《测控电路设计》实验指导书(新).doc

1 测控电路设计测控电路设计 实验指导书实验指导书 曾志伟曾志伟 刘晖刘晖 2012 年年 1 月月 2 目目录录 实验一实验一 继电器控制实验继电器控制实验 实验二实验二 V F 转换实验转换实验 实验三实验三 步进电机驱动 驱动 实验步进电机驱动 驱动 实验 3 实验一实验一 继电器控制实验继电器控制实验 一 实验目的一 实验目的 1 学习 I O 端口的使用方法 2 掌握继电器的控制的基本方法 3 了解用弱电控制强电的方法 二 实验说明二 实验说明 现代自动控制设备中 都存在一个电子电路的互相连接问题 一方面要使电子电路的 控制信号能控制电气电路的执行元件 电动机 电磁铁 电灯等 另一方面又要为电子线 路和电气电路提供良好的电气隔离 以保护电子电路和人身的安全 继电器便能完成这一 任务 继电器电路中一般都要在继电器的线圈两头加一个二极管以吸收继电器线圈断电时产 生的反电势 本电路的控制端为高电平时 继电器常开触点吸合 同时 LED 灯被点亮 当控制端为 低电平时 继电器不工作 三 实验内容及步骤三 实验内容及步骤 用 P1 0 作为控制输出口 接继电器电路 使继电器重复吸合与断开 1 使用单片机最小应用系统 1 模块 用导线连接 P1 0 端口到继电器与温度控制部件 模块的控制口 2 安装好仿真器 用串行数据通信线连接计算机与仿真器 把仿真头插到模块的单 片机插座中 打开模块电源 打开仿真器电源 3 启动计算机 打开 Keil 仿真软件 4 打开继电器 ASM 源程序 编译无误后 全速运行程序 观察发光二极管亮灭情况 和听继电器开合的声音 继电器重复延时吸合与延时断开 四 流程图及源程序四 流程图及源程序 源程序清单 OUTPUT BIT P1 0 P1 0 输出 ORG 0 LOOP CLR OUTPUT 断开 CALL DELAY SETB OUTPUT 吸合 CALL DELAY LJMP LOOP DELAY MOV R6 0 继电器吸合延时继电器断开 开始 延时 4 MOV R7 0 DLOOP DJNZ R7 DLOOP DJNZ R6 DLOOP RET END 五 思考题五 思考题 1 用单片机的其他输入输出口控制继电器 2 修改程序 使继电器满足 1s 的通断 六 电路图六 电路图 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 10K 1K 22K 100K 10K 100 9013 IN4001 J 9013 J LED AT89C51 5V 12V 5V 100 12MHZ 33pF 33pF 1K 100 10uF 5V RES 5 实验二实验二 V F 转换实验转换实验 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉 80C51 单片机在应用到工业控制现场 如何提高抗干扰能力 2 了解 F V 变换 LM331 的工作原理 二 实验说明二 实验说明 在一些工业控制场合 信号获取的地方距离控制器比较远 或者被控制对象离处理器 比较远 这样就需要进行信号传输 电压信号在传输的过程中非常容易受到干扰 一般要 转换成电流或频率信号来传输 提高系统抗干扰能力 F V 和 V F 变换电路由 LM331 组成 LM331 芯片可以提供 V F F V 功能 LM331 与 LM231 具有一样的功能 该类器件非常适合于低成本的模拟到数字转换 在 经过 F V 变换后 可以用另一片 LM331 进行 F V 转换 在 A D 就可以得到数字量 而对于 80C51 则可以直接利用 T1 T0 端口 进行频率或周期的测量而的得到数字量 另外经过 V F 变换后 也便于使用光电耦离器件进行隔离 因为直接的电压量一般不能进行光电隔 离的 芯片特点 1 保证最大 0 01 的线性度 2 双电源或单电源供电 3 脉冲输出兼容所有逻辑 4 温度稳定性最大 500ppm oc 5 低功耗 典型为 5V 15mW 6 很宽的动态特性 10KHz 最小 100dB 7 很宽的频率范围 1Hz 到 100KHz 管脚定义如下表 典型应用如图所示 管脚号管脚名功能 8Vs电源 一般为 12V 4GND电源地 1CURRENT OUTPUT电流输出 2REFERENCE CURRENT参考电流 3FREQUENCY OUTPUT频率输出 7COMPARTOR INPUT比较器输入 6TYHRESHOLD保持门限 5R CR C 常数 6 2 简单 F V 变换 三 实验内容及实验步骤三 实验内容及实验步骤 一 V F 变换 电压来自一个可调电阻 输出的频率用频率计测量 1 Vin 接万用表 Fout 接示波器 调节旋钮 观察波形与电压 频率随电压增大而增 大 2 测量 Vin 和 Fout 画出 V F 线 验证公式 3 Fout 接入 8051 的 INT0 或 INT1 编程由单片机完成测量及显示项目 由用户自行 完成 二 实验数据记录 V12345678910 F 注意 1 正确选定万用表的量程 注意交 直流挡位的选择 2 正确使用示波器 VS 8 GND 4 IN 7 R C 5 REF 2 OUT 1 FREQ 3 THRES 6 LM3311uF CL 100K 6 8K Rt 0 01uF Ct 10K 12K Rs1 5K W2 Rs2 5V 12V 