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

1、第一章 THBDC-1控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺簡介1第一節(jié)系統(tǒng)概述1第二節(jié)硬件的組成及使用2第二章 THBDC-1軟件安裝及使用說明5第一節(jié) THBDC-1軟件安裝說明5第二節(jié) THBDC-1軟件的使用說明13第三節(jié) Bode 軟件的使用說明43第三章計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)54實(shí)驗(yàn)一 A/D與D/A轉(zhuǎn)換54實(shí)驗(yàn)二數(shù)字濾波器58實(shí)驗(yàn)三離散化方法研究62實(shí)驗(yàn)四數(shù)字PID調(diào)節(jié)器算法的研究68實(shí)驗(yàn)五串級控制算法的研究72實(shí)驗(yàn)六解耦控制算法的研究75實(shí)驗(yàn)七最少拍控制算法的研究80實(shí)驗(yàn)八具有純滯后系統(tǒng)的大林算法85實(shí)驗(yàn)九線性離散系統(tǒng)的全狀態(tài)反饋控制89實(shí)驗(yàn)十模糊控制系統(tǒng)93實(shí)驗(yàn)十一具有單神經(jīng)

2、元控制器的控制系統(tǒng)97實(shí)驗(yàn)十二二次型狀態(tài)調(diào)節(jié)器102實(shí)驗(yàn)十三單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)106實(shí)驗(yàn)十四步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制109實(shí)驗(yàn)十五單閉環(huán)溫度的恒值控制112第一章 THBDC-1控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺簡介第一節(jié) 系統(tǒng)概述“THBDC-1型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺”是我公司結(jié)合教學(xué)和實(shí)踐的需要而進(jìn)行精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。適用于高校的控制原理、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該實(shí)驗(yàn)平臺具有實(shí)驗(yàn)功能全、資源豐富、使用靈活、接線可靠、操作快捷、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)臺的硬件部分主要由直流穩(wěn)壓電源、低頻信號發(fā)生器、階躍信號發(fā)生器、低頻頻率計(jì)、交/直流數(shù)字電壓表、數(shù)據(jù)采集接口單元

3、、步進(jìn)電機(jī)單元、直流電機(jī)單元、溫度控制單元、單容水箱、通用單元電路、電位器組等單元組成。上位機(jī)軟件則集中了虛擬示波器、信號發(fā)生器、VBScript和JScript腳本編程器、實(shí)驗(yàn)仿真等多種功能于一體。其中虛擬示波器可顯示各種波形，有X-T、X-Y、Bode圖三種顯示方式，并具有圖形和數(shù)據(jù)存儲、打印的功能，而VBScript腳本編程器提供了一個(gè)開放的編程環(huán)境，用戶可在上面編寫各種算法及控制程序。實(shí)驗(yàn)臺通過電路單元模擬控制工程中的各種典型環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)，并對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)對控制理論及計(jì)算機(jī)控制算法有更深一步的理解，并提高分析與綜合系統(tǒng)的能力。同時(shí)通過對本實(shí)驗(yàn)裝置中四個(gè)實(shí)際被控

4、對象的控制，使學(xué)生熟悉各種算法在實(shí)際控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，控制理論既有模擬部分的實(shí)驗(yàn)，又有離散部分實(shí)驗(yàn)；既有經(jīng)典理論實(shí)驗(yàn)，又有現(xiàn)代控制理論實(shí)驗(yàn)；而計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)除了常規(guī)的實(shí)驗(yàn)外，還增加了當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用廣泛、效果卓著的模糊控制、神經(jīng)元控制、二次型最優(yōu)控制等實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)采集部分則采用實(shí)驗(yàn)室或工業(yè)上常用的USB數(shù)據(jù)采集卡。它可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計(jì)算機(jī)USB通訊口上，其采樣頻率為350K；有16路單端A/D模擬量輸入，轉(zhuǎn)換精度均為14位；4路D/A模擬量輸出，轉(zhuǎn)換精度均為12位；16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出。第二節(jié)硬件的組成及使用一、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源主要用于

5、給實(shí)驗(yàn)平臺提供電源。有±5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保護(hù)自恢復(fù)功能。它們的開關(guān)分別由相關(guān)的鈕子開關(guān)控制，并由相應(yīng)發(fā)光二極管指示。其中+24V主用于溫度控制單元和直流電機(jī)單元。實(shí)驗(yàn)前，啟動實(shí)驗(yàn)平臺左側(cè)的空氣開關(guān)和實(shí)驗(yàn)臺上的電源總開關(guān)。并根據(jù)需要將±5V、±15V、+24V鈕子開關(guān)拔到“開”的位置。實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過2號連接導(dǎo)線將直流電壓接到需要的位置。二、低頻函數(shù)信號發(fā)生器低頻函數(shù)信號發(fā)生器由單片集成函數(shù)信號發(fā)生器專用芯片及外圍電路組合而成，主要輸出有正弦信號、三角波信號、方波信號、斜坡信號和拋物線信號。輸出頻率分為T

6、1、T2、T3、T4四檔。其中正弦信號的頻率范圍分別為0.1Hz3.3Hz、2.5Hz86.4Hz、49.8Hz1.7KHz、700Hz10KHz三檔，Vp-p值為16V。使用時(shí)先將信號發(fā)生器單元的鈕子開關(guān)拔到“開”的位置，并根據(jù)需要選擇合適的波形及頻率的檔位，然后調(diào)節(jié)“頻率調(diào)節(jié)”和“幅度調(diào)節(jié)”微調(diào)電位器，以得到所需要的頻率和幅值，并通過2號連接導(dǎo)線將其接到需要的位置。三、鎖零按鈕鎖零按鈕用于實(shí)驗(yàn)前運(yùn)放單元中電容器的放電。當(dāng)按下按鈕時(shí)，通用單元中的場效應(yīng)管處于短路狀態(tài)，電容器放電，讓電容器兩端的初始電壓為0V；當(dāng)按鈕復(fù)位時(shí)，單元中的場效應(yīng)管處于開路狀態(tài)，此時(shí)可以開始實(shí)驗(yàn)。四、階躍信號發(fā)生器階躍

7、信號發(fā)生器主要提供實(shí)驗(yàn)時(shí)的階躍給定信號，其輸出電壓范圍為-10+10V，正負(fù)檔連續(xù)可調(diào)。使用時(shí)根據(jù)需要可選擇正輸出或負(fù)輸出，具體通過“階躍信號發(fā)生器”單元的拔動開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)按下自鎖按鈕時(shí)，單元的輸出端輸出一個(gè)可調(diào)(選擇正輸出時(shí)，調(diào)RP1電位器；選擇負(fù)輸出時(shí)，調(diào)RP2電位器)的階躍信號(當(dāng)輸出電壓為1V時(shí)，即為單位階躍信號)，實(shí)驗(yàn)開始；當(dāng)按鈕復(fù)位時(shí)，單元的輸出端輸出電壓為0V。注：單元的輸出電壓可通過實(shí)驗(yàn)臺上的直流數(shù)字電壓表來進(jìn)行測量。 五、低頻頻率計(jì)低頻頻率計(jì)是由單片機(jī)89C2051和六位共陰極LED數(shù)碼管設(shè)計(jì)而成的，具有輸入阻抗大和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。其測頻范圍為：0.1Hz10.0KHz。低

