智能儀器實驗指導書

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上智能儀器實驗報告實驗項目 實驗時間 同組同學 班級 學號 姓名 2014年4月實驗一 多路巡回數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一、實驗目的1學習模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換的工作原理。 2掌握芯片ADC0809與微控制器接口電路的設計方法。 3掌握芯片ADC0809的程序設計方法。 二、實驗設備 1實驗用到的模塊有“SMP-201 8051模塊”、 “SMP-204 譯碼模塊”、“SMP-101 8位A/D模塊”、“SMP-401 靜態(tài)顯示模塊”。2短的20P、40P數(shù)據(jù)線各一根。3長的一號導線3根，轉(zhuǎn)接線一根。三、實驗原理ADC0809芯片是一種8位采用逐次逼近式工作的轉(zhuǎn)換器件。它帶有8路

2、模擬開關，可進行8路模/數(shù)轉(zhuǎn)換，通過內(nèi)部3-8譯碼電路進行選通。 啟動ADC0809的工作過程：先送信道號地址到A、B、C三端，由ALE信號鎖存信道號地址，選中的信道的模擬量送到A/D轉(zhuǎn)換器，執(zhí)行語句 MOVX DPTR，A產(chǎn)生寫信號，啟動A/D轉(zhuǎn)換。當A/D轉(zhuǎn)換結束時，ADC0809的EOC端將上升為高電平，執(zhí)行語句MOVX A，DPTR產(chǎn)生讀信號，使OE有效，打開鎖存器三態(tài)門，8位數(shù)據(jù)就讀到CPU中，A/D轉(zhuǎn)換結果送顯示單元。編程時可以把EOC信號作為中斷請求信號，對它進行測試，用中斷請求或查詢法讀取轉(zhuǎn)換結果。實驗原理參考圖1-1。圖1-1 多路巡回數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實驗原理圖本實驗中ADC

3、0809的8位模擬開關譯碼地址為： IN0= 8800H IN1= 8801H IN2= 8802H IN3= 8803H IN4= 8804H IN5= 8805H IN6= 8806H IN7= 8807H 四、實驗內(nèi)容步驟 1將“SMP-201 8051模塊”和 “SMP-204 譯碼模塊”分別插放到“SMP-2 主控制器單元”掛箱的CPU模塊接口和譯碼模塊接口上，將“SMP-101 8位并行AD模塊”插放到“SMP-1 信號轉(zhuǎn)換單元”掛箱的A/D轉(zhuǎn)換模塊接口上，將“SMP-401 靜態(tài)顯示模塊”插放到“SMP-4鍵盤與顯示單元”的顯示模塊接口上。2用20p的數(shù)據(jù)線將“SMP-2 控制器

4、單元”掛箱的J7和“SMP-1 信號轉(zhuǎn)換單元”掛箱的J1相連，用40P的數(shù)據(jù)線將“SMP-2 控制器單元”掛箱的J8和“SMP-1 信號轉(zhuǎn)換單元”掛箱的J2相連，再用一號導線將“SMP-201 8051模塊”上的P1.0、P1.1分別和“SMP-401 靜態(tài)顯示模塊”的DATA、CLK相連，“SMP-201 8051模塊”上的P1.2和“SMP-101 8位并行A/D模塊”的/0809INT相連。3用短路帽端接“SMP-204 譯碼模塊”的J1的2、3端，J2的2、3端，J3的1、2端，用短路帽短接“SMP-101 8位并行AD轉(zhuǎn)換模塊”中的J1的2、3端。4將實驗屏上的0-30V直流穩(wěn)壓電源

5、（調(diào)節(jié)旁邊的“調(diào)節(jié)電位器”，使其幅度為零）接入到“SMP-101 8位AD轉(zhuǎn)換模塊”的CH0；5安裝好仿真器，用串行數(shù)據(jù)通信線連接計算機與仿真器，把仿真頭插到“SMP-201 8051模塊”的單片機插座中；6檢查上述模塊及接線無誤后，打開電源開關，打開仿真器電源；7啟動計算機，打開偉福仿真軟件，進入仿真環(huán)境。選擇仿真器型號、仿真頭型號、CPU類型；選擇計算機通信端口，測試串行口。8打開文件夾“實驗程序”下的“8051程序”中的“0809顯示.c”源程序，運行程序，通過調(diào)節(jié)電位器改變直流穩(wěn)壓電源的輸出幅度05V（最大值為+5V），則顯示的數(shù)值為模擬信號經(jīng)CH0通道AD轉(zhuǎn)換后所得數(shù)值（范圍為00H