100K RL 47 22K 0 01uF Vin 100K W1 5V 10K W 12V Vin Fout in Ltt s in Ltt s o 09 2 1 19 1 V RCR R V RCR R f 7 实验三实验三 步进电机驱动 控制 实验步进电机驱动 控制 实验 一 实验目的一 实验目的 1 掌握采用单片机控制步进电机的硬件接口技术 2 掌握步进电机驱动程序的设计和调试方法 3 熟悉步进电动机的工作特性 二 实验说明 二 实验说明 1 步进电动机有三线式 五线式 六线式三种 但其控制方式均相同 必须以脉冲 电流来驱动 若每旋转一圈以 20 个励磁信号来计算 则每个励磁信号前进 18 度 其旋转 角度与脉冲数成正比 正 反转可由脉冲顺序来控制 2 步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁 其中全步励磁又有 1 相励磁 及 2 相励磁之分 而半步励磁又称 1 2 相励磁 图为步进电动机的控制等效电路 适应控 制 A B A B 的励磁信号 即可控制步进电动机的转动 每输出一个脉冲信号 步进电 动机只走一步 因此 依序不断送出脉冲信号 即可步进电动机连续转动 a 1 相励磁法 在每一瞬间只有一个线圈导通 消耗电力小 精确度良好 但转矩 小 振动较大 每送一励磁信号可走 18 度 若欲以 1 相励磁法控制步进电动机正转 其励 磁顺序如图所示 若励磁信号反向传送 则步进电动机反转 励磁顺序 A B C D A STEP AB CD 11 0 0 0 201 0 0 300 1 0 40 0 0 1 b 2 相励磁法 在每一瞬间会有二个线圈同时导通 因其转矩大 振动小 故为目 前使用最多的励磁方式 每送一励磁信号可走 18 度 若以 2 相励磁法控制步进电动机正转 其励磁顺序如图所示 若励磁信号反向传送 则步进电动机反转 励磁顺序 AB BC CD DA AB STEP AB CD 11 1 0 0 201 1 0 300 1 1 41 0 0 1 c 1 2 相励磁法 为 1 相与 2 相轮流交替导通 因分辨率提高 且运转平滑 每送 一励磁信号可走 9 度 故亦广泛被采用 若以 1 相励磁法控制步进电动机正转 其励磁顺 序如图所示 若励磁信号反向传送 则步进电动机反转 励磁顺序 A AB B BC C CD D DA A STEP ABCD 11000 21100 30010 40110 50010 60011 70001 81001 8 3 电动机的负载转矩与速度成反比 速度愈快负载转矩愈小 当速度快至其极限时 步进电动机即不再运转 所以在每走一步后 程序必须延时一段时间 三 实验内容及步骤 三 实验内容及步骤 由单片机的 P1 0 P1 3 来控制步进电机 本程序以 1 2 相励磁法使步进电机正向转动 180 度后停止 1 安装好仿真器 用串行数据通信线连接计算机与仿真器 把仿真头插到模块的单 片机插座中 打开模块电源 打开仿真器电源 2 启动计算机 打开 Keil 仿真软件 进入仿真环境 3 打开 步进电机驱动 ASM 源程序 编译无误后 运行程序 观察步进电机转动 四 流程图及源程序四 流程图及源程序 1 源程序清单 正转控制模型资料 内存地址20H21H22H 23H 24H25H26H 控制资料 01H03H 2H 06H 04H05H 0H 反转控制模型资料 内存地址 27H 28H 29H 2AH 2BH 2CH2DH 控制资料 01H 05H 04H 06H 02H 03H 00H 2 实验程序 ORG 0000H JMP START ORG 0020H START MOV R4 20 设步长计数器 MOV DPTR TAB1 正转模型首址 LOOP CLR A MOVC A A DPTR JZ CONTINUE 是结束标志 转移 MOV P1 A 输出控制脉冲 ACALL DELAY 程序延时 INC DPTR 地址加 1 DJNZ R4 LOOP SJMP 停止 CONTINUE MOV DPTR TAB1 恢复控制模型的首地址 AJMP LOOP DELAY MOV R6 2 DD1 MOV R5 080H DD2 MOV R7 0 DD3 DJNZ R7 DD3 DJNZ R5 DD2 DJNZ R6 DD1 RET 9 TAB1 DB 01H 03H 02H 06H 04H 0CH 08H 09H 0 正转模型资料 TAB2 DB 01H 09H 08H 0CH 04H 06H 02H 03H 0 反转模型资料 END 五 思考问题五 思考问题 如何改变电机的工作方式或者方向 速度 设计控制软件 六 实验电路图六 实验电路图 七 实验内容七 实验内容 1 阅读程序 51 步进电机驱动 asm 运行并查看实验结果 2 修改原程序 使步进电机速度减慢或加快 1 倍 3 修改原程序 使步进电机转动方向改变 逆时针转 VCC 12MHZ 20pF 20pF 1K 100 10uF VCC RES IN1 1 IN2 2 IN3 3 IN4 4 IN5 5 IN6 6 IN7 7 OUT1 16 OUT3 14 OUT4 13 OUT5 12 OUT6 11 OUT7 10 OUT2 15 COM 9 GND 8 ULN2003 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0