電子信息關(guān)鍵工程綜合實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)名稱: 實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)二 實(shí)驗(yàn)三 實(shí)驗(yàn)四 實(shí)驗(yàn)五 實(shí)驗(yàn)六實(shí)驗(yàn)名稱: 實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)二 實(shí)驗(yàn)三 實(shí)驗(yàn)四 實(shí)驗(yàn)五 實(shí)驗(yàn)六電子信息工程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告轉(zhuǎn)速測量與控制溫度測量與控制電量測量與分析LabVIEW編程環(huán)境與基本操作實(shí)驗(yàn) 虛擬信號發(fā)生器實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)指弓I教師：班級：班姓名：學(xué)號：學(xué)院：自動(dòng)化學(xué)院實(shí)驗(yàn)一轉(zhuǎn)速測量與控制、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜に俣葌鞲衅鞴ぷ髟硎煜び布O(shè)計(jì)原理熟悉軟件編程措施二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)、示波器、綜合實(shí)驗(yàn)板、數(shù)字表，頻率計(jì)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理硬件設(shè)計(jì)原理其中，圖日勺上半部分為測量部分，下半部分為控制部分CPU： AT89C52I/O：人機(jī)接口，7290D/A： 5618直流電機(jī)：v

2、 =24v軟件設(shè)計(jì)原理硬件初始化555定時(shí)ZLG7290 顯示初始化4EilC 目刷新顯示TLV5618 轉(zhuǎn)換控量控制電機(jī)轉(zhuǎn)速I處理數(shù)據(jù)讀取當(dāng)刖轉(zhuǎn)速V從T0計(jì)數(shù)器 讀入數(shù)據(jù)t更新顯示數(shù)組1Hh.fa等待中斷進(jìn)入ZLG7290中斷鍵值處理退出中斷圖1-2軟件設(shè)計(jì)流程圖四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)按實(shí)驗(yàn)規(guī)定連接電路，檢查沒有連接錯(cuò)誤后，給綜合實(shí)驗(yàn)板上電，開始實(shí) 驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)日勺整個(gè)過程中要注意安全。用鍵盤設(shè)立電機(jī)轉(zhuǎn)速，從500R/min開始，當(dāng)數(shù)碼管顯示勺目前轉(zhuǎn)速在設(shè) 定轉(zhuǎn)速附近上下小幅波動(dòng)時(shí)或穩(wěn)定在設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，用示波器測量TLV5618勺OUTB 端勺信號頻率，用萬用表測量OUTB端勺信號電壓、直流電機(jī)勺輸入電壓

3、V + （測 試點(diǎn)為f相應(yīng)m2，VOUTB相應(yīng)R23，V +相應(yīng)m+）.變化設(shè)定勺轉(zhuǎn)速，依次輸入500R/min2500R/min之間勺值，反復(fù)環(huán)節(jié)2。記錄數(shù)據(jù)，解決數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)勺采集和分析數(shù)據(jù)采集表1-1所測參數(shù)設(shè)定參數(shù)R/mf出/Hz誤差n/%Vm /VV + /vA轉(zhuǎn)速方程60035710.8051.445.50V1（R）5.254.8990052632.5371.917.70120071430.7912.3510.01150086214.2112.7912.16V + =f2 (R)1800104173.5463.2114.19116283.1003.5515.87數(shù)據(jù)分析通過表1-

4、1中數(shù)據(jù)計(jì)算，A4.918(1)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇上，設(shè)定參數(shù)日勺前五個(gè)轉(zhuǎn)速由上而下日勺以300R/m遞增，同 步測得數(shù)據(jù)匕誦勺值也相應(yīng)以相似勺差值遞增，因此，我們設(shè)想匕誦和轉(zhuǎn)速R 成線性關(guān)系。設(shè)v b = aR + c式其中a和c為未定常量。由于d V B /Dr = a = V B/AR 式將表1-1中數(shù)據(jù)代入式和式，可得到表1-2表1-2參數(shù)a和c勺值a(10e-3)1.571.471.471.4c0.5530.580.5770.57360.55因此，a =1.4775*10e-3c =0.56672因此，V B =1.4775*10e-3 * R +0.56672(2)由表1-1可知，LB

5、和V；成 倍勺關(guān)系。由(1)中同樣勺分析措施可得：V + =7.235*10e-3 * R + 1.2301用Matlab畫出轉(zhuǎn)速特性曲線(1) VoutB(2) v實(shí)驗(yàn)二溫度測量與控制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜囟葌鞲衅?；熟悉溫度測量硬件設(shè)計(jì)原理；熟悉溫度測量軟件設(shè)計(jì)原理。二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)、示波器、綜合實(shí)驗(yàn)板、電熱水器、數(shù)字表三、設(shè)計(jì)原理硬件設(shè)計(jì)原理(1)原理框圖圖2-1硬件設(shè)計(jì)原理框圖(2) 硬件部分重要涉及4塊集成芯片、電熱水器、溫度傳感器和雙向可 控硅等。信號產(chǎn)生與放大溫度傳感器：圖2-2溫度傳感器構(gòu)造示意圖本實(shí)驗(yàn)是采用日勺是鉑熱電阻式溫度傳感器，它是一種負(fù)溫度系數(shù)熱敏電 阻(NTC),特點(diǎn)是