6、0FFH）9.將實驗屏上的0-30V直流穩(wěn)壓電源（調(diào)節(jié)旁邊的“調(diào)節(jié)電位器”，使其幅度為零）并聯(lián)接入到“SMP-101 8位AD轉(zhuǎn)換模塊”的CH0CH7，修改程序，進行標度變換使其顯示值和實驗屏上的0-30V直流穩(wěn)壓電源一致，編譯無誤后，使其分時按下述格式顯示各路數(shù)據(jù)。格式為:ABB.C ，其中A為第幾路通道，BB.C為所測電壓值。五、實驗參考程序（見“實驗程序”下的“8051程序”中的“0809顯示.c”源程序六、實驗報告1畫出程序流程圖。2用c語言編制實驗程序。 3.調(diào)試結果分析實驗二 溫度測量一、 實驗目的 了解常用的集成溫度傳感器（AD590）基本原理、性能；掌握測溫方法以及數(shù)據(jù)采集和線

7、性標度變換程序的編程方法。二、 實驗儀器 智能調(diào)節(jié)儀、PT100、AD590、溫度源、溫度傳感器模塊，傳感器實驗箱（一）；“SMP-201 8051模塊”、 “SMP-204 譯碼模塊”、“SMP-101 8位A/D模塊”、“SMP-401 靜態(tài)顯示模塊”。三、 實驗原理 集成溫度傳感器AD590是把溫敏器件、偏置 電路、放大電路及線性化電路集成在同一芯片上的溫度傳感器。其特點是使用方便、外圍電路簡單、性能穩(wěn)定可靠；不足的是測溫范圍較小、使用環(huán)境有一定的限制。AD590能直接給出正比于絕對溫度的理想線性輸出，在一定溫度下，相當于一個恒流源，一般用于50150之間溫度測量。溫敏晶體管的集電極電流

8、恒定時，晶體管的基極-發(fā)射極電壓與溫度成線性關系。為克服溫敏晶體管Ub電壓生產(chǎn)時的離散性、均采用了特殊的差分電路。本實驗儀采用電流輸出型集成溫度傳感器AD590，在一定溫度下，相當于一個恒流源。因此不易受接觸電阻、引線電阻、電壓噪聲的干擾，具有很好的線性特性。AD590的靈敏度（標定系數(shù)）為1A/K，只需要一種4V30V電源（本實驗儀用+5V），即可實現(xiàn)溫度到電流的線性變換，然后在終端使用一只取樣電阻（本實驗中為傳感器調(diào)理電路單元中R2=100）即可實現(xiàn)電流到電壓的轉(zhuǎn)換，使用十分方便。電流輸出型比電壓輸出型的測量精度更高。在實驗一的基礎上進行電壓測量、標定、線性變換，最后顯示出對應溫度。圖2-

9、1 溫度傳感器模塊原理圖四、實驗內(nèi)容與步驟 1參考“附錄實驗 PT100溫度控制實驗”，將溫度控制在500C，在另一個溫度傳感器插孔中插入集成溫度傳感器AD590。2將±15V直流穩(wěn)壓電源接至實驗箱(一)上，溫度傳感器實驗模塊的輸出Uo2接實驗臺上直流電壓表。3按圖2-1接線，并將AD590引線的紅色端接“溫度傳感器模塊”的a1，藍色端接“溫度傳感器模塊”的b1，并從實驗臺上接+5V電源到a1端。調(diào)節(jié)RW2大約在中間位置，用實驗臺上“直流電壓表”的20V檔測量“溫度傳感器模塊”的“Uo2”端，再調(diào)節(jié)電位器Rw1使直流電壓表顯示為零。 5按照圖將信號引到差動放大器的輸入Ui，記下模塊輸