8、頻頻率計(jì)主要用來測量函數(shù)信號發(fā)生器或外來周期信號的頻率。使用時(shí)先將低頻頻率計(jì)的電源鈕子開關(guān)拔到“開”的位置，然后根據(jù)需要將測量鈕子開關(guān)拔到“外測”(此時(shí)通過“輸入”或“地”輸入端輸入外來周期信號)或“內(nèi)測”(此時(shí)測量低頻函數(shù)信號發(fā)生器輸出信號的頻率)。另外本單元還有一個(gè)復(fù)位按鈕，以對低頻頻率計(jì)進(jìn)行復(fù)位操作。注：將“內(nèi)測/外測”開關(guān)置于“外測”時(shí)，而輸入接口沒接被測信號時(shí)，頻率計(jì)有時(shí)會顯示一定數(shù)據(jù)的頻率，這是由于頻率計(jì)的輸入阻抗大，靈敏度高，從而感應(yīng)到一定數(shù)值的頻率。此現(xiàn)象并不影響內(nèi)外測頻。六、交/直流數(shù)字電壓表交/直流數(shù)字電壓表有三個(gè)量程，分別為200mV、2V、20V。當(dāng)自鎖開關(guān)不按下時(shí)，它

9、作直流電壓表使用，這時(shí)可用于測量直流電壓；當(dāng)自鎖開關(guān)按下時(shí)，作交流毫伏表使用，它具有頻帶寬（10Hz400kHz）、精度高（±5）和真有效值測量的特點(diǎn)，即使測量窄脈沖信號，也能測得其精確的有效值，其適用的波峰因數(shù)范圍可達(dá)到10。七、通用單元電路通用單元電路具體見實(shí)驗(yàn)平臺所示“通用單元電路*”單元、“帶調(diào)零端的運(yùn)放單元”“反相器單元”和“無源元件單元”。這些單元主要由運(yùn)放、電容、電阻、電位器和一些自由布線區(qū)等組成。通過接線和短路帽的選擇，可以模擬各種受控對象的數(shù)學(xué)模型，主要用于比例、積分、微分、慣性等電路環(huán)節(jié)的構(gòu)造。一般為反向端輸入，其中電阻多為常用阻值51k、100k、200k、51

10、0k；電容多在反饋端，容值為0.1uF、1uF、10uF，其中通用單元電路二、三、九反向輸入端有0.1uF電容，通用單元電路八反向輸入端有4.7uF電容，可作帶微分的環(huán)節(jié)。以通用單元為例，現(xiàn)在搭建一個(gè)積分環(huán)節(jié)，比例常數(shù)為1s。我們可以選擇常用元件100k、10uF，T=1k×10uF=1s，其中通用單元電路二是滿足要求的，把對應(yīng)100k和10uF的插針使用短路帽連接起來，鎖零按鈕按下去先對電容放電，然后用二號導(dǎo)線把正單位階躍信號輸入到積分單元的輸入端，積分電路的輸出端接入反向器單元，保證輸入、輸出方向的一致性。觀察輸出曲線，其具體電路如下圖所示。八、非線性單元由兩個(gè)含有非線性元件的電

11、路組成，一個(gè)含有雙向穩(wěn)壓管，另一個(gè)含有兩個(gè)單向二極管并且需要外加正負(fù)15伏直流電源，可研究非線性環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性和非線性系統(tǒng)。其中10k、47k電位器由電位器組單元提供。例如47k電位器，既可由一號導(dǎo)線連接也可由二號導(dǎo)線連接電位器單元組中的可調(diào)電位器兩個(gè)端點(diǎn)。以連接死區(qū)非線性環(huán)節(jié)為例，輸入端與正電源端、輸入端與負(fù)電源端分別為兩個(gè)10k可調(diào)電位器的固定端，分別用導(dǎo)線連接；正電源所連電位器的可調(diào)端與D1相連，另一個(gè)可調(diào)端與D2相連。然后使用低頻函數(shù)信號發(fā)生器輸出10Hz16v的正弦波，用導(dǎo)線連接到非線性環(huán)節(jié)的輸入端。實(shí)驗(yàn)前斷開電位器與電路的連線，用萬用表測量R的阻值，然后再接入電路中。九、零階保持器

12、零階保持器為實(shí)驗(yàn)主面板上U3單元。它采用“采樣-保持器”組件LF398，具有將連續(xù)信號離散后的零階保持器輸出信號的功能，其采樣頻率由外接的方波信號頻率決定。使用時(shí)只要接入外部的方波信號及輸入信號即可。十、數(shù)據(jù)采集接口單元數(shù)據(jù)采集卡采用THBXD，它可直接插在IBM-PC/AT 或與之兼容的計(jì)算機(jī)內(nèi)，其采樣頻率為350K；有16路單端A/D模擬量輸入，轉(zhuǎn)換精度均為14位；4路D/A模擬量輸出，轉(zhuǎn)換精度均為12位；16路開關(guān)量輸入，16路開關(guān)量輸出。接口單元?jiǎng)t放于實(shí)驗(yàn)平臺內(nèi)，用于實(shí)驗(yàn)平臺與PC上位機(jī)的連接與通訊。數(shù)據(jù)采集卡接口部分包含模擬量輸入輸出(AI/AO)與開關(guān)量輸入輸出(DI/DO)兩部分

13、。其中列出AI有4路，AO有2路，DI/DO各8路。使用虛擬示波器觀察一個(gè)模擬信號，可以用導(dǎo)線直接連接到接口中 AD端（其中AD3和AD4兩輸入端有跟隨器輸入，而AD1和AD2通道沒有，用戶實(shí)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)情況選擇使用，但在選擇AD3和AD4通道時(shí)，兩個(gè)通道必須均有電信號輸入，不能有懸空）；若使用采集卡中的信號源，用DA輸出（即實(shí)驗(yàn)中我們通常將信號輸入到AD1端，軟件內(nèi)部信號DA1輸出）。十一、實(shí)物實(shí)驗(yàn)單元 包括溫度控制單元、直流電機(jī)單元和步進(jìn)電機(jī)單元，主要用于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)中，使用方法詳見實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。第二章 THBDC-1軟件安裝及使用說明第一節(jié) THBDC-1軟件安裝說明一、運(yùn)行環(huán)境項(xiàng)目描

