計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、.第一部分 第一章 LabACT自控/計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)成及說明第一部分 用戶使用說明第一章 LabACT自控/計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)成及說明 第一節(jié) 構(gòu)成LabACT自控/計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)機(jī)由以下七個(gè)模塊組成1自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K2微機(jī)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K3信號(hào)源模塊4控制對(duì)象模塊5虛擬示波器模塊6控制對(duì)象輸入顯示模塊7CPU控制模塊各模塊相互交聯(lián)關(guān)系框圖見圖1-1所示：自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K信號(hào)源虛擬示波器微機(jī)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K控制對(duì)象模塊CPU控制模塊 RS232接口上位機(jī)控制對(duì)象輸出顯示模塊圖1-1 各模塊相互交聯(lián)關(guān)系框圖自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K由六個(gè)模擬運(yùn)算單元及元器件庫(kù)組成，這些模擬運(yùn)算單元的輸入回路和反

2、饋回路上配有多個(gè)各種參數(shù)的電阻、電容，因此可以完成各種自動(dòng)控制模擬運(yùn)算。 例如構(gòu)成比例環(huán)節(jié)，比例微分環(huán)節(jié)，PID環(huán)節(jié)和典型的二階、三階系統(tǒng)等。利用本實(shí)驗(yàn)機(jī)所提供的多種信號(hào)源輸入到模擬運(yùn)算單元中去，再使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)提供的虛擬示波器界面可觀察和分析校正系統(tǒng)和非校正系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，以及典型的非線性環(huán)節(jié)的輸出特性。利用本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及虛擬示波器還可以用相軌跡法和相平面法觀察和分析非線性系統(tǒng)的瞬間響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)誤差等。本實(shí)驗(yàn)機(jī)的元器件庫(kù)中還提供了直讀式的可變電阻和可變電容，使實(shí)驗(yàn)可更方便、簡(jiǎn)捷地進(jìn)行。 由于本實(shí)驗(yàn)機(jī)除了提供了豐富的元器件庫(kù)，并且在A1-A6模擬運(yùn)算單元的輸入回路和反饋回路中還預(yù)留了多個(gè)可由實(shí)驗(yàn)人員

3、自行接續(xù)電阻/電容位置，將方便地?cái)U(kuò)展各種實(shí)驗(yàn)。預(yù)留位置在實(shí)驗(yàn)機(jī)中用RES表示。 微機(jī)控制原理實(shí)驗(yàn)?zāi)K由模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，8253定時(shí)器，8259中斷控制器及模擬運(yùn)算單元組成。在CPU的運(yùn)算和控制下，可完成數(shù)字PID控制，最少拍無(wú)紋波控制及大林算法等實(shí)驗(yàn)。 控制對(duì)象模塊由溫度控制模塊，直流電機(jī)模塊和步進(jìn)電機(jī)模塊組成?？蓪?shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)，直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)和步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)。還包括外設(shè)接口模塊，可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展外設(shè)各種實(shí)驗(yàn)。CPU控制模塊由十六位微機(jī)8088及只讀存儲(chǔ)器27512，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器62256，時(shí)鐘芯片，RS232串口通訊芯片等組成。CPU控制模塊（ACT88），位于主實(shí)驗(yàn)板的下

4、面，經(jīng)J1插座與主實(shí)驗(yàn)板相聯(lián)。 根據(jù)功能本實(shí)驗(yàn)機(jī)劃分了各種實(shí)驗(yàn)區(qū)均在主實(shí)驗(yàn)板上。實(shí)驗(yàn)區(qū)組成見表1-1：表1-1 實(shí)驗(yàn)區(qū)組成A實(shí)驗(yàn)區(qū)模擬運(yùn)算單元有六個(gè)模擬運(yùn)算單元，每單元由輸入回路6組電阻、或電容，反饋回路7組電阻、或電容，1個(gè)運(yùn)算放大器組成。A1A6可變阻容元件庫(kù)由電位器330K和22K，直讀式可變電阻0999K，直讀式可變電容07uF組成。A7阻容元件庫(kù) 有9個(gè)電阻，6個(gè)電容，2個(gè)二極管，2個(gè)雙向穩(wěn)壓管。A8運(yùn)算放大器庫(kù)有3組運(yùn)算放大器A9B實(shí)驗(yàn)區(qū)信號(hào)發(fā)生器由手控階躍發(fā)生（0/+5v、-5v/+5v），幅度控制（電位器），非線性輸出組成。B1數(shù)模轉(zhuǎn)換器八位數(shù)/模轉(zhuǎn)換，輸出有0+5v、-5v+

5、5v、-10v+10v，三個(gè)測(cè)孔供選擇。B2虛擬示波器2個(gè)通道模擬信號(hào)輸入，輸入信號(hào)可不衰減輸入，也可衰減5倍后輸入。B3采樣/保持器LF398，4538B4函數(shù)發(fā)生器有單位階躍，斜坡，拋物線信號(hào)輸出，信號(hào)寬度范圍2ms6s，可調(diào)，幅度可調(diào)。B5正弦波發(fā)生器頻率范圍0.2HZ400HZ可調(diào)，幅度可調(diào)。B6基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?Vref（+5.00v），-Vref（-5.00v）B7模數(shù)轉(zhuǎn)換器8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換，其中有6個(gè)通道為0+5v輸入，有2個(gè)通道為-5v+5v輸入。B8定時(shí)器/中斷單元有8253定時(shí)器中的計(jì)數(shù)器1，固定時(shí)鐘（1.229MHz）輸入的OUTO輸出及與OUTO級(jí)聯(lián)的OUT2輸出。有中斷控制

6、器8259中的輸入IRQ6，IRQ7。B9C實(shí)驗(yàn)區(qū)步進(jìn)電機(jī)模塊步進(jìn)電機(jī)35BY48C1直流電機(jī)模塊直流電機(jī)BY25及光電斷續(xù)器測(cè)速C2溫控模塊AD590測(cè)溫及溫度閉環(huán)控制（080）。C3外設(shè)接口模塊1路420mA或15v模擬電壓輸出（AOUT），2路420mA或15v模擬電壓輸入（IN-2、IN-3），4路開關(guān)量輸入和8路開關(guān)量輸出（DIN和DOUT），1路測(cè)溫傳感器（PT100或AD590）輸入（IN-1）。C4D實(shí)驗(yàn)區(qū)控制對(duì)象輸出顯示模塊 自帶CPU （89C2051）控制，10位A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543。3位八段數(shù)碼管，可切換顯示溫度/轉(zhuǎn)速/電壓/電流?？僧?dāng)作-5v+5v電壓表。D主實(shí)

