計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)指導(dǎo)書

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一、數(shù)/模轉(zhuǎn)換一．實(shí)驗(yàn)規(guī)定掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC0832芯片的性能、使用方法及相應(yīng)的硬件電路。編寫程序控制D/A輸出的波形，使其輸出周期性的三角波。二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及環(huán)節(jié)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元電路圖見圖1所示。圖1數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路圖實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：運(yùn)營(yíng)LABACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文獻(xiàn)，選用虛擬示波器（B3）單元的CH1測(cè)孔測(cè)量波形。測(cè)孔連線數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（B2）單元OUT1→虛擬示波器（B3）輸入端CH1（選X1檔）。

實(shí)驗(yàn)二、模/數(shù)轉(zhuǎn)換一．實(shí)驗(yàn)規(guī)定1、了解模/數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D芯片ADC0809轉(zhuǎn)換性能及編程。2、編制程序通過(guò)0809采樣輸入電壓并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量值。二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)用的ADC0809是八位A/D轉(zhuǎn)換器，典型采樣時(shí)間需100us。編程中應(yīng)當(dāng)保證A/D轉(zhuǎn)換的完畢，這可以在程序中插入適當(dāng)延時(shí)代碼或監(jiān)視EOC信號(hào)的電平來(lái)實(shí)現(xiàn)。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（B8）單元電路圖見圖2所示。ADC0809的片選在實(shí)驗(yàn)機(jī)內(nèi)部已固定為0AxH。由于0809的A、B、C三腳依次接至A0、A1、A2，所以模擬輸入通道IN0～I(xiàn)N7的端口地址為0A0～0A7。其中IN0～I(xiàn)N5有效輸入電平為0V～+5V。IN6和IN7為雙極性輸入接法，有效輸入電平為-5V～+5V，IN4~IN7端口有測(cè)孔引出，供用戶使用。圖2模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：（1）將信號(hào)發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器中心Y測(cè)孔，作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（B8）輸入信號(hào)：B1單元中的電位器左邊K3開關(guān)撥下（GND），右邊K4開關(guān)撥上（+5V）。（2）測(cè)孔聯(lián)線：B1（Y）→模/數(shù)轉(zhuǎn)換器B8（IN4）（信號(hào)輸入）。（3）運(yùn)營(yíng)、觀測(cè)、記錄：運(yùn)營(yíng)LABACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始后，在虛擬示波器屏幕上顯示出即時(shí)模/數(shù)轉(zhuǎn)換二進(jìn)制碼及其相應(yīng)的電壓值；再次點(diǎn)擊開始，將繼續(xù)轉(zhuǎn)換及顯示，滿17次后回到原點(diǎn)顯示。屏幕上X軸表達(dá)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的序號(hào)，Y軸表達(dá)該次模/數(shù)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。每次轉(zhuǎn)換后將在屏幕出現(xiàn)一個(gè)“*”，同時(shí)在“*”下顯示出模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制碼及相應(yīng)的電壓值，所顯示的電壓值應(yīng)與輸入到模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元（B8）的輸入通道電壓相同。每轉(zhuǎn)換滿17次后，將自動(dòng)替代第一次值。輸入通道可由用戶自行選擇，默認(rèn)值為IN4。

