計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

第二部分肢核驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1.1A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)（1）

1.實(shí)驗(yàn)線路原理圖：見圖1—1

圖1—1

CPU的DPCLK信號(hào)與ADC0809單元電路的CLOCK相連作為ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)。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。通過電位器W”給A/D變換

器輸入-5V?+5V的模擬電壓。8253的2#口用于5ms定時(shí)輸出0UT2信號(hào)啟動(dòng)A/D變換器。

由8255UA為輸入方式。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過A口采入計(jì)算機(jī)，送到顯示器上顯示，并由

數(shù)據(jù)總線送到D/A變換器0832的輸入端。選用CPU的地址輸入信號(hào)I0Y0為片選信號(hào)（西），

XI0W信號(hào)為寫入信號(hào)（而），D/A變換器的口地址為00H。

調(diào)節(jié)隊(duì)即可改變輸入電壓，可從顯示器上看A/D變換器對(duì)應(yīng)輸出的數(shù)碼，同時(shí)這個(gè)數(shù)

碼也是D/A變換器的輸入數(shù)碼。

2.A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序流程：（見圖1—2）

對(duì)應(yīng)下面的流程，我們已編好了程序放在CPU的監(jiān)控中，可用U（反匯編）命令查看。而

且已將所有控制程序放在光盤中，供教師參考，當(dāng)然對(duì)于學(xué)生來說，應(yīng)讓其自己編寫調(diào)試。

主程序

圖1一2

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

(1)按圖1—1接線。用“短路塊”分別將U1單元中的ST與+5V短接，U4單元中的X

與+5V,Z與-5V短接。其它畫“?”的線需自行連接。示波器的CH1通道接U15單兀的OUT

端，連接好后，接通電源。

(2)對(duì)U15D/A轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行調(diào)零。

按下實(shí)驗(yàn)箱上的復(fù)位鍵，在調(diào)試窗口中出現(xiàn)“WELCOMETOYOU”后，輸入如下(參照

圖1-3）：

A2000按"Enter”鍵

0000：2000MOVAL,80按“Enter”鍵

0000：2002OUT00,AL按“Enter”鍵

0000：2004INT按“Enter”鍵

0000：2005按“Enter”鍵

G=0000：2000按“Enter”鍵

待輸入完成后，用U16單元電壓表毫伏檔監(jiān)測U15D/A轉(zhuǎn)換單元OUT端電壓，調(diào)節(jié)U15

單元103電位器使電壓表顯示“00”。

■調(diào)試窗口

>UELCOMETOYOU!

>A2000

>

>0000:2000MOVAL,80

>0000:2002OUT00,AL

>0000:2004INT

>0000:2005

>

>G=0000:2000

>

>2004CCINT

圖1一3

⑶將U4單元中W41輸出調(diào)至-5V,執(zhí)行監(jiān)控中的程序(G=FOOO：1100按“Enter”鍵)。

如果程序正確執(zhí)行，將在顯示器上顯示“00”。參見圖1―4。

■調(diào)試窗口

>WELCOMETOYOU!

>A2000

>

>0000:2000MOVAL80

>0000:2002OUT00,AL

>0000:2004INT

>0000:2005

>

>G-0000:2000

>

>2004CCINT

>G=F000:1100

>

>01

>00

>00

>00|

圖1一4

(3)將W41依次調(diào)節(jié)，用U16交/直流數(shù)字電壓表分別檢測A/D的輸入電壓和D/A的輸

出電壓。觀察顯示器，記下相應(yīng)的數(shù)碼及D/A的輸出模擬電壓，填入下表1一1。

模擬輸入電壓(V)顯示器數(shù)碼(H)模擬輸出電壓(V)

-500-5

-41A-4

-333-3

-24C-2

-166-1

0800

+1991

+2B32

+3CD3

+4E64

+5FF5

4.按圖1—5改接U4輸出Y至U15A/D轉(zhuǎn)換單元輸入IN7的連接，即添加一個(gè)反向放

大器，其它線路同圖1—1。

圖1-5

5.用U16交/直流數(shù)字電壓表監(jiān)測A/D的輸入電壓，在0V附近連續(xù)調(diào)節(jié)A/D的輸入電

壓，觀察整理化誤差和量化單位。

6.測出A/D輸入電壓在0V附近±5個(gè)量化單位的數(shù)值，記錄與之相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，如

表1—2所示：

表1—2

入

模

電

壓

-196-156.8-117.6-78.4-39.2039.278.4117.6156.8196

(mVH

數(shù)字

量7B7C7D7E7F808182838485

(H)

