計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)2012年2月實(shí)驗(yàn)一 鍵盤顯示實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)此實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解矩陣鍵盤和數(shù)碼管靜態(tài)顯示的工作原理；2、掌握矩陣鍵盤的編程方法，并能夠?qū)⒕帉懙腃語(yǔ)言程序應(yīng)用到單片機(jī)系統(tǒng)中。二、實(shí)驗(yàn)儀器1、PC機(jī)一臺(tái)；2、ZYMCU02主機(jī)模塊、顯示與鍵盤模塊、ISP轉(zhuǎn)USB下載線一根；3、導(dǎo)線若干。三、實(shí)驗(yàn)原理及步驟 1.實(shí)驗(yàn)原理矩陣鍵盤常用于按鍵數(shù)目較多的情況，這樣可以更多的節(jié)省計(jì)算機(jī)I/O口的占用量，其原理圖如圖1-1所示。圖1-1 矩陣鍵盤對(duì)于矩陣鍵盤常用的掃描方法為線反轉(zhuǎn)查詢法。反轉(zhuǎn)法的特點(diǎn)是：行線和列線都要通過(guò)上拉電阻接+5V，如圖1-1

2、所示（圖中公共端要接上+5V），按鍵所在行號(hào)和列號(hào)分別由兩步操作判定：第一步，將行線編程為輸出線，列線編程為輸入線，并使輸出線輸出全“0”，則列線中電平由高到低的所在列為按鍵所在列。第二步，將行線編程為輸入線，列線編程為輸出線，并使輸出線輸出全“0”，則行線中電平由高變到低的所在行為按鍵所在行。反轉(zhuǎn)法只要經(jīng)過(guò)兩步就能獲得此按鍵所在的行列值。2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟本次實(shí)驗(yàn)要求編程實(shí)現(xiàn)用數(shù)碼管顯示矩陣鍵盤所按下對(duì)應(yīng)的按鍵值。其實(shí)驗(yàn)步驟如下：（1）用導(dǎo)線將主臺(tái)體上的±15V電源引入到單片機(jī)顯示與鍵盤模塊上，+5V電源引入到ZYMCU02主機(jī)模塊上。（2）將主機(jī)模塊的P0.7P0.0對(duì)應(yīng)與HOR1

3、VER4相連，P2.0P2.7對(duì)應(yīng)于A1DP1相連。（3）按要求在“KEIL”軟件環(huán)境中編寫程序，編譯完成后生成Hex文件，并下載到單片機(jī)中。 （4）上電后，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與如期是否一致。HOR1HOR2HOR3HOR4鍵所在位置VER10行0列鍵0行1列鍵0行2列鍵0行3列鍵鍵值鍵所在位置VER21行0列鍵1行1列鍵1行2列鍵1行3列鍵鍵值鍵所在位置VER32行0列鍵2行1列鍵2行2列鍵2行3列鍵鍵值鍵所在位置VER43行0列鍵3行1列鍵3行2列鍵3行3列鍵鍵值（5）實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉所有電源，拆除導(dǎo)線并放置好。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫的程序完整清晰。2、思考題：矩陣式鍵盤除了反轉(zhuǎn)查詢法外

4、，還有其它的方法可以實(shí)現(xiàn)矩陣鍵盤的掃描嗎？請(qǐng)編程實(shí)現(xiàn)該種矩陣式鍵盤識(shí)別方式。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)操作中不要帶電插拔導(dǎo)線，應(yīng)該在熟悉原理后，按照電路圖連接，檢查無(wú)誤后，方可打開(kāi)電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2、嚴(yán)禁將任何電源對(duì)地短路。實(shí)驗(yàn)二 模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理；2、熟悉A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的性能；3、掌握ADC0809與單片機(jī)的接口方法及C語(yǔ)言編程方法。二、實(shí)驗(yàn)器材1、PC機(jī)一臺(tái)；2、Zigbee模塊、ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機(jī)模塊、顯示與鍵盤模塊3、萬(wàn)用表一塊；4、單片機(jī)程序下載器一塊；5、導(dǎo)線若干。三、實(shí)驗(yàn)原理及步驟1.實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)控制中，被控制