7、驗(yàn)板的布置簡(jiǎn)圖見圖1-2所示。 圖1-2 主實(shí)驗(yàn)板的布置簡(jiǎn)圖第二節(jié) 說明一A實(shí)驗(yàn)區(qū)1模擬運(yùn)算單元 （A1A6）圖1-3 模擬運(yùn)算單元 A1A6布置圖圖中S1-S12均為跨接座，當(dāng)用戶選中模擬運(yùn)算單元的某一參數(shù)的電阻、電容作輸入回路和反饋回路構(gòu)成一個(gè)模擬電路時(shí)，在該元件的左邊相對(duì)應(yīng)的跨接座上插上白色短路套即可，直觀方便。例如：欲構(gòu)成一個(gè)比例、積分、微分環(huán)節(jié)（實(shí)驗(yàn)一.6），只需在圖3中的A2模擬運(yùn)算單元上的S1、S7跨接座上插上短路套；欲構(gòu)成一個(gè)比例、微分環(huán)節(jié)（實(shí)驗(yàn)一.5），在A2模擬運(yùn)算單元上的S1、S7、 S9跨接座上插上短路套。 六個(gè)模擬運(yùn)算單元實(shí)現(xiàn)原理基本相同，只是運(yùn)放各輸入回路及各反饋回

8、路引入的電阻、電容的參數(shù)和連接方式各不相同。六個(gè)模擬運(yùn)算單元的各參數(shù)已經(jīng)合理設(shè)計(jì)，組合使用可以滿足本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中提供的全部實(shí)驗(yàn)要求，而無(wú)需外接電阻或電容，有效的簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作。各信號(hào)接入點(diǎn)及輸出點(diǎn)均引出標(biāo)準(zhǔn)插孔供接線用。H1、H2、H3為模擬運(yùn)算單元的輸入插孔，IN為運(yùn)算放大器負(fù)端輸入插孔， OUT為模擬運(yùn)算單元的輸出插孔。2可變阻容元件庫(kù) （A7） 提供22K和330K電位器,一組0999K直讀式可變電阻，一組07uF直讀式可變電容及標(biāo)準(zhǔn)插孔。3阻容元件庫(kù) （A8） 提供各種電阻（10K510K）9個(gè)，各種電容（0.1uF2uf）6個(gè)，二極管（1N4148）2個(gè)，雙向穩(wěn)壓管（4.6v）2組及

9、多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)插孔。4運(yùn)算放大器庫(kù) （A9） 提供3組運(yùn)算放大器及標(biāo)準(zhǔn)測(cè)孔（電源+12V和-12V已接入放大器）該三個(gè)單元安裝了大量插孔，供用戶自行接插元器件，為系統(tǒng)提供了足夠的靈活性。二 B實(shí)驗(yàn)區(qū)1信號(hào)發(fā)生器 （B1）信號(hào)發(fā)生器由手控階躍發(fā)生器（B1-1），幅度控制（B1-2）和非線性輸出（B1-3）組成，其布置圖見圖1-4所示：圖1-4 信號(hào)發(fā)生器布置圖 手控階躍發(fā)生模塊由按鈕SB2及74LS00組成。 如圖1-4所示在B1-1模塊中，當(dāng)按鈕SB2按下時(shí)，L9燈亮，其0/+5v測(cè)孔將從0V階躍成+5v，-5v/+5v測(cè)孔將從-5v階躍成+5v；當(dāng)按鈕彈出時(shí)，L9燈滅，其輸出狀態(tài)相反。（注：該按鈕

10、是一個(gè)帶鎖開關(guān)，如要改變狀態(tài)必須再按一次） 幅度控制模塊由開關(guān)K3、開關(guān)K4和電位器組成。開關(guān)K3的上端已連接了-5V，下端已連接了GND；開關(guān)K4的上端已連接了+5V，下端已連接了0/+5V階躍信號(hào)輸出。B1-2模塊可以有三種狀態(tài)輸出： （1） K3開關(guān)撥下，K4開關(guān)撥上，在電位器的Y測(cè)孔可得到0+5v連續(xù)可調(diào)電壓輸出。（2）K3開關(guān)撥上，K4開關(guān)也撥上，在電位器的Y測(cè)孔可得到-5v+5v連續(xù)可調(diào)電壓輸出。（3）K3開關(guān)撥下，K4開關(guān)也撥下，在電位器的Y測(cè)孔將得到手控連續(xù)可調(diào)0-+5V階躍信號(hào)。非線性發(fā)生模塊是利用二極管的非線性特性形成非線性輸出，IN為輸入測(cè)孔 ，OUT為輸出測(cè)孔。2函數(shù)發(fā)

11、生器（B5） 將產(chǎn)生單位階躍，斜坡，拋物線信號(hào)，其信號(hào)寬度范圍為2ms6s，幅度可調(diào)，在其OUT測(cè)孔輸出。S測(cè)孔是方波輸出，N測(cè)孔用于構(gòu)造尖脈沖干擾，NC是干擾輸出，/ST測(cè)孔是S，ST短路套套上后的S測(cè)孔的反相輸出。三位撥動(dòng)開關(guān)S1切換波形類型，上階躍，中斜坡，下拋物線；三位撥動(dòng)開關(guān)S2切換信號(hào)的周期,周期范圍:上2-6ms，中20ms-0.6s，下0.2ms-6s。使用調(diào)幅和調(diào)頻旋鈕可調(diào)節(jié)信號(hào)的幅度和頻率大小。為了使運(yùn)算放大器為零初始狀態(tài)并且積分漂移不致累加增多，設(shè)置了鎖零電路。其原理是此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管的D,S端導(dǎo)通，各運(yùn)放所接的反饋?zhàn)杩苟搪贰5單元的S端為555定時(shí)器的輸出端，S和ST短接

12、時(shí)有鎖零操作。3正弦波發(fā)生器（B6） 本單元可產(chǎn)生0.25Hz400Hz頻率范圍（使用波動(dòng)開關(guān)S3分三檔切換）的正弦波和方波。正弦波最大幅值±5V。使用調(diào)頻、調(diào)幅電位器可以輸出波形的頻率和幅值。方波信號(hào)引出為SQU測(cè)孔。正弦波信號(hào)引出為SIN測(cè)孔。信號(hào)的周期由三位撥動(dòng)開關(guān)S3切換,周期范圍:上(3)4ms，中(40)30ms，下(400)400ms。4數(shù)模轉(zhuǎn)換器（B2） 本實(shí)驗(yàn)機(jī)采用ADC0832作為數(shù)/模轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)8bit數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換為模擬量。數(shù)字00FFH輸入，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后OUT1測(cè)孔輸出為0+5v模擬量。經(jīng)運(yùn)放處理后，在OUT2測(cè)孔輸出為-5v +5v，在OUT3測(cè)孔輸出為

