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1、计算机控制技术实验 电气信息学院生产过程自动化综合实验教学中心 计算机控制技术实验 实验一 数 模转换与模 数转换实验学时 学时 一 实验目的 1 熟悉数 模转换的电路工作原理2 熟悉模 数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5 练习根据程序流程图编写程序 二 实验设备 计算机一台 二 实验设备 计算机控制实验装置一台 万用表一块 电子元件若干 三 实验与原理电路图 D D A转换电路的工作原理 电路的工作原理 模 数转换由 12单元担任 D芯片采用ADC0809八路八位A D转换器 可接有八路输入信号 用于通道选择 在本实验中可将 接 5v 即选
2、择IN7 其时钟信号由CPU单元的OPCLK提供 CPU单元中的定时器8253的2号口制成定时 ms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 其片选端已接到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 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
3、的OUT端输出 三 实验原理与电路图 双路模 数 数 模转换电路的工作原理 电路的工作原理 设置8255为定时方式 OUT2信号为采样脉冲 采样周期5ms 8255的A口为输入方式 用于采入数据 8255的B口为输出方式 用于选择控制双路输入输出通道 A D转换单元可对多路模拟量进行转换 计算机控制A D变换器分时对这两路模拟信号进行A D转换 将转换的数字量送至D A变换器还原成模拟量 并送至两个采样保持器 由8255的B口分别控制两个采样保持器的采样开关 以保证采样保持器单元电路中的OUT1输出信号与A DA D转换单元U12的IN6输入信号一致 采样保持器单元电路中的OUT2输出信号与A
4、 DA D转换单元U12的IN7输入信号一致 实验程序流程图 四 实验内容和步骤 一 单路模 数与转换实验1 按图 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 使通讯成功 屏幕出现WECOMETOYOU 实验内容和步骤 3 编写好实验程序 将程序首地址设为F000 1100 调试好后 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 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 中 实验内容和步骤 表 实验内容和步骤
5、 在图 基础上加接一个信号衰减电路 加接部分如图 所示其余电路不变 图1 2 实验内容和步骤 依次调节模拟输入电压 使A D转换值分别如表 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 实验内容和步骤 表 实验内容和步骤 二 双路模 数 数 模转换实验1 按图 接线 实验内容和步骤 2 接线后按下F7键选择示波器功能的y f x 用示波器分别观察模 数转换的两路输入信号R1和R2 3 S11选择中档 斜坡函数 S12选择下档 0 2 0 6 将W11幅值调至最大 调节W12使R1幅值为4V 实验内容和步骤 4 按下F1键启动运行 输入地址CS F000回车IP 1
6、151回车 运行转换程序 5 用示波器分别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端观察计算机的分时控制输出波形 五 实验报告 1 写明实验目的 实验原理 仪器 2 详细列出实验步骤 并将源程序写在报告中 3 对实验结果进行记录并对实验数据进行分析 4 写出实验体会和收获 计算机控制技术实验 实验二 采样与保持实验学时 学时 实验二 采样与保持 一 实验目的 1 熟悉数 模 模 数采样的电路工作原理2 熟悉数 模 模 数保持的电路工作原理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
7、的作用 二 实验设备 计算机一台 二 实验设备 计算机控制实验装置一台 万用表一块 电子元件若干 三 实验原理与电路图 1 采样器信号源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 在实验中将编码输入端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 实验原理与电路图 如图2 1 1所示 在时间 以外 计算机输出零至D A并使其转换 所
8、以 以外输出为零 的时间为10ms 三 实验原理与电路图 2 保持器信号源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 三 实验原理与电路图 原理如图2 2 1 采样周期设置同实验2 1 三 实验原理与电路图 无零阶保持器的模拟原理图见图2 2 2 开关 合上的时间为10ms 采样周期设置同实验2 1 四 实验参数及数据缓冲区 采样周期
