智能仪器实验指导书

1、智能仪器实验报告 实验项目 实验时间 同组同学 班级 学号 姓名 2014年4月 实验一 多路巡回数据数据采集系统 、实验目的 1. 学习模/数（A/D）转换的工作原理。 2. 掌握芯片ADC0809与微控制器接口电路的设计方法。 3. 掌握芯片ADC0809的程序设计方法。 、实验设备 1.实验用到的模块有“ SMP-201 8051模块”、“ SMP-204译码模块”、“ SMP-101 8 位A/D模块”、“ SMP-401静态显示模块”。 2. 短的20P、40P数据线各一根。 3. 长的一号导线3根，转接线一根。 三、实验原理 ADC0809芯片是一种8位采用逐次逼近式工作的转换器件

2、。它带有8路模拟开关，可进行 8路模/数转换，通过内部3-8译码电路进行选通。 启动ADC0809的工作过程：先送信道号地址到 A、B C三端，由ALE言号锁存信道号地址， 选中的信道的模拟量送到 A/D转换器，执行语句 MOVX DPTR A产生写信号，启动A/D转 换。当A/D转换结束时，ADC0809的EOC端将上升为高电平，执行语句 MOVX A, DPTR产生 读信号，使OE有效，打开锁存器三态门，8位数据就读到CPU中, A/D转换结果送显示单元。 编程时可以把EOC言号作为中断请求信号，对它进行测试，用中断请求或查询法读取转换结 果。实验原理参考图1-1。 M I njKPjai

3、T Mix + 5V At Al 24 a! bjLLL 竝 EeiasU: 9 MOS != Elt-.l ftOD-C ALT EK ABC.E 1CC 吒血： CLCiCK. GP Ji A -D 图1-1多路巡回数据数据采集系统实验原理图 本实验中ADC0809的 8位模拟开关译码地址为： IN0= 8800H IN仁 8801H IN2= 8802H IN3= 8803H IN4= 8804H IN5= 8805H IN6= 8806H IN7= 8807H 四、实验内容步骤 1将“ SMP-201 8051模块”和 “ SMP-204 译码模块”分别插放到“ SMP-2 主控制器

4、单元”挂箱的CPU模块接口和译码模块接口上，将“SMP-101 8位并行AD模块”插放到“ SMP-1 信号转换单元”挂箱的 A/D转换模块接口上，将“ SMP-401静态显示模块”插放到“ SMP-4 键盘与显示单元”的显示模块接口上。 2. 用20p的数据线将“ SMP-2控制器单元”挂箱的J7和“ SMP-1信号转换单元”挂箱 的J1相连，用40P的数据线将“ SMP-2控制器单元”挂箱的J8和“ SMP-1信号转换单元”挂 箱的J2相连，再用一号导线将“SMP-201 8051模块”上的、分别和“SMP-401静态显示模块” 的DATA、CLK相连，“ SMP-201 8051 模块”

5、上的和“ SMP-101 8位并行 A/D模块”的 /0809INT 相连。 3. 用短路帽端接“ SMP-204译码模块”的J1的2、3端，J2的2、3端，J3的1、2端，用 短路帽短接“ SMP-101 8位并行AD转换模块”中的J1的2、3端。 4. 将实验屏上的0-30V直流稳压电源（调节旁边的“调节电位器”，使其幅度为零）接 入到“ SMP-101 8位AD转换模块”的CHO; 5. 安装好仿真器， 用串行数据通信线连接计算机与仿真器， 把仿真头插到 “ SMP-201 8051 模块”的单片机插座中; 6. 检查上述模块及接线无误后，打开电源开关，打开仿真器电源; 7. 启动计算机

6、，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、 CPU类型；选择计算机通信端口，测试串行口。 8编写数据采集程序及标度变换程序，并进行调试，检验程序的测量结果是否与温度源 给定的温度一致。 （数据采集程序及硬件电路参考“实验一”的结果，线性标度变换公式 参考教材中的“标度变换” 一节） 五、实验报告 1 由记录的数据数据计算在此范围内整个测温系统的灵敏度，并画出标定出的拟合直 线。（端基法） 表2-1温度与输出电压关系 T (C) Uo2 (V) 2 由表2-1记录的数据计算在此范围内集成温度传感器的非线性误差。 3画出程序流程图。 4用 c 语言编制实验程序。 5.调试结果分

7、析 实验三 转速测量（霍尔测速实验） 、实验目的 了解霍尔组件的应用 测量转速；掌握用单片机测量转速的编程方法。 、实验仪器 传感器实验箱（一）、霍尔传感器、+5V、0-30V直流电源、转动源、频率/转速表；“SMP-201 8051模块”、“ SMP-401静态显示模块”。 三、实验原理 利用霍尔效应表达式：Uh= KhIB,当被测圆盘上装上 N只磁性体时，转盘每转一周磁场 变化N次，每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就 可以测出被测旋转物的转速。 利用实验仪上电位器输出可调电压，控制直流电机。调节输出电压值，改变电机转速， 用单片机内的计数器测量转速传感器一

