計(jì)算機(jī)測控技術(shù)綜合實(shí)踐講義

計(jì)算機(jī)測控技術(shù)綜合實(shí)踐，ComputerMeasurement&ControlTechnologyPractice機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化、安全工程課程編碼：040141；學(xué)分：2；參考學(xué)時：2周；適用專業(yè)：機(jī)自、安全目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1．簡介 11.1實(shí)驗(yàn)要求 11.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 21.3實(shí)驗(yàn)安排 21.4考核 21.5要求 22．計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與脈沖輸出 22.1簡介 22.2PC6313介紹 32.3A/D轉(zhuǎn)換 42.4D/A輸出 52.5脈沖輸入/輸出 53．步進(jìn)電機(jī)及其控制 63.1簡介 63.2步進(jìn)電機(jī) 63.3控制系統(tǒng) 73.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路分析 83.5元件識別 84．工具簡介 95．電路的安裝與調(diào)試 91．簡介1.1實(shí)驗(yàn)要求課程目的及要求《計(jì)算機(jī)測控技術(shù)綜合實(shí)踐》作為一門技術(shù)基礎(chǔ)課，是計(jì)算機(jī)測控技術(shù)方面基礎(chǔ)課程的后續(xù)部分，是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)測控技術(shù)應(yīng)用能力的一個重要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能較熟練掌握有關(guān)計(jì)算機(jī)測控技術(shù)在機(jī)械工程、石油裝備應(yīng)用的基本技術(shù)、方法與步驟，培養(yǎng)學(xué)生在硬件組裝與軟件開發(fā)兩個方面的實(shí)際動手能力，結(jié)合其它課程的學(xué)習(xí)，為將來解決機(jī)械工程及機(jī)械電子工程中的實(shí)際問題打下基礎(chǔ)。課程學(xué)習(xí)要求本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)安排在學(xué)過《硬件技術(shù)基礎(chǔ)》、《程序設(shè)計(jì)語言(C)》、《機(jī)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制》和《機(jī)電信息檢測與處理技術(shù)》等課程以后進(jìn)行。學(xué)生在學(xué)完本課程后，應(yīng)滿足以下要求：（1）基本掌握計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的基本原理及方法，并能運(yùn)用于機(jī)械裝備系統(tǒng)的信息檢測與自動控制。（2）初步掌握計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試的基本步驟，了解計(jì)算機(jī)測控技術(shù)在工程實(shí)際問題中的一些應(yīng)用。（3）了解計(jì)算機(jī)測控技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)及趨勢，進(jìn)一步拓寬視野，為今后從事機(jī)電工程領(lǐng)域方面的研究、設(shè)計(jì)與管理工作打好基礎(chǔ)。1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）必做部分（三個實(shí)驗(yàn)，見指導(dǎo)書）①計(jì)算機(jī)A/D采集實(shí)驗(yàn)、②計(jì)算機(jī)信號輸出實(shí)驗(yàn)、③步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動實(shí)驗(yàn)。2選做部分脈沖產(chǎn)生、環(huán)分電路、脈寬調(diào)制、定時控制、脈沖計(jì)量（555，8255，8253，JK）。1.3實(shí)驗(yàn)安排2周，6個同學(xué)為一組。每組采集系統(tǒng)一套（計(jì)算機(jī)采集卡信號發(fā)生器），電路兩套。1.4考核平時20%，實(shí)習(xí)報(bào)告20%，考試（閉卷）60%。1.5要求（1）遵守制度，保證時間，一周六天，每天800-1130；1400-1700（2）認(rèn)真對待、合作與協(xié)調(diào)，獨(dú)立完成。（3）愛護(hù)公物，有問題及時匯報(bào)，故意損壞公物賠償。（4）保證安全，注意220V強(qiáng)電。2．計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集與脈沖輸出2.1簡介控制系統(tǒng)組成動力A/D（I/O）→控制器（計(jì)算機(jī)）→D/A（I/O）↑↓傳感器←機(jī)構(gòu)（機(jī)器）←執(zhí)行系統(tǒng)如電梯：機(jī)構(gòu)——起降裝置，控制器——PLC，計(jì)算機(jī)，單片機(jī)執(zhí)行系統(tǒng)——電動機(jī)傳感器——按鈕，層位置傳感器，超速傳感器。采集——將外部信號（如傳感器信號）輸入給計(jì)算機(jī)。