计算机测控技术综合实践讲义

1、计算机测控技术综合实践，Computer Measurement& Control Technology Practice 机械设计制造及其自动化、安全工程 课程编码：040141； 学分：2； 参考学时：2周；适用专业：机自、安全目录1简介11.1 实验要求11.2 实验内容21.3 实验安排21.4 考核21.5 要求22计算机数据采集与脉冲输出22.1 简介22.2 PC6313介绍32.3 A/D转换42.4 D/A输出52.5 脉冲输入/输出53步进电机及其控制63.1 简介63.2步进电机63.3 控制系统73.4 步进电机驱动电路分析83.5元件识别84工具简介95 电路

2、的安装与调试91简介1.1 实验要求 课程目的及要求 计算机测控技术综合实践作为一门技术基础课，是计算机测控技术方面基础课程的后续部分，是培养学生计算机测控技术应用能力的一个重要实践性教学环节。通过本课程的学习，使学生能较熟练掌握有关计算机测控技术在机械工程、石油装备应用的基本技术、方法与步骤，培养学生在硬件组装与软件开发两个方面的实际动手能力，结合其它课程的学习，为将来解决机械工程及机械电子工程中的实际问题打下基础。 课程学习要求 本课程的学习，应安排在学过硬件技术基础、程序设计语言(C)、机电系统计算机控制和机电信息检测与处理技术等课程以后进行。学生在学完本课程后，应满足以下要求：（1）基

3、本掌握计算机测控技术的基本原理及方法，并能运用于机械装备系统的信息检测与自动控制。（2）初步掌握计算机测控系统的设计与调试的基本步骤，了解计算机测控技术在工程实际问题中的一些应用。（3）了解计算机测控技术的最新发展动态及趋势，进一步拓宽视野，为今后从事机电工程领域方面的研究、设计与管理工作打好基础。1.2 实验内容 （1）必做部分（三个实验，见指导书） 计算机A/D采集实验、计算机信号输出实验、步进电机驱动实验。 2 选做部分 脉冲产生、环分电路、脉宽调制、定时控制、脉冲计量（555，8255，8253，JK）。1.3 实验安排 2周，6个同学为一组。每组采集系统一套（计算机采集卡信号发生器）

4、，电路两套。1.4 考核 平时20%，实习报告20%，考试（闭卷）60%。1.5 要求 （1）遵守制度，保证时间，一周六天，每天800-1130；1400-1700 （2）认真对待、合作与协调，独立完成。 （3）爱护公物，有问题及时汇报，故意损坏公物赔偿。 （4）保证安全，注意220V强电。2计算机数据采集与脉冲输出2.1 简介 控制系统组成 动力 A/D（I/O） 控制器（计算机） D/A（I/O） 传感器 机构（机器） 执行系统如电梯：机构起降装置， 控制器PLC，计算机，单片机 执行系统电动机 传感器按钮，层位置传感器，超速传感器。 采集将外部信号（如传感器信号）输入给计算机。如A/D(

5、analog/digital)、I/O(input/ output) 控制计算机输出信号到执行机构。如A/D输出模拟量，I/O输出脉冲（方波）。 控制算法电梯平稳运行，起动、停止特性考虑。 接口不同设备间信号传输的通道和规定(协议)。如并口、串口，RS232、USB等。 采用PC6313作输入/输出接口板。2.2 PC6313介绍 （1） 组成、功能 A/D AD1674 12位(N)，单端32路，双端16路，±5V或010V，10us。 D/A DAC1210 12位(N)，2路，±5V或010V或420mA。 I/O (DI/DO) 8255A 共24路，TTL电平，0

6、或5V。 定时，计数 8253 3路（用户可用1路） 精度=1/(2N-1)或1/2N N采集卡位数，如N=12，精度1/(212-1)=1/4095。 单端（共地） 双端（浮地） （2） 参数设定 基址：计算机分配给机内（外）设备的地址 方法：用DIP开关设定。P5，地址排列： | * * * * | * * 0 On A0 A1 A2 A3 | A4 A5 A6 A7 | A8 A9 1 Off A/D输入：单端、×1、双极性（±5V） P6（汉语拼音，D-单 S-双） D/A输出：±5V，电压输出 P6 （3） 操作过程 去除静电，打开包装。 设置参数。基址

