計算機控制技術(shù)試驗指導(dǎo)書

1、常熟理工學(xué)院電氣與自動化工程學(xué)院計算機控制技術(shù)實驗指導(dǎo)書2014年3月實驗一模/數(shù)轉(zhuǎn)換實驗一、實驗?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與單片機的接口方法及C語言編程方法。二、實驗器材1、PC機一臺；2、QTH-2008XS下載式單片機實驗儀一臺；Zigbee模塊、ADC/I/O 模塊、 ZYMCU02主機模塊、顯示與鍵盤模塊3、萬用表一塊；4、單片機程序下載器一塊；5、導(dǎo)線若干。三、實驗原理及步驟.實驗原理在工業(yè)控制中，被控制或被測量對象的有關(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

2、數(shù)字量后才能 輸入到計算機進行處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）就是實現(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。實驗儀中 ADC0809芯片與單片機接口電路如圖1-1 所示。工作過程：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路進入8位A/D轉(zhuǎn)換器；在地址鎖存允許ALE引腳和啟動信號START 引腳加一個正脈沖，啟動A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束時，ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC 引腳發(fā)出一個正脈沖，A/D轉(zhuǎn)換值由三態(tài)鎖存輸出緩

3、沖器暫存；在單片機發(fā)來輸 出允許控制信號OE后，三態(tài)門打開，A/D轉(zhuǎn)換值經(jīng)D7D0進入單片機端口， 完成一次A/D轉(zhuǎn)換全過程。P1.0P11AT89S51P1.2P1.3P1.4P00, P1.5P1.6P207P1.7P3.2P3.0P3.1P3.5P3.6P3.7ALED0D1ADC0809D2D3IN1D4D5D6D7VccEOCegSTARTALEOEAGNDREFCCLKo Vin1-o Vcch1LED4H.A LED顯示器 LED4818-，81圖1-1實驗儀中ADC0809芯片與單片機接口電路.實驗內(nèi)容及步驟(1)硬件連線在實驗臺上從左向右依次排列 Zigbee模塊、ADC/I

4、/O 模塊、ZYMCU02主 機模塊、顯示與鍵盤模塊，參照圖1-1,按下表所示連接線路。Zigbee模塊ADC/I/O模塊8位并行ADZYMCU02主機模塊顯示與鍵盤模塊VinIN1ADD_AP3.5ADD_BP3.6ADD_CP3.7STP3.0OCP3.2OEP3.1CLK1ALEP00.7LED4-H.AP20.7LED4-8.1OUT8.1P10.7以上四個模塊的電源接口分別與主臺體上的電源接口 一一對應(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語言編寫程序段，將電壓

5、信號發(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)將萬用表接在電壓信號發(fā)生器電壓輸出端，通過萬用表觀察并記錄當(dāng)輸入電壓(Vin)為 0V、0.5V、IV、1.5V、2V、2.5V、3V 時，LED 的顯示 結(jié)果。將實驗數(shù)據(jù)填入下表。輸入電壓0 V0.5V1V1.5V2V2.5 V3V理論計算結(jié) 果LED顯示結(jié) 果四、實驗報告要求1、實驗報告書寫的程序完整清晰。2、思考題：(1)實驗前事先用C語言編寫程序段，與提供的顯示程序段配合使用形成 完整的程序，實現(xiàn)ADC0809通道1持續(xù)地采樣顯示。(2)在A/D實驗中

6、比較理論計算結(jié)果和LED顯示輸出結(jié)果，并分析原因,實驗二數(shù)/模轉(zhuǎn)換實驗、實驗?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 DAC0832與單片機的接口方法及 C語言編程方法。二、實驗器材1、PC機一臺；2、ZY12805B傳感器檢測技術(shù)綜合實驗臺上的ADC/I/O 模塊、ZYMCU02主機模塊；3、示波器一臺；4、單片機程序下載器一臺；5、導(dǎo)線若干。三、實驗原理及步驟.實驗原理在工業(yè)控制中，計算機處理的結(jié)果常常需要轉(zhuǎn)換為模擬信號，以驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)， 實現(xiàn)對被控對象的控制。這種將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的過程稱為數(shù)/摸轉(zhuǎn)換（D/A）。DAC0832是8