6、熱電特性穩(wěn)定，測溫精確度高，可作原則熱電偶。鉑熱電阻溫度傳感器勺特點(diǎn)：鉑勺物理、化學(xué)性能非常穩(wěn)定，是目前制 造熱電阻勺最佳材料。鉑絲勺電阻值與溫度之間勺關(guān)系在0630.755C范疇 內(nèi)為：R = 0(1 +山+ Bt2)，B勺值在10-7量級。故電阻隨溫度變化勺線性度 較好。電阻值隨溫度T勺線性變化將引起鉑熱電阻兩端勺電位差匕勺線性變 化，從而實(shí)現(xiàn)將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號。其具體構(gòu)造如下：01 / D A DVt二Tl-T2, 3圖2-3溫度傳感器等效電路圖信號放大：傳感器勺輸出電壓信號比較小，一般只有幾毫伏到幾十毫伏，局限性以 驅(qū)動(dòng)后邊與之相連勺芯片，并混有許多干擾信號，因此必須將信號放大到與

7、 下一極芯片驅(qū)動(dòng)電壓相匹配勺限度，并清除干擾。該部分勺功能是將匕隨溫 度勺變化敏捷度放大200倍，即交流放大倍數(shù)為200，使進(jìn)入AD7865勺采 樣信號變換范疇擴(kuò)大到05V，使數(shù)據(jù)勺解決精度提高。這部分電路在實(shí) 驗(yàn)板上是一種集成模塊，在電路板下方中部。其等效電路圖為：圖2-4圖2-4溫度傳感器放大電路信號采集與解決由于溫度傳感器輸出日勺信號為模擬量，必須通過模數(shù)轉(zhuǎn)換才干為CPU解決。 將模擬電 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號勺過程稱為A/D變換。本實(shí)驗(yàn)采用勺芯片是 AD7856，重要應(yīng)用在溫度測量系統(tǒng)中。芯片特點(diǎn)：高速，低耗，有4個(gè)采樣通 道，同步可以進(jìn)行4路采樣，輸出14位位寬勺并行數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換時(shí)間是2.

8、4us，信 號辨別率位V214 V。ref 電路連接圖：ver:m QJlJ:m QJlJ圖2-5信號采集與解決電路原理圖單片機(jī)：本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)日勺型號使AT89C52,是整個(gè)實(shí)驗(yàn)日勺核心，重要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)日勺 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解決和顯示，并控制直流電機(jī)。AT89C52是一款具有低功耗和高性能勺、CMOS制造工藝勺8位微解決器， 有8K字節(jié)勺FLASH可編程和可擦除只讀存儲器（PEROM）。有片內(nèi)256X8位 內(nèi)部RAM，32根可編程I/O線，3個(gè)16位定期/計(jì)數(shù)器，八個(gè)中斷源，和可編 程串行通道等。單片機(jī)將采集來勺數(shù)據(jù)通過一定勺算法解決后，輸出給D/A，來控制熱水器 狀態(tài)。電路圖與實(shí)驗(yàn)一相似。狀

9、態(tài)顯示與鍵值設(shè)立本實(shí)驗(yàn)中用ZLG7290作為鍵盤接口和LED顯示驅(qū)動(dòng)。特點(diǎn)：12C串行總線 接口，提供鍵盤中斷信號，以便與解決器接口；可驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管或64只 獨(dú)立LED和64個(gè)按鍵；8個(gè)功能鍵，可檢測任意鍵勺連擊次數(shù)。由于ZLG7290 采用12C串行總線，而AT89C52內(nèi)部沒有集成12C總線接口，因此運(yùn)用軟件模擬 12C總線接口功能?？刂齐娐繁緦?shí)驗(yàn)中，要通過設(shè)立溫度來控制電熱水器工作狀態(tài)，需要將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換 位模擬信號，電路中使用了 D/A轉(zhuǎn)換芯片TLV5618。芯片特點(diǎn)：12位雙通道串 行接口；可編程設(shè)立轉(zhuǎn)換時(shí)間，高速模式下為2.5us，低速模式下為12us； 89C52 將保存勺

10、設(shè)立預(yù)期轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)輸出到5618勺SDI端，從SDI端輸入 勺數(shù)字信號經(jīng)TLV5618轉(zhuǎn)換成模擬信號，由OUTA端輸出。當(dāng)目前溫度值比設(shè) 定勺溫度值不不小于2C如下時(shí)，OUTA端輸出5V,雙向可控硅導(dǎo)通，熱水器 開始加熱；當(dāng)目前溫度值比設(shè)定勺溫度值不不不小于2C時(shí)，OUTA端輸出0V， 雙向可控硅截止，熱水器停止加熱。達(dá)到閉環(huán)控制目勺。電路圖:圖2-6 控制電路原理圖(5)電熱水器本實(shí)驗(yàn)中作為受控對象，受單片機(jī)控制。軟件設(shè)計(jì)原理CPU初始化7865A D轉(zhuǎn)換 請求h-ZLG7290顯示 初始化-刷新顯示rVTLV5618 轉(zhuǎn)化控制量控 制熱水器數(shù)據(jù)處理從 AD78665采集溫度數(shù)據(jù)更

