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1、修改 郭秀丽微机控制实验指导书微机控制与接口技术实验指导书适用专业: 测控、电气自动化 课程代码: 8416300 总学时: 6 总学分: 编写单位: 电气信息学院 编 写 人: 郭秀丽、陈立功 审 核 人: 审 批 人: 批准时间: 年 月 日目 录 实验一 数模转换与模数转换2实验二 信号的采样.9实验三 积分分离PID控制实验12实验一 数模转换与模数转换 一、实验目的和任务 1. 熟悉实验系统软硬件的使用方法2. 熟悉模数、数模信号转换的基本原理3. 掌握ADC0809、TLC7528芯片的使用方法4. 掌握模数转化的量化特性二、实验内容1编写实验程序，将5V +5V 的电压作为 AD

2、C0809 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、实验仪器、设备及材料 PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块四、实验原理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 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

3、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、IN0IN7)。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。i386EX CPUOUT1短路块+5VXYIN7STR/OECLOCK/IOY0分频1MHZTMROUT1CS0#TMRCLK1短路块Z-5V+5VABCD0D724MHZCLK2XD0XD7单次阶跃模数转换单元图 1.1-1控制计算机上图中，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

4、。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 IN7；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：主程序初始化系统定时器（1ms）延时取A/D值，送至变量中图 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PUBLIC AD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5,AD6,AD7,AD8,AD9 ;声明全局变量STACK1 SEGMENT ST

5、ACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENTAD0 DB ? ;存储 A/D 采集的数值，共十个值AD1 DB ?AD2 DB ?AD3 DB ?AD4 DB ?AD5 DB ?AD6 DB ?AD7 DB ?AD8 DB ?AD9 DB ?DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODESTART: MOV AX,DATA ;将当前的 DATA 赋给数据段 DS MOV DS,AXCALL SYSINTI ;调用系统初始化子程序MOV DX,0F043HMOV AL,076H ;初始化 1#定时器定时 1ms OUT DX,AL MO

6、V DX,0F041H MOV AL,0E8H ;写 1#定时器定时常数的低字节 OUT DX,AL MOV DX,0F041H MOV AL,03H OUT DX,ALMOV CX,000AH;写 1#定时器定时常数的高字节,同时启动 AD 转换;赋 AD 采样值个数初值为 0AHMOV SI,OFFSET AD0 ;将存放 AD 采样值的首地址赋给 SI 寄存器AGAIN: CALL DELAY ;调延时子程序 MOV DX,0300H IN AL,DX ;读 AD 采样值 MOV SI,AL ;将 AD 采样值存放于 SI 中 INC SI ;SI 指向下一个采样值对应的单元 LOOP

7、AGAIN ;10 个采样值存放完否？没有存完，则继续存 MOV CX,000AH ;存放完成后，将 CX 和 SI 还原，赋初值MOV SI,OFFSET AD0 JMP AGAIN ;继续ELAY: PUSH CX ;延时子程序 MOV CX,3000HDEL1: PUSH AX POP AX LOOP DEL1 POP CX RETSYSINTI: MOV AX,8000H ;系统初始化子程序OUT 23H,AL ;扩展 IO 使能 XCHG AL,AHOUT 22H,ALOUT 22H,AX MOV DX,0F402H ;初始化系统片选 CS0#的范围为：300H30FH MOV AX

8、,000CH OUT DX,AX MOV DX,0F400H MOV AX,0401H OUT DX,AX MOV DX,0F406H MOV AX,0000H OUT DX,AX MOV DX,0F404H MOV AX,3C01H OUT DX,AXMOV DX,0F822HMOV AL,7FHOUT DX,ALMOV DX,0F824HMOV AL,0B2HOUT DX,ALMOV DX,0F832HMOV AL,0AHOUT DX,ALMOV DX,0F834HMOV AL,15HOUT DX,ALRETCODE ENDS END START2D/A 转换实验本实验采用 TLC7528

9、 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。片选线预留出待实验中连接到相应的 I/O 片选上，具体如图 1.1-3。i386EX CPUCS0#WR#/IOY1/IOW/CS/WROUTARFBA+-1KTL0841K+TL084-OUT1M/IO#A0CLK2XD0XD724MHZA0A0D0D7OUTBRFBBVCCVCCW101(1K) 1.5

10、K1K+ 1KTL084-W102(1K) 1.5K+-2KTL0842KOUT2控制计算机数模转换单元图 1.1-3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 变量初始化延时变量递加，送D/A输出图 1.1-4参考程序：请参照随机软件中的 example 目录中的 ACC1-1-2.ASM 文件五、主要

11、技术重点、难点1. 了解系统工作原理；2. 按照原理图进行正确接线；3. 正确测量数据，观察数据并与原理结合进行深刻理解。六、实验步骤1A/D 转换实验 (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。(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

12、“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“AD0AD9”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/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

13、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。(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“AD0AD9”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）对应的数字量(H)-4.95102-4.0021B-2.99834-1.9924E-1.003670.000801.005992.007B42.991CD4.018E74.950FF2D/A 转换实验(1) 参照流程图