7、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) 果為一對差動電流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)換時間1s,滿刻度誤差土 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，高電平有效； CS:輸入寄存器選 通信號，低電平有效； WR1：輸入寄存器寫選通信號，低電平有效； WR2: DAC寄存器寫 選通信號，低電平有效；XFER:數(shù)據(jù)傳送信號，低電平有效；VREF : D/A轉(zhuǎn)換基準電壓輸入線；Rfb:反饋信號輸入線，內(nèi)部接反饋電阻，外部通過該

8、引腳接運放輸出端。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，可通過運放將電流信號轉(zhuǎn)換為單端電壓信號輸出，作用在執(zhí)行機構(gòu)上。 實驗儀中DAC0832芯片外圍電路如圖1所示。15SS8TA圖1實驗儀中DAC0832芯片外圍電路223OCAD d 2 8 4 5 DD DD D0 12 30000 ppp P4 5 6 70000 pp p P.實驗內(nèi)容及步驟(1)硬件連線在實驗臺上排列ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機模塊，模塊之間按下表連線。ADC/I/O 模塊8位并行 DAZYMCU02主機模塊U

9、1D07P007DA1輸出以上模塊的電源接口分別與主臺體上的電源接口 一一對應(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)計程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生方波信號并在示波器上顯示出來。(一、二班同選)(3)設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生鋸齒波信號并在示波器上顯示出來。(一班選做)(4)設(shè)計程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生三角波信號并在示波器上顯示出來。(二班選做)四、實驗報告要求1、畫出產(chǎn)生的信號波形，標示周期和幅值參數(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，應(yīng)采取什么樣的硬件和軟件措施。五、實驗注意事項1、實驗操作中不要帶電插拔導(dǎo)線，

10、應(yīng)該在熟悉原理后，按照電路圖連接，檢查無誤后， 方可打開電源進行實驗。2、嚴禁將任何電源對地短路。圖3-1是直流電動機單閉環(huán)PWM波輸送給電機驅(qū)動部MCU , MCU在比較轉(zhuǎn)速設(shè) 從而對電動機速度進行控制，3-2所示。按鍵MCULED一比較放大4光電轉(zhuǎn)速傳感器+1 轉(zhuǎn)動源電機驅(qū)動實驗三電動機閉環(huán)控制實驗、實驗?zāi)康耐ㄟ^此實驗，使學(xué)生掌握用單片機產(chǎn)生PWM的原理和方法，了解如何利用單片機實現(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)的整定及對系統(tǒng)運行的影響。二、實驗器材傳感器檢測技術(shù)綜合實驗臺、ZigBee實驗?zāi)K、轉(zhuǎn)動源實驗?zāi)K、光電轉(zhuǎn)速傳感器和STC下載軟件）、導(dǎo)線。光電斷續(xù)

11、器（已裝在轉(zhuǎn)動源實驗?zāi)K上卜電腦一臺（已裝 KEIL三、實驗原理及步驟.實驗原理在工業(yè)領(lǐng)域中，很多情況下需要對電動機的轉(zhuǎn)速進行控制。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 分，光電轉(zhuǎn)速傳感器將代表直流電動機速度的脈沖信號反饋給 定值和實際值的基礎(chǔ)上，以PID控制算法來調(diào)節(jié) PWM波,LED用于顯示轉(zhuǎn)速的設(shè)定值和實際值。電機驅(qū)動模塊的原理圖如圖圖3-2電機驅(qū)動原理圖.實驗內(nèi)容及步驟（1）硬件連線在實驗臺上排列 ZigBee無線收發(fā)模塊、ZYMCU02主機模塊、顯示與鍵盤模塊，桌面擺放轉(zhuǎn)動源模塊，各模塊之間按下表連線。主臺體ZigBee無線收發(fā)模塊轉(zhuǎn)動源ZYMCU02主機模塊顯