8、一霍尔传感器的输出脉冲信号频率，计算电机转速。 四、实验内容与步骤 1 安装根据图 3-1,霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的 磁钢。 2. 将+5V电源接到传感器实验箱（一）上“霍尔转速传感器”的“+5V输入”插座中， 霍尔”输出接到频率/转速表（切换到测转速位置）。“0-30V”直流稳压电源接到“转动源” 的“转动电源”输入端（输出电压调到零）。 3合上实验台上电源，调节0-30V输出，可以观察到转动源转速的变化。 4.频率测量用到的模块有 “SMP-201 8051模块”，将“霍尔”输出接至8051的T。端, 编写频率测量程序，并调试程序，检查测量结果是否与频率/转

9、速表结果一致。 （借鉴实验 一相关电路和编程） 五、实验报告 1. 分析霍尔组件产生脉冲的原理。 2画出程序流程图。 3用 c 语言编制实验程序。 自动量程切换 4. 调试结果分析 实验四 、实验目的 1. 了解仪器量程的概念，量程切换原理。 2. 了解多路开关在模拟量输入通道中的应用。 3. 掌握实现自动量程切换的硬件电路和编程方法。 二、实验原理与要求 用电位器调整输入电压值，利用实验板上的AD774 A/D转换器、多路模拟开关 MPC508 和可编程增益放大器 AD526和C8051单片机构成单路电压测量系统，对输入电压进行测量。 输入电压 图4-1自动量程切换实验原理图 对输入电压的量

10、程判断是通过不断改变可编程增益放大器AD526的增益实现的。AD526 通过编程可输出1、2、4、8、16五档不同的增益，本实验取其增益为1。实验中AD774输 入电压为10V那么经衰减后的电压应该在0-10。取衰减电阻网络中的电阻分别为1K、1K、 2K,可以实现三个量程的切换。假设输入信号在0-40V内（根据实验台条件提供），则0-10V 范围的电压不需要衰减，10-20V范围的电压需要衰减一半，20-40V范围内的输入电压需要 衰减为原值的1/4。 实验中，我们假设输入电压分别为6V、12V、24V，编写具有自动量程切换功能的电压 测量程序，将采集的电压值以数字量形式存于内存中。来观察内

11、存中相应的量程和AD转换 结果。 三、实验内容及说明 实验电路图请参考实验指导书附录中的“12位并行AD模块”部分（图4-2所示）， 1. 8通道多路开关MPC508 在此模块中，MPC508 （ U1 ）为8通道多路开关，其引脚图如图8-2及主要功能说明如下： INn（n=18）为8通道模拟量输入端，A0、A1、A2为通道选择控制端，EN为使能端，它们之间 的关系见真值表8-1所示。要访问MPC508多路开关，只要对端口地址 （8C00H8CFFH范围中 的一个地址）写入相应的数据，从而选通相应的通道。 表4-1 MPC508通道选择 Ai 5 EN ON,r CHANNEL X K X L

12、 None L L L H 1 |_ L H H 2 L L H 3 L H H H 4 H L L H 5 H L K H e L H 7 H H H 8 2.可编程增益放大器AD526 AD526 （ U2）为可编程增益放大器， A2、A1、A0、B四端为控制增益的代码输入端， CS、 CLK为使能端，VIN端为信号输入端，VOUT端为信号输出端，它们之间的关系见真值表 4-2, 通过编程可以很方便的设置 1、2、4、8、16不同的增益。 要访问AD526可编程增益放大器，只要对端口地址（8B00H8BFFH范围中的一个地址） 写入相应的数据，从而选择对信号不同的放大倍数。 表4-2AD5

13、26增益设置控制 Gain Cotitrol Condkion A2 Al AO B CLK (CS = 0) CoiitfitiCTk X X 葢 X 1 Previous Stire Latched 0 0 0 1 0 1 Tratispmrent 00 L 1 0 2 Transparent o 1 o i 0 4 TraLi5patut Dili 0 g Tr；iLisprent 1 X X 1 1 L6 4ranjparent X X X 0 0 1 Transparent X X X 0 1 1 0 0 0 1 1 1 Latched 0 0 11 1 7 Leched 0 10

14、1 4 Lm 血 LCC 存转换结果设过载标志 图4-3量程切换程序流程图 五、实验报告 1.用c语言编制实验程序。 2. 调试结果分析 附录实验PT100温度控制实验 一、实验目的 了解PID智能模糊+位式调节温度控制原理。 二、实验仪器 智能调节仪、PT100、温度加热源。 三、实验原理 位式调节 位式调节（ON/OFF）是一种简单的调节方式，常用于一些对控制精度不高的场合作温 度控制，或用于报警。位式调节仪表用于温度控制时，通常利用仪表内部的继电器控制外部 的中间继电器再控制一个交流接触器来控制电热丝的通断达到控制温度的目的。 PID智能模糊调节 PID智能温度调节器采用人工智能调节方式

