計算機控制技術實驗指導書

PAGEPAGE1常熟理工學院電氣與自動化工程學院計算機控制技術實驗指導書2014年3月實驗一模/數(shù)轉換實驗一、實驗目的1、了解模/數(shù)轉換的基本原理；2、熟悉A/D轉換芯片ADC0809的性能；3、掌握ADC0809與單片機的接口方法及C語言編程方法。二、實驗器材1、PC機一臺；2、QTH-2008XS下載式單片機實驗儀一臺；Zigbee模塊、ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機模塊、顯示與鍵盤模塊3、萬用表一塊；4、單片機程序下載器一塊；5、導線若干。三、實驗原理及步驟1.實驗原理在工業(yè)控制中，被控制或被測量對象的有關參量往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、速度等物理量，這些模擬量必須轉換成數(shù)字量后才能輸入到計算機進行處理，模數(shù)轉換器（A/D）就是實現(xiàn)這些功能的設備。ADC0809是CMOS工藝、采用逐次逼近法的8位A/D轉換芯片，28引腳、雙列直插式封裝，由地址鎖存與譯碼器、8路模擬開關、8位逐次A/D轉換器和三態(tài)鎖存輸出緩沖器組成。實驗儀中ADC0809芯片與單片機接口電路如圖1-1所示。工作過程：由ADDA、ADDB、ADDC三根地址線上的數(shù)值決定8路模擬輸入中的1路進入8位A/D轉換器；在地址鎖存允許ALE引腳和啟動信號START引腳加一個正脈沖，啟動A/D轉換；轉換結束時，ADC0809的轉換結束信號EOC引腳發(fā)出一個正脈沖，A/D轉換值由三態(tài)鎖存輸出緩沖器暫存；在單片機發(fā)來輸出允許控制信號OE后，三態(tài)門打開，A/D轉換值經(jīng)D7～D0進入單片機端口，完成一次A/D轉換全過程。實驗二數(shù)/模轉換實驗一、實驗目的1、學習了解數(shù)/模轉換的基本原理；2、熟悉D/A轉換芯片DAC0832的性能；3、掌握DAC0832與單片機的接口方法及C語言編程方法。二、實驗器材1、PC機一臺；2、ZY12805B傳感器檢測技術綜合實驗臺上的ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機模塊；3、示波器一臺；4、單片機程序下載器一臺；5、導線若干。三、實驗原理及步驟1.實驗原理在工業(yè)控制中，計算機處理的結果常常需要轉換為模擬信號，以驅動相應的執(zhí)行機構，實現(xiàn)對被控對象的控制。這種將數(shù)字量轉換為模擬量的過程稱為數(shù)/摸轉換（D/A）。DAC0832是8位數(shù)/摸轉換芯片，采用CMOS工藝和R-2RT形電阻解碼網(wǎng)絡，轉換結果為一對差動電流I01和I02輸出，其主要性能參數(shù)為：分辨率8位，單電壓+5V～+15V，參考電壓+10V～-10V，轉換時間1μs，滿刻度誤差±1LSB，數(shù)據(jù)輸入電平與TTL電平兼容。引腳定義：D0~D7：8位數(shù)據(jù)輸入線；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號，高電平有效；CS：輸入寄存器選通信號，低電平有效；WR1：輸入寄存器寫選通信號，低電平有效；WR2：DAC寄存器寫選通信號，低電平有效；XFER：數(shù)據(jù)傳送信號，低電平有效；VREF：D/A轉換基準電壓輸入線；Rfb：反饋信號輸入線，內部接反饋電阻，外部通過該引腳接運放輸出端。IOUT1、IOUT2：電流輸出，IOUT1隨DAC寄存器內容作線性變化。IOUT1+IOUT2=常數(shù)，DAC0832為電流輸出型，可通過運放將電流信號轉換為單端電壓信號輸出，作用在執(zhí)行機構上。實驗儀中DAC0832芯片外圍電路如圖1所示。圖1實驗儀中DAC0832芯片外圍電路2.