12、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 GNW間未標小的插針P1.7P00.7LED4-H.AP20.7LED4-8.0說明：(1)直流電機轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)每分，“頻率/轉(zhuǎn)速表”打到“頻率”檔。以上模塊的電源接口分別與主臺體上的電源接口一一對應(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。P7.7與GN戈間未標示的插針與圖 3-2電機驅(qū)動原理圖中的 DAC012

13、覺相連的。(3)用C語言編寫電機轉(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控制電機轉(zhuǎn)速的硬件接線及使用見紙質(zhì)材料)將實驗數(shù)據(jù)填入下表。單片機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)日的LED顯示值穩(wěn)態(tài)時的LED顯示值轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時最大變化量轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時最大變化量四、實驗報告要求1、單片機控制直流電動機的程序流程圖以及相應(yīng)的程序完整清晰；2、思考題：通過修改程序?qū)崿F(xiàn) PID的參數(shù)可以從鍵盤接收。五、實驗注意事項1、實驗操作中不要帶電插拔導(dǎo)線，

14、應(yīng)該在熟悉原理后，按照電路圖連接，檢查無誤后, 方可打開電源進行實驗。2、嚴禁將任何電源對地短路。實驗四 組態(tài)王控制系統(tǒng)界面制作實驗?zāi)康?、掌握組態(tài)王建立工程項目的方法和過程；2、掌握組態(tài)王工具箱等的使用方法，掌握組態(tài)王制作項目界面的方法。實驗所用的設(shè)備及器材PC機一臺；實驗原理在 組態(tài)王”中，您開發(fā)的每一個應(yīng)用系統(tǒng)稱為一個項目，每個項目必須在一個獨立的目錄中，不同的項目不能共用一個目錄。項目目錄也稱為工程路徑。在每個工程路徑下， 組態(tài)王為此項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。建立新項目首先啟動組態(tài)王工程瀏覽器。工程瀏覽器運行后， 將打開你上一次工作后的項目。如果你是

15、第一次使用工程瀏覽器，默認的是組態(tài)王示例程序所在的目錄。為建立一個新項目，請執(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”對話框。在對話框中輸入工程名稱：myproj在工程描述中輸入：工程路徑自動指定為當(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，請單擊瀏覽”按鈕。 單擊 確定”。組態(tài)王將在工程路徑下生成初始數(shù)據(jù)文件。至此，新項目已經(jīng)可以開始建立了。你可以在每一個項目下建立數(shù)目不限的畫面，在下一節(jié)，我們將開始繪制第一幅畫面。在工程瀏覽器中左側(cè)的樹形視圖中選擇選擇畫面”，在右側(cè)視圖中雙擊 新建”。工程瀏覽器將運行組態(tài)王開發(fā)環(huán)境 TOUCHMAK ,彈出如下對話框

16、。 在新畫面”對話框中設(shè)置如下 圖，在對話框中單擊 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)畫面打開時，工具箱自動顯示，如果工具箱沒有出現(xiàn)，選擇菜單工具 顯示工具箱”或按F10鍵打開它。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，在畫面上繪制一個矩形作為第一個原料罐；在矩形框上單擊鼠標左鍵，在矩形框周圍出現(xiàn)8個小矩形，當(dāng)鼠標落在任一小矩形上時，按下鼠標左鍵，可以移動圖形對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，請選中此對象，然后單擊調(diào)色板窗口的第二個按鈕，再從調(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，請 先選中文本對象，然后在工具箱內(nèi)選擇改變字體選擇菜單 圖庫 刻度”，在圖庫窗口中雙擊一種豎向的刻度。在畫面上單擊鼠標