計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2011

1、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室2011年9月表1-1 控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)信號(hào)線說明信號(hào)線說 明相關(guān)的端口地址D0D7系統(tǒng)的低8位數(shù)據(jù)線A0A5系統(tǒng)地址線低四位（輸出）/IOR、 /IOWI/O 讀、寫信號(hào)（輸出）IRQ5、IRQ6、IRQ7內(nèi)部主片8259 中斷請(qǐng)求信號(hào)（輸入）P3CFG 擴(kuò)展I/O 地址為：F824HINTCFG 擴(kuò)展I/O 地址為：F832HICW1、IRR、ISR、OCW2 和OCW3 地址均為：20HICW2、ICW3、ICW4、OCW1 和POLL 地址均為：21HOUT1內(nèi)部1定時(shí)器輸出信號(hào)（輸出）TMRCFG 擴(kuò)展I/O 地址為：F834HTM

2、R1 擴(kuò)展I/O 地址為：F041HTMRCON 擴(kuò)展I/O 地址為：F043H/IOY0 0600H063FHI/O 接口待擴(kuò)展信號(hào)（輸出）0600H063FH/IOY1 0640H067FH0640H067FH/IOY20680H06BFHDIN0DIN34 位數(shù)字量輸入信號(hào)（輸入）P1 口的低四位對(duì)應(yīng)P1.0 P1.3P1CFG 擴(kuò)展I/O 地址為：F820HP1DIR 擴(kuò)展I/O 地址為：F864HP1PIN 擴(kuò)展I/O 地址為：F860HDOUT0 DOUT34 位數(shù)字量輸出信號(hào)（輸出）P2 口的低四位對(duì)應(yīng)P2.0 P2.3P2CFG 擴(kuò)展I/O 地址為：F822HP2DIR 擴(kuò)展I

3、/O 地址為：F86CHP2LTC 擴(kuò)展I/O 地址為：F86AH注：1.“/”號(hào)表示該信號(hào)低電平有效2. 擴(kuò)展I/O 地址使能操作： MOV AX,8000HOUT 23H,ALXCHG AL,AHOUT 22H,ALOUT 22H,AX 擴(kuò)展I/O 地址無效操作： MOV AL,00HOUT 23H,AL1 信號(hào)源發(fā)生單元電路1） 典型信號(hào)發(fā)生單元，其原理圖見圖13圖 1.3 此單元可產(chǎn)生重復(fù)的階躍，斜坡，拋物線三種典型信號(hào)，且信號(hào)的幅值，頻率通過電位器W11，W12可以調(diào)節(jié)。 為了使運(yùn)放為零初始狀態(tài)并且積分漂移不致累加增多，設(shè)置了鎖零電路，其原理是各運(yùn)放所接的反饋?zhàn)杩苟搪?，此時(shí)3DJ6的

4、D，S端導(dǎo)通。U1SG單元的S端為M1455輸出端，S與ST短接時(shí)有鎖零操作（S端非零時(shí)不鎖，為零時(shí)鎖），此時(shí)，U1SG單元 的OUT端可產(chǎn)生三種信號(hào)；當(dāng)ST端與S端斷開，而和+5伏短接時(shí)，無鎖零操作，OUT端無信號(hào)，S端只產(chǎn)生方波。2 運(yùn)算模擬單元電路：該單元把實(shí)驗(yàn)所需的電阻，電容一端接在運(yùn)放的輸入端，用短路塊可以靈活方便把所需的元件接入運(yùn)放單元中，具有極高的實(shí)驗(yàn)接線效率和實(shí)驗(yàn)成功率，實(shí)驗(yàn)者可以自己擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。3 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路：模數(shù)轉(zhuǎn)換單元采用ADC0809芯片，分辨率為八位二進(jìn)制碼。模擬輸入通道8路（IN0IN7），通過三端地址碼A，B，C多路開關(guān)可選通8路模擬輸入的任何一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)

