计算机控制实验指导书.docx
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计算机控制实验指导书
微型计算机控制实验指导书
实验注意事项：
1、实验用的导线，导线头部不应拔的太长，以防止线路短路。
做完实验后，应将导线及器件整理好放于柜子中，切不可乱放于机箱中，以免下次实验时引起短路。
2、对于TDN-ACS系统已安装了高效开关电源，它们的重新开启和上一次断开之间的时间应大于30秒。
因此不要过于频繁的开启电源。
3、每个实验应提前预习。
实验时接线完整无误后方可开启实验箱电源。
4、实验时要求穿鞋套。
5、每次实验结束，按班级轮流打扫卫生。
实验一 数／模转换与模／数转换
一、实验目的：
1、熟悉模／数转换的电路工作原理
2、熟悉数／模转换的电路工作原理
3、掌握模／数转化的量化特性
4、熟悉多路数／模转换电路的工作原理
二、实验设备：
１、计算机一台
２、计算机控制实验装置一台
３、万用表一块、电阻若干
三、实验原理电路图
（１）Ａ/D、D/A转换电路的工作原理如图1-1所示
图1-1
A/D转换由Ｕ12单元担任。
Ａ/D芯片采用ADC0809八路８位A/D转换器，可接有八路输入信号。
Ａ、Ｂ、Ｃ用于通道选择（在本实验中可将Ａ、Ｂ、Ｃ接+5v。
即选择IN7）起时钟信号由CPU单元的OPCLK提供。
CPU单元中的定时器8253的2号口制成定时５ms方式。
及每间隔5ms从OUT2的反向端输出一信号经U2单元的单稳电路向U12单元输出A/D的启动信号，转换后的数字量（-5v～+5v）由CPU单元中的8255A口采入计算机并送显示器显示。
改变U14信号源电位器W141的信号大小即可改变转换后的数字量。
数/模转换由U10单元担任，转换芯片采用DAC0832，其片选端已接近于8088的地址输入信号IOY0端。
D/A转换器的口地址为00H，其写信号已和ＣＰＵ的XIOW信号接于一起，合理控制DAC0832的片选和写信号，即可进行数／模转换，转换后的模拟量由U10的OUT端输出。
四、实验线路
实验线路如图１-１，图１-2，图１-３所示。
图中大部分线已接好，只需接入带黑圈的线即可。
图1-2
五、实验内容和步骤
１、单路模／数与转换实验
（１）按图１-１接线，接好后仔细检查，确定无误后方可接通实验箱的电源。
（２）打开实验箱和计算机电源，执行图标计控试验程序，选择串口２，使通讯成功。
（屏幕出现WECOMETOYOU）
（３）键入G=F000：
1100回车，既执行模／数、数／模转换程序。
转换后的数字量显示在显示器上。
（４）依次调节U14单元的电位器W141，使其输出端Y分别为表１-１所示模拟量输入值，记录显示器显示的数字量并用万用表测量D/A转换后的模拟输出量添于表１-１中。
表１-１
模拟量输入（v）
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
数字量（H）
模拟量输出（v）
（５）在图１-１基础上加接一个信号衰减电路，加接部分如图１-２所示其余电路不变。
（６）依次调节模拟输入电压，使A/D转换值分别如表１-２所示，记录对应的11个数字量情况下的模拟量输入电压，整理量化单位和量化误差。
表１-２
模入电压（mv）
-196
-156.8
-117.6
-78.4
-39.2
0
39.2
78.4
117.6
156.8
196
数字量（h）
六、双路模／数、数／模转换实验
1.按图１-３接线（只需接入带黑圈的线即可）。
将信号源单元（U1SG）的信号选择开关S11置斜坡档（中档），S12置下档。
接好后仔细检查，确定无误后方可接通实验箱的电源。