13、-10v +10v。5采樣/保持器（B4） 采用LF398實(shí)現(xiàn)保持，輸入、輸出電平范圍為±12V。IN為輸入端；PU為采樣控制端，高電平采樣，低電平保持。6基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧˙7） 本單元可提供+Vref（+5.00V）和-Vref（-5.00V）兩種基準(zhǔn)電壓。可以通過調(diào)整該單元中的W9電位器來調(diào)整基準(zhǔn)電壓。（在出廠時(shí)已調(diào)整好）注意：該單元的測(cè)孔不可隨意插線，以免損壞基準(zhǔn)源。7模數(shù)轉(zhuǎn)換器（B8） 本實(shí)驗(yàn)機(jī)采用DAC0809作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)8bit數(shù)字輸出。其中IN0IN5通道為0+5V模擬量輸入，IN6和IN7通道為-5V+5V模擬量輸入。IN-0IN-3已在實(shí)驗(yàn)機(jī)內(nèi)連線，其中IN

14、-0用作C實(shí)驗(yàn)區(qū)溫控模塊（C3）測(cè)溫輸入，IN-1、IN-2用作C實(shí)驗(yàn)區(qū)外設(shè)接口（C4）模擬量輸入，IN-3用作外設(shè)接口測(cè)溫傳感器輸入。IN-4IN-7由測(cè)孔引出。8定時(shí)器、中斷單元（B8）本單元利用CPU控制模塊中的定時(shí)器8253部分資源，供實(shí)驗(yàn)區(qū)外設(shè)接口用。如8253中的計(jì)數(shù)器1（CLK1、OUT1），由固定時(shí)鐘（1.229MHz）作為CLKO輸入的OUTO輸出及與OUTO級(jí)聯(lián)的OUT2輸出，固定時(shí)鐘（1.229MHz）脈沖輸出，見圖1-5所示。為了保證CPU控制模塊正常運(yùn)行，供實(shí)驗(yàn)用的定時(shí)器8253的輸入和輸出測(cè)孔均用TTL電路74LS14與定時(shí)器8253隔離。IRQ6和IRQ7為CPU

15、控制模塊的8259中斷控制器的輸入。測(cè)孔也用TTL電路74LS14與8259隔離。圖1-5 定時(shí)器8253原理圖9虛擬示波器（B3） 提供兩通道模擬信號(hào)輸入CH1和CH2，配合上位機(jī)軟件的示波器窗口，可以實(shí)現(xiàn)波形的顯示、存儲(chǔ)，可以有效的觀察實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)信號(hào)的波形。詳見本部分第二章所述。 虛擬示波器每個(gè)輸入通道都配有量程開關(guān)，當(dāng)量程開關(guān)撥到×1位置，表示輸入不衰減，輸入范圍-5V+5V，如果超出此范圍，應(yīng)把量程開關(guān)撥到×5位置，此時(shí)輸入信號(hào)將被衰減5倍。三 C實(shí)驗(yàn)區(qū)1步進(jìn)電機(jī)模塊（C1） 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理如圖1-6所示，其中采用74LS273（8位D觸發(fā)器）的低4位輸出Q1

16、Q4經(jīng)U2003A（7位OC門驅(qū)動(dòng)器）來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。（用戶編程控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)考慮到2003的反相效果）圖1-6 步進(jìn)電機(jī)原理圖由于步進(jìn)電機(jī)三相長(zhǎng)時(shí)間通電流會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱，用戶在電機(jī)空閑時(shí)應(yīng)注意將各相電流斷開。本實(shí)驗(yàn)采用了35BY48步進(jìn)電機(jī)，其參數(shù)如下：步距角7.5/3.75度相位4頻率1150Hz/秒驅(qū)動(dòng)電壓12V額定電流0.133A點(diǎn)保持轉(zhuǎn)距340g·cm啟動(dòng)力矩35g·cm2直流電機(jī)模塊（C2） 實(shí)驗(yàn)機(jī)中數(shù)模轉(zhuǎn)換器（B2）可提供-10V+10V模擬電壓OUT3，該電壓已接到直流電機(jī)下面的K2開關(guān)上。只要把K2撥向左邊（ON），該電壓將加到直流電機(jī)上，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)

17、。改變數(shù)/摸轉(zhuǎn)換輸入值，就可以控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向。當(dāng)數(shù)/摸轉(zhuǎn)換器輸入為OOH時(shí)，OUT3將輸出-10V，直流電機(jī)以最大速度反向轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)數(shù)/摸轉(zhuǎn)換輸入逐步增加時(shí)，OUT3輸出逐漸減小，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速減小；當(dāng)數(shù)/摸轉(zhuǎn)換器輸入為80H時(shí)，OUT3輸出為OV，直流電機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)數(shù)/摸轉(zhuǎn)換器輸入在80H上逐漸增加，OUT3輸出正電壓，直流電機(jī)開始正向轉(zhuǎn)動(dòng)，并逐漸增加轉(zhuǎn)速。 直流電機(jī)帶動(dòng)光柵盤轉(zhuǎn)動(dòng)，光柵盤下有一個(gè)光電斷續(xù)器，將輸出一組頻率正比于電機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖信號(hào)，經(jīng)過一級(jí)74LS14濾去毛刺并反向后送至該模塊中的PULSE插孔。通過測(cè)量此脈沖信號(hào)的頻率就可以測(cè)出電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)速。本實(shí)驗(yàn)機(jī)光柵盤上有12個(gè)透

18、光孔，即電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生12個(gè)脈沖信號(hào)，可得：電機(jī)轉(zhuǎn)速（圈/分鐘）= 脈沖頻率（/秒）× 60 ÷12該測(cè)孔可連線到定時(shí)器/中斷單元B9的IRQ6測(cè)孔，亦可連線到的CLK1（8253定時(shí)器1）測(cè)試孔，經(jīng)由CPU控制模塊完成測(cè)速任務(wù)。直流電機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)及要求見下表：編號(hào)項(xiàng)目技術(shù)要求1額定電壓DC 12V2電壓使用范圍DC 1.5V12V3額定力矩0.98Mn.m（10g.CM）4額定電流70mA5額定轉(zhuǎn)速3200g±150r/min6空載轉(zhuǎn)速4000±150r/min(DC-9V)7空載電流23mA3溫控模塊（C3）加熱（HEAT）由圖1-6中所示的7