實(shí)驗(yàn)1.2A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)⑵

1.實(shí)驗(yàn)線路原理圖：見圖1—7

圖1-7

設(shè)置8255為定時(shí)方式，0UT2信號(hào)為采樣脈沖，采樣周期5ms?8255的A口為輸入方式,

用于采入數(shù)據(jù)。8255的B口為輸出方式，用于選擇控制雙路輸入輸出通道。A/D轉(zhuǎn)換單元可

對(duì)多路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這里用6、7兩路分別接入圖1—8所示信號(hào)。

圖1-8

計(jì)算機(jī)控制A/D變換器分時(shí)對(duì)這兩路模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量送至D/A

變換器還原成模擬量，井送至兩個(gè)采樣保持器。由8255B口分別控制兩個(gè)采樣保持器的采樣

開關(guān)，以保證采樣保持器單元電路中的0UT1輸出信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換單元U”的IN6輸入信號(hào)

一致；采樣保持器單元電路的0UT2輸出信號(hào)與A/D轉(zhuǎn)換換單元U13的IN7輸入信號(hào)一致。

2.程序流程：見圖1-9

主程盧

圖1一9

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

(1)按圖1—7接線，其中畫“?”的線需自行連接。將U1的信號(hào)選擇開關(guān)S11放到斜波

位置。用短路塊將U1的S與ST短接。置S12為T3檔，實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)W11電位器，改變信號(hào)

周期。調(diào)W12使輸出信號(hào)不大于5V。

(2)執(zhí)行程序(G=FOOO：1151按“Enter”鍵)。

■調(diào)試窗口X

>WELCOMETOYOU

>G=F000:1151

(3)本實(shí)驗(yàn)選擇普通示波器，用示波器同時(shí)觀察輸入與輸出信號(hào)。如果程序正確執(zhí)行，

A/D轉(zhuǎn)換單元U13的IN6輸入信號(hào)應(yīng)與U15DA/C單元中的采樣保持輸出OUT1信號(hào)一致，參

見圖1-8左圖。U13的IN7輸入信號(hào)與U15單元中的采保持輸出0UT2信號(hào)一致，參見圖18

右圖。

(4)在U15DA/C轉(zhuǎn)換單元的OUT端用示波器觀察計(jì)算機(jī)分時(shí)控制的輸出波形。

實(shí)驗(yàn)二采樣與保持

實(shí)驗(yàn)2.1采樣實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)線路原理圖

(1)原理:

信號(hào)發(fā)生器U1單元的OUT端輸出拋物線信號(hào)，通過A/D轉(zhuǎn)換單元U13的IN7端輸入。

計(jì)算機(jī)在采樣時(shí)刻啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換得到數(shù)字量送至教學(xué)機(jī)8255口A,口A設(shè)成輸入

方式。CPU將輸入的數(shù)字量直接送到D/A轉(zhuǎn)換單元U15,在U15單元的OUT端則輸出相應(yīng)的

模擬信號(hào)。

如圖2.1—1所示，在時(shí)間T以外，計(jì)算機(jī)輸出零至D/A并使其轉(zhuǎn)換，所以T以外輸出

為零。T的時(shí)間：10ms

R時(shí)C

OUTCPU<=c>OUT

U13U15

U1A/DCD/AC

-jiH

?Ti?

圖2.1-1

(2)接線圖：見圖2.1—2。

圖2.1-2

(3)采樣周期T的設(shè)置

計(jì)算機(jī)用8253產(chǎn)生定時(shí)中斷信號(hào)，定時(shí)10ms,并在2F60H單元存放倍數(shù)Tk可取01H?

FFH,采樣周期丁=丁-*101^,所以T的范圍為10ms?2550ms,改變，即可以確定T。

2.實(shí)驗(yàn)程序流程圖：見圖2.1—3

圖2.1-3

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

(1)按圖2.1—2連線，其中畫“?”的線需自行連接。首先將U1信號(hào)發(fā)生器單元中

的S11置拋物線檔，S12置T3檔。用短路塊短接S與ST。

(2)用示波器觀察U1單元的OUT端的波形，調(diào)町2使其不高于5V,調(diào)W11使「周期

約2s。

(3)選定TE4H,將2F60H單元存入，值。在調(diào)試窗口輸入：E2F60,按“Enter”鍵，

待調(diào)試窗口顯示“0000：2F60=CC」'從鍵盤輸入04后按"Enter”，即-4H存入2F60H

單元。見下圖。

■調(diào)試窗口區(qū)|

>WELCOMETOYOU!