14、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 1.1-5七、实验报告要求1. 要求认真填写相关内容；2. 要求实验数据准确，真实。3. 实验结果包括：表1 A/D转换过程实验数据模拟输入电压（V）A/D转换后数字量（H）以及 D/A 转换实验中的输出波形图理论量化误差及其量化特性图： 八、实验注意事项1. 连线一定要正确，并经检查无误后方可接通电源；2. 实验过程中及时记录实验数据并进行分析。九、思考题 欲将第1个通道上的模拟量转换成数字量，硬件电路应如何修改？程序应如何编写？实验二 信号的采样 一、实验目的和任务 1、熟悉信号

15、的采样过程；2、掌握采样周期对输出波形的影响；二、实验内容编写程序，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。三、实验仪器、设备及材料 PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块四、实验原理1采样与保持香农 (采样) 定理：若对于一个具有有限频谱 (|W|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。七、实验报告要求1. 要求认真填写相关内容；2. 要求实验数据、所得波形图准确，真实。表1 模拟输入信号与采样信号的波形图：1. Tk04H2. Tk

16、10H3. Tk16H4. Tk32H八、实验注意事项1. 连线一定要正确，并经检查无误后方可接通电源；2. 实验过程中及时记录实验数据、波形图并进行分析。九、思考题 1、通过以上实验，大家可明显地观察到，当Tk=01H26H时，U10单元的OUT端的输出波形为IN7的采样波形，但当Tk再增大时，U10单位的OUT端的输出波形将采样失真。为什么？2、有人又问，既然A/D采样本身具有保持功能，那是不是不管模拟量在A/D转换时变化多大，都可不加保持器呢？为什么？ 实验三 积分分离PID控制实验 一、实验目的和任务 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

17、法 PID 控制规律二、实验内容根据实验原理进行正确接线，用凑试法可以整定出控制参数，然后选择这一组控制参数进行控制，观察控制效果。改变积分分离值，重新观察控制效果。三、实验仪器、设备及材料 PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块四、实验原理、系统原理图 3.2-1 是一个典型的 PID 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。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

18、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

19、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。实验参考程序：请参照随机软件中的 example 目录中的 ACC3-2-1.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。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使系统稳定性变坏。(2) 增大积分时间参数 TI有利于消除静差、减小超调、减小振荡，使系统更加稳定，但系统

20、静差的消除将随之减慢。(3) 增大微分时间参数 TD有利于加快系统响应，使超调量减小，系统稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。在调整参数时，可以使用凑试法。参考以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行“先比例，后积分，再微分”的步骤。(1) 首先整定比例部分。将比例系数 KP由小变大，并观察相应的系统响应，直到响应曲线超调小、反应快。如果系统没有静差，或者静差小到允许的范围内，那么只需比例调节器即可(2) 如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足要求，则须加入积分作用。整定时首先置积分时间 TI为一较大值，并将第一步整定得到的比例系数 KP 缩小 (如 80)，然后减

21、小积分时间，使静差得到消除。如果动态性能 (过渡时间短) 也满意，则需 PI 调节器即可。(3) 若动态性能不好，则需加入微分作用。整定时，使微分时间 TD从 0 变大，并相应的改变比例系数和积分时间，逐步凑试，直到满意结果。由于 PID 三个参数有互补作用，减小一个往往可由几个增大来补偿，因此参数的整定值不唯一，不同的参数组合完全有可能得到同样的效果。五、主要技术重点、难点1. 掌握实验原理；2. 实验中被控对象的接线一定要正确； 3. 进行参数整定时基准参数的获得；六、实验步骤1参考流程图 3.2-3 编写实验程序，检查无误后编译、链接。2按照实验线路图 3.2-2 接线，检查无误后开启设

22、备电源。3调节信号源中的电位器及拨动开关，使信号源输出幅值为 2V，周期 6S 的方波。确定系统的采样周期以及积分分离值。4装载程序，将全局变量TK (采样周期)、EI (积分分离值)、KP (比例系数)、TI (积分系数)和TD (微分系数) 加入变量监视，以便实验过程中观察和修改。5运行程序，将积分分离值设为最大值 7FH (相当于没有引入积分分离)，用示波器分别观测输入端 R 和输出端 C。6如果系统性能不满意，用凑试法修改 PID 参数，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。7修改积分分离值为 20H，记录此时响应曲线的超调量和过渡时间，并和未引入积分分离值时的响应曲线进

23、行比较。8将 6 和 7 中的较满意的响应曲线分别保存，在画板、PHOTOSHOP 中处理后粘贴到WORD 中，方便形成实验报告。七、实验报告要求1. 使用凑试法参数整定的结果1 整定结果： P= ，I= ， D= 表1 实验结果：EIPIDMPts系统响应曲线7F20注：空白处可填写作实验时控制效果好的参数数据以及结果2.实验结果及分析从上图中可以看出，引入积分分离法后，降低了系统输出的超调量，并缩短了调节时间。八、实验注意事项1. 连线一定要正确，并经检查无误后方可接通电源；2. 实验过程中及时记录实验数据并进行分析。九、思考题 1. 改变所得到的控制参数是否有可能得到更好的控制效果？2. 分析积分分离值Ei对控制效果的影响？