如A/D(analog/digital)、I/O(input/output)控制——計(jì)算機(jī)輸出信號到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如A/D輸出模擬量，I/O輸出脈沖（方波）?？刂扑惴ā娞萜椒€(wěn)運(yùn)行，起動、停止特性考慮。接口——不同設(shè)備間信號傳輸?shù)耐ǖ篮鸵?guī)定(協(xié)議)。如并口、串口，RS232、USB等。采用PC6313作輸入/輸出接口板。2.2PC6313介紹（1）組成、功能A/DAD167412位(N)，單端32路，雙端16路，±5V或0～10V，10us。D/ADAC121012位(N)，2路，±5V或0～10V或4～20mA。I/O(DI/DO)8255A共24路，TTL電平，0或5V。定時，計(jì)數(shù)82533路（用戶可用1路）精度=1/(2N-1)或1/2NN—采集卡位數(shù)，如N=12，精度1/(212-1)=1/4095。單端（共地）雙端（浮地）（2）參數(shù)設(shè)定基址：計(jì)算機(jī)分配給機(jī)內(nèi)（外）設(shè)備的地址方法：用DIP開關(guān)設(shè)定。P5，地址排列：|****|**0OnA0A1A2A3|A4A5A6A7|A8A91OffA/D輸入：單端、×1、雙極性（±5V）P6（漢語拼音，D-單S-雙）D/A輸出：±5V，電壓輸出P6（3）操作過程①去除靜電，打開包裝。②設(shè)置參數(shù)?；罚?X100，A/D，D/A③插入計(jì)算機(jī)ISA槽，固定。④連接導(dǎo)線（扁平電纜，P5圖2為座、針左上角為1，插頭的孔右上角為1）。CZ140線扁平電纜A/DCH0-CH31，D/A。CZ234線扁平電纜I/O，定時。PA、PB、PC均可。實(shí)際使用：A/D一路，D/A一路，脈沖四路。⑤開機(jī)。（4）注意事項(xiàng)①嚴(yán)禁帶電插拔。②防止靜電。③不要動電位器W1-W7，以免影響精度（要5?位的電壓表，P4）。④注意強(qiáng)電（220V）2.3A/D轉(zhuǎn)換（1）組成、原理組成通道開關(guān)保持器鎖存器比較器A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字輸出（2）基本操作①清零（清零）②送入采集通道。（通道）③啟動A/D轉(zhuǎn)換器。（啟動）啟動方式：程序啟動√，中斷啟動，鐘控啟動。④檢查A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。（查詢）⑤轉(zhuǎn)換結(jié)束后數(shù)據(jù)輸出。（讀數(shù)）（3）編程（P7表1為說明，P8為程序）基址+0寫送入通道號。+1寫啟動A/D。+2讀查詢A/D狀態(tài)，讀高4位（dh）。+3讀清除中斷標(biāo)志，讀低8位（dl）。data=256*dh+dl轉(zhuǎn)換datad→datav（轉(zhuǎn)換）data與電壓的關(guān)系(P8)data：020474095雙極性±5Vdatav，V：-5V0V+5V單極性0-10Vdatav，V：0V5V10VC語句：inportb(intportid)，從計(jì)算機(jī)讀outportb(intportid,unsignedcharvalue)，向計(jì)算機(jī)寫原型在dos.h中。P8有編程示例。intch=0,base=0x100,datad[600],n_time=10;C_J_AD（）{inti,dl,dh;inportb(base+0x3);outportb(base+0x0,ch);for(i=0;i<600;i++){outportb(base+1,0);for(;;)if(inportb(base+0x2)<0x80)break;dh=inportb(base+0x2);dl=inportb(base+0x3);思考：兩語句能否調(diào)換datad[i]=256*dh+dl;delay(n_time);}}2.4D/A輸出（1）輸出設(shè)置（P6，KJ5，KJ6，KJ7，KJ8）電壓方式：0～5V；0～10V；±5V；±2.5V電流方式：0～10mA；4～20mA（2）編程（P8）生成datav-5A～+5V轉(zhuǎn)換datad0～4095分解高8位：dh=data/16dh=(data>>4)&0xff低4位：dl=(data%16)*16dl=(data&0xf)<<4置數(shù)outportb(base+0x4(6),dh)；outportb(base+0x5(7),dl)輸出inportb(base+0x0);注意：兩路D/A要分別寫程序輸出2.5脈沖輸入/輸出（1）8255簡介8255為可編程的并行輸入/輸出接口集成電路，可實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)總線中的數(shù)據(jù)傳輸，在計(jì)算機(jī)中主要用于并口通訊。采用TTL數(shù)字電路，輸出1為高電平。8255有三組8位接口：A口、B口和C口，稱為PA、PB和PC。8255中控制信號為D，共8位，其定義如下：D7D6D5D4D3D2D1D0┬└┬┘┬┬┬┬┬B組：││││││└─C口低半字節(jié)：0—輸出，1—輸入│││││└──B口：0—輸出，1—輸入││││└────方式選擇：0—方式0，1—方式1││││A組：│││└─────C口高半字節(jié)：0—輸出，1—輸入││└──────A口：0—輸出，1—輸入│└─────────方式選擇：00—方式0，01—方式1，1X—方式2└────────────方式控制標(biāo)志：1—有效（2）地址（P7表1）基址+CA口PA基址+DB口PB8位（0～255）基址+EC口PC基址+F控制字，8位（80H—方式0且A、B、C均為輸出狀態(tài)）2.6編程要求（1）A/D采集編程信號發(fā)生器發(fā)出信號（正弦、三角、矩形）作為輸入，用A/D板采集（±5V，一路）。