计算机控制关键技术试验参考指导书.doc

常熟理工学院电气和自动化工程学院

计算机控制技术
试验指导书

3月

试验一 模/数转换试验
一、试验目标
1、了解模/数转换基础原理；
2、熟悉A/D转换芯片ADC0809性能；
3、掌握ADC0809和单片机接口方法及C语言编程方法。

二、试验器材
1、PC机一台；
2、QTH-XS下载式单片机试验仪一台；Zigbee模块、ADC/I/O模块、ZYMCU02主机模块、显示和键盘模块
3、万用表一块；
4、单片机程序下载器一块；
5、导线若干。

三、试验原理及步骤
1.试验原理
在工业控制中，被控制或被测量对象相关参量往往是部分连续改变模拟量，如温度、压力、流量、速度等物理量，这些模拟量必需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）就是实现这些功效设备。
ADC0809是CMOS工艺、采取逐次迫近法8位A/D转换芯片，28引脚、双列直插式封装，由地址锁存和译码器、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。试验仪中ADC0809芯片和单片机接口电路图1-1所表示。
工作过程：由ADDA、ADDB、ADDC三根地址线上数值决定8路模拟输入中1路进入8位A/D转换器；在地址锁存许可ALE引脚和开启信号START引脚加一个正脉冲，开启A/D转换；转换结束时，ADC0809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；在单片机发来输出许可控制信号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。

图1-1 试验仪中ADC0809芯片和单片机接口电路

2.试验内容及步骤
（1）硬件连线
在试验台上从左向右依次排列Zigbee模块、ADC/I/O模块、ZYMCU02主机模块、显示和键盘模块，参考图1-1，按下表所表示连接线路。
Zigbee模块
ADC/I/O模块8位并行AD
ZYMCU02主机模块
显示和键盘模块
Vin
IN1

ADD_A
P3.5

ADD_B
P3.6

ADD_C
P3.7

ST
P3.0

OC
P3.2

OE
P3.1

CLK1
ALE

P0[0..7]
LED4-[H..A]

P2[0..7]
LED4-[8..1]

OUT[8..1]
P1[0..7]

以上四个模块电源接口分别和主台体上电源接口一一对应连接，并注意共地，模块中有+5V、+15V、-15V电源，上电前注意检验连线。尤其提醒下载程序前P1端口不要接线，假如需要接线，程序下载完成后再连线。
（2）用C语言编写程序段，将电压信号发生器产生模拟量转换成数字量，并利用提供显示程序，将采集数字量以十六进制形式在LED上显示，调整电位器观察显示值改变。
（3）将万用表接在电压信号发生器电压输出端，经过万用表观察并统计当输入电压（Vin）为0V、0.5V、1V、1.5V、2V、2.5V、3V时，LED显示结果。将试验数据填入下表。
输入电压
0 V
0.5V
1V
1.5V
2V
2.5 V
3V
理论计算
结 果

LED显示
结 果

四、试验汇报要求
1、 试验汇报书写程序完整清楚。
2、思索题：
（1）试验前事先用C语言编写程序段，和提供显示程序段配合使用形成完整程序，实现ADC0809通道1连续地采样显示。
（2）在A/D试验中比较理论计算结果和LED显示输出结果，并分析原因。

试验二 数/模转换试验
一、试验目标
1、学习了解数/模转换基础原理；2、熟悉D/A转换芯片DAC0832性能；3、掌握DAC0832和单片机接口方法及C语言编程方法。
二、试验器材
1、PC机一台；2、ZY12805B传感器检测技术综合试验台上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、试验原理及步骤
1.试验原理
在工业控制中，计算机处理结果常常需要转换为模拟信号，以驱动对应实施机构，实现对被控对象控制。这种将数字量转换为模拟量过程称为数/摸转换（D/A）。
DAC0832是8位数/摸转换芯片，采取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，其关键性能参数为：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，数据输入电平和TTL电平兼容。引脚定义：
D0~D7：8位数据输入线；ILE：数据锁存许可信号，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，外部经过该引脚接运放输出端。IOUT1、IOUT2：电流输出，IOUT1随DAC寄存器内容作线性改变。IOUT1+IOUT2=常数，DAC0832为电流输出型，可经过运放将电流信号转换为单端电压信号输出，作用在实施机构上。试验仪中DAC0832芯片外围电路图1所表示。

图1 试验仪中DAC0832芯片外围电路
2.试验内容及步骤
（1）硬件连线
在试验台上排列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DA
ZYMCU02主机模块
U1D[0~7]
P0[0~7]
DA1输出

以上模块电源接口分别和主台体上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，上电前注意检验连线。
（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、试验汇报要求
1、画出产生信号波形，标示周期和幅值参数，对应程序完整清楚；
2、思索题：假如要求输出平滑正弦波电压信号，应采取什么样硬件和软件方法。
五、试验注意事项
1、试验操作中不要带电插拔导线，应该在熟悉原理后，根据电路图连接，检验无误后，方可打开电源进行试验。
2、严禁将任何电源对地短路。

试验三 电动机闭环控制试验
一、试验目标
经过此试验，使学生掌握用单片机产生PWM原理和方法，了解怎样利用单片机实现转速闭环控制，掌握PID控制算法编写，了解PID参数整定及对系统运行影响。
二、试验器材
传感器检测技术综合试验台、ZigBee试验模块、转动源试验模块、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源试验模块上)、电脑一台（已装KEIL和STC下载软件）、导线。
三、试验原理及步骤
1.试验原理
在工业领域中，很多情况下需要对电动机转速进行控制。图3-1是直流电动机单闭环PID控制结构框图，MCU从按键取得转速设定值，将产生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脉冲信号反馈给MCU，MCU在比较转速设定值和实际值基础上，以PID控制算法来调整PWM波，从而对电动机速度进行控制，LED用于显示转速设定值和实际值。电机驱动模块原理图图3-2所表示。

图3-1 结构框图
图3-2 电机驱动原理图
2.试验内容及步骤
（1）硬件连线
在试验台上排列ZigBee无线收发模块、ZYMCU02主机模块、显示和键盘模块，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
显示和键盘模块
+24V
+24V

GND
GND

Vout
+24V

GND
GND

+5V

+5V

GND

GND

频率/转速表“+”

Fout
P3.2

频率/转速表“-”

GND

P1.0
KEY1（设置）

P1.1
KEY2（加）

P1.2
KEY3（减）

P7.7和GND之间未标示插针

P1.7

P0[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以上模块电源接口分别和主台体上电源接口一一对应连接，并保持共地，Zigbee模块+15V、GND、+15V不需要接电源，上电前注意检验连线。
（2）P7.7和GND之间未标示插针和图3-2电机驱动原理图中DAC0120是相连。
（3）用C语言编写电机转速PID控制程序。调整给定值观察显示值改变，并统计相关数据。
（4）用智能调整仪替换MCU控制电机转速，调整给定值观察显示值改变，并统计相关数据。（注：智能调整仪替换MCU控制电机转速硬件接线及使用见纸质材料）
将试验数据填入下表。
单片机PID控制
智能调整仪控制
设定值

设定值

最大峰值

最大峰值

稳态时LED显示值

稳态时LED显示值

转速稳态时最大改变量

转速稳态时最大改变量

四、试验汇报要求
1、单片机控制直流电动机程序步骤图和对应程序完整清楚；
2、思索题：经过修改程序实现PID参数能够从键盘接收。
五、试验注意事项
1、试验操作中不要带电插拔导线，应该在熟悉原理后，根据电路图连接，检验无误后，方可打开电源进行试验。
2、严禁将任何电源对地短路。