14、述CPUP4(2.2G)以上內(nèi)存256M以上硬盤不限USB支持USB1.1 最好USB2.0操作系統(tǒng)Windows2000 最好WinXP顯示設(shè)備17寸 顯卡要求64M以上二、軟件安裝首先從提供的光盤上安裝USB驅(qū)動程序及應(yīng)用軟件，USB驅(qū)動程序安裝和普通USB驅(qū)動安裝沒有分別。這里就簡單說明下,首先插入U(xiǎn)SB線,系統(tǒng)就會自動提示安裝,如下圖: 選擇“從列表或指定位置安裝”。點(diǎn)擊下一步，如下圖：選擇“不要搜索，我要自己選擇安裝的驅(qū)動程序”，點(diǎn)擊下一步，如下： 點(diǎn)擊從磁盤安裝，出現(xiàn)下圖：接著點(diǎn)擊“瀏覽”, 從磁盤或桌面上找到要安裝的驅(qū)動程序UsbCard.inf,”如下圖： 按上圖點(diǎn)擊“打開”，

15、接著如下圖： 在上圖中點(diǎn)擊“確定”，出現(xiàn)如下圖： 點(diǎn)擊“下一步”，出現(xiàn)下圖： 點(diǎn)擊“仍然繼續(xù)”，出現(xiàn)下圖： 點(diǎn)擊“完成”，即USB驅(qū)動程序安裝完畢。注: Usb驅(qū)動的安裝方法對于不同的系統(tǒng)可能有不同的方法。Usb驅(qū)動安裝好之后,接下來安裝“THBDC-1”軟件安裝本軟件雙擊setup.exe即進(jìn)行安裝。出現(xiàn)如下畫面：（圖1）（圖2）（圖3）（圖4）（圖5）安裝過程中盡量采用默認(rèn)安裝，安裝完成之后即點(diǎn)擊關(guān)閉之后，會在桌面上顯示一個(gè)快捷方式如下圖6。（圖6）系統(tǒng)如果提示需要重新啟動電腦，請保存好各類文檔，然后重新啟動。第二節(jié) THBDC-1軟件的使用說明一、THBDC-1軟件 在桌面上雙擊快捷方式

16、打開軟件界面"THBDC-1"，或從開始菜單程序處找到"THBDC-1"單擊它。如果USB采集卡驅(qū)動沒有裝好或者usb線沒有連接，啟動時(shí)都會彈出警告對話框如下圖。用戶先點(diǎn)擊確定，然后檢查驅(qū)動安裝步驟是否正確及usb線的兩頭是否連上，檢查無誤再重新啟動。如果安裝無誤，點(diǎn)擊"THBDC-1"則會打開登入窗口，如下圖：用戶先正確填寫自己的姓名，學(xué)號，填好后點(diǎn)擊“確定”。（注釋：在登入窗口填寫的姓名和學(xué)號，會在報(bào)告生成器中自動生成相應(yīng)的姓名和學(xué)號，無法重新改寫，所以在做要提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的的實(shí)驗(yàn)時(shí)，一定要在登入窗口中正確填寫姓名和學(xué)號，以免實(shí)驗(yàn)重

17、做）。點(diǎn)擊“確定”，進(jìn)入如下界面：菜單狀態(tài)區(qū)參數(shù)與操作區(qū)示波器窗口點(diǎn)擊放大上圖，圖中最上面是各類菜單，其下是工具快捷方式。左邊欄是示波器顯示窗口，右面是參數(shù)和操作區(qū)，下面是狀態(tài)顯示窗口，用戶可以通過菜單，工具快捷按鈕，操作區(qū)按鈕，完成對虛擬示波器的控制。初步了解了軟件界面的情況之后，我們就可以開始實(shí)驗(yàn)操作了。一、系統(tǒng)從菜單的"系統(tǒng)"下面找到"開始采集"界面如下圖：開始采集前如想設(shè)置AD采用頻率等參數(shù)，可以在控制區(qū)操作。AD數(shù)據(jù)緩存設(shè)置，可以在“系統(tǒng)”下找到“緩存設(shè)置”，彈出如下對話框：Urb數(shù)據(jù)長度USB每次請求包的長度（最小64，最大2048，要求必須

18、是64的整數(shù)倍）。（默認(rèn)值是1024）一般不需要設(shè)置，在采用頻率很低時(shí)，該值可以調(diào)低到512，256等合適的值，注意：只有系統(tǒng)停止采集狀態(tài)時(shí)才允許緩存設(shè)置。緩存數(shù)據(jù)長度每次送入示波器的數(shù)據(jù)長度（必須大于等于Urb數(shù)據(jù)長度，最大819200，要求是偶數(shù)）。緩存數(shù)據(jù)長度將影響示波器的數(shù)據(jù)刷新快慢，即緩存越長示波器刷新的越慢，反之亦然。默認(rèn)值是4096，可以適當(dāng)設(shè)置。信號發(fā)生器信號發(fā)生器能夠產(chǎn)生周期正弦波，方波，三角波，鋸齒波，在產(chǎn)生波形前選擇好“信號類型”,“信號頻率”，“信號幅值”，“占空比”,“零電位偏移量”等參數(shù),然后點(diǎn)擊“啟動”按鈕后就可通過采集卡的DA1通道輸出波形。頻率在20HZ以下.

19、 信號發(fā)生器窗口如下圖:AD/DA實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集卡采用“THBXD”USB卡，該卡在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)時(shí)，輸入電壓與二進(jìn)制的對應(yīng)關(guān)系為：-1010V對應(yīng)為016383(A/D轉(zhuǎn)換為14位)。其中0V 為8192。其主要數(shù)據(jù)格式如下表所示(采用雙極性模擬輸入)：輸入AD原始碼(二進(jìn)制)AD原始碼(十六進(jìn)制)求補(bǔ)后的碼(十進(jìn)制)正滿度01 1111 1111 11111FFF16383正滿度1LSB01 1111 1111 11101FFE16382中間值（零點(diǎn)）00 0000 0000 000000008192負(fù)滿度+1LSB10 0000 0000 000120011負(fù)滿度10 0000 000

20、0 000020000而DA轉(zhuǎn)換時(shí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：-55V對應(yīng)為04095(D/A轉(zhuǎn)換為12位)，其數(shù)據(jù)格式(雙極性電壓輸出時(shí))為：輸入D/A數(shù)據(jù)編碼正滿度1111 1111 1111正滿度1LSB1111 1111 1110中間值（零點(diǎn)）1000 0000 0000負(fù)滿度+1LSB 0000 0000 0001負(fù)滿度0000 0000 0000如下圖：在做AD轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)時(shí)，輸入電壓為-10V, AD欄二進(jìn)制值顯示10 0000 0000 0000，十進(jìn)制顯示0；輸入0V時(shí)，AD欄二進(jìn)制值顯示00 0000 0000 0000，十進(jìn)制顯示8192；輸入電壓為+10, AD欄二進(jìn)制值顯示01 1