10、出Uo2的電壓值。6升高溫度源的溫度每隔50C記下Uo2的輸出值。直到溫度升至1200C。并將實驗結果填入表2-1。7.按照實驗1的1-5步驟搭建單片機AD轉(zhuǎn)換電路，將模塊輸出電壓Uo2接入到“SMP-101 8位AD轉(zhuǎn)換模塊”的CH0；8.編寫數(shù)據(jù)采集程序及標度變換程序，并進行調(diào)試，檢驗程序的測量結果是否與溫度源給定的溫度一致。（數(shù)據(jù)采集程序及硬件電路參考“實驗一”的結果，線性標度變換公式參考教材中的“標度變換”一節(jié)）五、實驗報告1由記錄的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)計算在此范圍內(nèi)整個測溫系統(tǒng)的靈敏度，并畫出標定出的擬合直線。（端基法）表2-1 溫度與輸出電壓關系T（）Uo2（V）2由表2-1記錄的數(shù)據(jù)計算在此

11、范圍內(nèi)集成溫度傳感器的非線性誤差。3畫出程序流程圖。4用c語言編制實驗程序。5.調(diào)試結果分析實驗三 轉(zhuǎn)速測量（霍爾測速實驗）一、實驗目的了解霍爾組件的應用測量轉(zhuǎn)速；掌握用單片機測量轉(zhuǎn)速的編程方法。二、實驗儀器傳感器實驗箱（一）、霍爾傳感器、+5V、0-30V直流電源、轉(zhuǎn)動源、頻率/轉(zhuǎn)速表；“SMP-201 8051模塊”、 “SMP-401 靜態(tài)顯示模塊”。三、實驗原理利用霍爾效應表達式：UHKHIB，當被測圓盤上裝上N只磁性體時，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周磁場變化N次，每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢就同頻率相應變化，輸出電勢通過放大、整形和計數(shù)電路就可以測出被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。利用實驗儀上電位器輸出可調(diào)電壓，控制直流電機

12、。調(diào)節(jié)輸出電壓值，改變電機轉(zhuǎn)速，用單片機內(nèi)的計數(shù)器測量轉(zhuǎn)速傳感器霍爾傳感器的輸出脈沖信號頻率，計算電機轉(zhuǎn)速。四、實驗內(nèi)容與步驟1安裝根據(jù)圖3-1，霍爾傳感器已安裝于傳感器支架上，且霍爾組件正對著轉(zhuǎn)盤上的磁鋼。圖3-12將+5V電源接到傳感器實驗箱（一）上“霍爾轉(zhuǎn)速傳感器”的“+5V輸入”插座中，“霍爾”輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表（切換到測轉(zhuǎn)速位置）?！?-30V”直流穩(wěn)壓電源接到“轉(zhuǎn)動源”的“轉(zhuǎn)動電源”輸入端（輸出電壓調(diào)到零）。3合上實驗臺上電源，調(diào)節(jié)0-30V輸出，可以觀察到轉(zhuǎn)動源轉(zhuǎn)速的變化。4. 頻率測量用到的模塊有“SMP-201 8051模塊”，將“霍爾”輸出接至8051的T0端，編寫頻率測

13、量程序，并調(diào)試程序，檢查測量結果是否與頻率/轉(zhuǎn)速表結果一致。（借鑒實驗一相關電路和編程）五、實驗報告1分析霍爾組件產(chǎn)生脈沖的原理。2畫出程序流程圖。3用c語言編制實驗程序。4.調(diào)試結果分析實驗四 自動量程切換一、實驗目的1. 了解儀器量程的概念，量程切換原理。2. 了解多路開關在模擬量輸入通道中的應用。3. 掌握實現(xiàn)自動量程切換的硬件電路和編程方法。二、實驗原理與要求用電位器調(diào)整輸入電壓值，利用實驗板上的AD774 A/D轉(zhuǎn)換器、多路模擬開關MPC508和可編程增益放大器AD526和C8051單片機構成單路電壓測量系統(tǒng)，對輸入電壓進行測量。 圖4-1 自動量程切換實驗原理圖對輸入電壓的量程判斷