19、2LS273輸出Q5控制，該電壓驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓復(fù)合晶體管TIP122對(duì)加熱棒加熱。見圖1-7所示，Q5高電平為加熱，Q5低電平為停止加熱。加熱時(shí)，C3單元的LED燈亮。圖1-7 溫控加熱和冷卻原理圖冷卻（COOL）由74LS273輸出Q6控制，Q6高電平時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行冷卻，Q6低電平時(shí)風(fēng)扇停止。 本模塊采用裝在散熱器下的溫度采集晶體管AD590進(jìn)行測(cè)溫，當(dāng)溫度為0時(shí)，C3模塊輸入為0V，當(dāng)溫度上升，則輸出電壓線性增加。當(dāng)溫度76.5時(shí)輸出電壓為+4.98V，其輸出值已連到模數(shù)轉(zhuǎn)換器（B8）的IN-0和D實(shí)驗(yàn)區(qū)的IN-0，用戶無(wú)須再連線?？稍谠撃K的IN-0測(cè)孔上測(cè)到。其模擬電壓進(jìn)行摸/數(shù)轉(zhuǎn)換，再由

20、CPU進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換，得到即時(shí)溫度值。注：溫控模塊的零位和滿度，在出廠時(shí)已用專用設(shè)備調(diào)整，并用油漆封死，希望用戶不要輕易調(diào)整。4外接接口模塊（C4）（1） 測(cè)溫傳感器輸入（T）測(cè)溫傳感器輸入經(jīng)由主實(shí)驗(yàn)板上J9引入，當(dāng)開關(guān)T撥到上面位置，表示PT100鉑電阻輸入；此時(shí)應(yīng)把鉑電阻PT100的兩端連接到J9的“VREF”和“PT100”端口上。 當(dāng)開關(guān)T撥到“AD590”位置，表示由AD590輸入。此時(shí)應(yīng)把AD590的兩個(gè)端連接到J9的“+VRET”和“AD590”端口上。（2）模擬量輸入（AIN） 當(dāng)開關(guān)AIN1與AIN2撥到“U”位置，表示將接受15V電壓輸入；撥到“I”位置，表示將接受420mA

21、電流輸入。輸入從J8的“A1N1”和“A2N2”端口引入。（3）模擬量輸出（AOUT） 當(dāng)開關(guān)AOUT撥到“U”位置，表示將有15V電壓輸出；撥到“I”位置，表示將有420mA電流輸出。輸入經(jīng)J8的“AOUT”端口引出。（4）開關(guān)量輸入（DIN），輸出（DOUT）C4模塊有4路開關(guān)量輸入，8路開關(guān)量輸出，均為TTL電平兼容。開關(guān)量輸入從J8引入到D40（74LS244），再讀入到CPU控制模塊。開關(guān)量輸出由CPU控制模塊打入到D41（74LS273）經(jīng)J8輸出。D40和D41的片選CS為0COH。（5）脈沖輸入（IN-PULSE），輸出（OUT-PULSE），中斷輸入（IRQ）由于8253定時(shí)

22、器及CPU中斷資源是與本實(shí)驗(yàn)機(jī)共享的，因此脈沖輸入，輸出，中斷輸入等，都只是引出測(cè)孔，由用戶靈活應(yīng)用。外設(shè)接口模塊C4原理圖見圖1-8所示：圖1-8 外設(shè)接口模塊C4原理圖 注1：實(shí)驗(yàn)機(jī)出廠時(shí)，本實(shí)驗(yàn)區(qū)的開關(guān)位置如下：開關(guān)名稱AIN1AIN2AOUTT撥動(dòng)方向向上向上向上向下接通內(nèi)容電壓輸入(U)電壓輸入(U)電壓輸出(U)AD590接入注2：在圖1-8 中可以看到，當(dāng)溫度采集晶體管（AD590）未接入J9上時(shí)，在放大器D45輸出端IN-1約等于-0.5V，這將影響AD轉(zhuǎn)換器（TLC1543）的轉(zhuǎn)換精度。為此，實(shí)驗(yàn)機(jī)出廠前在J9的+Vref和AD590端口間并入了一個(gè)15K電阻，當(dāng)需要使用J9

23、時(shí)，應(yīng)把該電阻取下。四 D實(shí)驗(yàn)區(qū)D實(shí)驗(yàn)區(qū)是一個(gè)顯示模塊，它由CPU控制器（89C2051）和10位A/D轉(zhuǎn)換器，以及4位8段數(shù)碼管和一個(gè)按鈕切換開關(guān)組成。D實(shí)驗(yàn)區(qū)獨(dú)立于實(shí)驗(yàn)機(jī)的CPU控制模塊，模塊布置圖見圖1-9所示：圖9 顯示模塊布置圖 在圖9中HL1數(shù)碼管用作顯示序號(hào)，HL2HL4數(shù)碼管用作顯示數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1-2。表1-2HL1HL2 HL4序號(hào)項(xiàng)目?jī)?nèi)容顯示數(shù)據(jù)單位1C3模塊溫度值 （IN-0）1××。×2C2模塊直流電機(jī)轉(zhuǎn)速（脈沖信號(hào)的頻率 PULSE）2×。××千轉(zhuǎn)/分3C4模塊溫度值（IN-1）AD590 （IK4=0

24、）3××。×PT100 （IK4=1）×××4C4模塊 AIN1（IN-2）U （IK1=0）4×。××VI （IK1=1）××。×mA5C4模塊 AIN1（IN-3）U （IK2=0）5×。××VI （IK2=1）××。×mA6用作電壓表 （ AX1 ）- +×。××V 上電總清后，固定在“用作電壓表”方式，每按一次按鈕切換開關(guān)，序號(hào)加1；按第6次后，又回到“用作電壓表”方式。 注1：

25、表中序號(hào)4和5表示是模擬量輸入AIN1和AIN2，該輸入可以是15V電壓，也可以是420mA電流。在顯示時(shí)，用小數(shù)點(diǎn)位置來區(qū)別，×。××為電壓顯示，××。×為電流顯示。 注2：表中序號(hào)3表示是測(cè)溫傳感器輸入，輸入可以是鉑電阻PT100，也可以是AD590，在顯示時(shí)用小數(shù)點(diǎn)位置來區(qū)別，×××為PT100溫度輸入，××。×為AD590溫度輸入。 注3：在用作電壓表方式時(shí)，該輸入可以是負(fù)電壓，也可以是正電壓。此時(shí)HL1作為符號(hào)使用，HL1顯示“-”表示輸入電壓為負(fù)，HL1顯示“+”

26、表示輸入電壓為正。注4：表中序號(hào)3的現(xiàn)示值為直流電機(jī)模塊（2）的光柵盤下，光電斷續(xù)器輸出的脈沖頻率。這與控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)一所顯示的內(nèi)容相統(tǒng)一。五。CPU控制模塊CPU控制模塊是一個(gè)單獨(dú)的電路板名稱為ACT88，它裝在實(shí)驗(yàn)機(jī)主板的下面，用一個(gè)50芯插頭座，與主板聯(lián)接。CPU控制模塊包含一個(gè)8088小系統(tǒng)及通訊、中斷等外圍接口電路。8088有1兆尋址空間，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供給用戶使用空間：0000-6FFFFH，80000H-FFFFFH，包括總清入口共960K存儲(chǔ)空間。其中80300H-87FFFH是實(shí)驗(yàn)機(jī)提供的RAM空間，可供用戶系統(tǒng)存放實(shí)驗(yàn)程序。其資源分配空間，如表3所示。 表1-3 CPU