21、111 1111 1111，十進(jìn)制顯示16383。做DA轉(zhuǎn)換試驗(yàn)時(shí)，十進(jìn)制欄輸入4095，二進(jìn)制欄輸出1111 1111 1111，波形處于+5V位置。十進(jìn)制欄輸入2048，二進(jìn)制欄輸出1000 0000 0000，波形處于0V位置。十進(jìn)制欄輸入0，二進(jìn)制欄輸出0000 0000 0000，波形處于-5V位置。Matlab仿真在傳遞函數(shù)G(S)后的表達(dá)式中填寫好傳遞函數(shù)的參數(shù)后（可參照實(shí)例函數(shù)的樣式），選好“仿真模式”(有四種模式：X-T仿真，Bode圖仿真，根軌跡仿真，極坐標(biāo)仿真)后，點(diǎn)擊“執(zhí)行”后，通過MATLAB的后臺數(shù)據(jù)處理，等待幾秒鐘后將會在右邊的圖形框中顯現(xiàn)此函數(shù)仿真的波形，供用戶

22、參考。如下圖:（注釋：用戶在用BodeChart軟件做幅頻特性實(shí)驗(yàn)時(shí)，手動采集擬合后的波形圖可以和Matlab訪真來對比）Bode圖實(shí)驗(yàn)單擊此按鈕，可以直接調(diào)出做幅頻特性的Bode圖軟件。如下2圖： Bode圖軟件如下： 腳本編程1.運(yùn)行THBDC-1軟件，并選擇菜單中的系統(tǒng)腳本編程，即可打開腳本編程器，如下圖所示：（1）點(diǎn)擊“文件”->“新建”,用戶可以在文本框內(nèi)編寫新的算法代碼; (2)點(diǎn)擊“文件”->“打開”,用戶可以在文本框內(nèi)按照一定路徑打開已有的算法代碼; (3)點(diǎn)擊“文件”->“保存”,用戶可以將新的算法代碼按一定的路徑保存起來; (4)在“編輯”下有撤消.復(fù)制,

23、剪切,粘貼的功能,這里不做具體說明;(5)點(diǎn)擊“調(diào)試”->“啟動”,運(yùn)行程序,并在示波器上輸出波形;(6)點(diǎn)擊“調(diào)試”->“停止”,停止運(yùn)行程序.(7)點(diǎn)擊“調(diào)試”->“步長設(shè)置”,將彈出一個(gè)對話框,可以設(shè)置步長.如下圖:(8)在“語言”菜單下,有兩中語言函數(shù)可以利用的.具體的如下第八,第九大條.下面是具體的實(shí)驗(yàn):1. 使用導(dǎo)線，連接數(shù)據(jù)采集接口的AD1和DA1；并使用腳本編程器打開計(jì)算機(jī)控制算法VBS基本波形中的正弦波腳本；且在腳本編程器的菜單語言選擇VBScript。2. 將AD參數(shù)設(shè)置為：通道1，1KHz，并開始采集數(shù)據(jù)；打開腳本編程器的調(diào)試菜單的啟動菜單，運(yùn)行腳本。即

24、THBDC-1虛擬示波器上觀察到輸出的正弦波。如下圖：3. 波形采集完成后，可選擇腳本編程器調(diào)試菜單中的停止菜單，停止腳本輸出。注意：腳本編程器可通過修改調(diào)試菜單中的步長設(shè)置，修改單步步長；本腳本編程器支持VBScript和JScript，其中JScript的操作步驟和VBScript相似。報(bào)告生成器做實(shí)驗(yàn)時(shí)如果采用登陸模式，在上面就會顯示對應(yīng)的學(xué)號、姓名（此姓名，學(xué)號是不可以更改的），在寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告中如果要用到實(shí)驗(yàn)中的當(dāng)前波形圖，可以在對應(yīng)參數(shù)區(qū)填入與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)相對應(yīng)的參數(shù),然后點(diǎn)擊“保存當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形”，如果還要保存其他實(shí)驗(yàn)波形的話，可以繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，同樣在對應(yīng)參數(shù)區(qū)填入對應(yīng)參數(shù)，然后點(diǎn)擊“保存當(dāng)前

25、實(shí)驗(yàn)波形”，實(shí)驗(yàn)完成后在報(bào)告生成器窗口中填寫實(shí)驗(yàn)類別、實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)討論結(jié)果和學(xué)生所在班級,所有填寫完之后點(diǎn)擊“報(bào)告生成”，按一定的路徑及以的格式來保存報(bào)告。如果只要交電子稿，就以文件的形式發(fā)送到老師指定的路徑文件中，如果要打印提交的話，可以直接雙擊打開這份報(bào)告，在word中打印實(shí)驗(yàn)報(bào)告。此報(bào)告生成器還有兩個(gè)功能：一是點(diǎn)擊“插入其他位圖波形”，可以插入其他波形與當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形相比較；二是點(diǎn)擊“可插入算法原代碼”，可插入當(dāng)前實(shí)驗(yàn)算法的原代碼，以便與實(shí)驗(yàn)相對照。(工具欄有快捷方式)如下2個(gè)圖：（注：在安裝office2003時(shí)，一定要選擇完全安裝，切記不要選擇典型安裝，否則不能生成報(bào)告）

26、波形保存保存當(dāng)前整個(gè)示波器窗口及波形，以Bitmap文件類型保存。如下圖：波形打印如果電腦連了打印機(jī)的話，本軟件有直接打印的功能，可以直接打印出當(dāng)前的主界面。在工具快捷欄也有打印機(jī)的圖標(biāo)，如下圖：退出實(shí)驗(yàn)完之后退出當(dāng)前主界面。二、示波器下的按鈕功能 1、幅值自動選擇(點(diǎn)擊一下,同時(shí)會出現(xiàn)表示符“”表示已經(jīng)選上)：調(diào)整示波器窗口始終隨著波形的幅值滿屏顯示。取消（在選上的基礎(chǔ)上在點(diǎn)擊下，同時(shí)表示符消失，表示已取消）：取消自動調(diào)整，同時(shí)彈出對話框，設(shè)置最大，最小顯示幅值。如下圖：2、時(shí)基自動選擇：調(diào)整示波器窗口始終隨著波形的時(shí)間滿屏顯示；取消：取消自動調(diào)整。3、暫停顯示選擇：暫停顯示；取消：取消自動

27、調(diào)整。3、波形同步選擇：同步顯示波形（注要：只有波形模式在 Plot X，Plot(X1,X2),Plot(X1+X2)種模式下有效，其它模式不起作用）；取消：取消同步顯示。4、波形模式Chart X 單通道采集時(shí)，連續(xù)左移方式顯示波形，同時(shí)在工具快捷方式欄下方中央會顯示波形模式,如下圖；Plot X 單通道采集時(shí)，連續(xù)一屏一屏從左到有刷新顯示波形，此時(shí)波形顯示長度就是緩存數(shù)據(jù)長度；單通道同步顯示必須在此模式下,如下圖；Chart(X1,X2)雙通道時(shí)，分別顯示。顯示原理同 Chart X ；Plot(X1,X2)雙通道時(shí)，分別顯示。顯示原理同 PlotX ；Chart(X1X2)雙通道時(shí)，兩

