1、实验一 输入与输出通道一、实验目的1学习A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809 芯片的使用2学习D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用二、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块三、实验内容1编写实验程序，将5V +5V 的电压作为ADC0809 的模拟量输入，将转换所得的8位数字量保存于变量中。2编写实验程序，实现D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。四、实验原理1A/D 转换实验ADC0809 芯片主要包括多路模拟开关和A/D 转换器两部分，其主要特点为：单电源供电、工作时钟CLOCK 最高可达到1200KH
2、z、8 位分辨率，8 个单端模拟输入端，TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。TD-ACC+教学系统中的ADC0809 芯片，其输出八位数据线以及CLOCK 线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK (1MHz)上。其它控制线根据实验要求可另外连接 (A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0IN7)。根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图1.1-1 所示的实验线路图。上图中，AD0809 的启动信号“STR”是由控制计算机定时输出方波来实现的。“OUT1”表示386EX 内部1定时器的输出端，定时器输出的方波周期定时器时常。图中ADC0809 芯片输入选通地址码A、B、
3、C 为“1”状态，选通输入通道IN7；通过单次阶跃单元的电位器可以给A/D 转换器输入5V +5V 的模拟电压；系统定时器定时1ms输出方波信号启动A/D 转换器，并将A/D 转换完后的数据量读入到控制计算机中，最后保存到变量中。实验步骤与结果：(1) 打开联机操作软件，参照流程图，在编辑区编写实验程序。检查无误后编译、链接。(2) 按图1.1-1 接线 (注意：图中画“o”的线需用户自行连接)，连接好后，请仔细检查，无错误后方可开启设备电源。(3) 装载完程序后，系统默认程序的起点在主程序的开始语句。用户可以自行设置程序起点，可先将光标放在起点处，再通过调试菜单项中设置起点或者直接点击设置起
4、点图标，即可将程序起点设在光标处。(4) 加入变量监视，具体步骤为：打开“设置”菜单项中的“变量监视”窗口或者直接点击“变量监视”图标，将程序中定义的全局变量“AD0AD9”加入到变量监视中。在查看菜单项中的工具栏中选中变量区或者点击变量区图标，系统软件默认选中寄存器区，点击“变量区”可查看或修改要监视的变量。(4) 在主程序JMP AGAIN 语句处设置断点。具体操作为：先将光标置于要设断点的语句，然后在调试菜单项中选择“设置断点/删除断点(B)”或者直接点击“设置断点/删除断点”图标，即可在本语句设置或删除断点。(5) 打开虚拟仪器菜单项中的万用表选项或者直接点击万用表图标，选择“电压档”
5、用示波器单元中的“CH1”表笔测量图1.1-1 中的模拟输入电压“Y”端，点击虚拟仪器中的“运行”按钮，调节图1.1-1 中的单次阶跃中的电位器，确定好模拟输入电压值。(6) 做好以上准备工作后，运行程序(打开“调试”菜单项中的“运行到断点/运行”或者点击“运行到断点/运行”图标)，程序将在断点处停下，查看变量“AD0AD9”的值，取平均值记录下来，改变输入电压并记录，最后填入表1.1-1 中。表中“( )”中的数字量供参考。2D/A 转换实验本实验采用 TLC7528 芯片，它是8 位、并行、两路、电压型输出数模转换器。其主要参数如下：转换时间100ns，满量程误差1/2 LSB，参考电压1
6、0V +10V，供电电压+5V+15V，输入逻辑电平与TTL 兼容。实验平台中的TLC7528 的八位数据线、写线和通道选择控制线已接至控制计算机的总线上。片选线预留出待实验中连接到相应的I/O 片选上，具体如图1.1-3。以上电路是TLC7528 双极性输出电路，输出范围5V +5V。“W101”和“W102”分别为A 路和B 路的调零电位器，实验前先调零，往TLC7528 的A 口和B 口中送入数字量80H，分别调节“W101”和“W102”电位器，用万用表分别测“OUT1”和“OUT2”的输出电压，应在0mV 左右。参考流程：实验步骤及结果：(1) 参照流程图 1.1-4 编写实验程序，