>E2F60

>

>0000:2F60=CC_|

(4)啟動(dòng)采樣程序(在調(diào)試窗口輸入G=FOOO：11A2按“Enter”鍵)。

(5)本實(shí)驗(yàn)選用普通示波器，用示波器對(duì)照觀察U1單元的OUT端與U15單元的OUT

端波形，觀察完停機(jī)。

(6)選擇若干「值(可取01H?FFH),重復(fù)(3)、(4)、(5),觀察不同采樣周期T時(shí)

的輸出波形。

(7)調(diào)節(jié)U1信號(hào)發(fā)生器單元的町1,使「約0.3s,調(diào)W12使其不高于5V,重復(fù)步驟

⑶、⑷、⑸。

4.實(shí)驗(yàn)說明

通過3中的一些實(shí)驗(yàn)步驟，大家可明顯地觀察到，當(dāng)冗=0111?26H時(shí)，U15單元的OUT

端的輸出波形為IN7的采樣波形，但當(dāng)Tk再增大時(shí)，U15單元的OUT端的輸出波形將采樣

失真。從這看出，似乎采樣周期T取得越小，對(duì)信號(hào)恢復(fù)越有利，一般來說，T必須滿足t”0+t

存衣〃，在此前提下，T越小越好(ta/D為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間，t處網(wǎng)為計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行處

理所用的時(shí)間)。

有人又問，既然A/D采樣本身具有保持功能，那是不是不管模擬量在A/D轉(zhuǎn)換時(shí)變化多

大，都可不加保持器呢？不一定，因?yàn)锳/D在采樣時(shí)，對(duì)模擬量的變化頻率有限制。一般在

十九Hz左右，如果信號(hào)變化太快，就會(huì)使采樣信號(hào)失真，所以必須加采樣保持器。

實(shí)驗(yàn)2.2保持實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)原理與線路

(1)原理

計(jì)算機(jī)(CPU)用8253定時(shí)，在采樣時(shí)刻計(jì)算機(jī)給A/D器件啟動(dòng)信號(hào)，這時(shí)A/D器件

(ADC0809)將模擬器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并通過口A輸入，計(jì)算機(jī)直接把這些數(shù)字量輸出給D/A器

件，D/A器件(DAC0832)則輸出相應(yīng)的模擬量，并且一直保持到輸入新值。原理如圖2.2-1,

采樣周期設(shè)置同實(shí)驗(yàn)2.1。

圖2.2—1

無零階保持器的模擬原理圖見圖2.2—2。開關(guān)T合上的時(shí)間為10ms。采樣周期同實(shí)驗(yàn)

2.Io

圖2.2-2

(2)實(shí)驗(yàn)接線圖：見圖2.2—3

R為輸入，C為輸出。U15單元的OUT端為IN7端的離散化信號(hào)。

2.實(shí)驗(yàn)程序流程：見圖2.1—3

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

(1)按圖2.2—3接線，S11置方波檔，S12置T3檔，調(diào)W12使U1單元的OUT端輸出

為IV方波，調(diào)W11使輸出信號(hào)周期為5S。

(2)選兀為02H,將2F60H單元存入Tk值，見卜圖。

■調(diào)試窗口X

>WELCOMETOYOU!

>E2F60

>

>0000:2F60=04_02

(3)在調(diào)試窗口，啟動(dòng)采樣保持程序(G=F000：11E5按“Enter”鍵)。本實(shí)驗(yàn)選用

普通示波器，用示波器對(duì)照觀察U13單元的IN7與U15單元OUT端波形，停機(jī)。

(4)更換重復(fù)(2)、(3)步驟。

(5)增大兀，存入2F60H單元，啟動(dòng)采樣保持程序，觀察輸出C點(diǎn)波形，停機(jī)。重復(fù)

兒次，直至系統(tǒng)不穩(wěn)定，記下冗值，并換算出相應(yīng)的采樣周期T,將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表2.2—

1中。

表2.2—1(T=TkX10ms)

Tk(H)采樣周期T(s)T=TkX10ms

020.02穩(wěn)定

040.04穩(wěn)定

080.08穩(wěn)定

100.1振蕩

說明：當(dāng)Tk=02H時(shí)，啟動(dòng)采樣程序，此時(shí)無零階保持器，系統(tǒng)的輸出波形將失真，因

為在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中若無零階保持器將導(dǎo)致控制不穩(wěn)定，即在采樣點(diǎn)間短暫失控，系統(tǒng)輸

出波形將失真。

(5)在已填入表2.2—1中選取一個(gè)Tk值(不要選為01H),Tk存入2F60H單元，啟動(dòng)

