电子信息关键工程综合实验

1、实验名称: 实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六实验名称: 实验一 实验二 实验三 实验四 实验五 实验六电子信息工程综合实验实验报告转速测量与控制温度测量与控制电量测量与分析LabVIEW编程环境与基本操作实验 虚拟信号发生器实验 数据采集实验指弓I教师：班级：班姓名：学号：学院：自动化学院实验一转速测量与控制、实验目的熟悉速度传感器工作原理熟悉硬件设计原理熟悉软件编程措施二、实验仪器PC机、示波器、综合实验板、数字表，频率计三、实验设计原理硬件设计原理其中，图日勺上半部分为测量部分，下半部分为控制部分CPU： AT89C52I/O：人机接口，7290D/A： 5618直流电机：v

2、 =24v软件设计原理硬件初始化555定时ZLG7290 显示初始化4EilC 目刷新显示TLV5618 转换控量控制电机转速I处理数据读取当刖转速V从T0计数器 读入数据t更新显示数组1Hh.fa等待中断进入ZLG7290中断键值处理退出中断图1-2软件设计流程图四、实验环节按实验规定连接电路，检查没有连接错误后，给综合实验板上电，开始实 验。在实验日勺整个过程中要注意安全。用键盘设立电机转速，从500R/min开始，当数码管显示勺目前转速在设 定转速附近上下小幅波动时或稳定在设定转速时，用示波器测量TLV5618勺OUTB 端勺信号频率，用万用表测量OUTB端勺信号电压、直流电机勺输入电压

3、V + （测 试点为f相应m2，VOUTB相应R23，V +相应m+）.变化设定勺转速，依次输入500R/min2500R/min之间勺值，反复环节2。记录数据，解决数据。五、数据勺采集和分析数据采集表1-1所测参数设定参数R/mf出/Hz误差n/%Vm /VV + /vA转速方程60035710.8051.445.50V1（R）5.254.8990052632.5371.917.70120071430.7912.3510.01150086214.2112.7912.16V + =f2 (R)1800104173.5463.2114.19116283.1003.5515.87数据分析通过表1-

4、1中数据计算，A4.918(1)在实验数据选择上，设定参数日勺前五个转速由上而下日勺以300R/m递增，同 步测得数据匕诵勺值也相应以相似勺差值递增，因此，我们设想匕诵和转速R 成线性关系。设v b = aR + c式其中a和c为未定常量。由于d V B /Dr = a = V B/AR 式将表1-1中数据代入式和式，可得到表1-2表1-2参数a和c勺值a(10e-3)1.571.471.471.4c0.5530.580.5770.57360.55因此，a =1.4775*10e-3c =0.56672因此，V B =1.4775*10e-3 * R +0.56672(2)由表1-1可知，LB

5、和V；成 倍勺关系。由(1)中同样勺分析措施可得：V + =7.235*10e-3 * R + 1.2301用Matlab画出转速特性曲线(1) VoutB(2) v实验二温度测量与控制一、实验目的熟悉温度传感器；熟悉温度测量硬件设计原理；熟悉温度测量软件设计原理。二、实验仪器PC机、示波器、综合实验板、电热水器、数字表三、设计原理硬件设计原理(1)原理框图图2-1硬件设计原理框图(2) 硬件部分重要涉及4块集成芯片、电热水器、温度传感器和双向可 控硅等。信号产生与放大温度传感器：图2-2温度传感器构造示意图本实验是采用日勺是铂热电阻式温度传感器，它是一种负温度系数热敏电 阻(NTC),特点是

6、热电特性稳定，测温精确度高，可作原则热电偶。铂热电阻温度传感器勺特点：铂勺物理、化学性能非常稳定，是目前制 造热电阻勺最佳材料。铂丝勺电阻值与温度之间勺关系在0630.755C范畴 内为：R = 0(1 +山+ Bt2)，B勺值在10-7量级。故电阻随温度变化勺线性度 较好。电阻值随温度T勺线性变化将引起铂热电阻两端勺电位差匕勺线性变 化，从而实现将温度信号转换为电信号。其具体构造如下：01 / D A DVt二Tl-T2, 3图2-3温度传感器等效电路图信号放大：传感器勺输出电压信号比较小，一般只有几毫伏到几十毫伏，局限性以 驱动后边与之相连勺芯片，并混有许多干扰信号，因此必须将信号放大到与

7、 下一极芯片驱动电压相匹配勺限度，并清除干扰。该部分勺功能是将匕随温 度勺变化敏捷度放大200倍，即交流放大倍数为200，使进入AD7865勺采 样信号变换范畴扩大到05V，使数据勺解决精度提高。这部分电路在实 验板上是一种集成模块，在电路板下方中部。其等效电路图为：图2-4图2-4温度传感器放大电路信号采集与解决由于温度传感器输出日勺信号为模拟量，必须通过模数转换才干为CPU解决。 将模拟电 信号转换成数字信号勺过程称为A/D变换。本实验采用勺芯片是 AD7856，重要应用在温度测量系统中。芯片特点：高速，低耗，有4个采样通 道，同步可以进行4路采样，输出14位位宽勺并行数据。转换时间是2.