7、：0X100，A/D，D/A 插入计算机ISA槽，固定。 连接导线（扁平电缆，P5图2为座、针左上角为1，插头的孔右上角为1）。 CZ1 40线扁平电缆 A/D CH0-CH31，D/A。 CZ2 34线扁平电缆 I/O，定时。PA、PB、PC均可。 实际使用：A/D一路，D/A一路，脉冲四路。 开机。 （4） 注意事项 严禁带电插拔。 防止静电。 不要动电位器W1-W7，以免影响精度（要5½ 位的电压表，P4）。 注意强电（220V）2.3 A/D转换 （1） 组成、原理 组成 通道开关 保持器 锁存器 比较器 A/D转换器 数字输出 （2） 基本操作 清零 （清零） 送入采集通道

8、。 （通道） 启动A/D转换器。 （启动） 启动方式：程序启动，中断启动，钟控启动。 检查A/D转换是否结束。 （查询） 转换结束后数据输出。 （读数） （3） 编程（P7表1为说明，P8为程序） 基址+0 写 送入通道号。 +1 写 启动A/D。 +2 读 查询A/D状态， 读高4位（dh）。 +3 读 清除中断标志， 读低8位（dl）。 data=256*dh+dl 转换 dataddatav （转换） data与电压的关系(P8) data ： 0 2047 4095 双极性±5V datav，V： -5V 0V +5V 单极性0-10V datav，V： 0V 5V 10V

9、C语句：inportb(int portid)， 从计算机读 outportb(int portid, unsigned char value)，向计算机写 原型在dos.h中。P8有编程示例。int ch=0,base=0x100,datad600,n_time=10;C_J_AD（） int i,dl,dh; inportb(base+0x3); outportb(base+0x0,ch); for(i=0;i<600;i+) outportb(base+1,0); for(;) if(inportb(base+0x2)<0x80) break; dh=inportb(base

10、+0x2);dl=inportb(base+0x3); 思考：两语句能否调换 datadi=256*dh+dl; delay(n_time); 2.4 D/A输出 （1） 输出设置（P6，KJ5，KJ6，KJ7，KJ8） 电压方式：05V；010V；±5V；±2.5V 电流方式：010mA；420mA （2） 编程（P8） 生成 datav -5A+5V 转换 datad 04095 分解 高8位：dh=data/16 dh=(data>>4)&0xff 低4位：dl=(data%16)*16 dl=(data&0xf)<<4 置数

11、outportb(base+0x4(6),dh)；outportb(base+0x5(7),dl) 输出 inportb(base+0x0); 注意：两路D/A要分别写程序输出2.5 脉冲输入/输出 （1） 8255简介 8255为可编程的并行输入/输出接口集成电路，可实现与数据总线中的数据传输，在计算机中主要用于并口通讯。采用TTL数字电路，输出1为高电平。 8255有三组8位接口：A口、B口和C口，称为PA、PB和PC。 8255中控制信号为D，共8位，其定义如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 B组： C口低半字节：0输出，1输入 B口：0输出，1输入 方式选择：0方式

12、0，1方式1 A组： C口高半字节：0输出，1输入 A口：0输出，1输入 方式选择：0 0方式0，0 1方式1，1 X方式2 方式控制标志：1有效 （2） 地址（P7表1） 基址+C A口 PA 基址+D B口 PB 8位（0255） 基址+E C口 PC 基址+F 控制字，8位（80H 方式0且A、B、C均为输出状态）2.6 编程要求 （1） A/D采集编程 信号发生器发出信号（正弦、三角、矩形）作为输入，用A/D板采集（±5V，一路）。 （2） D/A输出 编程后由D/A输出电压值，用示波器观察图形。 （3） 脉冲输出 对8255编程，用示波器观察图形（一路、二路、四路、八路或2

13、4路）。 延时方法： 空循环 for(i=0;i<Ni;i+) for(j=0;j<Nj;j+); C函数 delay(int d_time) 原型在dos.h中，d_time为毫秒值（486及以下微机） 对8253编程 （4） 软细分 四路不同的脉冲输出。实现步进电机的控制。 （5） 控制可调（选作），如采集不同频率。3步进电机及其控制3.1 简介 步进电动机 直流伺服电动机 交流伺服电动机 步进电动机 旋转 直线 角增量正比于频率，可开环控制，伺服电动机要考虑闭环控制。3.2步进电机 反应式、永磁式、混合式 （1） 结构、工作原理（混合式、永磁式，四相） （2） 步进电机特点