采樣程序(G=F000：11A2),觀察無零階保持器系統(tǒng)C點(diǎn)的輸出波形。

(6)減小輸入信號(hào)幅度，增大采樣周期，重復(fù)(2)、(3)步驟，觀察離散化噪音及系

統(tǒng)的輸出。再將S11拔至斜波，拋物線檔，作進(jìn)一步觀察。

實(shí)驗(yàn)三平滑與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)3.1微分與平滑

1.實(shí)驗(yàn)原理及線路

見圖3.1-1,微分加在反饋輸入端(為正反饋)，計(jì)算機(jī)用D(Z)式進(jìn)行微分運(yùn)算。R

為階躍輸入信號(hào)，C為系統(tǒng)輸出。

圖3.1—1

微分是正反饋，當(dāng)取合適的微分時(shí)間常數(shù)時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)加快。若微分時(shí)間常數(shù)過大,

則會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。

(2)線路

OUT—

+5V|-GATE2

_OUT2―?-1

ST短IRQ6OPCLK-i-------CLOCK

路CLK2-?

塊N

WR---------XIOW

UICS---------[OYO[RQ7~?E0C

圖3.1—2

如圖3.1—2,輸入信號(hào)R由信號(hào)發(fā)生器給出。

線路連接原理：

系統(tǒng)輸出C接至A/D的IN7輸入端。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量接至PA10-PA17,8255口A為

輸入方式。經(jīng)過D(Z)運(yùn)算，將微分控制輸出D0-D7通過D/AD0-D7送到D/A轉(zhuǎn)換器，變

成模擬量后加到系統(tǒng)的相加點(diǎn)上。

(3)算法及存儲(chǔ)區(qū)分配

在計(jì)算機(jī)中，微分算法采用一階差分代替：

，

YK=^y-XK--y-X,.!=P,XK-P2XK_,

(TD為微分時(shí)間常數(shù)，T為采樣周期)

微分平滑算法采用四點(diǎn)微分均值法：

丫K-TDxaTDxTDxTDx

x+Ar_

K--2T->2TAK-2_/XK-3

=AIXK"*"A2XK-I—ASXK-2-AIXK3

Pl、P2、A1?A”需分別送入計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)單元。存儲(chǔ)區(qū)如表3.1—1。存入方式為十進(jìn)制2

位小數(shù)(BCD碼)，取值范圍0.00?0.99,只需對(duì)應(yīng)存入00H?99H。啟動(dòng)相應(yīng)程序時(shí)計(jì)算機(jī)

將其轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制16位小數(shù)，再按算式進(jìn)行定點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算。實(shí)驗(yàn)中T。不要取得過大，以免

系統(tǒng)大于0.99,由運(yùn)算式知，T“只要小于采樣周期T,系數(shù)便不會(huì)大于0.99,當(dāng)系數(shù)為1

時(shí)可用0.99近似。系數(shù)也不可取得過小，過小將使計(jì)算機(jī)無控制量輸出。

表3.1—1

地址內(nèi)容地址內(nèi)容

2F00HPl2F06HA.

2F03Hp22F09HA2

2F0CHAa

2F0FHAi

(4)采樣周期T

計(jì)算機(jī)用8253產(chǎn)生中斷信號(hào)，定時(shí)5ms,采樣周期T為T=TKX5ms,TK需預(yù)先送入

2F06H單元。范圍：01H—FFH,對(duì)應(yīng)T的范圍：5ms?1275ms。

2.實(shí)驗(yàn)程序流程圖：見圖3.1—3

一階慣性濾波

設(shè)置不同運(yùn)算標(biāo)志

系數(shù)轉(zhuǎn)換

8255、8253

8259初始化

啟動(dòng)準(zhǔn)備、等待

中斷及返回處理

微分平滑與加

權(quán)平均主程序

設(shè)置不同運(yùn)算標(biāo)志

系數(shù)轉(zhuǎn)換

圖3.1-3

注1：理論推導(dǎo)算式為YK=(l-a)X"+aYK“，實(shí)驗(yàn)采用的算式作了近似處理。

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

(1)觀察有噪音時(shí)的微分

①按圖3.1—2接線，S11置方波檔，S12置下檔，調(diào)W11使周期約2S,調(diào)W12使幅值

約IV,TD先取為0.02s,采樣周期也先取為0.02s。

②將2F00H、2F03H存入系數(shù)R、P2,2F60H存入Tk。

■調(diào)試窗口X

>

WELCOMETOYOU!