15、，是采用模糊规则进行PID调节的一种先进 的新型人工智能算法，能实现高精度控制，先进的自整定（AT）功能使得无需设置控制参 数。在误差大时，运用模糊算法进行调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用 PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化，具 有无超调、高精度、参数确定简单等特点。 温度控制基本原理 由于温度具有滞后性，加热源为一滞后时间较长的系统。本实验仪采用PID智能模糊+ 位式双重调节控制温度。 用报警方式控制风扇开启与关闭，使加热源在尽可能短的时间内控 制在某一温度值上，并能在实验结束后通过参数设置将加热源温度快速冷却下来，可以节约 实验

16、时间。 当温度源的温度发生变化时，温度源中的热电阻 Pt100的阻值发生变化，将电阻变化量 作为温度的反馈信号输给 PID智能温度调节器，经调节器的电阻-电压转换后与温度设定值 比较再进行数字 PID运算输出可控硅触发信号（加热）和继电器触发信号（冷却），使温度 源的温度趋近温度设定值。PID智能温度控制原理框图如图5-1所示。 尿动放大*測甩桥期*谥度性感監舟 温度显示pg囂I E;移柿触就*（向可控劃如QV*加抽 視搅设应型x: *卩2隅节加拈淞 卩ID智能温度调节益上附温度虫电”挣却凤剧 图5-1 PID智能温度控制原理框图 三、实验内容与步骤 1. 将加热源箱子和实验台按图5-2接线。

17、 2. 打开屏上的电源和智能调节仪的电源，以及加热箱的加热开关。 3按住忙匚约3秒，PV窗口显示“”进入智能调节仪参数设定，继续按键， PV窗口显示各个参数，SV窗口显示对应参数的值，按“ W ”可改变参数值小数点位置，按 可改变SV窗口参数的值。 各个参数的值可按下表 5-1设置 表5-1 AL1 给定温度值 dp 1 AL2 给定温度值 P SH 200 P 不用设 P SL 0 I 不用设 OUTL 0 d 不用设 OUTH 200 At On ALP1 1 t 2 ALP2 2 Hy COOL 0 Hy-1 OPPO 100 Hy-2 LOCK 0 Pb 0 Sn Pt1 FILT 2

18、0 OP A Zero 4设定好参数值，回到初始测量状态。按卜辽讪键一秒使PV窗口显示SP,按或键 可修改SV窗口的给定值，按“ V”键可改变小数点位置。这里先设置为。 5.按住“卜巨计”键3秒不放，再进入参数设定状态，按3的说明设定ALM1为、ALM2 为。 6经过一段时间就可以将温度源的温度控制在50C左右。 7重复第4步和第5步，将给定值和上、下限报警值改为55,经过几个周期的振荡， 可将温度源的温度稳定在新的给定值550C。 表5-2 参数 参数含义 说明 设置范围 实设定 值 ALM1 上限报警 测量值大于ALM1+Hy值时将产生上限报警。测量值小于ALM1-Hy 时仪表解除上限报警

19、，设置ALM1到其最大值（9999）可避免产 生报警作用。 -1999-+9999 C 或1定义单位 给定 值 ALM2 下限报警 测量值小于ALM2-Hy值时将产生下限报警。测量值大于ALM2+Hy 时仪表解除下限报警，设置ALM1到其最大值（9999）可避免产 生报警作用。 同上 给定 值 Hy-1 正偏差 报警 采用人工智能调节时，当偏差（测量值PV减给定值SV）大于 Hy-1+Hy时产生正偏差报警。当偏差小于Hy-1-Hy时正偏差报警 解除。设置Hy-1=9999，正偏差报警功能被取消。 0-99990C 或 1 定义单位 Hy-2 负偏差 报警 采用人工智能调节时，当偏差（测量值PV

20、减给定值SV）大于 Hy-2+Hy时产生负偏差报警。当偏差小于Hy-2-Hy时负偏差报警 解除。设置Hy-2=9999，负偏差报警功能被取消。 同上 Hy 回差（死 区、滞环） 回差用于避免因测量输入值波动而导致位式调节频繁通断或报 警频繁/解除。 0-2000C 或 1 定义单位 FILT 测量采样的软件滤波常数 20 I 保持参 数 1、P、d、t等参数为人工智能调节算法的控制参数 I参数值主要决定调节算法中积分的作用，和PID调节的积分时 间类同。 0-9999 或 1 定 义单位 自动 设置 P 速率参 数 P值类似PID调节器的比例带，但变化相反， P值越大，比例、 微分作用成正比例

21、增强，而P值越小，比例、微分作用相应减弱。 1-9999 自动 设置 d 滞后时 间 滞后时间参数d是人工智能算法相对标准 PID算法而引进的新的 重要参数，本表根据d参数来进行一些模糊规则运算， 以便能较 完善地解决超调现象及振荡现象，同时使控制响应速度最佳。 0-2000 秒 自动 设置 t 输出周 期 反映仪表运算调节的快慢，t值越大，比例作用增强，微分减弱， t值越小，则比例作用减弱，微分作用增强。t值大于或等于 5 秒时，则微分作用被完全取消，系统成为比例或比例积分调节。 0-125 秒 20 Sn 输入规 格 输入方式选择 Pt1 dP 小数点 位置 dP=0显示格式为0000，不显示小数点 dP=1显示格式为，小数点在十位 dP=2显示格式为，小数点在百位 dP=3