28、波形疊加顯示。顯示原理同 Chart X ；Plot(X1X2)雙通道時(shí)，兩波形疊加顯示。顯示原理同 PlotX ；Plot(X1，X2)雙通道時(shí)，X1數(shù)值為時(shí)間軸，X2為幅值軸。顯示原理同 PlotX ；AmpSpectrum（幅值譜）信號的不同頻率的幅度在頻率序列上的表示，（注:一個(gè)方波信號）如下圖：PowerSpectrum（功率譜）以F（t）為電壓在1歐姆電阻上不同頻率上能量消耗的分布。同時(shí)快捷工具欄下方中央會顯示波形模式,（注：接一個(gè)方波信號）如下圖；5、波形操作XY軸放大 在此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定的矩形波形窗口到滿屏.此按鈕在工具快捷方式欄也有顯示,如下圖:X軸放大 在

29、此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定的時(shí)間軸區(qū)域波形到滿屏。如下圖:Y軸放大 在此操作模式下，可以任意放大鼠標(biāo)選定的幅值軸區(qū)域波形到滿屏。如下圖:波形抓取 在此抄做模式下,可以抓取當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形.如下圖:十字跟蹤 在此操作模式下，示波器會彈出兩跟蹤線。用戶可以用鼠標(biāo)拖動跟蹤線到指定的位置，狀態(tài)欄會實(shí)時(shí)顯示跟蹤線和波形交叉點(diǎn)的坐標(biāo)位置。如下圖:6、線型/點(diǎn)型改變波形的形狀。即線型時(shí)連線顯示，點(diǎn)型時(shí)，點(diǎn)式顯示。7、波形復(fù)位復(fù)位放大縮小后的波形到原始狀態(tài)。8、基準(zhǔn)復(fù)位復(fù)位控制區(qū)里的水平，基準(zhǔn)按鈕到初始狀態(tài)。9、波形清除 清除當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形，使得示波器窗口為空白，以便重新生成實(shí)驗(yàn)波形。10、波形復(fù)制波形拷貝

30、到粘貼板。三、工具快捷欄其余按鈕:如下圖“開始”相當(dāng)于“開始采集”的功能：“暫?！笔巩?dāng)前波形暫時(shí)停下來時(shí)，以便進(jìn)行測量觀察。要繼續(xù)使波形移動的話，可以點(diǎn)擊“開始”?！巴Ｖ埂笔共ㄐ瓮Ｖ瓜聛?，重新開始實(shí)驗(yàn)。開始“系統(tǒng)”下的“信號發(fā)生器”的工具快捷方式如下圖：開始“系統(tǒng)”下的“腳本編程”的工具快捷方式如下圖： 菜單欄“示波器”下“時(shí)基自動”的工具快捷方式。如果按鈕陷下去，表示已在當(dāng)前狀態(tài)。菜單欄“示波器”下“X-t”和“X-Y”的工具快捷方式。如果按鈕陷下去，表示已在當(dāng)前狀態(tài)。在第七大條有具體實(shí)例。四、幫助菜單下實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書本軟件直接提供了每個(gè)實(shí)驗(yàn)的電子文檔，用戶在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的步驟進(jìn)

31、行操作。如下兩圖：試驗(yàn)指導(dǎo)書包括了試驗(yàn)?zāi)康?，試?yàn)設(shè)備，試驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)結(jié)果等（注：工具欄有快捷式）：如下圖所示。軟件使用說明書包括THBDC-1軟件安裝和使用說明，及Bode圖軟件使用說明書。如下2圖：五、參數(shù)與操作區(qū)的一些按鈕功能通道選擇 選擇AD采集的通道（通道1為 USB采集卡的1通道，通道12為USB采集卡的1和2通道，此時(shí)雙通道采集，每個(gè)通道的實(shí)際采樣頻率為設(shè)置采樣頻率的一半）。采樣頻率設(shè)置采集卡的采樣頻率（注要：單位是K，即最小為1000Hz，最大可以達(dá)到250KHz）。采集卡的默認(rèn)增益系數(shù)為1。分頻系數(shù)波形在Chart模式時(shí)，可以任意調(diào)節(jié)采樣頻率。該原理是等間隔均勻丟棄數(shù)據(jù)點(diǎn)。也即

32、相當(dāng)于降低了采樣頻率，該功能特點(diǎn)是不需要停止采集，隨著滑動按鈕的調(diào)節(jié)，可以馬上看到調(diào)節(jié)結(jié)果。主要用在實(shí)驗(yàn)時(shí)對象信號頻率很低，而實(shí)驗(yàn)又需要顯示整個(gè)實(shí)驗(yàn)波形過程，這時(shí)通過滑動按鈕可以調(diào)到合理的波形。（值1對應(yīng)無分頻，值20對應(yīng)每緩存長度數(shù)據(jù)只顯示1點(diǎn)）。窗口長度調(diào)節(jié)Chart模式時(shí)的波形歷史數(shù)據(jù)長度?；鶞?zhǔn)平移可以邏輯設(shè)置幅值的平移增量。雙通道采集時(shí)可以用來分段顯示波形?；鶞?zhǔn)增益可以邏輯設(shè)置幅值的比例系數(shù)。水平微調(diào)開始測量之前，如果波形不在零點(diǎn)位置，可以調(diào)此微調(diào)，使波形處于零點(diǎn)位置。每一格代表0.01，調(diào)節(jié)范圍在-0.1到0.1共0.2的范圍。（注：此水平微調(diào)在窗口最大化時(shí)，才會顯示出來）六、狀態(tài)區(qū)

33、的各欄注釋狀態(tài)欄第一格為系統(tǒng)運(yùn)行狀況信息欄，第二欄為當(dāng)前波形實(shí)時(shí)分析的頻率值（注要：雙通道時(shí)，是指第一通道波形的頻率），第三欄第四欄為十字跟蹤時(shí)，跟蹤線X1與波形相交點(diǎn)的時(shí)基坐標(biāo)值和幅值坐標(biāo)值。第五欄和第六欄為十字跟蹤時(shí)，跟蹤線X2與波形相交點(diǎn)的時(shí)基坐標(biāo)值和幅值坐標(biāo)值。第七欄第八欄為跟蹤線X2與跟蹤線X1的坐標(biāo)值差，第九欄為|X2-X1|坐標(biāo)值差的倒數(shù)。當(dāng)X1X2剛好對應(yīng)一個(gè)波形時(shí)，該倒數(shù)即為該波形的頻率。七、工具欄中的X-t，X-Y的使用1、X-t的使用1.1 采用實(shí)驗(yàn)臺上的通用實(shí)驗(yàn)單元，組建一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，如下圖所示：電路中的參數(shù)取：R1=100K，R2=100K，Ro=200K，C=1uF