>E2F60

>

>0000:2F60=02_04

>

>E2F00

>

>0000:2F00-40_40

>0000:2F01=66_

>0000:2F02=66_

>0000:2F03=40_40

>

>G=F000:123D

③啟動(dòng)微分程序(G二F000:123D),用示波器觀察系統(tǒng)輸出C波形，觀察U15單元的OUT

端微分輸出波形。如圖3.1一4及圖3.1-5所示。

原系統(tǒng)的輸出波形可在去除微分正反饋，即去掉U15DAC單元的OUT端，通過示波器觀

察C端的輸出，得到這時(shí)系統(tǒng)的過渡過程時(shí)間約為0.3s。不過，由于微分正反饋的作用，

雖然使系統(tǒng)響應(yīng)加快，但由于微分時(shí)間過大，會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到影響。p=曳，通過三

T

者的關(guān)系，可適當(dāng)調(diào)整P、T、T”值，使系統(tǒng)輸出達(dá)到要求。

④選擇不同的Tk與Pl、P2,重復(fù)(2)、(3),觀察微分噪音幅度，并以T產(chǎn)T=0.01s時(shí)系

統(tǒng)噪音大至幅度為參考，記錄參數(shù)與結(jié)果，填入表3.1—2中。

表3.1—2

參數(shù)

TkTi)(s)T(s)Pi、P2Ai、Ai卜2、A3微分噪音幅度

)

未平滑020.010.010.99一0.22V

平滑020.010.010.160.50.18V

/

未平滑040.020.020.990.2V

1

平滑040.020.020.160.50.IV

(2)觀察平滑后的變形

①按圖3.1—2接線，是$11置階躍檔，S12置下檔，調(diào)W11使周期約2S,調(diào)出2使幅

值約IV,唯先取為0.02S,采樣周期也先取0.02S。

②將2F06H、2F09H、2E0CH、2F0FH存入&、Az、A,、A),2F60H存入Tk,啟動(dòng)微分平滑

程序(G=F000:12EB)。

③觀察U15單元的OUT端，觀察系統(tǒng)輸出波形，看有無平滑作用。

④若無平滑作用，停機(jī)，改變系數(shù)和Tk,再重復(fù)(2)、(3)。將結(jié)果填入表3.1—2中。

⑤由表3.1—2uJ■看出,U15單元的OUT端輸入的微分噪音幅值由原先的0.2V減小至0.IV,

這說明有平滑作用，用示波器觀察系統(tǒng)輸出波形。再用示波器觀察系統(tǒng)的輸出波形比未平滑

時(shí)平滑些。適當(dāng)調(diào)整Tk及A1?A4的值，使平滑作用更好一些。

(3)觀察微分加速作用

①按圖3.1—2連線，S11置方波檔，S12置中檔，調(diào)W11使周期約0.5S,調(diào)W12使幅

值約1.5V,To與采樣周期可先取為10ms,啟動(dòng)無微分反饋程序(G=FOOO:13c5),系統(tǒng)輸出。

②按(1)②、③或(2)②、③步驟做，這時(shí)主要看系統(tǒng)影響是否加快，并可適當(dāng)調(diào)整T。、

TK，重復(fù)作兒次。

實(shí)驗(yàn)3.2數(shù)字濾波

1.實(shí)驗(yàn)原理與線路

見圖3.2—1

R弋T

圖3.2-1

計(jì)算機(jī)對(duì)含有干擾的正弦信號(hào)R(約0.5?1Hz)通過U13采樣輸入,然后進(jìn)行數(shù)字濾波處

理，以保留正弦信號(hào)，去除干擾，最后送至U15變成模擬量C輸出。

(2)模擬帶有尖脈沖干擾的正弦信號(hào)

用RC電路將U1單元的555輸出方波(S端)微分，將此微分信號(hào)視作干擾，再用U2單

元產(chǎn)生的正弦波，兩信號(hào)迭加，如圖3.2—2。注意R點(diǎn)波形不要超過±5V,以免數(shù)字化溢

出。

(3)濾波器的計(jì)算

要求設(shè)計(jì)一個(gè)相當(dāng)于一^的數(shù)字濾波器，由一階差分法可行近似式(注1)

TS+1

Yk=(1-a)Xk+(a)YK-I

Xk：輸入，Yk輸出，T：采樣周期，l-a=T±。

T

加權(quán)平均值算法為：

4

YK=A|XK+A2X“+A3XK一2+A4XKJ(式中SAiT)

i=l

Xk：輸入，％輸出。

1-a,a,Ai需分別存入內(nèi)存，存儲(chǔ)區(qū)見表3.2—1

表3.2—1

地址內(nèi)容地址內(nèi)容

2F00H1一a2F06HAi

2F03Ha2F09HA2

2F0CHA3

2F0FHAi

存入方式：十進(jìn)制2位小數(shù)(BCD碼)，取值范圍：0.00?0.99,只須對(duì)應(yīng)存入00,啟動(dòng)