8、4us，信 号辨别率位V214 V。ref 电路连接图：ver:m QJlJ:m QJlJ图2-5信号采集与解决电路原理图单片机：本实验中，单片机日勺型号使AT89C52,是整个实验日勺核心，重要负责数据日勺 数据采集、数据解决和显示，并控制直流电机。AT89C52是一款具有低功耗和高性能勺、CMOS制造工艺勺8位微解决器， 有8K字节勺FLASH可编程和可擦除只读存储器（PEROM）。有片内256X8位 内部RAM，32根可编程I/O线，3个16位定期/计数器，八个中断源，和可编 程串行通道等。单片机将采集来勺数据通过一定勺算法解决后，输出给D/A，来控制热水器 状态。电路图与实验一相似。状

9、态显示与键值设立本实验中用ZLG7290作为键盘接口和LED显示驱动。特点：12C串行总线 接口，提供键盘中断信号，以便与解决器接口；可驱动8位共阴数码管或64只 独立LED和64个按键；8个功能键，可检测任意键勺连击次数。由于ZLG7290 采用12C串行总线，而AT89C52内部没有集成12C总线接口，因此运用软件模拟 12C总线接口功能。控制电路本实验中，要通过设立温度来控制电热水器工作状态，需要将数字信号转换 位模拟信号，电路中使用了 D/A转换芯片TLV5618。芯片特点：12位双通道串 行接口；可编程设立转换时间，高速模式下为2.5us，低速模式下为12us； 89C52 将保存勺

10、设立预期转速值转换成串行数据输出到5618勺SDI端，从SDI端输入 勺数字信号经TLV5618转换成模拟信号，由OUTA端输出。当目前温度值比设 定勺温度值不不小于2C如下时，OUTA端输出5V,双向可控硅导通，热水器 开始加热；当目前温度值比设定勺温度值不不不小于2C时，OUTA端输出0V， 双向可控硅截止，热水器停止加热。达到闭环控制目勺。电路图:图2-6 控制电路原理图(5)电热水器本实验中作为受控对象，受单片机控制。软件设计原理CPU初始化7865A D转换 请求h-ZLG7290显示 初始化-刷新显示rVTLV5618 转化控制量控 制热水器数据处理从 AD78665采集温度数据更

11、新显示数组1读取当前温度t等待中断进入ZLG67290中断键值处理-退出中断r图2-7软件设计原理示意图源程序见附录四、实验环节按实验规定连接电路，检查没有连接错误后，给综合实验板上电，开始 实验。在实验日勺整个过程中要注意安全。用键盘设立一种温度值，当数码管显示日勺温度与设定值相等时，用万用 表测量温度传感器勺输出电压匕和放大后勺电压七(测试点为：匕等于T1与T2或T3之间日勺电位差；匕/等于匕，与参照地之之间日勺电位差）。测量电热水器日勺控制电压匕广分别测量电热水器工作和停止时日勺控制电 压、。测量温度阀值匕。由软件设计原理可知，当目前温度比设定温度值不低 于2C时，电热水器断电停止加热；

12、而当目前温度比设定温度值低于2C时，电 热水器通电开始加热。我们称刚断电停止加热和重新通电开始加热时勺温度称为 温度阀值。设定温度值从20C90C，每10C设定一种值。反复环节24。记录数据，解决数据。五、数据采集与解决表2-1所测参数tC2535455565758590V /mvt50. 252.154.055.957.859.761.662.6巳/v2.02.422.813.193.603.994.394.59V = f (t) t10.1904t+45.433VZW0.0397t+1.0188比1 C匕=0.1904 ,匕t =0.0397A221205200215.7210210.52

13、00Yt/C7.922e-3。/V4.99一一一一一-0.318设-阀/C22222222参数日勺物理意义: 七：温度传感器勺变换电压A：增益。A= 土=业皿KAVt1辨别率 : AD7865工作使勺参照电压为Vf 5V，14位宽度，则此芯片勺 电压辨别率为r = V/214 = 0.305*10-3V , A忆心=0.0385 V/0C ,因此温度辨别率 为 rt=rv/A V=7.922e-3运用Matlab绘制温度特性曲线：4lno4lno TOC o 1-5 h z i|+T-11I+1-I-1 - -|a|a_ IIIIIIIIIKIIIIIIIII01020304050607080

14、90100tf度图2-8温度特性曲线实验三电量测量与分析一、实验目的熟悉电压互感器和电流互感器日勺工作原理掌握电量测量与分析原理熟悉电量测量硬件设计原理熟悉电量测量软件设计措施二、实验仪器PC机、示波器、综合实验板、数字表、电热水器三、实验设计原理1.硬件设计原理（1）电量分析原理实际负载并不是完全日勺纯电阻特性，是既涉及线性日勺电阻、电容和电感器件， 也涉及二极管、三极管等非线性器件，因此在220V正弦电压勺作用下，负载两 端勺电流不在是正弦信号，而是具有丰富谐波分量勺非正弦周期信号，电量参数 勺测试较为复杂。但是运用高度集成化勺计算电量芯片CS5460A可以以便地设 计出一种电量测试系统。

15、为了便于分析测量地数据，现将有关电路理论论述如下: 对于正弦周期信号瞬时电压：=U cos（wt +甲）瞬时电流：i（t） = I cos（t +甲.）瞬时功率：p = ui = 2-U I cos的一仅）+ cos（2t +中+仅）有效电压：U = U /克max有效电流：I = I /寸2max有效功率：P = - f T pdt =-卜1U I cos（中 一中）+ cos（2t + 中 +中）dtT T 0 2 max maxu iu i=UI cos（甲一平）u i视在功率：S = UI无功功率：Q = UIsin（里-中）u i功率因素：x = cos（中一中）=PSu i电压与电流勺相位差：中=中-中ui非正弦周期信号任一周期电流i地有效值I定义为：I =、: TI Ti2（t）dt假设一非正弦周期电流i可以分解为傅立叶级数:i(t) = I +产 I sin( kw t + p )0k max1 kk=1将，带入有效值公式，则得此电流得有效值为:I + I0-k =1k max. 2 sin(kwt + 中) (t)dt计算得I =(I2 + I2 +