14、不连续 角度与脉冲数成正比 有分度误差，无积累误差 （3）控制方式 四相四拍（单） A B C D A B C D A 反转 A D C B A D C B A 四相四拍（双） AB BC CD DA AB BC CD 驱动电流大 四相八拍 A AB B BC C CD D DA A 平滑驱动细分驱动。3.3 控制系统 脉冲环分放大电机 环分：将脉冲信号按一定相序分配给电机各项。 （1）全软件系统 计算机接口（环分）驱动电路电机 （2）软件硬件结合式 计算机接口环分驱动电路电机 （3）全硬件系统 计算机接口电机控制电路环分驱动电路电机3.4 步进电机驱动电路分析 电机驱动电路，续流二极管U8U

15、11 VMOS（IRF630）电路。 VMOS驱动电路，限流分压、稳压，电容2200p加速（改善波形）。 比较电路LM324 比较电压2.4V。 整流、滤波、稳压电路 7812 100mA或500mA。3.5元件识别 VMOS管，IRF630 1栅极G，2漏极D，3源极S （与三极管对应G-B，D-C，S-E） 三端稳压器，7812 1电源，2公共，3输出 4运算放大器，LM324 极性电容（电解电容） 注意正负极。“-”号标记 普通电容 *# = *×10#p p=10-12，=10-6，1=106p 如：104 10×104p=0.1 电阻 1/4W，1/8W， 色环

16、二极管 稳压二极管12V 续流二级管，整流二级管IN4007 整注桥 500V 5A 变压器 200V/24V/5V 100VA 步进电机 四相，1.8o，200P/R，注意相序（P9）4工具简介4.1 示波器4.2 信号发生器4.3 面包板4.4 万用电表5 电路的安装与调试5.1 电路安装 （1）要认清元器件的方向。 （2）元器件的位置，按信号的传递方向。 （3）导线的连接，紧贴在面包板上。 （4）集成块、稳压管、CMOS管不许折管脚，其他元器件不能剪接线，下次使用。 （5）注意电路美观，电路观摩、评比（全体参与）。5.2 调试 （1）通电前检查。 （2）通电检查。 （3）单元电路调试（按

17、信号顺序）、分块调试。 （4）整机调试。5.3 安全 （1）220V电，注意防护。 （2）注意各接线不要短路（线头要短6-8mm）。新编日常晶体管实用手册电子情报网编 P44IRF630 硅N沟道MOS功率功放场效应晶体管漏极耗散功率PD75W漏栅电压VDGR（RGS1M）200V漏源电压VDS200V漏极电流ID9A漏极脉冲电流IDM36A工作结温TS150栅极阈值电压VGS（th）2-4V漏源击穿电压V（BR）DSS200V开关延迟时间tD(off)30ns(Max)源脉冲电流LSM36A（ax）源直流电流IS9A（Max）下降时间tf40ns存储温度Tstg55150 C语言作图1 DO

18、S简介MD CD RD PATH DIR COPY DEL EXIT2TC简介TC F10（EXIT） Alt+XTC设置 OC D STC帮助 F1 Ctrl+F1 Alt+F13TC VGA模式80*25*16 640*480*16 左手系4作图函数graphics.h egavga.bgi，gdriver=DETECT，gmodeinitgraph(&gdriver,&gmode,”); closegraph(); cleardevice moveto linetoline outtextxy putpixel setcolor setbkcolor bar setfillstylesprintf getch(); 5作图方法line moveto lineto6bioskey 函数1AD（1）延时与采集频率间的关系，量的关系，计算机计时。（2）扁平电缆的左右问题，上下问题（3）信号线的的使用，示波器的与信号发生器的不同2DA（1）频率可调（2）信号连续（3）时间控制，信号的断开（4）bioskey(1)的使用，放在最前方不好用（5）初始化问题，生成，转换、置数、输出。先做一次生成3DO（1）开始：用万用表量电压，0xff，测量电压（5V）（2）程序运行后：示波器或万用表量电压，四路波，测量电压=输出电压/4（1.