5、換。其中IN1IN5的模擬量輸入允許范圍0V4.96V，對(duì)應(yīng)數(shù)字量00HFFH，2.5V對(duì)應(yīng)80H。IN6和IN7兩路由于接上了上拉電阻，所以模擬量輸入允許范圍：5V+4.96V，對(duì)應(yīng)數(shù)字量00HFFH。0V對(duì)應(yīng)80H。其他控制線根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求另外接線（A，B，C，start，EOC，IN0IN7）。 圖1.4第 3章 80X86計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 D/A 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)D/A 轉(zhuǎn)換器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC 機(jī)一臺(tái)， TD-ACS 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套或“TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套i386EX 系統(tǒng)板一塊”。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編寫實(shí)驗(yàn)程序，實(shí)現(xiàn)D/A

6、 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生周期性波形，并用示波器觀察。四、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)采用 TLC7528 芯片，它是8 位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其主要參數(shù)如下：轉(zhuǎn)換時(shí)間100ns，滿量程誤差1/2 LSB，參考電壓10V +10V，供電電壓+5V+15V，輸入邏輯電平與TTL 兼容。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的TLC7528 的八位數(shù)據(jù)線、寫線和通道選擇控制線已接至控制計(jì)算機(jī)的總線上。片選線預(yù)留出待連接到相應(yīng)的I/O 片選上，具體如圖3-1。圖3-1以上電路是TLC7528 雙極性輸出電路，輸出范圍5V +5V?！癢101”和“W102”分別為A 路和B 路的調(diào)零電位器，實(shí)驗(yàn)前先調(diào)零，往TLC7528 的A 口和B 口中送

7、入數(shù)字量80H，分別調(diào)節(jié)“W101”和“W102”電位器，用萬用表分別測“OUT1”和“OUT2”的輸出電壓，應(yīng)在0mV 左右。五、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果：1、 調(diào)零程序：DA1_ADDR EQU0640HDA2_ADDR EQU0641HSTACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART: CALL SYSINIT;調(diào)用系統(tǒng)初始化子程序AA:MOVAL,80H mov dx,0640hOUTdx,ALJMPAASYSINIT: MOV AX,8000H;系統(tǒng)初始化子程序 OUT 23H,AL;擴(kuò)展

8、IO使能 XCHG AL,AH OUT 22H,AL OUT 22H,AX MOVDX,0F822H;初始化管腳配置P2CFG，配置CS0# MOVAL,70H OUTDX,AL MOVDX,0F824H;初始化管腳配置P3CFG,配置主片IRQ7 MOVAL,0B2H OUTDX,AL MOVDX,0F832H;初始化管腳配置INTCFG MOVAL,0AH OUTDX,AL MOVDX,0F834H;初 MOVAL,15H;將GATE1接VCC OUTDX,AL RET CODE ENDS END START用萬用表測量TLC7528的輸出電壓（“OUT1”），調(diào)節(jié)電位器使其為0V。2、鋸

9、齒波：DA1_ADDR EQU0640HDA2_ADDR EQU0641HSTACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART: CALL SYSINIT;調(diào)用系統(tǒng)初始化子程序 MOVAL,00HAGAIN: MOVDX,DA1_ADDR OUTDX,AL INCAL JMPAGAINSYSINIT: ;系統(tǒng)初始化子程序,同上 RETCODE ENDS END START3、三角波DA1_ADDR EQU0640HDA2_ADDR EQU0641HSTACK1 SEGMENT STACK DW

10、 256 DUP(?)STACK1 ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART: CALL SYSINIT;調(diào)用系統(tǒng)初始化子程序CC: MOVAL,00HAA: mov dx,0640hOUTdx,AL CMPAL,0FF INCAL JNZAABB:DECAL OUTdx,AL CMPAL,00H JNZBB JMPCCSYSINIT: ;系統(tǒng)初始化子程序,同上 RET CODE ENDS END START4、方波：DA1_ADDR EQU0640HDA2_ADDR EQU0641HSTACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK

11、1 ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART: CALL SYSINIT;調(diào)用系統(tǒng)初始化子程序AA: MOV AL,00H mov dx,0640h OUTdx,AL CALLDELAY 1 MOVAL,0FFH OUTdx,AL CALLDELAY 2 JMPAADELAY 1: MOV CX,00FFHBB: MOV AX,000FHCC: DEC AXJNZCCLOOP BBRETDELAY2: MOVCX,01FFHFF: MOVAX,000FHEE: DECAXJNZEELOOPFF RETSYSINIT: ;系統(tǒng)初始化子程序,同上 RET CODE