（2）D/A輸出編程后由D/A輸出電壓值，用示波器觀察圖形。（3）脈沖輸出對8255編程，用示波器觀察圖形（一路、二路、四路、八路或24路）。延時方法：①空循環(huán)for(i=0;i<Ni;i++)for(j=0;j<Nj;j++);②C函數(shù)delay(intd_time)原型在dos.h中，d_time為毫秒值（486及以下微機(jī)）③對8253編程（4）軟細(xì)分四路不同的脈沖輸出。實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制。（5）控制可調(diào)（選作），如采集不同頻率。3．步進(jìn)電機(jī)及其控制3.1簡介步進(jìn)電動機(jī)直流伺服電動機(jī)交流伺服電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)直線角增量正比于頻率，可開環(huán)控制，伺服電動機(jī)要考慮閉環(huán)控制。3.2步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)式、永磁式、混合式（1）結(jié)構(gòu)、工作原理（混合式、永磁式，四相）（2）步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)①不連續(xù)②角度與脈沖數(shù)成正比③有分度誤差，無積累誤差（3）控制方式四相四拍（單）A→B→C→D→A→B→C→D→A→……反轉(zhuǎn)A→D→C→B→A→D→C→B→A→……四相四拍（雙）AB→BC→CD→DA→AB→BC→CD→……驅(qū)動電流大四相八拍A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A→……平滑驅(qū)動——細(xì)分驅(qū)動。3.3控制系統(tǒng)脈沖—環(huán)分—放大—電機(jī)環(huán)分：將脈沖信號按一定相序分配給電機(jī)各項(xiàng)。（1）全軟件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)→接口（環(huán)分）→驅(qū)動電路→電機(jī)（2）軟件硬件結(jié)合式計(jì)算機(jī)→接口→環(huán)分→驅(qū)動電路→電機(jī)（3）全硬件系統(tǒng)計(jì)算機(jī)→接口→電機(jī)控制電路→環(huán)分→驅(qū)動電路→電機(jī)3.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路分析電機(jī)驅(qū)動電路，續(xù)流二極管U8～U11VMOS（IRF630）電路。VMOS驅(qū)動電路，限流分壓、穩(wěn)壓，電容2200p加速（改善波形）。比較電路LM324比較電壓2.4V。整流、濾波、穩(wěn)壓電路7812100mA或500mA。3.5元件識別VMOS管，IRF6301—柵極G，2—漏極D，3—源極S（與三極管對應(yīng)G-B，D-C，S-E）三端穩(wěn)壓器，78121——電源，2——公共，3——輸出4運(yùn)算放大器，LM324極性電容（電解電容）注意正負(fù)極?！?”號標(biāo)記普通電容**#=**×10#pp=10-12，μ=10-6，1μ=106p如：10410×104p=0.1μ電阻1/4W，1/8W，色環(huán)二極管穩(wěn)壓二極管12V續(xù)流二級管，整流二級管IN4007整注橋500V5A變壓器200V/24V/5V100VA步進(jìn)電機(jī)四相，1.8o，200P/R，注意相序（P9）4．工具簡介4.1示波器4.2信號發(fā)生器4.3面包板4.4萬用電表5．電路的安裝與調(diào)試5.1電路安裝（1）要認(rèn)清元器件的方向。（2）元器件的位置，按信號的傳遞方向。（3）導(dǎo)線的連接，緊貼在面包板上。（4）集成塊、穩(wěn)壓管、CMOS管不許折管腳，其他元器件不能剪接線，下次使用。（5）注意電路美觀，電路觀摩、評比（全體參與）。5.2調(diào)試（1）通電前檢查。（2）通電檢查。（3）單元電路調(diào)試（按信號順序）、分塊調(diào)試。（4）整機(jī)調(diào)試。5.3安全（1）220V電，注意防護(hù)。（2）注意各接線不要短路（線頭要短6-8mm）。新編《日常晶體管實(shí)用手冊》電子情報(bào)網(wǎng)編P44IRF630硅N溝道MOS功率功放場效應(yīng)晶體管漏極耗散功率PD75W漏柵電壓VDGR（RGS＝1MΩ）200V漏源電壓VDS200V漏極電流ID9A漏極脈沖電流IDM36A工作結(jié)溫TS150柵極閾值電壓VGS（th）2-4V漏源擊穿電壓V（BR）DSS200V開關(guān)延遲時間tD(off)30ns(Max)源脈沖電流LSM36A（ax）源直流電流IS9A（Max）下降時間tf40ns存儲溫度Tstg－55—150℃C語言作圖1DOS簡介MDCDRDPATHDIRCOPYDELEXIT2．TC簡介TCF10（EXIT）Alt+XTC設(shè)置O——CDSTC幫助F1Ctrl+F1Alt+F13．TCVGA模式80*25*16640*480*16左手系4．作圖函數(shù)graphics.hegavga.bgi，gdriver=DETECT，gmodeinitgraph(&gdriver,&gmode,””);closegraph();cleardevicem