14、是通過不斷改變可編程增益放大器AD526的增益實現(xiàn)的。AD526通過編程可輸出1、2、4、8、16五檔不同的增益，本實驗取其增益為1。實驗中AD774輸入電壓為10V那么經(jīng)衰減后的電壓應該在0-10。取衰減電阻網(wǎng)絡中的電阻分別為1K、1K、2K，可以實現(xiàn)三個量程的切換。假設輸入信號在0-40V內(nèi)（根據(jù)實驗臺條件提供），則0-10V范圍的電壓不需要衰減，10-20V范圍的電壓需要衰減一半，20-40V范圍內(nèi)的輸入電壓需要衰減為原值的1/4。實驗中，我們假設輸入電壓分別為6V、12V、24V，編寫具有自動量程切換功能的電壓測量程序，將采集的電壓值以數(shù)字量形式存于內(nèi)存中。來觀察內(nèi)存中相應的量程和AD

15、轉(zhuǎn)換結果。三、實驗內(nèi)容及說明實驗電路圖請參考實驗指導書附錄中的“12位并行AD模塊”部分（圖4-2所示），1 8通道多路開關MPC508在此模塊中，MPC508（U1）為8通道多路開關，其引腳圖如圖8-2及主要功能說明如下：INn(n=18)為8通道模擬量輸入端，A0、A1、A2為通道選擇控制端，EN為使能端，它們之間的關系見真值表8-1所示。要訪問MPC508多路開關，只要對端口地址（8C00H8CFFH范圍中的一個地址）寫入相應的數(shù)據(jù)，從而選通相應的通道。表4-1 MPC508通道選擇2 可編程增益放大器AD526 AD526（U2）為可編程增益放大器， A2、A1、A0、B四端為控制增益

16、的代碼輸入端，、為使能端，VIN端為信號輸入端，VOUT端為信號輸出端，它們之間的關系見真值表4-2，通過編程可以很方便的設置1、2、4、8、16不同的增益。 要訪問AD526可編程增益放大器，只要對端口地址（8B00H8BFFH范圍中的一個地址）寫入相應的數(shù)據(jù)，從而選擇對信號不同的放大倍數(shù)。 表4-2 AD526增益設置控制3 A/D轉(zhuǎn)換器AD774BAD774B（U5）為12位逐次逼近型快速A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度最大為8S，引腳說明如下：數(shù)字邏輯部分電源+5V。12/：數(shù)據(jù)輸出格式選擇信號引腳。當12/=1（+5V）時，雙字節(jié)輸出，即12位數(shù)據(jù)同時有效輸出，當12/=0（0V）時，為單字

17、節(jié)輸出，即只有高8位或低4位有效。：片選信號端，低電平有效。：字節(jié)選擇控制線。R/：讀數(shù)據(jù)/轉(zhuǎn)換控制信號，當R/=1，ADC轉(zhuǎn)換結果的數(shù)據(jù)允許被讀出；當R/=0時，則允許啟動A/D轉(zhuǎn)換。CE：啟動轉(zhuǎn)換信號，高電平有效。、：模擬部分供電的正電源和負電源，為或。REF OUT：10V內(nèi)部參考電壓輸出端。REF IN：內(nèi)部解碼網(wǎng)絡所需參考電壓輸入端。REF OFF：補償調(diào)整。接至正負可調(diào)的分壓網(wǎng)絡，以調(diào)整ADC輸出的零點。10、10：模擬量10V，20V量程的輸入端口，信號的一端接至AG引腳。DGND：數(shù)字公共端（數(shù)字地）。AGND：模擬公共端（模擬地）。：數(shù)字量輸出。STS： 輸出狀態(tài)信號引腳。轉(zhuǎn)