相應(yīng)程序后則轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，再按算式進(jìn)行定點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算。

(4)采樣周期T

計(jì)算機(jī)用8253產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)，定時(shí)5ms,采樣周期T為：

T=Tk=TX5ms

Tk需選送入2F60II單元，范圍：011[?FFH,對(duì)應(yīng)T的范圍：5ms?1275ms。

(5)線路

接線見圖3.2—2。接入1點(diǎn)的信號(hào)為正弦波，2點(diǎn)為干擾信號(hào)。

10K

圖3.2-2

2.實(shí)驗(yàn)程序流程：見圖3.1—3

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

(1)模擬一階慣性環(huán)節(jié)的數(shù)字濾波

①按圖3.2—2接線，置S12中檔，調(diào)町1使S約為0.2S,調(diào)信號(hào)發(fā)生器，使其輸出1HZ,

6V的正弦信號(hào)，調(diào)整1,2端對(duì)應(yīng)的兩個(gè)電位器，使R端波形符合要求。

②在2F00H、2F03H存入1-a、a,2F60H存入Tk。

?調(diào)試窗口X

>WELCOMETOYOUI

>E2F60

>

>0000:2F60=CC_02

>

>E2F00

>

>0000:2F00=CC_15

>0000:2F01=CC_

>0000:2F02=CC_

>0000:2F03=CC_85

>

>G=F000:1411

③啟動(dòng)?階慣性數(shù)字濾波程序(G=FOOO：1411)。用示波器觀察輸入端R、輸出端C的波

形，分析濾波效果，并記下干擾衰減比、正弦衰減比以及a值，記完停機(jī)。記衰減比時(shí)可先

單獨(dú)在1端接正弦信號(hào)并記錄，再在2端單獨(dú)接干擾并記錄，記錄采用峰?峰值(P—P,V)。

④改變a、Tk,重復(fù)步驟②、③，直到得到滿意的效果，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表3.2—2中。

(2)四點(diǎn)加權(quán)平均數(shù)字濾波

①同⑴①。

②存入4?A4、Tko

③啟動(dòng)四點(diǎn)加權(quán)平均程序(G=F000：13CF/),對(duì)照觀察輸入并記錄，停機(jī)。記衰減比時(shí)

可先單獨(dú)在1端接正弦信號(hào)做記錄，再在2端單獨(dú)接干擾信號(hào)并做記錄。記錄采用峰一峰值

(P—P,V)。

④改變片和Tk,調(diào)整陽1使干擾增多至相鄰，重復(fù)步驟②、③，練習(xí)T與人的設(shè)定。

再重復(fù)①、②、③，比較二結(jié)果，最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表3.2—2中。

表3.2—2

數(shù)T(S)Ai濾波前后濾波前后

Tk1-aaA\A2A

項(xiàng)目ms3正弦幅值比干擾幅值比

/

0159505

一階

慣性X

0B559505

40

015102030

四點(diǎn)

加權(quán)

平均

084010203040

實(shí)驗(yàn)四積分分離PID控制實(shí)驗(yàn)

1.實(shí)驗(yàn)原理及線路簡介

(1)原理

如圖4—1,R為輸入，C為輸出，計(jì)算機(jī)不斷采入誤差E,進(jìn)行積分判別與PID運(yùn)算,

然后判結(jié)果是否溢出(若溢出則取最大或最小值)，最后將控制量輸送給系統(tǒng)。

PID控制規(guī)律為：

U(t)=Kp[e(t)+—fe(t)+TD]0

T[Jdt

e(t)控制器輸入；U(t)為控制器輸出。用矩陣法算積分，用向后差分代替微分，采樣周

期為T,算法為：

"TKE⑴+

U(K)=Kp{E(K)+TD[E(K)-E(K-1)]}

Ii=iT

=K-E(K)+配二￡E(i)+JSERL[(K)-E(K-l)]

PTE

I>=i1

簡記為:

UK=P?EK+J^Ei+D?(EK-EKT)

i=l

P、I、D范圍為：-0.9999?+0.9999,計(jì)算機(jī)分別用相鄰三個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)其BCD碼。最低