7、检查无误后编译、链接并装载到控制计算机中。(2) 运行程序，用示波器观测输出波形。实验二 数字脉冲分配器和步进电机调速控制步进电机是工业控制中的主要控制元件之一，具有快速启停、精确步进及直接接收数字量的特点。步进电机实际上是一个脉冲/角度转换器，在步进电机控制系统中，脉冲分配器产生周期性的脉冲序列，步进电机每接收到一个脉冲，就沿规定方向走一步。本实验中用程序实现脉冲分配器。一、实验目的1了解步进电机的工作原理。2用程序实现脉冲分配器，并对步进电机进行顺序控制。二、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块三、实验原理1本实验使用35BYJ46 型四项八拍电机，电
8、压为DC12V，励磁线圈及励磁顺序如下图。2实验线路图：图中画“”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。上图中，控制计算机通过程序控制DOUT0 DOUT3 (对应386EX 的I/O 管脚P1.4P1.7)的输出步进电平，并经过驱动电路使步进电机步进。驱动电路采用ULN2803A 达林顿反相驱动器，驱动电流可达500mA，其作用是将控制计算机输出的控制脉冲进行功率放大，产生电机工作所需的激励电流。参照步进电机的节拍表，DOUT0 DOUT3 输出电平和步序的对应表如下所示：四、实验步骤1编写程序，检查无误后编译、链接。2按图2.1-2 接线，检查无误后开启设备电源。3装载并运行程序，
9、观察电机转速。4改变程序中的步间延时，再观察电机转速。实验三 简易工程法整定PID 参数在连续系统中，模拟调节器的参数整定方法很多，但简单易行的还是简易工程法。这种方法的优点是整定参数时不必依赖被控对象的数学模型，实际情况也是很难准确地得到数学模型的。简易工程法是由经典的频率法简化而来的，虽然稍微粗糙，但简单易行，非常适用于现场应用。常用的方法包括扩充临界比例度法和扩充响应曲线法。一、实验目的1学习并掌握扩充临界比例度法整定PID 参数。2学习并掌握扩充响应曲线法整定PID 参数。二、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块。三、实验原理及内容1扩充临界比例度
10、法1) 实验原理扩充临界比例度法是对模拟调节器中的临界比例度法的推广，在工程实践中最常用，其参数整定步骤如下：(1) 选择一个足够小的采样周期T，一般取系统纯滞后时间的1/10 以下。(2) 使系统闭环工作，只用比例控制，增大比例系数KP 直到系统等幅振荡，记下此时的临界比例系数 KPU 和临界振荡周期 TU (见图 3.4-1)。(3) 选择控制度 (1.052.0)。控制度指数字调节器和模拟调节器控制效果之比。(4) 根据控制度，查表 3.4-1 计算出采样周期 T 和 KP、TI、TD。2) 实验设计图3.4-2 是一个PID 闭环控制系统的实验电路原理及接线图，图中画“”的线需用户在实
11、验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。其相应的程序流程图和3.2 节中的图3.2-3是一样的，实验中的参数取值范围规定为：上图中，控制计算机的“OUT1”表示386EX 内部1定时器的输出端，定时器输出的方波周期定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断，用作采样中断，“DIN0”表示386EX 的I/O 管脚P1.0，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。本实验中，将针对该闭环系统应用临界比例度法来整定PID 参数。2扩充响应曲线法1) 实验原理扩充响应曲线法是模拟调节器的响应曲线法的一种扩充，也是一种常用的工程整定方法。其参数整定步骤如下：(1) 使数字调节
12、器不接入系统，让系统处于手动操作状态，当系统稳定在某一值处后，给对象一个阶跃输入。(2) 用仪表记录下被调量在阶跃输入下的整个响应曲线，见图 3.4-3。图中“ ”表示对象的时间常数；“ ”表示对象的纯滞后时常数。(3) 根据所得的 、 ，查表 3.4-2 计算出采样周期 T 和 KP、TI、TD。2) 实验设计同样，图3.4-4 也是一个PID 闭环控制系统的实验电路原理及接线图，图中画“”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。其相应的程序流程图和3.2 节中的图3.2-3 是一样的。本实验中，将针对该闭环系统应用扩充响应曲线法来整定PID 参数。图3.4-4 中，控制计算机