2.用示波器分别观察模／数转换的两路输入信号R1（IN6）和R2（IN7）。
3.将W12旋至最大，使R1周期最大，调节W11使R1幅值不超过4V。
4.执行程序Ac1-4.exe。
5.用示波器同时观察输入信号与对应的输出信号（R1对应OU1，R2对应OU2），画出对应波形并用示波器测量波形的幅值。
6.用示波器在DAC单元的OUT端观察计算机分时控制的输出波形。
短接
图1-3
实验二采样与保持
实验2.1采样过程
一、实验目的：
1、掌握模／数、数／模采样电路的工作原理
2、掌握模／数、数／模保持电路的工作原理
3、掌握采样周期Tk对输出波形的影响
4、熟悉零阶保持器在采样电路中的作用
二、实验设备：
１、计算机一台
２、计算机控制实验装置一台
３、万用表一块、电阻若干
三、实验原理
信号源U1SG单元输出端输出抛物线信号，通过A/D转换器U12的IN7端输入（在试验中将编码输入端A.B.C接+5V,即选通IN7.）。
计算机在采样时刻由OUT2端输出一信号启动A/D转换器。
模拟量转换完成后由EOC口向CPU的IRQ7口申请中断。
转换后的数字量送8255口A。
8255口A设成输入方式。
8088CPU将输入的数字量直接送D/A的转换单元U10,在其OUT端输出模拟信号。
如图2.1-1所示，在时间τ以外，计算机输出零至D/A并使其转换，所以τ以外输出为零。
τ的时间为10ms。
图2.1-1
四：
实验参数及数据缓冲区
采样周期Ｔ
8088微机的8253产生定时中断信号，定时10毫秒，Tk存放的单元需在调试窗口用D命令查看，Tk取值范围01H—FFH。
采样周期T=Tk×10ms，T的范围10ms__2550ms，改变Tk即可以确定T。
注：
D命令格式D段地址：
偏移地址
五：
实验接线图:
见图2.1-2
图2.1-2
六：
实验内容和步骤：
（1）按图2.１-2接线，首先将U1SG单元的S11置抛物线档,S12置下档。
接好后仔细检查，确定无误后方可接通实验箱的电源。
（2）用示波器观察U1单元的OUT端波形，调Ｗ１1使Ｕ１单元的ＯＵＴ端输出不高于５Ｖ，调W12电位器使周期约为2S。
（3）选定Tk=04H。
（4）装入并执行程序Ac2-1.exe。
（5）用示波器对照观察U1单元的OUT端波形与U10单元的OUT端波形,观察完后停机。
（6）选择若干值，重复（４）、（５）两步骤，观察不同Tk的输出波形，并纪录。
（7）调节Ｗ１２使Ｕ１单元的ＯＵＴ端输出不高于５Ｖ，调W11电位器使周期为０．３S。
重复（４）、（５）两步骤，观察不同Tk的输出波形，并纪录。
实验2.2保持器
一、实验原理
信号源U1SG单元输出端输出阶跃信号，计算机在采样时刻由OUT2端输出一信号启动A/D转换器。
模拟量转换完成后由EOC口向CPU的IRQ7口申请中断。
转换后的数字量送8255口A。
8255口A设成输入方式。
8088CPU将输入的数字量直接送D/A的转换单元U10,在其OUT端输出模拟信号。
并一直保持到输入新值。
原理如图2.2-1，采样周期设置同实验2.1。
图2.2-1
无零阶保持器的模拟原理图见图2.2-2，开关τ合上的时间为10ms。
采样周期设置同实验2.1。
图2.2-2
二、实验接线图:
见图2.2-3
图2.2-3
三、实验内容和步骤：
1）按图2.2-3接线，首先将U1SG单元的S11置阶跃档,S12置下档。
接好后仔细检查，确定无误后方可接通实验箱的电源。
2）打开计算机电源，执行图标计控试验程序，选择串口２，打开实验箱使通讯成功。
（屏幕出现WECOMETOYOU）
3）用示波器分别观察U1单元的OUT端波形，调Ｗ１1使Ｕ１单元的ＯＵＴ端输出1Ｖ，调W12电位器使周期为5S。