9、8088微机的8253产生定时中断信号 定时10毫秒 在单元2F60H存放倍数Tk其取值范围01H FFH 采样周期T TK 10 T的范围10ms 2550ms 改变Tk既可以确定T 五 实验接线图 图2 1 2 1 采样器 图2 1 2 五 实验接线图 图2 2 3 2 保持器 六 实验内容和步骤 1 采样器按图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 打开计算机电源 执行图标计控试验程序 选择串口 打开实验箱使通讯成功 屏幕出现WECOMETOYOU 六 实验内容和步骤 用示波器分别观察U1单元的OUT端波形 调 1使
10、单元的 端输出不高于 调W12电位器使周期为2S 选定采样周期Tk 04H 并将Tk存入2F60H单元 按 E 输入 启动采样程序 CS F000 IP 11A2 六 实验内容和步骤 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 选择若干值 重复 两步骤 观察不同采样周期Tk的输出波形 并纪录 调节 使 单元的 端输出不高于 调W11电位器使周期为 S 重复 两步骤 观察不同采样周期Tk的输出波形 并纪录 六 实验内容和步骤 保持器按图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 打开计算机电
11、源 执行图标计控试验程序 选择串口 打开实验箱使通讯成功 屏幕出现WECOMETOYOU 六 实验内容和步骤 用示波器分别观察U1单元的OUT端波形 调 1使 单元的 端输出1 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 六 实验内容和步骤 选择不同采样周期Tk 重复 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
12、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 六 实验内容和步骤 表2 2 1 T TK 10ms 表2 2 1 T TK 10ms 六 实验内容和步骤 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 实验报告 1 写明实
13、验目的 实验原理 仪器 2 详细列出实验步骤 3 画出实验结果的示意图并做分析 计算机控制技术实验 实验三 积分分离PID控制实验实验学时 学时 一 实验目的 熟悉PID控制方法的控制规律 掌握用临界比例带法整定PID控制参数的方法 掌握不同P I D参数对控制系统的影响 掌握采样时间变化对系统的影响 掌握积分分离值对系统的影响 二 实验设备 计算机一台 二 实验设备 计算机控制实验装置一台 万用表一块 电子元件若干 三 实验原理 原理电路如图 所示 三 实验原理 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
14、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 三 实验原理 采样周期设为T PID控制的算法为 四 实验线路 图中大部分连线均已接好 本实验需连接的导线如图中带圈的连线所示 五 实验参数与数据缓冲区 采样周期TK 为单字节16进制数 0H FFH对应0 01s 2 55s 通常输入05 地址为2F60H 积分分离值E1 为单字节16进制数 正数00H 7FH 通常输入7F 地址为2F00H 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 五 实验参数
15、与数据缓冲区 其存贮地址分别为P 2F03H 2F05H 2F06H 2F08H 2F09H 2F0BH举例 系数P设为0 3614 则 2F03输入00H2F04输入36H2F05输入14H 六 实验内容与步骤 1 按图 2接线 注意选用不同的连线电单股 双股 四股 代替三股 打开计算机电源和实验箱电源 执行NAC程序 选择串口2 使通讯成功 选择示波器功能 F7 的y f t 选项 用示波器测量R端信号 S11置上档S12置下档 调W11和W12使幅值为2 5V左右 周期为 左右的方波 六 实验内容与步骤 用E键输入参数 用空格键连续输入 用回车键结束输入 束入比例系数Kp为某一值 取消积
16、分和微分作用 I 0 D 0 启动运行 F1 G F000 141C回车 然后用示波器功能观察C点的输出波形 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Kpu 根据临界比例带法计算PID参数 见附录 六 实验内容与步骤 附录一用临界比例带法计算PID参数 设采样周期为50ms 先去掉微分与积分作用 只保留比例控制 增大Kp 直至系统等幅振 记下震荡周期Tu和震荡时所用比例值Kpu 按以下公式整定参数 只用比例调节Kp 0 5Kpu P Kp 0 5Kpu 用比例积分调节 T取1 5Tu 比例Kp 0 36Kpu 即P Kp 0 36Kpu 积分时间TI 1 05Tu 即I Kp T TI 0 07Kpu 用比例 积分 微分调节 T取1 6TU 比例Kp 0 27Kpu 即P Kp 0 27Kpu 积分时间TI 0 4TU 即I Kp T TI 0 11Kpu 微分时间TD 0 22Tu 即D Kp TD T 0 36Kpu 六 实验内容与步骤 反复输入并修改PID参数 启动运行观察输出波形 记录各参数情况下的各参数以及Mp和ts值 直到满意为止 改