5、或被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)參量往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度、壓力、流量、速度等物理量，這些模擬量必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）就是實(shí)現(xiàn)這些功能的設(shè)備。ADC0809是CMOS工藝、采用逐次逼近法的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，28引腳、雙列直插式封裝，由地址鎖存與譯碼器、8路模擬開(kāi)關(guān)、8位逐次A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)鎖存輸出緩沖器組成。實(shí)驗(yàn)儀中ADC0809芯片與單片機(jī)接口電路如圖1-1所示。工作過(guò)程：由ADDA、ADDB、ADDC三根地址線上的數(shù)值決定8路模擬輸入中的1路進(jìn)入8位A/D轉(zhuǎn)換器；在地址鎖存允許ALE引腳和啟動(dòng)信號(hào)START引腳加一個(gè)正脈沖，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)

6、束時(shí)，ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC引腳發(fā)出一個(gè)正脈沖，A/D轉(zhuǎn)換值由三態(tài)鎖存輸出緩沖器暫存；在單片機(jī)發(fā)來(lái)輸出允許控制信號(hào)OE后，三態(tài)門打開(kāi)，A/D轉(zhuǎn)換值經(jīng)D7D0進(jìn)入單片機(jī)端口，完成一次A/D轉(zhuǎn)換全過(guò)程。圖1-1 實(shí)驗(yàn)儀中ADC0809芯片與單片機(jī)接口電路2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）硬件連線在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上從左向右依次排列Zigbee模塊、ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機(jī)模塊、顯示與鍵盤模塊，參照?qǐng)D1-1，按下表所示連接線路。Zigbee模塊ADC/I/O模塊8位并行ADZYMCU02主機(jī)模塊顯示與鍵盤模塊VinIN1ADD_AP3.5ADD_BP3.6ADD_CP3.7STP3.0OCP3

7、.2OEP3.1CLK1ALEP00.7LED4-H.AP20.7LED4-8.1OUT8.1P10.7以上四個(gè)模塊的電源接口分別與主臺(tái)體上的電源接口一一對(duì)應(yīng)連接，并注意共地，模塊中有+5V、+15V、-15V電源，上電前注意檢查連線。特別提醒：（A）在ADC/I/O模塊上8位并行AD中應(yīng)將JP7中的第一針與IN1相連；（B）下載程序前P1端口不要接線，如果需要接線，程序下載完畢后再連線。（2）用C語(yǔ)言編寫程序段，將電壓信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并利用提供的顯示程序，將采集的數(shù)字量以十六進(jìn)制形式在LED上顯示，調(diào)節(jié)電位器觀察顯示值的變化。（3）將萬(wàn)用表接在電壓信號(hào)發(fā)生器電壓輸出端，通

8、過(guò)萬(wàn)用表觀察并記錄當(dāng)輸入電壓（Vin）為0V、0.5V、1V、1.5V、2V、2.5V、3V時(shí)，LED的顯示結(jié)果。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表。輸入電壓0 V0.5V1V1.5V2V2.5 V3V理論計(jì)算結(jié) 果LED顯示結(jié) 果 四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫的程序完整清晰。2、思考題：（1）實(shí)驗(yàn)前事先用C語(yǔ)言編寫程序段，與提供的顯示程序段配合使用形成完整的程序，實(shí)現(xiàn)ADC0809通道1持續(xù)地采樣顯示。（2）在A/D實(shí)驗(yàn)中比較理論計(jì)算結(jié)果和LED顯示輸出結(jié)果，并分析原因。實(shí)驗(yàn)三 數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)了解數(shù)/模轉(zhuǎn)換的基本原理；2、熟悉D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的性能；3、掌握DAC083