4）选定采样周期Tk=02H,并将Tk存入2F60H单元。
（按“E”输入）启动采样程序（CS:
F000↙IP:
11E0↙）
5）用示波器对照观察U12单元的IN7端波形与U10单元的OUT端波形,观察输出C的波形,停机。
6）选择不同采样周期Tk，重复（４）、（５）两步骤。
观察不同采样周期Tk的输出波形，并纪录。
7）增大Tk，存入2F60H单元。
（按“E”输入）启动采样程序（CS:
F000↙IP:
11E0↙）观察输出C的波形，停机。
连续增大Tk，重复几次，直到系统不稳定，纪录并填下表：
表2.2-1（T=TK×10ms）
TK（H）
采样周期T（S）
T=TK×10ms
02
稳定
04
稳定
08
稳定
10
不稳定
8）在已填入表中选取一个TK,值存入2F60H单元。
（按“E”输入）启动采样程序（G=F000：
11A2）观察无零阶保持器系统的输出C的波形。
9）减小输入信号幅度，增大采样周期，TK,值存入2F60H单元。
启动采样程序（CS:
F000↙IP:
11E0↙），用示波器对照观察U12单元的IN7端波形与U10单元的OUT端波形,观察系统及离散化噪音输出。
在将S11拨至斜坡，抛物线档，作进一步观察。
实验三 积分分离PID控制实验
一、实验目的：
１、熟悉PID控制方法的控制规律。
２、掌握用临界比例带法整定PID控制参数的方法。
３、掌握不同P、I、D参数对控制系统的影响。
４、掌握采样时间变化对系统的影响。
５、掌握积分分离值对系统的影响。
二、实验设备：
１、TDN计算机控制实验系统一套。
２、微型机一台。
３、万用表一块。
三、实验原理：
原理电路如图４-１所示。
图4—1
计算机不断地采样输入信号R和输出信号C之间的误差E，进行PID控制运算，其中当误差的绝对值小于积分分离值E1时加入积分运算，反之取消积分运算。
计算结束后将结果输出给系统。
PID的运算规律为：
采样周期设为T，PID控制的算法为：
四、实验线路：
图４-２
如图４-２所示。
图中大部分连线均已接好，本实验需连接的导线如图中带黑圈的连线所示。
五、实验参数与数据缓冲区
1、采样周期TK，为单字节16进制数（00H～FFH对应0.01s～2.55s），通常输入05，地址为0240:
0000。
2、分离值EI，为单字节16进制数（正数00H～7FH），通常输入7F，地址为0240:
0001。
3、PID参数，均为带符号的二字节BCD码（-0.9999～+0.9999）。
低字节：
符号位00H为正，01H为负。
中间字节：
前两位小数（十分位，百分位）。
高字节：
后两位小数（十分位，百分位）。
举例：
系数P设为0.3614，存贮地址为P：
2F03H～2F05H，则：
2F03输入00H，2F04输入36H，2F05输入14H
6、实验内容与步骤：
１、按图４-2接线。
２、打开计算机电源和实验箱电源。
３、S11置上档，S12置下档，调W11和W12使幅值为2.5V左右，周期为 ５Ｓ左右的方波。
４、装入程序Ac4-1.exe，用U命令查看数据段段地址为0240，在0240:
0000地址依次存入Tk、EI、P、I、D（其中I=0，D=0），启动Ac4-1.exe程序，用示波器观察C点的输出波形。
注：
用E命令输入参数时，用空格键连续输入，用回车键结束输入。
E命令格式E段地址：
偏移地址
５、改变不同的Kp值，使输出出现等幅震荡，记录等幅震荡情况下的采样周期Tu和比例系数Kp。
6、根据临界比例度法计算PID参数。
（见附录一）
7、反复输入并修改PID参数，启动运行观察输出波
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