18、換開始時，STS達到高電平， 轉(zhuǎn)換過程中保持高電平。轉(zhuǎn)換完成時返回到低電平。STS可以作為狀態(tài)信息被CPU查詢，也可以用它的下降沿向CPU發(fā)中斷申請，通知A/D轉(zhuǎn)換已完成，CPU可以讀取轉(zhuǎn)換結果。四、實驗步驟1 本實驗需要用到的實驗模塊包括：“SMP-102 12位并行AD模塊”，“SMP-202 C8051模塊” ，“SMP-204 譯碼模塊”。2 把上述模塊分別插放到相應的實驗掛箱所在位置。3 在確保上述模塊插放無誤后，用扁平信號線連接“SMP-1 信號轉(zhuǎn)換單元”掛箱的“J2”與“SMP-2 控制器單元”掛箱的“J8”；“SMP-1 信號轉(zhuǎn)換單元”掛箱的“J1”與“SMP-2 控制器單元”

19、掛箱的“J7”。4 將“SMP-2 控制器單元”掛箱的“切換模塊”切換到下列狀態(tài)：SW1（全部OFF），SW2（全部OFF），SW3（全部OFF），SW4（全部OFF）。5 將“SMP204 譯碼模塊”上的插針J1的2、3用短路帽短接，J2的2、3用短路帽短接，J3的1、2用短路帽短接，給系統(tǒng)上電。6 在“SMP-102 12位并行AD模塊”的“CH0”和“CH1”處接入2K電阻，“CH1”和“CH2”處接入1K電阻，“CH2”和GND處接入1K電阻。7 打開“實驗程序/C8051實驗程序/多路開關”文件夾下SWITCH.wsp和GAIN.wsp項目文件，閱讀、分析、理解程序，參照圖4-3所示

20、流程圖，用C語言編寫多量程切換程序。用適配器連接PC機和系統(tǒng)MCU，編譯、生成項目、下載程序； 8 在“SMP-102 12位并行AD模塊”的“CH0”接入6V輸入電壓。在程序中的設置斷點，全速運行程序到每個斷點處。觀察“SMP-102 12位并行AD模塊”上的A0A1處的通道選擇指示燈的變化情況，并觀察調(diào)試軟件AD轉(zhuǎn)換后所得數(shù)值。 9 依次在“SMP-102 12位并行AD模塊”的“CH0”接入 12V、24V的電壓信號，重復上述實驗步驟8。 圖4-2 12位并行AD模塊圖4-3 量程切換程序流程圖五、實驗報告1用c語言編制實驗程序。2. 調(diào)試結果分析 附錄實驗 PT100溫度控制實驗一、實

21、驗目的了解PID智能模糊+位式調(diào)節(jié)溫度控制原理。二、實驗儀器智能調(diào)節(jié)儀、PT100、溫度加熱源。三、實驗原理位式調(diào)節(jié)位式調(diào)節(jié)（ON/OFF）是一種簡單的調(diào)節(jié)方式，常用于一些對控制精度不高的場合作溫度控制，或用于報警。位式調(diào)節(jié)儀表用于溫度控制時，通常利用儀表內(nèi)部的繼電器控制外部的中間繼電器再控制一個交流接觸器來控制電熱絲的通斷達到控制溫度的目的。PID智能模糊調(diào)節(jié)PID智能溫度調(diào)節(jié)器采用人工智能調(diào)節(jié)方式，是采用模糊規(guī)則進行PID調(diào)節(jié)的一種先進的新型人工智能算法，能實現(xiàn)高精度控制，先進的自整定（AT）功能使得無需設置控制參數(shù)。在誤差大時，運用模糊算法進行調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當誤差趨小時

22、，采用PID算法進行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優(yōu)化，具有無超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡單等特點。溫度控制基本原理由于溫度具有滯后性，加熱源為一滯后時間較長的系統(tǒng)。本實驗儀采用PID智能模糊+位式雙重調(diào)節(jié)控制溫度。用報警方式控制風扇開啟與關閉，使加熱源在盡可能短的時間內(nèi)控制在某一溫度值上，并能在實驗結束后通過參數(shù)設置將加熱源溫度快速冷卻下來，可以節(jié)約實驗時間。當溫度源的溫度發(fā)生變化時，溫度源中的熱電阻Pt100的阻值發(fā)生變化，將電阻變化量作為溫度的反饋信號輸給PID智能溫度調(diào)節(jié)器，經(jīng)調(diào)節(jié)器的電阻-電壓轉(zhuǎn)換后與溫度設定值比較再進行數(shù)字PID運算輸出可控硅觸發(fā)信號（加熱