34、；將Ui端連接到階躍信號輸出端，Uo端連接到數(shù)據(jù)采集口單元的AD1，且階躍信號的輸出幅值為2V；1.2 從開始菜單處打開軟件界面“THBDC-1”，打開后軟件界面如下圖所示：1.3 將窗口長度的指針移向大，點(diǎn)擊開始采集按鈕，并按下階躍按鈕，輸出2V的階躍信號，即可記錄如下圖所示：注意：在X-t視圖下，也可以采用雙通道觀察，具體操作步驟和單通道觀察實(shí)驗(yàn)波形一致。2、X-Y的使用2.1 按照下圖所示，連接實(shí)驗(yàn)電路：將r(t)連接到數(shù)據(jù)采集接口的AD1和低頻函數(shù)信號發(fā)生器的正弦波輸出端，c(t)端連接到數(shù)據(jù)采集接口的AD2。2.2 打開THBDC-1軟件，將AD參數(shù)設(shè)置為：通道選擇：通道(1-2)，

35、采樣頻率：50；點(diǎn)擊開始采集按鈕，并選擇菜單中的示波器選項(xiàng)波形模式Chart XY，打開函數(shù)信號發(fā)生器的開關(guān)，輸出正弦波，即可得到X-Y圖：八、VBScript函數(shù)說明1. 初始化函數(shù)：Initialize(arg)調(diào)用方法：sub Initialize(arg)2. 算法運(yùn)行函數(shù)：TakeOneStep (arg)調(diào)用方法：sub TakeOneStep (arg)3. 退出函數(shù)：Finalize (arg)調(diào)用方法：sub Finalize (arg)4. 模擬量輸出函數(shù)：WriteData voltage , channels調(diào)用方法：WriteData 0 ,1；此函數(shù)表明模擬量輸出通

36、道DA1輸出0V。5. 模擬量測量函數(shù)：ReadData(channels)調(diào)用方法：ReadData(1)；此函數(shù)表明模擬量采集通道為AD1。6. 數(shù)字量輸出函數(shù)：SetDO sign , channels調(diào)用方法：SetDO TURE，1；此函數(shù)表明數(shù)字量輸出DO1為1；sign的狀態(tài)有TURE和FALSE。7. 轉(zhuǎn)速測量函數(shù)：GetFS調(diào)用方法：GetFS；此函數(shù)用于測量第一通道的輸入信號頻率。九、JScript函數(shù)說明1. 初始化函數(shù)：Initialize(arg)調(diào)用方法：function Initialize(arg)2. 算法運(yùn)行函數(shù)：TakeOneStep (arg)調(diào)用方法：

37、functionTakeOneStep (arg)3. 退出函數(shù)：Finalize (arg)調(diào)用方法：functionFinalize (arg)4. 模擬量輸出函數(shù)：WriteData （voltage , channels）調(diào)用方法：WriteData （0 ,1）；此函數(shù)表明模擬量輸出通道DA1輸出0V。5. 模擬量測量函數(shù)：ReadData(channels)調(diào)用方法：ReadData(1)；此函數(shù)表明模擬量采集通道為AD1。6. 數(shù)字量輸出函數(shù)：SetDO （sign , channels）調(diào)用方法：SetDO （1，1）；此函數(shù)表明數(shù)字量輸出DO1為1（TURE）；sign的狀態(tài)

38、有1（TURE）和0（FALSE）兩種。7. 轉(zhuǎn)速測量函數(shù)：GetFS調(diào)用方法：GetFS；此函數(shù)用于測量第一通道的輸入信號頻率。十、腳本編程流程圖結(jié)束Initialize(arg)TakeOneStep (arg)控制算法循環(huán)判斷Finalize (arg)YY開始第三節(jié) Bode 軟件的使用說明從開始菜單處找到"THBDC-1"打開軟件界面"BodeChart"，還有一種打開方式是從THBDC菜單欄里面“系統(tǒng)àBode圖實(shí)驗(yàn)”打開，打開之后軟件界面如下圖所示。菜單欄幅頻特性窗口狀態(tài)區(qū)信號輸出和采集控制區(qū)如果USB采集卡驅(qū)動沒有裝好或者usb

39、線沒有連接，啟動時(shí)都會彈出警告對話框如下圖所示。用戶最好關(guān)閉連接好后，再重新啟動。正確打開之后，先熟悉各個(gè)按鈕，如下介紹:一、在文件菜單下：重新實(shí)驗(yàn)如果實(shí)驗(yàn)效果不好,或者參數(shù)設(shè)錯(cuò),可以點(diǎn)擊“重新實(shí)驗(yàn)”，即重新開始，如下圖：波形打印實(shí)驗(yàn)完后,要打印此實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可以直接點(diǎn)擊“波形打印”。THBDC-1點(diǎn)擊此按鈕，則將返回THBDC軟件的登入窗口。如下2圖：退出關(guān)閉當(dāng)前窗口，退出Bode圖。二、在操作菜單下：折線生成在手動采集下，把所需點(diǎn)采完之后，點(diǎn)擊“折線生成”，則會把顯示區(qū)的點(diǎn)依次連接起來。（同時(shí)折線生成的快捷方式如下圖：）曲線擬合按照所采集到的點(diǎn)，它會盡量的把這些點(diǎn)以光滑的曲線連接起來。波形拷

40、貝波形拷貝到粘貼板波形清除清除此當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形，以便重新做實(shí)驗(yàn)。坐標(biāo)自動調(diào)整幅頻特性窗口始終隨著波形的幅值滿屏顯示。波形恢復(fù)復(fù)位放大縮小后的波形到原始狀態(tài)，如下圖：波形測量在此操作模式下，示波器會彈出兩跟蹤線。用戶可以用鼠標(biāo)拖動跟蹤線到指定的位置，狀態(tài)欄會實(shí)時(shí)顯示跟蹤線和波形交叉點(diǎn)的坐標(biāo)位置。如下圖波形抓取在此操作模式下,可以抓取當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形.如下圖:三、狀態(tài)區(qū)的各欄注釋狀態(tài)欄第一欄為前波形實(shí)時(shí)分析的輸出頻率值，第二欄為當(dāng)前波形測量頻率值，第三欄為角頻率即幅頻特性窗口的橫軸，第四欄為幅值比，第五欄為采集進(jìn)度即用戶在做手動采集實(shí)驗(yàn)時(shí)可以察看這欄，一般采集的最佳時(shí)間在“數(shù)據(jù)采集”的顯示百分比為70%

41、90%之間。第六欄第七欄為波形測量十字跟蹤時(shí)，跟蹤線X1與波形相交點(diǎn)的時(shí)角頻率和幅值坐標(biāo)值。初步了解了軟件界面的情況之后，下面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)前請檢查：是否將實(shí)驗(yàn)電路的輸入端和數(shù)據(jù)采集的A/D的第一通道并聯(lián)，并且連接到正弦波信號的輸出端。1、手動方式步驟如下：（1）點(diǎn)擊開始采集:開啟硬件數(shù)據(jù)的采集。（2）調(diào)節(jié)信號源到起始頻率，如0.2Hz，等待到信號源信號穩(wěn)定后，點(diǎn)擊手動單采，等待，軟件即會自動完成該頻率點(diǎn)的頻率，幅值比分析，并單點(diǎn)顯示在波形窗口上。（3）繼續(xù)增加調(diào)節(jié)信號源頻率（如0.3Hz），等信號源信號穩(wěn)定后，點(diǎn)擊手動單采，等待，軟件即會自動完成該頻率點(diǎn)的頻率，幅值比分析，并單點(diǎn)顯示在波

