北京科技大学计算机控制系统实验报告

1、北京科技大学计算机控制系统实验报告叩rda/University8SrieneandTechn-cEogy&eiing计算机控制技术课程实验报告书姓名：班级：学号：专业：学院：指导老师：孙昌国完成日期：2017年4月5日星期三实验一输入与输出通道1、实验目的（1）学习A/D转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用；（2）学习D/A转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528芯片的使用。2、实验内容（1）编写实验程序，将一5V+5V的电压作为ADC0809的模拟量输入，将转换所得的8位数字量保存于变量中。（2）编写实验程序，实现D/A转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。3

2、、实验设备PC机一台、TD-ACC+实验系统一套、i386EX系统板一块4、实验原理与步骤4.1 A；D转换实验原理根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图所示的实验线路图。单次阶跃模数转换单元控制计算机图1.1AD转换实验线路图图1.1中，AD0809的启动信号“STR是由控制计算机定时输出方波来实现的。“OUT1表示386EX内部1#定时器的输出端，定时器输出的方波周期等丁定时器时常。主程序流程如图1.2所小延时图1.2主程序流程图4.2 A/D转换实验步骤1) 按图1.1接线，连接好后，仔细检查，无错误后开启设备电源。2) 装载完程序后，自行设置程序起点，将光标放在起点处，再通过调试菜单

3、项中设置起点或者直接点击设置起点图标，即可将程序起点设在光标处。3) 加入变量监视，打开设置”菜单项中的变量监视”窗口或者直接点击变量监视”图标，将程序中定义的全局变量“AD3ADg加入到变量监视中。4) 在主程序JMPAGAIN语何处设置断点。5) 打开虚拟仪器菜单项中的万用表选项或者直接点击万用表图标，选择电压档”用示波器单元中的“CH1表笔测量图1.1中的模拟输入电压“Y端，点击虚拟仪器中的运行”按钮，调节图1.1中的单次阶跃中的电位器，确定好模拟输入电压值。运行程序，查看变量“AD3AD9的值，取平均值记录下来，改变输入电压并记录，最后填入表1.1中。实验结果记录图片：表1.1实验结果

4、表模拟输入电压（V）对应的数字量（H）-5(00)(00)一4(19)(19)-3(33)(33)-2(4C)(4C)-1(66)(66)0(7F)(7F)+1(9A)9A+2(B4)B3+3(CDCD+4(E7)E7+5(FFFF4.3D/A转换实验原理实验平台中的TLC7528的八位数据线、写线和通道选择控制线已接至控制计算机的总线上。片选线预留出待实验中连接到相应的I/O片选上，具体如图1.3。图1.3D/A转换实验线路图以上电路是TLC7528双极性输出电路，输出范围5V+5V。“W101和“W102分别为A路和B路的调零电位器，实验前先调零，往TLC7528的A口和B口中送入数字量8

5、0H,分别调节“W101和“W102电位器，用万用表分别测“OUT1”和“OUT2”的输出电压，应在0mV左右。换实验程序流程图4.4 D/A转换实验结果图1.4D/A转实验总结:实验二：信号的采样与保持1、实验目的线路图根据上面的实验线路，设计如图1.7的参考程序流程图1.7实验程序流程图4.2信号还原原理1）直线插值法（取Ws>5Wmax）利用式1.1在点（X0M）和（Xi,Yi）之间插入点（X,Y）YYoK（XXo）（1.1）YYo其中：_J0_X1XoX1Xo为采样间隔，Y1Yo分别为X1和Xo采样时刻的AD采样值2）二次曲线插值法（取Ws>3Wmax）YYo（XXo）K1

6、K2（XX1）（1.2）Y2YoY1Yo其中KXY。KX2XoX1Xo八1X1Xo'2X2X1程序流程图如图1.8所示。茉*1中trSI引停（出的值p眼券*年I二门to图1.8还原原理实验程序流程图4.3实验步骤及结果（1）采样与保持1）参考流程图1.7编写零阶保持程序，编译、链接2）按照实验线路图1.6接线，检查无误后开启设备电源。3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT端输出幅值为3V,周期1S的正弦波。4）加载程序到控制机中，将采样周期变量"Tk加入到变量监视中，运行程序，用示波器的另一路表笔观察数模转换单元

7、的输出端“OUT1。5）增大采样周期，当采样周期>0.5S时，即Tk>32H时，运行程序并观测数模转换单元的输出波形应该失真，记录此时的采样周期，验证香农定理。实验接线图以及实验结果图:图1.9实验接线图图1.10“OUT”端信号图1.11"OUTf端输出信号图1.12“OUTf端增大采样周期输出信号信号的还原*1）参考流程图1.9分别编写直线插值和二次曲线插值程序，并编译、链接。2）按照线路图1.8接线，检查无误后，开启设备电源。调节正弦波单元的调幅、调频电位器，使正弦波单元输出幅值为3V,周期1S的正弦波。3）分别装载并运行程序，运行程序前将采样周期变量Tk加入到变量

8、监视中，方便实验中观察和修改。实验结果：图1.13直线插值法图1.14二次曲线插值法实验总结:实验三数字滤波1、实验目的1）学习和掌握一阶惯性滤波2）学习和掌握四点加权滤波2、实验内容分别编写一阶惯性滤波程序和四点加权滤波程序，将混合干扰信号的正弦波送到数字滤波器，并用示波器观察经过滤波后的信号。3、实验设备PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX系统板一块4、实验原理与步骤4.1实验原理典型数字滤波的方框图：图1.15典型数字滤波方框图滤波器算法设计1阶惯性滤波相当于传函S1的数字滤波器，由一阶差分法可得近似式,如式（1.3）:(1.(3)YK=(1-a)XK+(a)YK-1XK