字節(jié)存符號(hào)，OOH為正，01H為負(fù)。中間字節(jié)存前2位小數(shù)，最高字節(jié)存末2位小數(shù)。例有

系數(shù)P為0.1234,I為0.04秒，D為0,則內(nèi)存為表4T所示。

地址內(nèi)容

低字節(jié)r0002HOOH

中間字節(jié)P-0003H12H

l()004H

高字節(jié)34H

「0005HOOH

IY0006H04H

l()007H

OOH

r0008110011

D.0009IIOOH

l()00AH

OOH

表4—1

計(jì)算機(jī)存有初始化程序，把十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，每個(gè)小數(shù)用兩個(gè)字節(jié)表示。

在控制計(jì)算程序中按定點(diǎn)小數(shù)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算，對(duì)運(yùn)算結(jié)果設(shè)有溢出處理。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出

00H或FFH時(shí)則用極值00H或FFH作為計(jì)算機(jī)控制輸出，在相應(yīng)的內(nèi)存中也存入極值00H與

FFHo

積分項(xiàng)運(yùn)算也設(shè)有溢出處理，當(dāng)積分運(yùn)算溢出時(shí)控制量輸出取極值，相應(yīng)內(nèi)存中也存入

極值。計(jì)算機(jī)還用2F00H內(nèi)存單元所存的值數(shù)作為積分運(yùn)算判定值日，誤差E有絕對(duì)值小于

Ei時(shí)積分，大時(shí)不積分。Ei的取值范圍：00H?7FH。

控制量UK輸出至D/A,范圍：00H?FFH,對(duì)應(yīng)一5V?+4.96V,誤差&模入范圍與此相

同。

(3)整定調(diào)節(jié)參數(shù)與系統(tǒng)開環(huán)增益

可用臨界比例法整定參數(shù)。設(shè)采樣周期為50ms,先去掉微分與積分作用，只保留比例

控制，增大Kp,直至系統(tǒng)等幅振，記者證下振蕩周期Tu和振蕩時(shí)所用比例值Kpu,按以下

公式整定參數(shù)。

①只用比例調(diào)節(jié)

Kp=0.5Kpu(P=Kp=0.5Kpu)

②用比例、積分調(diào)節(jié)(T取，Tu)

5

比例Kp=O.36Kpu(即P=Kp=O.36Kpu)

積分時(shí)間T|=L05Tu(即I=2SE1I=O.07Kpu)

③用比例、積分、微分調(diào)節(jié)(T取4Tu)

6

比例Kp=O.27Kpu(即P=Kp=O.27Kpu)

積分時(shí)間『=0.4Tu(即I=JSP-LL=O.HKpu)

T,

微分時(shí)間To=0.22Tu(即D=K|>*Tp=0.36Kpu)

T

PID系數(shù)不可過小，因?yàn)檫@會(huì)使計(jì)算機(jī)控制輸出也較小，從而使系統(tǒng)量化誤差變大，甚

至有時(shí)控制器根本無輸出而形成死區(qū)。這時(shí)可將模擬電路開環(huán)增益適當(dāng)減小，而使PID系數(shù)

變大。例：PID三個(gè)系數(shù)都小于0.2,模擬電路開環(huán)增益可變?yōu)镵/5,PID系數(shù)則都相應(yīng)增大

5倍。另一方面PID系數(shù)不可等于1,所以整個(gè)系統(tǒng)功率增益補(bǔ)償是由模擬電路實(shí)現(xiàn)。例如

若想取P=5.3,可取0.5300送入，模擬電路開環(huán)增益亦相應(yīng)增大10倍。

(4)接線與線路原理

8253的OUT2定時(shí)輸出0UT2信號(hào)，經(jīng)單穩(wěn)整形，正脈沖打開采樣保持器的采樣開關(guān)，

負(fù)脈沖啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器。

系統(tǒng)誤差信號(hào)E-U14、IN；U14、OUT-U13、IN7：采樣保持器對(duì)系統(tǒng)誤差信號(hào)進(jìn)行采

樣，將采樣信號(hào)保持并輸出給A/D第7路輸入端IN7?

計(jì)算溢出顯示部分：圖4-2虛框內(nèi)。當(dāng)計(jì)算控制量的結(jié)果溢出時(shí);計(jì)算機(jī)并口B的PB17

輸出高電平，只要有一次以上溢出便顯示。這部分線路只為觀察溢出而設(shè)，可以不接，對(duì)于

控制沒有影響。

圖4—2

(5)采樣周期T

計(jì)算機(jī)8253產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)，定時(shí)10ms,采樣周期T為：T=TKX10ms

TK事先送入2F60n單元，范圍是01H?FFH,則采樣周期T的范圍為10ms?2550ms。按

Tu計(jì)算出的T如果不是10ms的整數(shù)倍，可以取相近的TK。

中斷申請(qǐng)