27、控制模塊資源分配空間64KEPROM實(shí)驗(yàn)機(jī)監(jiān)控程序區(qū)70000H7FFFFH32KRAM監(jiān)控/用戶中斷矢量區(qū)80000H80013H用戶中斷矢量80014H800FFH監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)區(qū)/默認(rèn)用戶堆棧80100H802FFH用戶程序/數(shù)據(jù)區(qū)80300H87FFFH監(jiān)控占用80000H-80013H作為單步、斷點(diǎn)、無(wú)條件暫停00000H-000FFH與80000H-800FFH是重合的，總是訪問實(shí)驗(yàn)內(nèi)部RAM，所以，此區(qū)間用戶的其他中斷矢量可存放于此。另外，80100H-802FFH為監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)區(qū)或用戶堆棧區(qū)，在實(shí)驗(yàn)程序加載時(shí)，起始地址要大于80300H也就是這個(gè)道理。70000H-7FFFFH為實(shí)驗(yàn)機(jī)提

28、供的64KEPROM地址空間，存放實(shí)驗(yàn)機(jī)監(jiān)控程序，用戶不可占用。 0000H-FFFFH共64KI/O空間提供給用戶使用。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)固定使用空間劃分，如表4所示：表1-4 用戶實(shí)驗(yàn)地址空間名稱標(biāo)識(shí)寄存器名稱編址數(shù)模轉(zhuǎn)換0832CS083200H中斷控制8259CS8259命令寄存器20H控制寄存器21H計(jì)數(shù)/定時(shí)器8253CS8253計(jì)數(shù)器040H計(jì)數(shù)器141H計(jì)數(shù)器242H控制寄存器43H擴(kuò)展并行輸出273CS27360H虛擬示波器0809CS0809-1通道080H通道181H實(shí)驗(yàn)用摸數(shù)轉(zhuǎn)換器0809CS0809-2通道07A0HA7H外設(shè)接口244，273CSC0H 用戶可以對(duì)各寄存器、數(shù)

29、據(jù)口地址編程操作。:15第一部分 第二章 虛擬示波器第二章 虛擬示波器第一節(jié) 虛擬示波器的類型虛擬示波器的類型為了滿足自動(dòng)控制不同實(shí)驗(yàn)的要求我們提供了示波器的三種使用方法。（1）示波器的一般用法（2）幅頻相頻示波器的用法（3）特征曲線的用法 第二節(jié) 虛擬示波器的使用一設(shè)置用戶可以根據(jù)不同的要求選擇不同的示波器，具體設(shè)置方法如下：1 示波器的一般用法： 運(yùn)行LCAACT程序，點(diǎn)擊開始即可當(dāng)作一般的示波器使用。2 實(shí)驗(yàn)使用：運(yùn)行LCAACT程序，選擇自動(dòng)控制 / 微機(jī)控制 / 控制系統(tǒng)菜單下的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單

30、元的CH1、CH2測(cè)孔測(cè)量波形。圖2-1 虛擬示波器的界面二示波器的使用1示波器的一般使用Y11Y2幅值差率時(shí)間差圖2-2 虛擬示波器運(yùn)行界面圖2-2為普通示波器的界面，只要點(diǎn)擊開始，示波器就運(yùn)行了，此時(shí)就可以用實(shí)驗(yàn)機(jī)上CH1和 CH2來觀察波形。CH1和 CH2各有輸入范圍選擇開關(guān)，當(dāng)輸入電壓小于5v-+5v 應(yīng)選用x1檔，如果大于此輸入范圍應(yīng)選用x5擋（表示衰減5倍）。普通示波器中提供了示波和X-Y兩種方式，示波就是虛擬一般示波器的功能，X-Y相當(dāng)于真實(shí)示波器中的X-Y選項(xiàng)；如果需要用X-Y功能，只要選中X-Y選項(xiàng)即可；在自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)五，實(shí)驗(yàn)六，實(shí)驗(yàn)七中必須用X-Y功能。在示波器

31、運(yùn)行時(shí)（示波方式下）可以調(diào)節(jié)電壓量程、CH1位移、CH2位移和時(shí)間量程。再次點(diǎn)擊開始后，將停止示波器運(yùn)行，即可進(jìn)行波形分析和相關(guān)的測(cè)量（只保存當(dāng)前實(shí)驗(yàn)的波形）。1信號(hào)幅值測(cè)量：首先應(yīng)拖動(dòng)上下滑桿，標(biāo)定被測(cè)信號(hào)的電壓范圍。在兩平行線右邊的兩個(gè)黃色塊中的數(shù)據(jù)表示滑桿所在位置的電壓值，在兩平行線之間的黃色方塊（左邊）顯示的數(shù)據(jù)即為所測(cè)量信號(hào)的幅度值。例：圖2-2所示的單位階躍函數(shù)作用下的時(shí)間響應(yīng)中顯示的最大超調(diào)量Mp=v=1.68V。2信號(hào)時(shí)間測(cè)量：首先應(yīng)拖動(dòng)左右滑桿，標(biāo)定被測(cè)信號(hào)的時(shí)間范圍。在兩條垂直線之間的黃色方塊顯示的數(shù)據(jù)即為所測(cè)量波形的時(shí)間值。例：圖2-2所示的單位階躍函數(shù)作用下的時(shí)間響應(yīng)中

32、顯示的調(diào)節(jié)時(shí)間ts=t=1.22S。a壓縮 / 擴(kuò)展波形：拖動(dòng)時(shí)間量程即可，相應(yīng)壓縮為X2，X4，相反方向即為擴(kuò)展。b移動(dòng)波形：點(diǎn)擊前一屏、后一屏即可移動(dòng)波形，還可通過中間的微調(diào)按鈕來調(diào)節(jié)波形至最佳測(cè)量狀態(tài)。虛擬普通示波器使用中，本界面還提供了一種更快捷的方式，即在本界面的工具欄中帶有單跡示波器項(xiàng)和雙跡示波器項(xiàng)。當(dāng)點(diǎn)擊某一項(xiàng)，將可直接彈出該界面。單跡示波器項(xiàng)的頻率響應(yīng)要比雙跡示波器項(xiàng)高，將可觀察每秒1000個(gè)點(diǎn)；雙跡示波器項(xiàng)只能觀察每秒500個(gè)點(diǎn)。2示波器的幅頻相頻使用該示波器使用專為自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)四控制系統(tǒng)的頻率特性設(shè)計(jì)的，所以運(yùn)行前應(yīng)完成實(shí)驗(yàn)中硬件的連接。（具體連接參見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中