9、2與單片機(jī)的接口方法及C語(yǔ)言編程方法。二、實(shí)驗(yàn)器材1、PC機(jī)一臺(tái)；2、ZY12805B傳感器檢測(cè)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機(jī)模塊；3、示波器一臺(tái)；4、單片機(jī)程序下載器一塊；5、導(dǎo)線若干。三、實(shí)驗(yàn)原理及步驟1.實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)控制中，計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果常常需要轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。這種將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過(guò)程稱為數(shù)/摸轉(zhuǎn)換（D/A）。DAC0832是8位數(shù)/摸轉(zhuǎn)換芯片，采用CMOS工藝和R-2RT形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為一對(duì)差動(dòng)電流I01和I02輸出，其主要性能參數(shù)為：分辨率8位，單電壓+5V+15V，參考電壓+10V-10V，轉(zhuǎn)

10、換時(shí)間1s，滿刻度誤差±1LSB，數(shù)據(jù)輸入電平與TTL電平兼容。引腳定義：D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)，高電平有效；CS：輸入寄存器選通信號(hào)，低電平有效；WR1：輸入寄存器寫選通信號(hào)，低電平有效；WR2：DAC寄存器寫選通信號(hào)，低電平有效；XFER：數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，低電平有效；VREF：D/A轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓輸入線；Rfb：反饋信號(hào)輸入線，內(nèi)部接反饋電阻，外部通過(guò)該引腳接運(yùn)放輸出端。IOUT1、IOUT2：電流輸出，IOUT1隨DAC寄存器內(nèi)容作線性變化。IOUT1+IOUT2=常數(shù)，DAC0832為電流輸出型，可通過(guò)運(yùn)放將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端電壓信號(hào)輸出，作用在執(zhí)行機(jī)

11、構(gòu)上。實(shí)驗(yàn)儀中DAC0832芯片外圍電路如圖1所示。圖1 實(shí)驗(yàn)儀中DAC0832芯片外圍電路2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）硬件連線在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上排列ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機(jī)模塊，模塊之間按下表連線。ADC/I/O模塊8位并行DAZYMCU02主機(jī)模塊 U1D07P007DA1輸出以上模塊的電源接口分別與主臺(tái)體上的電源接口一一對(duì)應(yīng)連接，并保持共地，注意模塊中有+5V、+15V、-15V電源，上電前注意檢查連線。（2）設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生方波信號(hào)并在示波器上顯示出來(lái)。（學(xué)號(hào)為單號(hào)、雙號(hào)的同選）（3）設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)并在示波器上顯示出來(lái)。（學(xué)號(hào)為單號(hào)的選做）（4）設(shè)

12、計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生三角波信號(hào)并在示波器上顯示出來(lái)。（學(xué)號(hào)為雙號(hào)的選做）四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、畫出產(chǎn)生的信號(hào)波形，標(biāo)示周期和幅值參數(shù)，相應(yīng)的程序完整清晰；2、思考題：如果要求輸出平滑的正弦波電壓信號(hào)，應(yīng)采取什么樣的硬件和軟件措施。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)操作中不要帶電插拔導(dǎo)線，應(yīng)該在熟悉原理后，按照電路圖連接，檢查無(wú)誤后，方可打開(kāi)電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2、嚴(yán)禁將任何電源對(duì)地短路。實(shí)驗(yàn)四 電動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)此實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握用單片機(jī)產(chǎn)生PWM的原理和方法，了解如何利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，掌握PID控制算法的編寫，了解PID參數(shù)的整定及對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。二、實(shí)驗(yàn)器材傳感器檢測(cè)技術(shù)