9、:当前采样时刻的输入YK :当前采样时刻的输出YK-1 :前一采样时刻的输出T :采样周期，1-a =四点加权滤波算法如式（1.4）所示:YK=A1XK+A2XK-1+A3XK-2+A4XK-3(1.(4)4其中 A1 =1i 1XK:当前采样时刻的输入XK-1 :前一采样时刻的输入YK:当前采样时刻的输出程序流程如图1.16所示:*!¥ 事一就情忖ftmr点输也MKrr石it针噌图1.16数字虑波程序流程实验线路如图1.17:图1.18干扰信号波形图3）分别装载并运行程序，运行前可将“TK'加入到变量监视中，方便实验中观察和修改。用示波器观察R点和C点，比较滤波前和滤波后的

10、波形实验结果:实验总结:实验四数字PWM发生器和直流电机调速控制1、实验目的掌握脉宽调制（PWM）的方法。2、实验内容用程序实现脉宽调制，并对直流电机进行调速控制。3、实验设备PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX系统板一块4、实验原理与步骤4.1 实验原理PWM（PulseWidthModulation）简称脉宽调制（见图2.1）。即，通过改变输出脉冲的占空比，实现对直流电机进行调速控制。VHVL图2.1脉宽调制波形图实验线路图如图2.2,图中画的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。15E6EX CPU+12V-口Ar2不划计鼻UL_“一电机单京图2.2实验实验程序流程

11、图如图2.3所示：生”中斯服畀，用生刊1节I PWM发生J图2.3实验4.2 实验步骤1）参考实验线路图的说明及流程图2.3,编写相应的主程序及PWM子程序，检查无误后编译、链接。2）按图2.2接线，检查无误后开启设备的电源。3）装载程序，将全局变量TK（PWM周期）和PWM_T（占空比）加入监视，以便实验过程中修改。4）运行程序，观察电机运行情况。5）终止程序运行，加大脉冲宽度，即将占空比PWM_T变大，重复第3步,再观察电机的运行情况，此时电机转速应加快。电机每转动一圈，“HR端（霍尔元件的输出端）就会输出一个脉冲，用虚拟仪器中示波器的一路表笔测“HR端的脉冲信号可算出电机此时的转速。实验

12、结果:实验总结:实验五积分分离法PID控制1、实验目的1） 了解PID参数对系统性能的影响。2）学习凑试法整定PID参数。3）掌握积分分离法PID控制规律2、实验设备PC机一台，TD ACC +实验系统一套，i386EX系统板一块。3、实验原理和内容3.1实验原理P I D4-TS1 -eS10(0.3S+1)(0.4S+1)图3.1典型的PID闭环控制系统框图其硬件电路原理及接线图可设计如下如图3.2控制计算机图3.2实验线路图图3.3是积分分离法PID控制实验的程序流程图图3.3积分分离法PID控制实验流程图3.2实验步骤1）调节信号源中的电位器及拨动开关，使信号源输出幅值为2V,周期6s

13、的方波。确定系统的采样周期以及积分分离值。2）装载程序，将全局变量TK（采样周期）、EI（积分分离值）、KP（比例系数）、TI（积分系数）和TD（微分系数）加入变量监视，以便实验过程中观察和修3）运行程序，将积分分离值设为最大值7FH（相当于没有引入积分分离）,用示波器分别观测输入端R和输出端Co4）修改积分分离值为20H,记录此时响应曲线的超调量和过渡时间，并和未引入积分分离值时的响应曲线进行比较。4、实验结果未引入积分分离输出图形采用积分分离输出图形5、实验结论：实验总结：实验六带死区的PID控制1、实验目的掌握带死区的PID控制规律。2、实验设备PC机一台，TDACC+实验系统一套，i3

14、86EX系统板一块。3、实验原理及内容3.1 实验原理在计算机控制系统中，某些系统为了避免过于频繁的控制动作，为了消除由于频繁动作所引起的振荡，通常采用带死区的PID控制系统，该系统实际上是一个非线性控制系统。其基本思想是：可以按实际需要设置死区B,当误差的绝对值e(k)B时，P(K)为0,U(K)也为常值，实际应用中，常值是由经验值来确定的；当e(k)>B时，P(K尸e(k),U(K)以PID运算的结果输出。系统框图如图3.5所示。图3.5带死区的PID控制框图实验参考流程如图3.6所示:主程序PID子程序采样中断服务程/F图3.6带死区的PID控制参考流程其硬件电路原理及接线图见图3.7o校制计算机图3.7实验线路图3.2 实验步骤1）参照图3.6的流程图编写实验程序，检查无误后编译、链接。2）按照实验线路图3.7接线，检查无误后开启设备电源。调节信号源中的电位器和拨动开关，使信号源输出幅值为4V,周期6s的方波。3）装载程序，将全局变量TK（采样周期）、EI（积分分离值）、KP（比例系数）、TI（积分系数）、TD（微分系数）、PT（死区变量值）和CONST（常值）加入变量监视，以便实验过程中观察和修改。4）运行程序，将死区宽度B（PT）设为最小值00H（相当于没有引入死区控制），用示波器分别观测控制量输出端U（即数模