~U14以及电机转速、温度、水槽液位控制单元组成,详见附图。
(1)U1电源单元:
包括电源开关,保险丝,提供5V,15V,0V,1.2~15V可调电压的输出。
(2)U2信号源单元:
包括周期性正弦信号,周期性斜坡、方波、抛物线信号,频率幅值可调。
其中斜坡、方波、抛物线信号幅值范围为:
0V-10V,频率范围为:
0.13Hz-8.3Hz;正弦信号的幅值范围为:
0V-5V,频率范围为:
低频0.5Hz~81Hz,高频63Hz~10kHz。
(3)U3数据处理单元:
PCI-1711数据采集卡在实验装置上的接口端子,通过RS232串行口和上位PC机进行通讯。
(4)U4提供实验所需的电容、电阻、电位器,提供插接电路,可以根据实验需要自行选择连接的元器件。
(5)U5提供16个开关量作为PCI-1711数据采集卡数字量输入的测试信号,16个LED指示灯作为数据采集卡数字量输出控制单元。
(6)U6~U14为运算放大器、电阻及电容等器件组成的模拟电路单元,由场效应管组成的电路用于锁零。
(7)电机控制单元:
输入控制电压范围为-10V~10V,经功率转换环节后,和永磁式直流力矩电动机(45lyx01)相连,电机转速经检测转换后以电压形式输出,输出范围为-10V~10V,连接至转速表进行转速显示。
电机可以实现正反转控制。
(8)温度检测控制单元:
温度检测采用PT100热电阻实现,经变送单元后输出的信号为0-10V电压,温度的控制采用脉宽调制方式,输入电压范围为0-10VDC。
(9)水槽液位控制单元:
采用二阶线性液位对象,液位检测变送由压力变送器完成,变送输出电压范围为0-10V;液位控制则由电动调节阀实现,控制电压输入范围为0-10V。
2.ACCC-Ⅲ实验装置使用注意事项
(1)实验开始前需要对实验箱上的运算放大器进行调零。
(2)运算放大器边上的锁零点G接线要正确。
在需要锁领时,可和输入信号同步的锁零信号相连。
锁零主要用于对电容充电后需要放电的场合,一般情况下不需要锁令信号。
不需要锁零时,请把G和-15V相连。
(3)计算和连接被控对象或系统的模拟电路时,要特别注意,实验台上的运放都是反向输入的,因此对于整个系统以及反馈的正负引出点是否正确都需要仔细考虑,必要时接入反相器。
3.PCI-1711数据采集卡简介
PCI-1711数据采集卡,它是12位的低损耗多功能采集卡,具有独特的电路设计和完善的数据采集和控制功能,支持即插即用,具有FIFO的高速缓存,可灵活设定输入类型和范围,具有16通道单端模/数输入、16通道数字I/O和2通道数模输出,采集速率可达100kHz,可编程的计数/计时器可作为A/D转换的速度触发,同时具有通道自动搜索功能。
PCI-1711数据采集卡技术指标介绍:
模拟量输入(AI0~AI15):
通道数
16单端输入
精度
12位
FIFO
1K
最大采样频率
100KS/s
转换时间
10μs
输入范围
和增益表
增益
1
2
3
4
5
输入/V
-10/+10
-5/+5
-2.5/+2.5
-1.25/+1.25
-0.625/+0.625
触发方式
软件触发,外部触发,可编程同步触发
模拟量输出(AO0~AO1):
通道数
2
精度
12位
输出范围
(内部及外部参考)
内部参考电压设定
0-+5V,0-+10V
外部参考电压设定
0-+xV@-xV(-10<=x<=10)
参考电压
内部
-5V或者-10V
外部
-5V-+10V
数字量输入/输出(DI0~15/DO0~DO15):
输入通道数
16
输入电压
低电平
0.4Vmax
高电平
2.4Vmin
输入负载
低
0.4Vmax.@-0.2mA
高
2.7Vmin@0.02mA
输出通道数
16
输出电压
低
0.4Vmax.@+8.0mA(sink)
高
2.4Vmin@-0.4mA(source)
可编程计数器:
个数
3个,2个作为可编程同步触发器,1个用户可自由使用
位数
16位
基础时钟
计数器2:
输入来自计数器1的输出
计数器1:
10MHz
计数器0:
内部1Hz或者外部时钟(10Hz)由软件选择最大的
最大的输入频率
1MHz
时钟输入
低
0.8Vmax
高
2.0Vmin
门信号输入
低
0.8Vmax
高
2.0Vmin
计数器输出
低
0.5Vmax@+24mA
高
2.4Vmin@-15mA
PCI-1711数据采集卡结构图:
第二部分实验内容
数字量、模拟量输入输出通道
实验一数字量输入输出
一、实验目的和要求
1.通过实验熟悉并掌握实验装置原理和使用方法,掌握数据采集卡的基本使用方法。
2.通过实验掌握数字输入输出通道数据采集方法。
二、实验仪器和设备
PC机一台
PCI-1711数据采集卡一块
计算机控制实验装置一台
三、实验原理
计算机用于生产过程的自动控制,需要处理一类最基本的输入输出信号,即数字量(开关量)信号,这些信号包括:
开关的闭合和断开,指示灯的亮和灭,这些信号的共同特点是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。