13、的“OUT1”表示386EX 内部1定时器的输出端，定时器输出的方波周期定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断，用作采样中断，“DIN0”表示386EX 的I/O 管脚P1.0，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。实验中，参考程序中的参数取值范围规定为：四、实验步骤1扩充临界比例度法(1) 编写程序，检查无误后编译、链接并装载程序。(2) 按照实验线路图3.4-2 接线，调节信号源使其输出幅值为3V，周期6S 的方波。(3) 由于模拟对象的惯性时常约为250ms，取采样周期T=50ms。(4) 装载程序，将全局变量TK (采样周期)、EI (积分分离值)、K
14、P (比例系数)、TI (积分系数)和TD (微分系数)加入变量监视，以便实验过程中观察和修改。(5) 运行程序且只用比例控制 (EI = 0，TD = 0)，KP 由小变大，使系统等幅振荡，记下此时的临界比例系数KPU 和临界振荡周期TU。(6) 查表3.4-1，选择控制度2.0，计算出采样周期T 和KP、TI、TD。(7) 将参数重新写入PID 控制程序，运行程序并用示波器观测输入和输出，如果控制效果不太满意，可适当结合凑试法调整参数，直到满意为止。2扩充响应曲线法(1) 参照图3.4-5 接线，调节器先不接入系统中。图中画“”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。(2)
15、调节信号源使其“OUT”输出幅值为2V，周期12S 的方波。(3) 用示波器测量系统输出“C”，并记录下波形。在响应曲线最大斜率处作切线，用游标测量，作图求得滞后时间 和对象时常。计算出/ ，查表3.4-2，控制度选择2.0 时可求得数字调节器的KP、TI、TD 以及采样周期T 的初始值。(4) 按照图3.4-4 接线，将数字调节器接入系统，将以上得到的参数KP、TI、TD 和T 重新写入程序中，然后编译、链接。(5) 装载程序，将全局变量TK (采样周期)、EI (积分分离值)、KP (比例系数)、TI (积分系数)和TD (微分系数)加入变量监视，以便实验过程中观察和修改。(6) 运行程序
16、，用示波器测量系统输出“C”，观察数字调节器在这组参数下的控制效果，若不理想，可适当调整参数，直到控制效果满意为止。实验四 温度闭环控制系统的设计和实现一、实验目的1了解温度闭环控制系统的构成。2掌握PID 控制规律，并且用算法实现。二、实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX 系统板一块，烤箱一台(选件)三、实验原理温度闭环控制系统实验的系统方框图如下：根据上述系统方框图，硬件线路图设计如下，图中画“”的线需用户在实验中自行接好。上图中，控制机算机的“DOUT0”表示386EX 的I/O 管脚P1.4，输出PWM 脉冲经驱动后控制烤箱或温度单元，“OUT1”表示386E
17、X 内部1定时器的输出端，定时器输出的方波周期定时器时常，“IRQ7”表示386EX 内部主片8259 的7 号中断 (采样中断)。实验中，使用了10K 热敏电阻作为测温元件，温度变化，电阻值变换，经转换电路变换成电压信号，由模数转换器进行转换，转换完成产生采样中断，在中断程序中读取数字量，构成反馈量，在参数给定的情况下，经PID 运算产生相应的控制量，最后由系统的“DOUT0”端输出PWM 脉冲信号，经驱动电路驱动烤箱 (温度范围室温200) 或温度单元 (温度范围室温70) 加热或关断，使温度稳定在给定值。其中系统定时器定时10ms，一方面作为A/D 的定时启动信号，另一方面作为系统的采样
18、基准时钟。温度闭环控制系统实验的参考程序流程图如下：四、实验步骤1按流程图编写程序，再编译，链接。2按图接线，检查无误后开启设备电源。3装载程序，打开专用图形界面，运行程序并观察波形，分析其响应特性。4若不满意，改变参数积分分离值IBAND、比例系数KPP、积分系数KII、微分系数 KDD 的值后再观察其响应特性，选择一组较好的控制参数并记录下来。5注意：在程序调试过程中，有可能随时停止程序运行，此时DOUT0 的状态应保持上次的状态。当DOUT0 为1 时，烤箱或温度单元将停止加热；当DOUT0 为0 时，烤箱或温度单元将满功率加热，如果长时间让烤箱或温度单元处于全功率加热状态，可能会导致烤箱或温度单元损坏，所以在停止程序运行时，最好将连接DOUT0 的排线拔掉或按系统复位键。实验程序参数表