33、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)四）點(diǎn)擊“菜單->自動(dòng)控制 ->控制系統(tǒng)的頻率特性 ->幅頻特性 / 相頻特性 ->開始實(shí)驗(yàn)”，示波器就運(yùn)行了，圖2-3為其界面（注意：選用幅頻相頻示波器，S ST不能用“短路套”短接！CH1選X5檔?。?圖2-3 虛擬示波器幅頻相頻界面3 示波器的特征曲線使用1溫度閉環(huán)控制開始實(shí)驗(yàn)： 選擇 菜單 控制系統(tǒng) 溫度閉環(huán)控制 開始實(shí)驗(yàn)確保實(shí)驗(yàn)機(jī)處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)，點(diǎn)擊開始按鈕即開始（剛開始要等大概半分鐘，因?yàn)橐虞d采樣程序）。設(shè)定參數(shù)： 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定好右邊5個(gè)參數(shù)，然后點(diǎn)擊發(fā)送按鈕。分析波形： 大概等2030分鐘，待出現(xiàn)完整波形以后，點(diǎn)擊停止按鈕，進(jìn)行

34、波形分析。如圖2-4（壓縮了8倍的波形）所示：圖2-4 虛擬示波器溫度閉環(huán)控制界面2直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速開始實(shí)驗(yàn)： 選擇 菜單 控制系統(tǒng) 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速 開始實(shí)驗(yàn)確保實(shí)驗(yàn)機(jī)處于聯(lián)機(jī)狀態(tài)，點(diǎn)擊開始按鈕即開始（剛開始要等大概半分鐘，因?yàn)橐虞d采樣程序）。設(shè)定參數(shù)： 根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求設(shè)定好右邊4個(gè)參數(shù)，然后點(diǎn)擊發(fā)送按鈕。分析波形： 大概等5分鐘，待出現(xiàn)完整波形以后，點(diǎn)擊停止按鈕，進(jìn)行波形分析。如圖2-5所示：圖2-5 虛擬示波器直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速界面注意：分析波形必須先停止。前一屏和后一屏按鈕用來察看當(dāng)前波形的前面和后面未顯示部分，中間的微調(diào)按鈕用來進(jìn)行小的調(diào)節(jié)。如果您查看整個(gè)波形曲線，您可以調(diào)節(jié)時(shí)間滑桿，

35、它可以用來壓縮或者擴(kuò)展波形。3步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)調(diào)速開始實(shí)驗(yàn)： 選擇 菜單 控制系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)調(diào)速 開始實(shí)驗(yàn)狀態(tài)選擇：在界面上可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、及功能選擇。當(dāng)調(diào)好所需的狀態(tài)后，點(diǎn)擊執(zhí)行即可。圖2-6 虛擬示波器步進(jìn)電機(jī)界面第三章 微機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)要求掌握DAC0832芯片的性能、使用方法及對(duì)應(yīng)的硬件電路。編寫程序控制D/A輸出的波形，使其輸出周期性的三角波。二實(shí)驗(yàn)說明圖2-1-1 數(shù)摸轉(zhuǎn)換電路圖數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元電路圖見圖2-1-1所示。程序流程如圖2-1-2所示。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LCAACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的數(shù)/模轉(zhuǎn)換

36、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件，可選用虛擬示波器測(cè)孔連線數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元OUT1虛擬示波器（B3）輸入端CH1（選X1檔）。（B3）單元的CH1測(cè)孔測(cè)量波形，詳見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第二章虛擬示波器部分。開始D/A輸出并減1設(shè)置初始電平為00H<=0FFH?D/A輸出并增1>=00H?YNNY圖2-1-2 程序流程圖實(shí)驗(yàn)二 模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)要求了解A/D芯片ADC0809轉(zhuǎn)換性能及編程。編制程序通過0809采樣輸入電壓并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量值 。二實(shí)驗(yàn)說明A/D轉(zhuǎn)換器大致有三類：一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是精度高，抗干擾性好，價(jià)格便宜

37、，但速度慢；二是逐次逼近法A/D轉(zhuǎn)換器，精度，速度，價(jià)格適中；三是并行A/D轉(zhuǎn)換器，速度快，價(jià)格也昂貴。實(shí)驗(yàn)用的ADC0809屬第二類,是八位A/D轉(zhuǎn)換器。典型采樣時(shí)間需100us。編程中應(yīng)該保證A/D轉(zhuǎn)換的完成，這可以在程序中插入適當(dāng)延時(shí)代碼或監(jiān)視EOC信號(hào)的電平來實(shí)現(xiàn)。后一種方式尤其適合采用中斷處理。圖2-2-1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器電路圖模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（B8）單元電路圖見圖2-2-1所示。ADC0809的片選在實(shí)驗(yàn)機(jī)內(nèi)部已固定為0A0H。由于0809的A、B、C三腳依次接至A0、A1、A2，所以模擬輸入通道IN0IN7的端口地址為0A00A7。其中IN1IN5為標(biāo)準(zhǔn)接法，有效輸入電平為0V+5V。

38、IN6、IN7為雙極性輸入接法，有效輸入電平為-5V+5V。溫度模塊的測(cè)溫輸入經(jīng)放大器放大后輸入到ADC0809的IN0端口外設(shè)接口模擬量輸入經(jīng)放大器的隔離（阻抗轉(zhuǎn)換）后，輸入到ADC0809的 IN1IN3端口IN4IN7端口有測(cè)孔引出，供用戶使用模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC引出至EOC插孔，并經(jīng)反向后引出至EOC/孔。程序流程如圖2-2-2所示示例程序：見Cp2源文件。達(dá)到采樣次數(shù)啟動(dòng)A/D采樣適當(dāng)延時(shí)讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果開始結(jié)束YN圖2-2-2 程序流程圖三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LCAACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器

39、的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件， （1）將信號(hào)發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器中心Y測(cè)孔，作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（B8）輸入信號(hào)：B1單元中的電位器左邊K3開關(guān)撥下（GND），右邊K4開關(guān)撥上（+5V）。（2）測(cè)孔聯(lián)線：B1（Y）模/數(shù)轉(zhuǎn)換器B8（IN4）（信號(hào)輸入）。（3）運(yùn)行、觀察、記錄：點(diǎn)擊開始后，在虛擬示波器屏幕上顯示出即時(shí)模/數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制碼及其對(duì)應(yīng)的電壓值；再次點(diǎn)擊開始，將繼續(xù)轉(zhuǎn)換及顯示，滿11次后回到原點(diǎn)顯示。屏幕上X軸表示模/數(shù)轉(zhuǎn)換的序號(hào)，Y軸表示該次模/數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。每次轉(zhuǎn)換后將在屏幕出現(xiàn)一個(gè)“*”，同時(shí)在“*”下顯示出模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制碼及對(duì)應(yīng)的電壓值，所顯示的電壓值應(yīng)與輸