實驗內容及步驟（1）硬件連線在實驗臺上排列ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機模塊，模塊之間按下表連線。ADC/I/O模塊8位并行DAZYMCU02主機模塊U1D[0~7]P0[0~7]DA1輸出以上模塊的電源接口分別與主臺體上的電源接口一一對應連接，并保持共地，注意模塊中有+5V、+15V、-15V電源，上電前注意檢查連線。（2）設計程序實現(xiàn)數(shù)/模轉換，產生方波信號并在示波器上顯示出來。（一、二班同選）（3）設計程序實現(xiàn)數(shù)/模轉換，產生鋸齒波信號并在示波器上顯示出來。（一班選做）（4）設計程序實現(xiàn)數(shù)/模轉換，產生三角波信號并在示波器上顯示出來。（二班選做）四、實驗報告要求1、畫出產生的信號波形，標示周期和幅值參數(shù)，相應的程序完整清晰；2、思考題：如果要求輸出平滑的正弦波電壓信號，應采取什么樣的硬件和軟件措施。五、實驗注意事項1、實驗操作中不要帶電插拔導線，應該在熟悉原理后，按照電路圖連接，檢查無誤后，方可打開電源進行實驗。2、嚴禁將任何電源對地短路。實驗三電動機閉環(huán)控制實驗一、實驗目的通過此實驗，使學生掌握用單片機產生PWM的原理和方法，了解如何利用單片機實現(xiàn)轉速的閉環(huán)控制，掌握PID控制算法的編寫，了解PID參數(shù)的整定及對系統(tǒng)運行的影響。二、實驗器材傳感器檢測技術綜合實驗臺、ZigBee實驗模塊、轉動源實驗模塊、光電轉速傳感器—光電斷續(xù)器(已裝在轉動源實驗模塊上)、電腦一臺（已裝KEIL和STC下載軟件）、導線。三、實驗原理及步驟1.實驗原理在工業(yè)領域中，很多情況下需要對電動機的轉速進行控制。圖3-1是直流電動機單閉環(huán)PID控制的結構框圖，MCU從按鍵獲得轉速設定值，將產生的PWM波輸送給電機驅動部分，光電轉速傳感器將代表直流電動機速度的脈沖信號反饋給MCU，MCU在比較轉速設定值和實際值的基礎上，以PID控制算法來調節(jié)PWM波，從而對電動機速度進行控制，LED用于顯示轉速的設定值和實際值。電機驅動模塊的原理圖如圖3-2所示。圖3-1結構框圖圖3-2電機驅動原理圖2.實驗內容及步驟（1）硬件連線在實驗臺上排列ZigBee無線收發(fā)模塊、ZYMCU02主機模塊、顯示與鍵盤模塊，桌面擺放轉動源模塊，各模塊之間按下表連線。主臺體ZigBee無線收發(fā)模塊轉動源ZYMCU02主機模塊顯示與鍵盤模塊+24V+24VGNDGNDVout+24VGNDGND+5V+5VGNDGND頻率/轉速表“+”FoutP3.2頻率/轉速表“-”GNDP1.0KEY1（設置）P1.1KEY2（加）P1.2KEY3（減）P7.7與GND之間未標示的插針P1.7P0[0..7]LED4-[H..A]P2[0..7]LED4-[8..0]說明：（1）①直流電機轉速為轉每分，“頻率/轉速表”打到“頻率”檔。②以上模塊的電源接口分別與主臺體上的電源接口一一對應連接，并保持共地，Zigbee模塊的+15V、GND、+15V不需要接電源，上電前注意檢查連線。 （2）P7.7與GND之間未標示的插針與圖3-2電機驅動原理圖中的DAC0120是相連的。（3）用C語言編寫電機轉速的PID控制程序。調節(jié)給定值觀察顯示值的變化，并記錄相關數(shù)據(jù)。（4）用智能調節(jié)儀代替MCU控制電機轉速，調節(jié)給定值觀察顯示值的變化，并記錄相關數(shù)據(jù)。（注：智能調節(jié)儀代替MCU控制電機轉速的硬件接線及使用見紙質材料）將實驗數(shù)據(jù)填入下表。單片機PID控制智能調節(jié)儀控制設定值設定值最大峰值最大峰值穩(wěn)態(tài)時的LED顯示值穩(wěn)態(tài)時的LED顯示值轉速穩(wěn)態(tài)時最大變