13、綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、ZigBee實(shí)驗(yàn)?zāi)K、轉(zhuǎn)動(dòng)源實(shí)驗(yàn)?zāi)K、光電轉(zhuǎn)速傳感器光電斷續(xù)器(已裝在轉(zhuǎn)動(dòng)源實(shí)驗(yàn)?zāi)K上)、電腦一臺(tái)（已裝KEIL和STC下載軟件）、導(dǎo)線。三、實(shí)驗(yàn)原理及步驟1.實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)領(lǐng)域中，很多情況下需要對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。圖3-1是直流電動(dòng)機(jī)單閉環(huán)PID控制的結(jié)構(gòu)框圖，MCU從按鍵獲得轉(zhuǎn)速設(shè)定值，將產(chǎn)生的PWM波輸送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，光電轉(zhuǎn)速傳感器將代表直流電動(dòng)機(jī)速度的脈沖信號(hào)反饋給MCU，MCU在比較轉(zhuǎn)速設(shè)定值和實(shí)際值的基礎(chǔ)上，以PID控制算法來(lái)調(diào)節(jié)PWM波，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行控制，LED用于顯示轉(zhuǎn)速的設(shè)定值和實(shí)際值。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的原理圖如圖3-2所示。圖3-1 結(jié)構(gòu)框圖圖3-2

14、電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）硬件連線在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上排列ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊、ZYMCU02主機(jī)模塊、顯示與鍵盤模塊，桌面擺放轉(zhuǎn)動(dòng)源模塊，各模塊之間按下表連線。主臺(tái)體ZigBee無(wú)線收發(fā)模塊轉(zhuǎn)動(dòng)源ZYMCU02主機(jī)模塊顯示與鍵盤模塊+24V+24VGNDGNDVout+24VGNDGND+5V+5VGNDGND頻率/轉(zhuǎn)速表“+”FoutP3.2頻率/轉(zhuǎn)速表“-”GNDP1.0KEY1（設(shè)置）P1.1KEY2（加）P1.2KEY3（減）P7.7與GND之間未標(biāo)示的插針P1.7P00.7LED4-H.AP20.7LED4-8.0說(shuō)明：（1）直流電機(jī)轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)每分，“頻率/轉(zhuǎn)速表”打到“頻率”

15、檔。以上模塊的電源接口分別與主臺(tái)體上的電源接口一一對(duì)應(yīng)連接，并保持共地，Zigbee模塊的+15V、GND、+15V不需要接電源，上電前注意檢查連線。（2）P7.7與GND之間未標(biāo)示的插針與圖3-2電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖中的DAC0120是相連的。 （3）用C語(yǔ)言編寫電機(jī)轉(zhuǎn)速的PID控制程序。調(diào)節(jié)給定值觀察顯示值的變化，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。 （4）用智能調(diào)節(jié)儀代替MCU控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)給定值觀察顯示值的變化，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。（注：智能調(diào)節(jié)儀代替MCU控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的硬件接線及使用見(jiàn)紙質(zhì)材料）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表。單片機(jī)PID控制智能調(diào)節(jié)儀控制設(shè)定值設(shè)定值最大峰值最大峰值穩(wěn)態(tài)時(shí)的LED顯示值穩(wěn)態(tài)時(shí)的LED顯示

16、值轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時(shí)最大變化量轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時(shí)最大變化量四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、單片機(jī)控制直流電動(dòng)機(jī)的程序流程圖以及相應(yīng)的程序完整清晰；2、思考題：通過(guò)修改程序?qū)崿F(xiàn)PID的參數(shù)可以從鍵盤接收。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)操作中不要帶電插拔導(dǎo)線，應(yīng)該在熟悉原理后，按照電路圖連接，檢查無(wú)誤后，方可打開(kāi)電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2、嚴(yán)禁將任何電源對(duì)地短路。實(shí)驗(yàn)五 組態(tài)王控制系統(tǒng)界面制作一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握組態(tài)王建立工程項(xiàng)目的方法和過(guò)程；2、 掌握組態(tài)王工具箱等的使用方法，掌握組態(tài)王制作項(xiàng)目界面的方法。二、 實(shí)驗(yàn)所用的設(shè)備及器材1、PC機(jī)一臺(tái)；2、A3000實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；三、 實(shí)驗(yàn)原理在“組態(tài)王”中，您開(kāi)發(fā)的每一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)稱為一個(gè)項(xiàng)目