40、入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元（B8）的輸入通道電壓相同。每轉(zhuǎn)換滿17次后，將自動(dòng)替代第一次值。見圖2-2-3所示。輸入通道可由用戶自行選擇，默認(rèn)值為IN4。圖2-2-3 模/數(shù)轉(zhuǎn)換在屏幕上的效果圖實(shí)驗(yàn)三 采樣與保持采樣實(shí)驗(yàn)正弦信號(hào)源A/D轉(zhuǎn)換 虛擬示波器（B3） CH1CPU運(yùn)算虛擬示波器顯示采樣周期信號(hào)一實(shí)驗(yàn)要求R圖2-3-1 采樣實(shí)驗(yàn)框圖 采樣實(shí)驗(yàn)框圖如圖2-3-1所示。微機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊以一定的采樣周期對(duì)B9單元產(chǎn)生的正弦波信號(hào)采樣，并通過上位機(jī)顯示。在不同采樣周期下，觀察比較輸入及輸出的波形（失真程度）。二實(shí)驗(yàn)說明微機(jī)編程實(shí)現(xiàn)以不同采樣周期對(duì)正弦波采樣，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器（B4）單元的調(diào)頻旋鈕，

41、并以此作為A/D采樣周期T。改變T 的值，觀察不同采樣周期下輸出波形與輸入波形相比的復(fù)原程度（或失真度）。對(duì)模擬信號(hào)采樣首先要確定采樣間隔。采樣頻率越高，采樣點(diǎn)數(shù)越密，所得離散信號(hào)就越逼近于原信號(hào)。采樣頻率過低，采樣點(diǎn)間隔過遠(yuǎn)，則離散信號(hào)不足以反映原有信號(hào)波形特征，無(wú)法使信號(hào)復(fù)原，。  合理的采樣間隔應(yīng)該是即不會(huì)造成信號(hào)混淆又不過度增加計(jì)算機(jī)的工作量。采樣時(shí)，首先要保證能反映信號(hào)的全貌，對(duì)瞬態(tài)信號(hào)應(yīng)包括整個(gè)瞬態(tài)過程；信號(hào)采樣要有足夠的長(zhǎng)度，這不但是為了保證信號(hào)的完整，而且是為了保證有較好的頻率分辨率。在信號(hào)分析中，采樣點(diǎn)數(shù)N一般選為2m的倍數(shù)，使用較多的有512、1024、2048、

42、4096等。示例程序：見Cp3-1源文件。三. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟采樣實(shí)驗(yàn)框圖構(gòu)成如圖2-3-1所示。在實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LCAACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的采樣和保持菜單下選擇采樣實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件，即可選用本實(shí)驗(yàn)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測(cè)孔測(cè)量波形，詳見用戶實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第二章虛擬示波器部分。實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將正弦波信號(hào)發(fā)生器單元（B6）中開關(guān)置于400 檔，輸出正弦波為SIN測(cè)孔，調(diào)節(jié)正弦波信號(hào)發(fā)生器B6單元的調(diào)頻和調(diào)幅電位器（正弦波的幅度為2V，頻率為0.5Hz）。（2）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器單元（B5）的S

43、1置階躍檔（最頂端），S2置到260mS檔。（3）測(cè)孔聯(lián)線1正弦波信號(hào)輸入B6輸出（SIN）B3（虛擬示波器）CH1（選X1檔）2采樣周期信號(hào)B5輸出（S）B9輸入（IRQ7）（3）運(yùn)行、觀察、記錄： 調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（B5）單元中的調(diào)頻電位器使采樣周期信號(hào)頻率達(dá)到最大（約78Hz），然后慢慢降低,虛擬示波器顯示的正弦波嚴(yán)重失真，見圖2-3-2，記錄下此時(shí)的采樣周期。 圖2-3-2 不同采樣周期（78Hz和10Hz）下的輸出波形采樣/保持器實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)要求：采樣保持原理方塊圖如圖2-3-3所示。圖2-3-3 采樣保持原理方塊圖 二實(shí)驗(yàn)說明從采樣實(shí)驗(yàn)中知道采樣輸出僅在采樣點(diǎn)上有值，而在采樣點(diǎn)之間

44、無(wú)值。如其輸出以前一時(shí)刻的采樣值為參考基值進(jìn)行外推，即可使兩個(gè)采樣點(diǎn)之間為連續(xù)信號(hào)過度?？梢酝瓿缮鲜龉δ艿难b置或者器件就稱為保持器。因?yàn)閿?shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A）具有兩極輸出鎖存能力，所以具有零階保持器的作用。零階保持器的傳遞函數(shù)： 使用了采樣保持器后，采樣點(diǎn)間的信號(hào)是外推而得的，實(shí)際上已含有失真的成份，因此，采樣周期信號(hào)頻率過低將會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟采樣/保持器構(gòu)成如圖2-3-4所示。 示例程序：見Cp3-2、Cp3-3、 Cp3-4源文件。實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LCAACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的采樣和保持菜單下選擇采樣/保持實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示

45、波器的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件，即可使用本實(shí)驗(yàn)機(jī)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH2測(cè)孔測(cè)量波形。具體用法參見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第二章虛擬示波器部分。 圖2-3-4 采樣保持電路構(gòu)成圖2-3-4 采樣保持電路構(gòu)成實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的輸出（OUT）作為系統(tǒng)輸入R。a 將B5單元的S1置階躍檔（最頂端），S20.2-6S檔。b 將S ST用短路套短接，調(diào)節(jié)B5單元的調(diào)幅電位器使OUT輸出電壓為2.5V，調(diào)節(jié)調(diào)頻電位器使OUT正輸出寬度>6秒。（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路：（a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線模塊號(hào)跨接座號(hào)1A2S1，S62A3S3，S113A6

46、S4，S111輸入信號(hào)RB5（OUT）A2（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2（OUT）A3（H1）3信號(hào)連接A3（OUT）B8（IN7）4信號(hào)連接B2（OUT2）A6（H1）5負(fù)反饋A6（OUT）A2（H2）6中斷請(qǐng)求線B5 （S）B9（IRQ6）（c）跨接元件：將可變?cè)?kù)（A7）中的可變電阻跨接到A6單元（IN）測(cè)孔和（OUT）測(cè)孔之間 (調(diào)整為250K)。（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器輸入端CH2（選X1檔）。接到A6單元輸出端OUT（C）。（4）運(yùn)行、觀察、記錄：a該實(shí)驗(yàn)的顯示界面的采樣周期T可由用戶在界面上直接修改，以期獲得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，改變這些參數(shù)后，只要再次點(diǎn)擊“開始”鍵，即可使實(shí)