PCI-1711数据采集卡含有16路数字量输入通道DI0~DI15和16路数字量输出通道DO0~DO15,本实验利用这16路数字量输入输出通道完成16个开关(数字量输入)对16个LED显示灯状态的控制(数字量输出)。
四、实验线路
图1-1
注释:
DI0~DI15为数字量输入口,DO0~DO15为数字量输出口,DIGND,DOGND分别为数字量输入输出口对应的地端。
(PCI-1711板上的AIGND、DIGND和DOGND内部己联接,故只须将其中一个接地即可)
五、实验步骤
(一)、运行已完成的模板程序,观察数据采集卡数字量的输入输出:
1、模板程序功能说明:
采集输入通道状态,并根据输入通道状态对对应的输出通道进行数据输出
2、按图1-1将输入输出部分进行接线,经指导教师检查无误后,打开实验装置电源;
3、双击桌面的“计算机控制实验系统.exe”,进入实验系统,选择“一、数字量输入输出”;
4、在实验界面下,选择实验的输入输出端口(如不选择端口会报错),然后点击“运行”按钮;
5、改变实验板上的输入开关的状态,观察对应的输出LED的变化及实验界面上指示灯和按位输出的变化,并进行记录(采用printscreen方式或记录每个通道状态)
(二)、编写实验程序,通过学习实验指导书提供的知识及框架程序,编写和模板程序功能一致的程序。
1、学习实验指导书提供的编程预备知识(有关VB的简单编程知识和PCI-1711数据采集卡的相关函数编程)
2、在计算机D盘下,打开“D:
\学生实验程序\数字量输入输出(学生)”文件夹,双击“数字量输入输出.vbp”图标,进入VB编程界面;
3、双击右侧“模块”—“Student”,根据文字提示编写实验程序语句(未做编程要求的不要改动)
(1)、设置采样周期:
SampingTime,取值范围在20ms-50ms
(2)、编写注册数据采集卡子过程:
MyDeviceOpen(),并调用PCI_1711ErrorTest()子程序(验证函数是否执行成功),当运行时会首先调用此子过程打开数据采集卡。
(3)、编写执行部分:
MyOperation(intInputAsInteger,intOutputAsInteger)(intInput为输入端口号,对应于实验界面上所选的Inport0或Inport1,intOutput为输出端口号,对应于实验界面上所选的Outport0或Outport1),依次按注释文字提示进行编程:
利用PCI-1711数据采集卡提供的DRV_DioReadPortByte函数完成对开关量状态的读取,并调用PCI_1711ErrorTest()子程序和刷新显示子程序UpdateLed();同时用所读的开关量状态利用DRV_DioWritePortByte函数控制相应的LED显示灯再调用PCI_1711ErrorTest()子程序。
此部分在程序运行时用来读入所选的端口号和输出端口号,并进行相应的处理。
(4)、编写释放数据采集卡子过程:
MyDeviceClose(),并调用PCI_1711ErrorTest()子程序,验证函数是否执行成功。
退出程序时会调用此子过程以关闭数据采集卡。
4、调试并运行实验程序:
按F5,其余同
(一);
5、改变输入开关状态,观察对应的输出LED的变化及实验界面上指示灯和按位输出的变化,并进行记录。
(采用printscreen方式或记录每个通道状态)
六、程序设计说明:
1、利用驱动程序进行数据采集卡编程的一般步骤:
(1).注册设备
调用DRV_DeviceOpen
(2).使用设备
调用相关函数
(3).释放设备
调用DRV_DeviceClose
2、相关PCI_1711数据采集卡函数的说明:
(1).DRV_DeviceOpen
status=DRV_DeviceOpen(DeviceNum,DeviceHandle)
参数说明:
Name
Direction
Type
Rage
Description
DeviceNum
Input
long
default
设备号,本实验调用均取为0
DeviceHandle
Output
long
default
apointertotheconfigurationdataforthedevice设备的配置地质
功能:
此函数是使用PCI-1711数据采集卡的开始,从注册表中得到数据采集卡的参数,同时分配内存以方便调用。
返回值为零时表示函数运行成功,非零时表示运行失败。
附注册数据采集卡子程序:
SubMyDeviceOpen()'注册数据采集卡
ErrCde=DRV_DeviceOpen(0,DeviceHandle)
CallPCI_1711ErrorTest
EndSub
(2)、DRV_DeviceClose
status=DRV_DeviceClose(DeviceHandle)
参数说明:
Name
Direction
Type
Range
Description
DeviceHandle
Input/Output
long
default
取决于 DRV_DeviceOpen