11、新顯示數(shù)組1讀取當(dāng)前溫度t等待中斷進(jìn)入ZLG67290中斷鍵值處理-退出中斷r圖2-7軟件設(shè)計(jì)原理示意圖源程序見附錄四、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)按實(shí)驗(yàn)規(guī)定連接電路，檢查沒有連接錯(cuò)誤后，給綜合實(shí)驗(yàn)板上電，開始 實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)日勺整個(gè)過程中要注意安全。用鍵盤設(shè)立一種溫度值，當(dāng)數(shù)碼管顯示日勺溫度與設(shè)定值相等時(shí)，用萬用 表測量溫度傳感器勺輸出電壓匕和放大后勺電壓七(測試點(diǎn)為：匕等于T1與T2或T3之間日勺電位差；匕/等于匕，與參照地之之間日勺電位差）。測量電熱水器日勺控制電壓匕廣分別測量電熱水器工作和停止時(shí)日勺控制電 壓、。測量溫度閥值匕。由軟件設(shè)計(jì)原理可知，當(dāng)目前溫度比設(shè)定溫度值不低 于2C時(shí)，電熱水器斷電停止加熱；

12、而當(dāng)目前溫度比設(shè)定溫度值低于2C時(shí)，電 熱水器通電開始加熱。我們稱剛斷電停止加熱和重新通電開始加熱時(shí)勺溫度稱為 溫度閥值。設(shè)定溫度值從20C90C，每10C設(shè)定一種值。反復(fù)環(huán)節(jié)24。記錄數(shù)據(jù)，解決數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)采集與解決表2-1所測參數(shù)tC2535455565758590V /mvt50. 252.154.055.957.859.761.662.6巳/v2.02.422.813.193.603.994.394.59V = f (t) t10.1904t+45.433VZW0.0397t+1.0188比1 C匕=0.1904 ,匕t =0.0397A221205200215.7210210.52

13、00Yt/C7.922e-3。/V4.99一一一一一-0.318設(shè)-閥/C22222222參數(shù)日勺物理意義: 七：溫度傳感器勺變換電壓A：增益。A= 土=業(yè)皿KAVt1辨別率 : AD7865工作使勺參照電壓為Vf 5V，14位寬度，則此芯片勺 電壓辨別率為r = V/214 = 0.305*10-3V , A憶心=0.0385 V/0C ,因此溫度辨別率 為 rt=rv/A V=7.922e-3運(yùn)用Matlab繪制溫度特性曲線：4lno4lno TOC o 1-5 h z i|+T-11I+1-I-1 - -|a|a_ IIIIIIIIIKIIIIIIIII01020304050607080

14、90100tf度圖2-8溫度特性曲線實(shí)驗(yàn)三電量測量與分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜る妷夯ジ衅骱碗娏骰ジ衅魅丈坠ぷ髟碚莆针娏繙y量與分析原理熟悉電量測量硬件設(shè)計(jì)原理熟悉電量測量軟件設(shè)計(jì)措施二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)、示波器、綜合實(shí)驗(yàn)板、數(shù)字表、電熱水器三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理1.硬件設(shè)計(jì)原理（1）電量分析原理實(shí)際負(fù)載并不是完全日勺純電阻特性，是既涉及線性日勺電阻、電容和電感器件， 也涉及二極管、三極管等非線性器件，因此在220V正弦電壓勺作用下，負(fù)載兩 端勺電流不在是正弦信號，而是具有豐富諧波分量勺非正弦周期信號，電量參數(shù) 勺測試較為復(fù)雜。但是運(yùn)用高度集成化勺計(jì)算電量芯片CS5460A可以以便地設(shè) 計(jì)出一種電量測試系統(tǒng)。

15、為了便于分析測量地?cái)?shù)據(jù)，現(xiàn)將有關(guān)電路理論論述如下: 對于正弦周期信號瞬時(shí)電壓：=U cos（wt +甲）瞬時(shí)電流：i（t） = I cos（t +甲.）瞬時(shí)功率：p = ui = 2-U I cos的一僅）+ cos（2t +中+僅）有效電壓：U = U /克max有效電流：I = I /寸2max有效功率：P = - f T pdt =-卜1U I cos（中 一中）+ cos（2t + 中 +中）dtT T 0 2 max maxu iu i=UI cos（甲一平）u i視在功率：S = UI無功功率：Q = UIsin（里-中）u i功率因素：x = cos（中一中）=PSu i電壓與電流勺相位差：中=中-中ui非正弦周期信號任一周期電流i地有效值I定義為：I =、: TI Ti2（t）dt假設(shè)一非正弦周期電流i可以分解為傅立葉級數(shù):i(t) = I +產(chǎn) I sin( kw t + p )0k max1 kk=1將，帶入有效值公式，則得此電流得有效值為:I + I0-k =1k max. 2 sin(kwt + 中) (t)dt計(jì)算得I =(I2 + I2 +