47、驗(yàn)機(jī)按照新的控制參數(shù)運(yùn)行。b分別執(zhí)行程序Cp3-2、Cp3-3、 Cp3-4, 采樣周期T設(shè)定為10ms 、30ms和 50ms，使用虛擬示波器CH2通道觀察A6單元輸出點(diǎn)OUT（C）的波形，見圖2-3-5，如果現(xiàn)象不明顯，適當(dāng)調(diào)節(jié)（A7）中的可變電阻。觀察相應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。記錄波形，并判斷其穩(wěn)定性，填入表格。采樣周期T(ms)波形穩(wěn)定性10ms穩(wěn)定30ms衰減振蕩50 ms振蕩 圖2-3-5 采樣周期為10ms 、30ms 、50ms時(shí)的輸出端（C）波形實(shí)驗(yàn)四 平滑與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)微分與平滑 一實(shí)驗(yàn)要求微分與平滑原理方塊圖如圖2-4-1所示。D(Z)CR+圖2-4-1 微分與平滑系統(tǒng)原理方塊圖搭建

48、如圖2-4-1所示系統(tǒng)，驗(yàn)證微分運(yùn)算對(duì)系統(tǒng)階躍響應(yīng)性能的影響。其中環(huán)節(jié)D(Z)即為利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)的微分運(yùn)算環(huán)節(jié)。R為階躍輸入信號(hào)，C為系統(tǒng)輸出。二實(shí)驗(yàn)說明微分是正反饋，當(dāng)取合適的微分時(shí)間常數(shù)時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)加快。但若微分時(shí)間常數(shù)過大，則會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。微分算法采用一階差分代替：（TD為微分時(shí)間常數(shù)，T為采樣周期 T=20ms）UK = = K0 EK K1 EK-1 EK：輸入，UK：輸出。 微分平滑算法采用四點(diǎn)微分均值法： YK=UK = = K0 EK + K1EK-1- K2 EK-2 K3EK-3 EK：輸入，UK：輸出。其中各控制系數(shù)K0、K1、K2、K3 的取值范圍為-0.99+0

49、.99。系數(shù)不能太小，過小將使微機(jī)控制環(huán)節(jié)失去控制作用。微機(jī)編程實(shí)現(xiàn)以5ms為基準(zhǔn)的延時(shí)，調(diào)整延時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)度并以此作為A/D采樣周期T。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟微分與平滑系統(tǒng)構(gòu)成如圖2-4-2所示。示例程序：微分見Cp4-1、微分平滑見Cp4-2源文件。實(shí)驗(yàn)中欲觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，只要運(yùn)行LCAACT程序，在微機(jī)控制-平滑與數(shù)字濾波菜單下分別選擇微分 或 平滑實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文件?？蛇x用虛擬示波器（B3）單元測(cè)量波形，詳見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第二章虛擬示波器部分。實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的輸出（OUT）作為系統(tǒng)輸入R。aB5單元的S1置

50、階躍檔（最頂端），S20.2-6S檔。b. 將S ST用短路套短接，調(diào)節(jié)B5單元調(diào)幅電位器使OUT輸出電壓 =2.5V，調(diào)節(jié)調(diào)頻電位器使OUT正輸出寬度>1秒。圖2-4-2 微分與平滑實(shí)驗(yàn)構(gòu)成（2）安置短路套、聯(lián)線，構(gòu)造模擬電路： （a）安置短路套 （b）測(cè)孔聯(lián)線 模塊號(hào)跨接座號(hào)1A2S1，S62A6S2，S6，S101輸入信號(hào)RB5（OUT） A2（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A2（OUT）A6（H1）3信號(hào)輸出A6（OUT）B8（IN6）4微分反饋B2（OUT2）A2（H2）5中斷請(qǐng)求線B5（S）B9（IRQ6）（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接： 示波器輸入端信號(hào)輸出端CH1（選X1檔）A6單元的

51、OUT（C）系統(tǒng)輸出CH2（選X1檔）B2單元的OUT2微分輸出（微分噪音幅度）（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器輸入端CH1(選X1檔)接到A6單元輸出端OUT（C）。（4）運(yùn)行、觀察、記錄：該實(shí)驗(yàn)的顯示界面中“計(jì)算公式”欄的Ki 和采樣周期T均可由用戶在界面上直接修改，以期獲得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，改變這些控制系數(shù)后，只要再次點(diǎn)擊“開始”鍵，即可使實(shí)驗(yàn)機(jī)按照新的控制系數(shù)運(yùn)行。根據(jù)公式計(jì)算所得的控制系數(shù)Ki必須乘以100后才能填入“計(jì)算公式”欄的相應(yīng)位置。2用虛擬示波器（示波選項(xiàng)）中的CH1觀察函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的OUT（R）端，使之波形幅度、寬度符合輸入要求。3運(yùn)行后，用虛擬示波器CH1

52、觀察系統(tǒng)輸出，用CH2觀察微分輸出（微分噪音幅度）。 微分實(shí)驗(yàn)：運(yùn)行程序Cp4-1。用CH1觀察系統(tǒng)階躍響應(yīng)輸出點(diǎn)C（A6單元輸出端OUT）的波形。與不加微分反饋環(huán)節(jié)情況下（不加微分環(huán)節(jié)的情況只需將微分反饋線斷開即可）輸出點(diǎn)C的波形相比較, 系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間將明顯縮短，可繪制出兩者的輸出曲線。由于受微分正反饋的影響，其響應(yīng)速度將加快，但若微分時(shí)間常數(shù)過大，則會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，可適當(dāng)調(diào)整Ki值，使系統(tǒng)輸出達(dá)到要求；同時(shí)觀察微分噪音幅度，繪制出輸出曲線。該實(shí)驗(yàn)的顯示界面中已設(shè)定采樣周期T=20ms ，“計(jì)算公式”欄：=80 =80 微分實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2-4-3，其中a. 不加微分反饋、b. 加微分反饋（含微分噪音幅度）圖2-4-3a 不加微分反饋圖2-4-3 b 加微分反饋（含微分噪音幅度） 微分平滑實(shí)驗(yàn)：運(yùn)行程序Cp4-2。觀察平滑后系統(tǒng)階躍響應(yīng)輸出點(diǎn)C的波形，并繪制出相應(yīng)的輸出曲線，適當(dāng)調(diào)整K