12、ENDS END START5、正弦波：DA1_ADDR EQU0640HDA2_ADDR EQU0641HSTACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSdata segmentorg 500hdb 080h,096h,0abh,0c0h,0d2h,0e2h,0eeh,0f8h,0feh,0ffhdb 0feh,0f8h,0eeh,0e2h,0d2h,0d2h,0c0h,0abh,096h,080hdb 069h,054h,03fh,02dh,01dh,011h,007h,001h,0hdb 01h,07h,011h,1dh,2dh,3fh,54h,

13、69hdata endsCODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART: mov ax,data mov ds,ax CALL SYSINITaa: mov di,0500h mov cx,024hbb: mov al,di MOVDX,DA1_ADDR OUTDX,AL inc di loop bb JMPaaSYSINIT: ;系統(tǒng)初始化子程序,同上 RET CODE ENDS END START實(shí)驗(yàn)二 A/D 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)A/D 轉(zhuǎn)換器原理及接口方法，并掌握ADC0809 芯片的使用二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC 機(jī)一臺(tái)， TD-ACS 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套或“TD-ACC+實(shí)驗(yàn)

14、系統(tǒng)一套i386EX 系統(tǒng)板一塊”。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編寫實(shí)驗(yàn)程序，將信號(hào)源產(chǎn)生的方波作為ADC0809 的模擬量輸入，并將轉(zhuǎn)換所得的8位數(shù)字量送TLC7528進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換輸出。四、實(shí)驗(yàn)原理ADC0809 芯片主要包括多路模擬開關(guān)和A/D 轉(zhuǎn)換器兩部分，其主要特點(diǎn)為：單電源供電、工作時(shí)鐘CLOCK 最高可達(dá)到1200KHz、8 位分辨率，8 個(gè)單端模擬輸入端，TTL 電平兼容等，可以很方便地和微處理器接口。TD-ACC+ (或TD-ACS)教學(xué)系統(tǒng)中的ADC0809 芯片，其輸出八位數(shù)據(jù)線以及CLOCK 線已連到控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)線及系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)鐘1MCLK(1MHz)上。其它控制線根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求可另外連

15、接 (A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0IN7)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求，可以設(shè)計(jì)出如圖3-2 所示的實(shí)驗(yàn)線路圖。圖3-2上圖中，AD0809 的啟動(dòng)信號(hào)“STR”是由控制計(jì)算機(jī)定時(shí)輸出方波來實(shí)現(xiàn)的?！癘UT1”表示386EX 內(nèi)部1定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期定時(shí)器時(shí)常，系統(tǒng)定時(shí)器定時(shí)10ms輸出方波信號(hào)啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換器。圖中ADC0809 芯片輸入選通地址碼A、B、C 為“1”狀態(tài)，選通輸入通道IN7?！癐RQ7”表示386EX 內(nèi)部主片8259 的7號(hào)中斷，用作采樣中斷。參考流程如圖3-3所示： 圖3-3系統(tǒng)初始化子程序：SYSINIT: MOV AX,8000H OUT 2

16、3h,AL;擴(kuò)展IO使能 XCHG AL,AH OUT 22H,AL OUT 22H,AX MOVDX,0F822H;初始化管腳配置P2CFG，配置CS0# MOVAL,70H OUTDX,AL MOVDX,0F824H;初始化管腳配置P3CFG,配置主片IRQ7 MOVAL,0B2H OUTDX,AL MOVDX,0F832H;初始化管腳配置INTCFG MOVAL,0AH OUTDX,AL MOVDX,0F834H;初始化管腳配置TMRCFG MOVAL,15H;將GATE1接VCC OUTDX,AL MOVAL,11H;初始化主片8259 OUT20H,AL MOVAL,08H OUT2

17、1H,AL MOVAL,04H OUT21H,AL MOVAL,01H OUT21H,AL MOVAL,6FH;寫主片8259的中斷屏蔽字，允許主片的IRQ7(用戶程序使用)和IRQ4(系統(tǒng)通訊用) OUT21H,AL MOVAL,11H;初始化從片8259 OUT0A0H,AL MOVAL,30H OUT0A1H,AL MOVAL,02H OUT0A1H,AL MOVAL,01H OUT0A1H,AL MOVAL,0FFH OUT0A1H,AL RET五、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果： (1) 按圖3-2 接線 (注意：圖中畫“o”的線需自行連接)，連接好后，請(qǐng)仔細(xì)檢查，無錯(cuò)誤后方可開啟設(shè)備電源。(2)