23、）和繼電器觸發(fā)信號（冷卻），使溫度源的溫度趨近溫度設定值。PID智能溫度控制原理框圖如圖5-1所示。圖5-1 PID智能溫度控制原理框圖三、 實驗內(nèi)容與步驟1將加熱源箱子和實驗臺按圖5-2接線。2. 打開屏上的電源和智能調(diào)節(jié)儀的電源，以及加熱箱的加熱開關。3按住約3秒，PV 窗口顯示“”進入智能調(diào)節(jié)儀參數(shù)設定，繼續(xù)按鍵，PV窗口顯示各個參數(shù)，SV窗口顯示對應參數(shù)的值，按“”可改變參數(shù)值小數(shù)點位置，按、可改變SV窗口參數(shù)的值。各個參數(shù)的值可按下表5-1設置表5-1AL1給定溫度值dp1AL2給定溫度值P_SH200P不用設P_SL0I不用設OUTL0d不用設OUTH200AtOnALP11t2A

24、LP22Hy0.5COOL0Hy-10.1OPPO100Hy-20.1LOCK0Pb0SnPt1FILT20OP_AZero4設定好參數(shù)值，回到初始測量狀態(tài)。按鍵一秒使PV窗口顯示SP，按或鍵可修改SV窗口的給定值，按“”鍵可改變小數(shù)點位置。這里先設置為50.0。5按住“”鍵3秒不放，再進入?yún)?shù)設定狀態(tài)，按3的說明設定ALM1為50.0、ALM2為50.0。6經(jīng)過一段時間就可以將溫度源的溫度控制在500C左右。7重復第4步和第5步，將給定值和上、下限報警值改為55，經(jīng)過幾個周期的振蕩，可將溫度源的溫度穩(wěn)定在新的給定值550C。表5-2參數(shù)參數(shù)含義說 明設置范圍實設定值ALM1上限報警測量值大于

25、ALM1+Hy值時將產(chǎn)生上限報警。測量值小于ALM1-Hy時儀表解除上限報警，設置ALM1到其最大值（9999）可避免產(chǎn)生報警作用。-1999-+9999或1定義單位給定值ALM2下限報警測量值小于ALM2-Hy值時將產(chǎn)生下限報警。測量值大于ALM2+Hy時儀表解除下限報警，設置ALM1到其最大值（9999）可避免產(chǎn)生報警作用。同上給定值Hy-1正偏差報 警采用人工智能調(diào)節(jié)時，當偏差（測量值PV減給定值SV）大于Hy-1+Hy時產(chǎn)生正偏差報警。當偏差小于Hy-1-Hy時正偏差報警解除。設置Hy-1=9999，正偏差報警功能被取消。0-99990C或1定義單位0.1Hy-2負偏差報 警采用人工智

26、能調(diào)節(jié)時，當偏差（測量值PV減給定值SV）大于Hy-2+Hy時產(chǎn)生負偏差報警。當偏差小于Hy-2-Hy時負偏差報警解除。設置Hy-2=9999，負偏差報警功能被取消。同上0.1Hy回差（死區(qū)、滯環(huán)）回差用于避免因測量輸入值波動而導致位式調(diào)節(jié)頻繁通斷或報警頻繁/解除。0-20000C或1定義單位0.5FILT測量采樣的軟件濾波常數(shù)20I保持參數(shù)I、P、d、t等參數(shù)為人工智能調(diào)節(jié)算法的控制參數(shù)I參數(shù)值主要決定調(diào)節(jié)算法中積分的作用，和PID調(diào)節(jié)的積分時間類同。0-9999或1定義單位自動設置P速率參數(shù)P值類似PID調(diào)節(jié)器的比例帶，但變化相反，P值越大，比例、微分作用成正比例增強，而P值越小，比例、微分作用相應減弱。1-9999自動設置d滯后時間滯后時間參數(shù)d是人工智能算法相對標準PID算法而引進的新的重要參數(shù)，本表根據(jù)d參數(shù)來進行一些模糊規(guī)則運