42、形窗口上。（4）繼續(xù)第2步驟，一直到關(guān)鍵頻率點(diǎn)都完成。（5）點(diǎn)擊停止采集，結(jié)束硬件采集任務(wù)。（6）點(diǎn)擊曲線擬合或者折線連接，完成波特圖的幅頻特性圖。（7）保存波形到畫圖板或者直接打印，即完成實(shí)驗(yàn)。下面舉例說明手動測量：（1）按照下圖所示，連接實(shí)驗(yàn)電路：具體的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如圖所示，并將低頻函數(shù)信號發(fā)生器的輸出端連接到電路的r(t)端，地與實(shí)驗(yàn)臺的地線連接起來，數(shù)據(jù)采集接口單元的AD1端連接到電路的c(t)端。并將波形選擇為正弦波輸出，Vp-p為8V，頻段選擇為f1，（2） 運(yùn)行BodeChart軟件，并設(shè)置AD配置參數(shù)：通道號：通道（1-2），采樣頻率：1000；（3） 等待輸出波形穩(wěn)定，一般采集進(jìn)

43、度處于50%左右；點(diǎn)擊手動單采按鈕，并等待波形的采集完成。（4） 重復(fù)步驟3，多次增大函數(shù)信號發(fā)生器的輸出波形頻率，并采集不同頻率點(diǎn)的Bode圖相關(guān)參數(shù)。（5） 在輸出頻率大于2Hz，先點(diǎn)擊停止采集按鈕，修改采樣頻率為5000；修改完畢后，點(diǎn)擊開始采集按鈕，繼續(xù)單點(diǎn)采集數(shù)據(jù)。最后可得實(shí)驗(yàn)曲線。如下圖所示：注意事項(xiàng)：1、實(shí)驗(yàn)前請檢查：是否將實(shí)驗(yàn)電路的輸入端和數(shù)據(jù)采集的A/D的第一通道并聯(lián)，并且連接到正弦波信號的輸出端。2、正弦波信號采用0.2Hz100Hz，且Vp-p為8.09.5V。3、點(diǎn)擊“手動單采”按鈕最佳時(shí)間為“數(shù)據(jù)采集”的顯示百分比為70%90%之間。4、修改采樣頻率時(shí)，先點(diǎn)擊“停止采

44、集”按鈕，修改采樣頻率后，點(diǎn)擊“開始采集”鈕，繼續(xù)測量Bode圖的關(guān)鍵點(diǎn)；5、正弦波的頻率與采樣頻率的關(guān)系如下：6、正弦波的頻率低于1Hz的時(shí)，采樣頻率為1000Hz；正弦波的頻率在1Hz到10Hz的時(shí)，采樣頻率為5000Hz；正弦波的頻率在10Hz到100Hz的時(shí)，采樣頻率為50000Hz。第三章 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 A/D與D/A轉(zhuǎn)換一、 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過實(shí)驗(yàn)了解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與使用方法。2通過實(shí)驗(yàn)了解模擬量通道中模數(shù)轉(zhuǎn)換與數(shù)模轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)方法。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1輸入一定值的電壓，測取模數(shù)轉(zhuǎn)換的特性，并分析之。2在上位機(jī)輸入一12位的二進(jìn)制代碼，完成通道的數(shù)模轉(zhuǎn)換

45、實(shí)驗(yàn)。四、實(shí)驗(yàn)要求 熟悉THBDC-1型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺的硬件和軟件系統(tǒng)。能自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)模擬量輸入通道和輸出通道。熟悉軟件編程環(huán)境和編程語言。五、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1THBDC-1型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺。2THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊(含37芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根)。3PC機(jī)1臺(含上位機(jī)軟件“THBDC-1”)。六、預(yù)習(xí)要求實(shí)驗(yàn)前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，須持?shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告后，方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。七、實(shí)驗(yàn)步驟1. 啟動實(shí)驗(yàn)臺的“電源總開關(guān)”，打開±5、±15V電源。將“階躍

46、信號發(fā)生器”單元輸出端連接到“數(shù)據(jù)采集接口單元“的“AD1”通道,同時(shí)將采集接口單元的“DA1”輸出端連接到接口單元的“AD2”輸入端。2、將“階躍信號發(fā)生器”的輸入電壓調(diào)節(jié)為1V。3. 啟動計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)“THBDC-1”軟件，在打開的軟件界面上點(diǎn)擊“開始采集”按鈕。4. 點(diǎn)擊軟件“系統(tǒng)”菜單下的“AD/DA實(shí)驗(yàn)”，在AD/DA實(shí)驗(yàn)界面上點(diǎn)擊“開始”按鈕，觀測采集卡上AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，在輸入電壓為1V(可以使用面板上的直流數(shù)字電壓表進(jìn)行測量)時(shí)應(yīng)為00001100011101(共14位，其中后幾位將處于實(shí)時(shí)刷新狀態(tài))。調(diào)節(jié)階躍信號的大小，然后繼續(xù)觀察AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果，并與理論

47、值(詳見本實(shí)驗(yàn)附錄)進(jìn)行比較。5. 根據(jù)DA轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換規(guī)律(詳見本實(shí)驗(yàn)附錄)，在DA部分的編輯框中輸入。6 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉腳本編輯器窗口，退出實(shí)驗(yàn)軟件。八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 對于給定的電壓信號，記錄模數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并進(jìn)行結(jié)果分析。2. 對于輸入12位二進(jìn)制信號，記錄數(shù)模轉(zhuǎn)換的結(jié)果，并分析之。九、思考題1. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器在控制系統(tǒng)中的作用有哪些？2. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器是否影響控制系統(tǒng)的精度？分析其原因？3. 標(biāo)度變換在模擬量輸入通道中起什么作用？十、附錄1數(shù)據(jù)采集卡本實(shí)驗(yàn)臺采用了THBXD數(shù)據(jù)采集卡。它是一種基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡，卡上裝有14Bit分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器和

48、12Bit分辨率的D/A轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換器的輸入量程均為±10V、輸出量程均為±5V。該采集卡為用戶提供4路模擬量輸入通道和2路模擬量輸出通道。其主要特點(diǎn)有：1) 支持USB1.1協(xié)議，真正實(shí)現(xiàn)即插即用2) 400KHz14位A/D轉(zhuǎn)換器，通過率為350K，12位D/A轉(zhuǎn)換器，建立時(shí)間10s3) 4通道模擬量輸入和2通道模擬量輸出4) 8k深度的FIFO保證數(shù)據(jù)的完整性5) 8路開關(guān)量輸入，8路開關(guān)量輸出2. AD/DA轉(zhuǎn)換原理數(shù)據(jù)采集卡采用“THBXD”USB卡，該卡在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)時(shí)，輸入電壓與二進(jìn)制的對應(yīng)關(guān)系為：-1010V對應(yīng)為016383(A/D轉(zhuǎn)換為14位)。