18、打開聯(lián)機(jī)操作軟件，參照流程圖3-3，在編輯區(qū)編寫實(shí)驗(yàn)程序。檢查無誤后編譯、鏈接、裝載程序。(3)運(yùn)行程序。通過示波器觀察輸入和輸出波形。實(shí)驗(yàn)三 純比例調(diào)節(jié)器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜ぜ儽壤{(diào)節(jié)器工作原理，學(xué)習(xí)純比例調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC 機(jī)一臺(tái)， TD-ACS 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套或“TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套i386EX 系統(tǒng)板一塊”。三、實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容圖 3-4圖3-4 是一個(gè)比例閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖，其硬件電路原理及接線圖可設(shè)計(jì)如下，圖中畫“”的線需在實(shí)驗(yàn)中自行接好，對(duì)象需在運(yùn)放單元搭接。圖3-5上圖中，控制計(jì)算機(jī)的“OUT1”表示386EX 內(nèi)部1定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期定時(shí)器

19、時(shí)常，“IRQ7”表示386EX 內(nèi)部主片8259 的7 號(hào)中斷，用作采樣中斷。這里，系統(tǒng)誤差信號(hào)E 通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元“IN7”端輸入，控制計(jì)算機(jī)的定時(shí)器作為基準(zhǔn)時(shí)鐘 (初始化為10ms)，定時(shí)采集“IN7”端的信號(hào)，并通過采樣中斷讀入信號(hào)E 的數(shù)字量，并進(jìn)行比例計(jì)算，得到相應(yīng)的控制量，再把控制量送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，由“OUT1”端輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)，來控制對(duì)象系統(tǒng)?？刂茖?shí)驗(yàn)的參考程序流程圖如圖3-6所示。 圖3-6五、實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果：記錄各種情況下性能指標(biāo)最好的系統(tǒng)輸出波形，以及穩(wěn)態(tài)誤差、調(diào)整時(shí)間，超調(diào)量等系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)四 PID控制器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜?shù)字PID工作原

20、理，學(xué)習(xí)PID調(diào)節(jié)器參數(shù)整定方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC 機(jī)一臺(tái)， TD-ACS 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套或“TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套i386EX 系統(tǒng)板一塊”。三、實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容在模擬調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，PID 算法表達(dá)式為：其中：kp為比例系數(shù)，TI是積分時(shí)間常數(shù)，TD是微分時(shí)間常數(shù)。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，離散的數(shù)字PID 算法可以表示為位置式PID 控制算式，或增量式PID控制算式。增量式PID 控制算式為：其中： = KP +KI+KD= KP +2KD= KDT：采樣周期，k：采樣序號(hào)，u (k)：第k 次采樣調(diào)節(jié)器輸出，e (k)：第k 次采樣誤差值。圖3-7 是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖，其硬件電路原理及接線圖可

21、設(shè)計(jì)如下，圖中畫“”的線需在實(shí)驗(yàn)中自行接好，對(duì)象需在運(yùn)放單元搭接。圖 3-7圖3-8（同圖3-5）圖3-8中，控制計(jì)算機(jī)的“OUT1”表示386EX 內(nèi)部1定時(shí)器的輸出端，定時(shí)器輸出的方波周期定時(shí)器時(shí)常，“IRQ7”表示386EX 內(nèi)部主片8259 的7 號(hào)中斷，用作采樣中斷。這里，系統(tǒng)誤差信號(hào)E 通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元“IN7”端輸入，控制機(jī)的定時(shí)器作為基準(zhǔn)時(shí)鐘(初始化為10ms)，定時(shí)采集“IN7”端的信號(hào)，并通過采樣中斷讀入信號(hào)E 的數(shù)字量，并進(jìn)行PID計(jì)算，得到相應(yīng)的控制量，再把控制量送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，由“OUT1”端輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)，來控制對(duì)象系統(tǒng)。參考程序流程圖如圖3-9所示。圖3-9為了便于實(shí)驗(yàn)參數(shù)的調(diào)整，下面討論P(yáng)