17、，每個(gè)項(xiàng)目必須在一個(gè)獨(dú)立的目錄中，不同的項(xiàng)目不能共用一個(gè)目錄。項(xiàng)目目錄也稱為工程路徑。在每個(gè)工程路徑下，組態(tài)王為此項(xiàng)目生成了一些重要的數(shù)據(jù)文件，這些數(shù)據(jù)文件一般是不允許修改的。建立新項(xiàng)目 首先啟動(dòng)組態(tài)王工程瀏覽器。工程瀏覽器運(yùn)行后，將打開(kāi)你上一次工作后的項(xiàng)目。如果你是第一次使用工程瀏覽器，默認(rèn)的是組態(tài)王示例程序所在的目錄。為建立一個(gè)新項(xiàng)目，請(qǐng)執(zhí)行以下操作： 在工程瀏覽器中選擇菜單“工程/新建”，出現(xiàn)“新建工程”對(duì)話框。在對(duì)話框中輸入工程名稱：myproj 在工程描述中輸入：工程路徑自動(dòng)指定為當(dāng)前目錄下以工程名稱命名的子目錄。如果你需要更改工程路徑，請(qǐng)單擊“瀏覽”按鈕。 單擊“確定”。組態(tài)王將在

18、工程路徑下生成初始數(shù)據(jù)文件。至此，新項(xiàng)目已經(jīng)可以開(kāi)始建立了。你可以在每一個(gè)項(xiàng)目下建立數(shù)目不限的畫面，在下一節(jié)，我們將開(kāi)始繪制第一幅畫面。 在工程瀏覽器中左側(cè)的樹(shù)形視圖中選擇選擇“畫面”，在右側(cè)視圖中雙擊“新建”。工程瀏覽器將運(yùn)行組態(tài)王開(kāi)發(fā)環(huán)境TOUCHMAK，彈出如下對(duì)話框。在“新畫面”對(duì)話框中設(shè)置如下圖，在對(duì)話框中單擊“確定”。TOUCHMAK將按照你指定的風(fēng)格產(chǎn)生一幅名為“監(jiān)控中心”的畫面。 使用圖形工具箱 接下來(lái)在此畫面中繪制各圖素。繪制圖素的主要工具放置在圖形編輯工具箱內(nèi)。當(dāng)畫面打開(kāi)時(shí)，工具箱自動(dòng)顯示，如果工具箱沒(méi)有出現(xiàn)，選擇菜單“工具顯示工具箱”或按F10鍵打開(kāi)它。工具箱中各種基本工具的使用方法和WINDOWS中“畫筆”很類似，假如你熟悉“畫筆”的使用，繪制本畫面將是很容易的。首先繪制監(jiān)控對(duì)象原料罐和反應(yīng)罐：在工具箱內(nèi)單擊圓角矩形工具，在畫面上繪制一個(gè)矩形作為第一個(gè)原料罐；在矩形框上單擊鼠標(biāo)左鍵，在矩形框周圍出現(xiàn)8個(gè)小矩形，當(dāng)鼠標(biāo)落在任一小矩形上時(shí)，按下鼠標(biāo)左鍵，可以移動(dòng)圖形對(duì)象的位置用同樣的方法繪制另一原料罐和反應(yīng)罐。在工具箱內(nèi)單擊多邊形工具，繪制三條管道。要改變管道的填充顏色，請(qǐng)選中此對(duì)象，然后單擊調(diào)色板窗口的第二個(gè)按鈕，再?gòu)恼{(diào)色板中選擇任一種顏色。在工具箱內(nèi)單擊文本工具，輸入文字。要改變文字的字體、字號(hào)，請(qǐng)先選