圖4—3

3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

（1）按圖4-2接線，用短路塊將S與ST短接，S11置方波檔，S12置T3檔，調(diào)出1使信

號(hào)周期為5S,調(diào)W12使信號(hào)約為3V。

①按下實(shí)驗(yàn)箱CPU單元的復(fù)位鍵，從菜單欄選擇“裝入程序”，程序存放路徑為：安

裝目錄盤（如C盤）：\Teamkit\TKKL\TH4-l.EXE,如下圖

打開叵區(qū)|

查找范圍9|￡)TKKLzl

2)BIN目UNK.EXEHTH2-2.EXE3TH4-1,EXE

r^lchc.exe["^Masin.exeSlH3-l.EXE口TH5-1.EXE

.COMPLIE.exe口T8088.EXE口TH3-2.EXE"3lH6-l.EXE

2CSI.EXEHTHI-I.EXE口TH3-3.EXEgiH7-l.EXE

23cs2,EXEr]THl-4.EXE二]TH3-4.EXE二jnn-2.EXE

OCS3.EXEHTH2-I.EXE口TK3-5.EXEr3lH8-l.EXE

文件名?:1打開（Q）

文件類型1）：|二進(jìn)制文件（*.exe）二］

取消

17以只讀方式打開盤）

選擇指定程序后，會(huì)提示裝入程序地址的段地址、偏移量。

確定裝入程序的段地址和偏移量后，會(huì)顯示裝入程序的進(jìn)度，直到出現(xiàn)“完成”提示,

即程序裝載完成。

②可用U命令杳看反匯編程序叮數(shù)據(jù)，在調(diào)試窗口鍵入（U0000:2000按“Enter”鍵）。

用D命令查看程序數(shù)據(jù)段段地址為0240后的數(shù)據(jù)，在調(diào)試窗口鍵入（D0240:0000按'Enter”

?。Ｈ绮穲D

■調(diào)試窗口

>

>UELCOMETOYOUI

>U0000:2000

>2000B84002MOVAX,0240

>20038ED8MOVDS,AX

>20051EPUSHDS

>200633C0XORAX,AX

>20088ED8MOVDS,AX

>200AB86820MOVAX,2068

>200DBE3C00MOVSI,003C

>D0240:0000

>024000000540002443000496

>024000080042400000000000

>024000100000000000000000

>024000180000000000009919

>024000200000000000000000

>024000280000000004000000

>02400030ccCCccccCCccccCC

>02400038ccCCcccccccccccc

>02400040cccccccccccccccc

>02400048cccccccccccccccc

③在TK（0240：0000）、El（0240：0001）、Kp、&、KD（其中取K產(chǎn)KD=O）的相應(yīng)地址

中存入表4-2中的數(shù)據(jù)，P、I、D系數(shù)的內(nèi)存地址和存入方法參見表4-1的舉例。

>E0240:0000

>

>0240:0000=05_05

>0240:0001=40_7F

>0240:0002=00.00

>0240:0003=24_22

>0240:0004=43_43

>0240:0005=00.00

>0240:0006=04.00

>0240:0007=96,00

>0240:0008=00,00

>0240:0009=42.00

>0240:000A=40_00

>0240:000B=00_

>

注：用E命令編輯指定單元中的數(shù)據(jù),在調(diào)試窗口輸入E0240：0000按“Enter”鍵，

進(jìn)入修改數(shù)據(jù)狀態(tài)。輸入數(shù)據(jù)后可通過“空格”鍵使地址向高地址方向移動(dòng)，而鍵使

地址向低地址方向移動(dòng)。修改完后直接按“Enter”鍵退出E命令狀態(tài)。

④選用普通示波器，在調(diào)試窗口啟動(dòng)程序(G=0000:2000按“Enter”鍵)，啟動(dòng)PID

位置式算法程序，調(diào)電位器R可改變輸出波形,用示波器觀察輸出。

(2)選不同的KP,直到等幅振蕩，記下Ti和K“，，Tu填入表4—2上部。(或KP取0.99仍

不振蕩則應(yīng)增大采樣周期或增大模擬電路增益，增大增益可調(diào)整圖4-2中電位器R)

(3)根據(jù)臨界比例法計(jì)算P、I、D三參數(shù)，修改降、凡、降(若系數(shù)過大過小可配合改變

模擬電路增益)，積分分離值日取7FH存入2F00H單元，啟動(dòng)程序(G=OOOO:2000),肺波

器測出臨、tso

(4)改變積分分離值日，啟動(dòng)程序(G=000