计算机控制技术实验指导书

PAGEPAGE1常熟理工学院电气与自动化工程学院计算机控制技术实验指导书2014年3月实验一模/数转换实验一、实验目的1、了解模/数转换的基本原理；2、熟悉A/D转换芯片ADC0809的性能；3、掌握ADC0809与单片机的接口方法及C语言编程方法。二、实验器材1、PC机一台；2、QTH-2008XS下载式单片机实验仪一台；Zigbee模块、ADC/I/O模块、ZYMCU02主机模块、显示与键盘模块3、万用表一块；4、单片机程序下载器一块；5、导线若干。三、实验原理及步骤1.实验原理在工业控制中，被控制或被测量对象的有关参量往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、速度等物理量，这些模拟量必须转换成数字量后才能输入到计算机进行处理，模数转换器（A/D）就是实现这些功能的设备。ADC0809是CMOS工艺、采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，28引脚、双列直插式封装，由地址锁存与译码器、8路模拟开关、8位逐次A/D转换器和三态锁存输出缓冲器组成。实验仪中ADC0809芯片与单片机接口电路如图1-1所示。工作过程：由ADDA、ADDB、ADDC三根地址线上的数值决定8路模拟输入中的1路进入8位A/D转换器；在地址锁存允许ALE引脚和启动信号START引脚加一个正脉冲，启动A/D转换；转换结束时，ADC0809的转换结束信号EOC引脚发出一个正脉冲，A/D转换值由三态锁存输出缓冲器暂存；在单片机发来输出允许控制信号OE后，三态门打开，A/D转换值经D7～D0进入单片机端口，完成一次A/D转换全过程。实验二数/模转换实验一、实验目的1、学习了解数/模转换的基本原理；2、熟悉D/A转换芯片DAC0832的性能；3、掌握DAC0832与单片机的接口方法及C语言编程方法。二、实验器材1、PC机一台；2、ZY12805B传感器检测技术综合实验台上的ADC/I/O模块、ZYMCU02主机模块；3、示波器一台；4、单片机程序下载器一台；5、导线若干。三、实验原理及步骤1.实验原理在工业控制中，计算机处理的结果常常需要转换为模拟信号，以驱动相应的执行机构，实现对被控对象的控制。这种将数字量转换为模拟量的过程称为数/摸转换（D/A）。DAC0832是8位数/摸转换芯片，采用CMOS工艺和R-2RT形电阻解码网络，转换结果为一对差动电流I01和I02输出，其主要性能参数为：分辨率8位，单电压+5V～+15V，参考电压+10V～-10V，转换时间1μs，满刻度误差±1LSB，数据输入电平与TTL电平兼容。引脚定义：D0~D7：8位数据输入线；ILE：数据锁存允许信号，高电平有效；CS：输入寄存器选通信号，低电平有效；WR1：输入寄存器写选通信号，低电平有效；WR2：DAC寄存器写选通信号，低电平有效；XFER：数据传送信号，低电平有效；VREF：D/A转换基准电压输入线；Rfb：反馈信号输入线，内部接反馈电阻，外部通过该引脚接运放输出端。IOUT1、IOUT2：电流输出，IOUT1随DAC寄存器内容作线性变化。IOUT1+IOUT2=常数，DAC0832为电流输出型，可通过运放将电流信号转换为单端电压信号输出，作用在执行机构上。实验仪中DAC0832芯片外围电路如图1所示。图1实验仪中DAC0832芯片外围电路2.实验内容及步骤（1）硬件连线在实验台上排列ADC/I/O模块、ZYMCU02主机模块，模块之间按下表连线。ADC/I/O模块8位并行DAZYMCU02主机模块U1D[0~7]P0[0~7]DA1输出以上模块的电源接口分别与主台体上的电源接口一一对应连接，并保持共地，注意模块中有+5V、+15V、-15V电源，上电前注意检查连线。（2）设计程序实现数/模转换，产生方波信号并在示波器上显示出来。（一、二班同选）（3）设计程序实现数/模转换，产生锯齿波信号并在示波器上显示出来。（一班选做）（4）设计程序实现数/模转换，产生三角波信号并在示波器上显示出来。（二班选做）四、实验报告要求1、画出产生的信号波形，标示周期和幅值参数，相应的程序完整清晰；2、思考题：如果要求输出平滑的正弦波电压信号，应采取什么样的硬件和软件措施。五、实验注意事项1、实验操作中不要带电插拔导线，应该在熟悉原理后，按照电路图连接，检查无误后，方可打开电源进行实验。2、严禁将任何电源对地短路。实验三电动机闭环控制实验一、实验目的通过此实验，使学生掌握用单片机产生PWM的原理和方法，了解如何利用单片机实现转速的闭环控制，掌握PID控制算法的编写，了解PID参数的整定及对系统运行的影响。二、实验器材传感器检测技术综合实验台、ZigBee实验模块、转动源实验模块、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源实验模块上)、电脑一台（已装KEIL和STC下载软件）、导线。三、实验原理及步骤1.实验原理在工业领域中，很多情况下需要对电动机的转速进行控制。图3-1是直流电动机单闭环PID控制的结构框图，MCU从按键获得转速设定值，将产生的PWM波输送给电机驱动部分，光电转速传感器将代表直流电动机速度的脉冲信号反馈给MCU，MCU在比较转速设定值和实际值的基础上，以PID控制算法来调节PWM波，从而对电动机速度进行控制，LED用于显示转速的设定值和实际值。电机驱动模块的原理图如图3-2所示。图3-1结构框图图3-2电机驱动原理图2.实验内容及步骤（1）硬件连线在实验台上排列ZigBee无线收发模块、ZYMCU02主机模块、显示与键盘模块，桌面摆放转动源模块，各模块之间按下表连线。主台体ZigBee无线收发模块转动源ZYMCU02主机模块显示与键盘模块+24V+24VGNDGNDVout+24VGNDGND+5V+5VGNDGND频率/转速表“+”FoutP3.2频率/转速表“-”GNDP1.0KEY1（设置）P1.1KEY2（加）P1.2KEY3（减）P7.7与GND之间未标示的插针P1.7P0[0..7]LED4-[H..A]P2[0..7]LED4-[8..0]说明：（1）①直流电机转速为转每分，“频率/转速表”打到“频率”档。②以上模块的电源接口分别与主台体上的电源接口一一对应连接，并保持共地，Zigbee模块的+15V、GND、+15V不需要接电源，上电前注意检查连线。 （2）P7.7与GND之间未标示的插针与图3-2电机驱动原理图中的DAC0120是相连的。（3）用C语言编写电机转速的PID控制程序。调节给定值观察显示值的变化，并记录相关数据。（4）用智能调节仪代替MCU控制电机转速，调节给定值观察显示值的变化，并记录相关数据。（注：智能调节仪代替MCU控制电机转速的硬件接线及使用见纸质材料）将实验数据填入下表。单片机PID控制智能调节仪控制设定值设定值最大峰值最大峰值稳态时的LED显示值稳态时的LED显示值转速稳态时最大变