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

PAGEPAGE1常熟理工學(xué)院電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2014年3月實(shí)驗(yàn)一模/數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(jī)的接口方法及C語(yǔ)言編程方法。二、實(shí)驗(yàn)器材1、PC機(jī)一臺(tái)；2、QTH-2008XS下載式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)儀一臺(tái)；Zigbee模塊、ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機(jī)模塊、顯示與鍵盤模塊3、萬用表一塊；4、單片機(jī)程序下載器一塊；5、導(dǎo)線若干。三、實(shí)驗(yàn)原理及步驟1.實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)控制中，被控制或被測(cè)量對(duì)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)換成數(shù)字量后才能輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）就是實(shí)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(shí)驗(yàn)儀中ADC0809芯片與單片機(jī)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(jìn)入8位A/D轉(zhuǎn)換器；在地址鎖存允許ALE引腳和啟動(dòng)信號(hào)START引腳加一個(gè)正脈沖，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC引腳發(fā)出一個(gè)正脈沖，A/D轉(zhuǎn)換值由三態(tài)鎖存輸出緩沖器暫存；在單片機(jī)發(fā)來輸出允許控制信號(hào)OE后，三態(tài)門打開，A/D轉(zhuǎn)換值經(jīng)D7～D0進(jìn)入單片機(jī)端口，完成一次A/D轉(zhuǎn)換全過程。實(shí)驗(yàn)二數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?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(jī)的接口方法及C語(yǔ)言編程方法。二、實(shí)驗(yàn)器材1、PC機(jī)一臺(tái)；2、ZY12805B傳感器檢測(cè)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機(jī)模塊；3、示波器一臺(tái)；4、單片機(jī)程序下載器一臺(tái)；5、導(dǎo)線若干。三、實(shí)驗(yàn)原理及步驟1.實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)控制中，計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果常常需要轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)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(duì)差動(dòng)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(shí)間1μs，滿刻度誤差±1LSB，數(shù)據(jù)輸入電平與TTL電平兼容。引腳定義：D0~D7：8位數(shù)據(jù)輸入線；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)，高電平有效；CS：輸入寄存器選通信號(hào)，低電平有效；WR1：輸入寄存器寫選通信號(hào)，低電平有效；WR2：DAC寄存器寫選通信號(hào)，低電平有效；XFER：數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，低電平有效；VREF：D/A轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電壓輸入線；Rfb：反饋信號(hào)輸入線，內(nèi)部接反饋電阻，外部通過該引腳接運(yùn)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(yùn)放將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端電壓信號(hào)輸出，作用在執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。實(shí)驗(yàn)儀中DAC0832芯片外圍電路如圖1所示。圖1實(shí)驗(yàn)儀中DAC0832芯片外圍電路2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）硬件連線在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上排列ADC/I/O模塊、ZYMCU02主機(jī)模塊，模塊之間按下表連線。ADC/I/O模塊8位并行DAZYMCU02主機(jī)模塊U1D[0~7]P0[0~7]DA1輸出以上模塊的電源接口分別與主臺(tái)體上的電源接口一一對(duì)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(jì)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生方波信號(hào)并在示波器上顯示出來。（一、二班同選）（3）設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生鋸齒波信號(hào)并在示波器上顯示出來。（一班選做）（4）設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生三角波信號(hào)并在示波器上顯示出來。（二班選做）四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、畫出產(chǎn)生的信號(hào)波形，標(biāo)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(hào)，應(yīng)采取什么樣的硬件和軟件措施。五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)操作中不要帶電插拔導(dǎo)線，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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2、嚴(yán)禁將任何電源對(duì)地短路。實(shí)驗(yàn)三電動(dòng)機(jī)閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^此實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握用單片機(jī)產(chǎn)生PWM的原理和方法，了解如何利用單片機(jī)實(shí)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(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。二、實(shí)驗(yàn)器材傳感器檢測(cè)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)、ZigBee實(shí)驗(yàn)?zāi)K、轉(zhuǎn)動(dòng)源實(shí)驗(yàn)?zāi)K、光電轉(zhuǎn)速傳感器—光電斷續(xù)器(已裝在轉(zhuǎn)動(dòng)源實(shí)驗(yàn)?zāi)K上)、電腦一臺(tái)（已裝KEIL和STC下載軟件）、導(dǎo)線。三、實(shí)驗(yàn)原理及步驟1.實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)領(lǐng)域中，很多情況下需要對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。圖3-1是直流電動(dòng)機(jī)單閉環(huán)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PWM波輸送給電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，光電轉(zhuǎn)速傳感器將代表直流電動(dòng)機(jī)速度的脈沖信號(hào)反饋給MCU，MCU在比較轉(zhuǎn)速設(shè)定值和實(shí)際值的基礎(chǔ)上，以PID控制算法來調(diào)節(jié)PWM波，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行控制，LED用于顯示轉(zhuǎn)速的設(shè)定值和實(shí)際值。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的原理圖如圖3-2所示。圖3-1結(jié)構(gòu)框圖圖3-2電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟（1）硬件連線在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上排列ZigBee無線收發(fā)模塊、ZYMCU02主機(jī)模塊、顯示與鍵盤模塊，桌面擺放轉(zhuǎn)動(dòng)源模塊，各模塊之間按下表連線。主臺(tái)體ZigBee無線收發(fā)模塊轉(zhuǎn)動(dòng)源ZYMCU02主機(jī)模塊顯示與鍵盤模塊+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GND之間未標(biāo)示的插針P1.7P0[0..7]LED4-[H..A]P2[0..7]LED4-[8..0]說明：（1）①直流電機(jī)轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)每分，“頻率/轉(zhuǎn)速表”打到“頻率”檔。②以上模塊的電源接口分別與主臺(tái)體上的電源接口一一對(duì)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。 （2）P7.7與GND之間未標(biāo)示的插針與圖3-2電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖中的DAC0120是相連的。（3）用C語(yǔ)言編寫電機(jī)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速的硬件接線及使用見紙質(zhì)材料）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入下表。單片機(jī)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)時(shí)的LED顯示值穩(wěn)態(tài)時(shí)的LED顯示值轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)時(shí)最大變