實(shí)驗(yàn)三、采樣實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)規(guī)定了解模擬信號(hào)到計(jì)算機(jī)控制的離散信號(hào)的轉(zhuǎn)換—采樣過(guò)程。二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及環(huán)節(jié)采樣實(shí)驗(yàn)框圖如圖3所示。本實(shí)驗(yàn)將通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊以一定的采樣周期對(duì)B9單元產(chǎn)生的正弦波信號(hào)采樣，送虛擬示波器顯示，觀測(cè)在不同采樣周期下，比較輸入及輸出的波形（失真限度）。圖3采樣實(shí)驗(yàn)框圖圖3采樣實(shí)驗(yàn)框圖實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：（1）將正弦波信號(hào)發(fā)生器單元（B6）中開關(guān)置于‘0.1~1Hz’檔，輸出正弦波為SIN測(cè)孔。（2）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器單元（B5）的S1置‘階躍’檔（最頂端），S2置到‘2－60mS’檔。（3）測(cè)孔聯(lián)線1正弦波信號(hào)輸入B6輸出（SIN）→B3（虛擬示波器）CH1（選X1檔）2采樣周期信號(hào)B5輸出(S)→B9輸入（IRQ7）（3）運(yùn)營(yíng)、觀測(cè)、記錄：①先運(yùn)營(yíng)LABACT程序，選擇界面的“工具”菜單選中“雙跡示波器”（Alt+W）項(xiàng)，彈出雙跡示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用虛擬示波器觀測(cè)和調(diào)整系統(tǒng)輸入信號(hào)，調(diào)節(jié)正弦波信號(hào)發(fā)生器B6單元的調(diào)頻和調(diào)幅電位器（正弦波的幅度為2V，頻率為0.5Hz）。②調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（B5）單元中的調(diào)寬電位器使采樣周期信號(hào)頻率達(dá)成最大（約78Hz）③再運(yùn)營(yíng)LABACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的采樣和保持菜單下選擇采樣實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文獻(xiàn)，即可選用本實(shí)驗(yàn)配套的虛擬示波器（B3）單元的CH1測(cè)孔測(cè)量波形調(diào)節(jié)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（B5）單元中的調(diào)寬電位器，慢慢減少采樣周期信號(hào)頻率，直到虛擬示波器顯示的正弦波嚴(yán)重失真，記錄下此時(shí)的采樣周期。實(shí)驗(yàn)四、采樣/保持器實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)規(guī)定1.了解判斷采樣/保持控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的充要條件。2．了解采樣周期T對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響。3．掌握控制系統(tǒng)處在臨界穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的采樣周期T的計(jì)算。4．觀測(cè)和分析采樣/保持控制系統(tǒng)在不同采樣周期T時(shí)的瞬態(tài)響應(yīng)曲線。二．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及環(huán)節(jié)本實(shí)驗(yàn)用于觀測(cè)和分析在離散控制系統(tǒng)中采樣周期T對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響。采樣控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：系統(tǒng)特性方程的根必須在Z平面的單位圓內(nèi)，特性方程式的根與采樣周期T有關(guān)，只要特性根的模均小于1，則系統(tǒng)穩(wěn)定。若規(guī)定圖4所示的閉環(huán)采樣/保持控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成電路特性根的模小于1，須：得：采樣周期T<0.04S。圖4閉環(huán)采樣/保持控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)構(gòu)成電路閉環(huán)采樣系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中被控對(duì)象由積分環(huán)節(jié)（A3單元）與慣性環(huán)節(jié)（A5單元）構(gòu)成。本實(shí)驗(yàn)將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元作為信號(hào)發(fā)生器，OUT輸出施加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端Ui，觀測(cè)OUT從0V階躍+2.5V時(shí)，被測(cè)系統(tǒng)的在不同的采樣周期T時(shí)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性的影響積分環(huán)節(jié)（A3單元）的積分時(shí)間常數(shù)Ti=R1*C1=0.1S，慣性環(huán)節(jié)（A5單元）的慣性時(shí)間常數(shù)T=R2*C2=0.5S，增益K=R2/R3=5。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)：注：‘S-ST’用‘短路套’短接!（1）將函數(shù)發(fā)生器（B5）單元的輸出（OUT）作為系統(tǒng)輸入R。將B5單元的S1置‘階躍’檔（最頂端），置S2‘0.2-6S’檔。（2）構(gòu)造模擬電路：按圖4安頓短路套及測(cè)孔聯(lián)線，表如下。（a）安頓短路套（b）測(cè)孔聯(lián)線1輸入信號(hào)RB5（OUT）→A1（H1）2運(yùn)放級(jí)聯(lián)A1（OUT）→A2（H1）3送調(diào)節(jié)器輸入A2（OUT）→B8（IN7）4調(diào)節(jié)器輸出B2（OUT2）→A3（H1）5運(yùn)放級(jí)聯(lián)A3（OUT）→A5（H1）6負(fù)反饋A5（OUT）→A2（H2）7‘中斷請(qǐng)求’線B5（S）→B9（IRQ6）模塊號(hào)跨接座號(hào)1A1S4，S82A2S1，S63A3S3，S10，S114A5S3，S7，S105B5‘S-ST’（3）虛擬示波器（B3）的聯(lián)接：示波器輸入端信號(hào)輸出端CH1（選X1檔）A5單元的OUT（C）系統(tǒng)輸出CH2（選X1檔）B5單元的OUT系統(tǒng)輸入（4）運(yùn)營(yíng)、觀測(cè)、記錄：①先運(yùn)營(yíng)LABACT程序，選擇界面的“工具”菜單選中“雙跡示波器”（Alt+W）項(xiàng)，彈出雙跡示波器的界面，點(diǎn)擊開始，用虛擬示波器觀測(cè)和調(diào)整系統(tǒng)輸入信號(hào)，調(diào)節(jié)B5單元的調(diào)幅電位器使OUT輸出電壓為2.5V，調(diào)節(jié)調(diào)寬電位器使OUT正輸出寬度>6秒。②再把A2（OUT）→B8（IN7）及B2（OUT2）→A3（H1）的測(cè)孔聯(lián)線去掉，把A2（OUT）測(cè)孔聯(lián)到A3（H1）測(cè)孔，使正弦波發(fā)生器B6單元產(chǎn)生的低頻正弦信號(hào)，頻率為1Hz左右，幅度調(diào)整成最大，施加于被測(cè)系統(tǒng)的輸入端r(t)，用虛擬示波器觀測(cè)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)波形，避免系統(tǒng)進(jìn)入非線性狀態(tài)。③再恢復(fù)A2（OUT）→B8（IN7）及B2（OUT2）→A3（H1）的測(cè)孔聯(lián)線，運(yùn)營(yíng)LABACT程序，選擇微機(jī)控制菜單下的采樣和保持菜單下選擇采樣/保持實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，再選擇開始實(shí)驗(yàn)，就會(huì)彈出虛擬示波器的界面，點(diǎn)擊開始后將自動(dòng)加載相應(yīng)源文獻(xiàn)，運(yùn)營(yíng)實(shí)驗(yàn)程序，使用虛擬示波器CH1通道觀測(cè)A5單元輸出OUT（C）的波形。④該實(shí)驗(yàn)的顯示界面的采樣周期T（界面右上角）可由用戶點(diǎn)擊“停止”鍵后，在界面上直接修改，改變這些參數(shù)后，只要再次點(diǎn)擊“開始”鍵，即可使實(shí)驗(yàn)機(jī)按照新的控制參數(shù)運(yùn)營(yíng)。⑤采樣周期T設(shè)定為10ms、30ms和50ms，使用虛擬示波器CH1通道觀測(cè)A5單元輸出OUT（C）的波。觀測(cè)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)