49、其中0V為8192。其主要數(shù)據(jù)格式如下表所示(采用雙極性模擬輸入)： 輸入AD原始碼(二進(jìn)制)AD原始碼(十六進(jìn)制)求補(bǔ)后的碼(十進(jìn)制)正滿度01 1111 1111 11111FFF16383正滿度1LSB01 1111 1111 11101FFE16382中間值（零點(diǎn)）00 0000 0000 000000008192負(fù)滿度+1LSB10 0000 0000 000120011負(fù)滿度10 0000 0000 000020000 而DA轉(zhuǎn)換時(shí)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換關(guān)系為：-55V對應(yīng)為04095(D/A轉(zhuǎn)換為12位)，其數(shù)據(jù)格式(雙極性電壓輸出時(shí))為：輸入D/A數(shù)據(jù)編碼正滿度1111 1111 1111

50、正滿度1LSB1111 1111 1110中間值（零點(diǎn)）1000 00000000負(fù)滿度+1LSB 0000 0000 0001負(fù)滿度0000 0000 00003編程實(shí)現(xiàn)測試信號的產(chǎn)生利用上位機(jī)的“腳本編程器”可編程實(shí)現(xiàn)各種典型信號的產(chǎn)生，如正弦信號，方波信號，斜坡信號，拋物線信號等。其函數(shù)表達(dá)式分別為：1) 正弦信號，2) 方波3) 斜坡信號 ，a為常量4) 拋物線信號，a為常量這里以拋物線信號為例進(jìn)行編程，其具體程序如下：dim tx,op,a初始化函數(shù)sub Initialize(arg)初始化函數(shù) WriteData 0 ,1對采集卡的輸出端口DA1進(jìn)行初始化tx=0對變量初始化en

51、d subsub TakeOneStep (arg) 算法運(yùn)行函數(shù) a=1op=0.5*a*tx*tx 0.1為時(shí)間步長tx=tx+0.1if op>3 then波形限幅 tx=0end ifWriteData op ,1數(shù)據(jù)從采集卡的DA1端輸出end subsub Finalize (arg)退出函數(shù)WriteData 0 ,1end sub通過改變變量tx、a的值可改變拋物線的上升斜率。其它典型信號的編程請參考“THBDC-1”安裝目錄下的“計(jì)算機(jī)控制算法VBS基本波形”目錄內(nèi)參考示例程序。實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字濾波器一、 實(shí)驗(yàn)類型：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉并掌握THBDC-1型控制

52、理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺及上位機(jī)軟件的使用方法。2通過實(shí)驗(yàn)熟悉數(shù)字濾波器的實(shí)現(xiàn)方法。3研究濾波器參數(shù)的變化對濾波性能的影響。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1設(shè)計(jì)一個(gè)帶尖脈沖（頻率可變）干擾信號和正弦信號的模擬電路。2設(shè)計(jì)并調(diào)試一階數(shù)字濾波器。3設(shè)計(jì)并調(diào)試高階數(shù)字濾波器。四、實(shí)驗(yàn)原理1在許多信息處理過程中，如對信號的濾波，檢測，預(yù)測等都要廣泛地用到濾波器。數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理中廣泛使用的一種線性環(huán)節(jié)，它從本質(zhì)上說是將一組輸入的數(shù)字序列通過一定規(guī)則的運(yùn)算后轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪唤M希望輸出的數(shù)字序列。一般可以用兩種方法來實(shí)現(xiàn)：一種是用數(shù)字硬件來實(shí)現(xiàn)；另一種是用計(jì)算機(jī)的軟件編程來實(shí)現(xiàn)。一個(gè)數(shù)字濾波器，它所表達(dá)的運(yùn)

53、算可用差分方程來表示：2一階數(shù)字濾波器及其數(shù)字化一階數(shù)字濾波器的傳遞函數(shù)為 利用一階差分法離散化，可以得到一階數(shù)字濾波器的算法：其中TS為采樣周期，為濾波器的時(shí)間常數(shù)。TS和應(yīng)根據(jù)信號的頻譜來選擇。3高階數(shù)字濾波器高階數(shù)字濾波器算法很多，這里只給出一種加權(quán)平均算法：其中權(quán)系數(shù)滿足：。同樣，也根據(jù)信號的頻譜來選擇。五、實(shí)驗(yàn)要求 熟悉THBDC-1型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺的硬件和軟件系統(tǒng)。能自行設(shè)計(jì)濾波硬件電路系統(tǒng)，推導(dǎo)濾波算法的差分方程，并完成濾波算法的軟件編程和實(shí)現(xiàn)。六、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1THBDC-1型控制理論·計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺。2THBXD數(shù)據(jù)采集卡一塊(含37

54、芯通信線、16芯排線和USB電纜線各1根)。3PC機(jī)1臺(含上位機(jī)軟件“THBDC-1”)。七、預(yù)習(xí)要求實(shí)驗(yàn)前學(xué)生必須自學(xué)有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法及工作原理，明確實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，須持?shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告后，方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。八、實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)接線及準(zhǔn)備1.1啟動計(jì)算機(jī)，在桌面雙擊圖標(biāo)THBDC-1，運(yùn)行實(shí)驗(yàn)軟件。1.2啟動實(shí)驗(yàn)臺的“電源總開關(guān)”，打開±5、±15V電源。將低頻函數(shù)信號發(fā)生器單元輸出端連接到采集卡的“AD1”通道,并選擇方波輸出。在虛擬示波器觀測方波信號的頻率和幅值，然后調(diào)節(jié)信號發(fā)生器中的“頻率調(diào)節(jié)”和“幅度調(diào)節(jié)”電位器，使方波信號的頻率和幅值分別為4Hz，2V。然后斷開與采集卡的連接，將低頻函數(shù)信號發(fā)生器單元輸出端連接到“脈沖產(chǎn)生電路”單元輸入端，產(chǎn)生一個(gè)尖脈沖信號Uo。1.3按圖2-2連接電路，其中正弦信號來自數(shù)據(jù)采集卡的“DA1”輸出端，尖脈沖信號來自U1單元的輸出端。圖2-2的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡的“AD1”輸入端相連，同時(shí)將數(shù)據(jù)采集卡的“DA2”輸出端與“AD2”輸入端相連。2、腳本程序運(yùn)行2.1點(diǎn)擊軟件工具欄上的 “” 按鈕(腳本編程器)，打開腳本編輯器窗口。2.2在腳本編輯器窗口的文件菜單下點(diǎn)擊“打開”按鈕，并在“計(jì)算機(jī)控制算法VBS計(jì)算機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)算法”文件夾下選中“數(shù)字濾波”