计算机实验指导书

1、常熟理工学院电气与自动化工程学院计算机控制技术实验指导书2012年2月实验一 键盘显示实验一、实验目的1、通过此实验使学生了解矩阵键盘和数码管静态显示的工作原理；2、掌握矩阵键盘的编程方法，并能够将编写的C语言程序应用到单片机系统中。二、实验仪器1、PC机一台；2、ZYMCU02主机模块、显示与键盘模块、ISP转USB下载线一根；3、导线若干。三、实验原理及步骤 1.实验原理矩阵键盘常用于按键数目较多的情况，这样可以更多的节省计算机I/O口的占用量，其原理图如图1-1所示。图1-1 矩阵键盘对于矩阵键盘常用的扫描方法为线反转查询法。反转法的特点是：行线和列线都要通过上拉电阻接+5V，如图1-1

2、所示（图中公共端要接上+5V），按键所在行号和列号分别由两步操作判定：第一步，将行线编程为输出线，列线编程为输入线，并使输出线输出全“0”，则列线中电平由高到低的所在列为按键所在列。第二步，将行线编程为输入线，列线编程为输出线，并使输出线输出全“0”，则行线中电平由高变到低的所在行为按键所在行。反转法只要经过两步就能获得此按键所在的行列值。2实验内容及步骤本次实验要求编程实现用数码管显示矩阵键盘所按下对应的按键值。其实验步骤如下：（1）用导线将主台体上的±15V电源引入到单片机显示与键盘模块上，+5V电源引入到ZYMCU02主机模块上。（2）将主机模块的P0.7P0.0对应与HOR1

3、VER4相连，P2.0P2.7对应于A1DP1相连。（3）按要求在“KEIL”软件环境中编写程序，编译完成后生成Hex文件，并下载到单片机中。 （4）上电后，观察实验现象与如期是否一致。HOR1HOR2HOR3HOR4键所在位置VER10行0列键0行1列键0行2列键0行3列键键值键所在位置VER21行0列键1行1列键1行2列键1行3列键键值键所在位置VER32行0列键2行1列键2行2列键2行3列键键值键所在位置VER43行0列键3行1列键3行2列键3行3列键键值（5）实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。四、实验报告要求1、实验报告书写的程序完整清晰。2、思考题：矩阵式键盘除了反转查询法外

4、，还有其它的方法可以实现矩阵键盘的扫描吗？请编程实现该种矩阵式键盘识别方式。五、实验注意事项1、实验操作中不要带电插拔导线，应该在熟悉原理后，按照电路图连接，检查无误后，方可打开电源进行实验。2、严禁将任何电源对地短路。实验二 模/数转换实验一、实验目的1、了解模/数转换的基本原理；2、熟悉A/D转换芯片ADC0809的性能；3、掌握ADC0809与单片机的接口方法及C语言编程方法。二、实验器材1、PC机一台；2、Zigbee模块、ADC/I/O模块、ZYMCU02主机模块、显示与键盘模块3、万用表一块；4、单片机程序下载器一块；5、导线若干。三、实验原理及步骤1.实验原理在工业控制中，被控制

5、或被测量对象的有关参量往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、速度等物理量，这些模拟量必须转换成数字量后才能输入到计算机进行处理，模数转换器（A/D）就是实现这些功能的设备。ADC0809是CMOS工艺、采用逐次逼近法的8位A/D转换芯片，28引脚、双列直插式封装，由地址锁存与译码器、8路模拟开关、8位逐次A/D转换器和三态锁存输出缓冲器组成。实验仪中ADC0809芯片与单片机接口电路如图1-1所示。工作过程：由ADDA、ADDB、ADDC三根地址线上的数值决定8路模拟输入中的1路进入8位A/D转换器；在地址锁存允许ALE引脚和启动信号START引脚加一个正脉冲，启动A/D转换；转换结

6、束时，ADC0809的转换结束信号EOC引脚发出一个正脉冲，A/D转换值由三态锁存输出缓冲器暂存；在单片机发来输出允许控制信号OE后，三态门打开，A/D转换值经D7D0进入单片机端口，完成一次A/D转换全过程。图1-1 实验仪中ADC0809芯片与单片机接口电路2.实验内容及步骤（1）硬件连线在实验台上从左向右依次排列Zigbee模块、ADC/I/O模块、ZYMCU02主机模块、显示与键盘模块，参照图1-1，按下表所示连接线路。Zigbee模块ADC/I/O模块8位并行ADZYMCU02主机模块显示与键盘模块VinIN1ADD_AP3.5ADD_BP3.6ADD_CP3.7STP3.0OCP3

7、.2OEP3.1CLK1ALEP00.7LED4-H.AP20.7LED4-8.1OUT8.1P10.7以上四个模块的电源接口分别与主台体上的电源接口一一对应连接，并注意共地，模块中有+5V、+15V、-15V电源，上电前注意检查连线。特别提醒：（A）在ADC/I/O模块上8位并行AD中应将JP7中的第一针与IN1相连；（B）下载程序前P1端口不要接线，如果需要接线，程序下载完毕后再连线。（2）用C语言编写程序段，将电压信号发生器产生的模拟量转换成数字量，并利用提供的显示程序，将采集的数字量以十六进制形式在LED上显示，调节电位器观察显示值的变化。（3）将万用表接在电压信号发生器电压输出端，通

8、过万用表观察并记录当输入电压（Vin）为0V、0.5V、1V、1.5V、2V、2.5V、3V时，LED的显示结果。将实验数据填入下表。输入电压0 V0.5V1V1.5V2V2.5 V3V理论计算结 果LED显示结 果 四、实验报告要求1、 实验报告书写的程序完整清晰。2、思考题：（1）实验前事先用C语言编写程序段，与提供的显示程序段配合使用形成完整的程序，实现ADC0809通道1持续地采样显示。（2）在A/D实验中比较理论计算结果和LED显示输出结果，并分析原因。实验三 数/模转换实验一、实验目的1、学习了解数/模转换的基本原理；2、熟悉D/A转换芯片DAC0832的性能；3、掌握DAC083

9、2与单片机的接口方法及C语言编程方法。二、实验器材1、PC机一台；2、ZY12805B传感器检测技术综合实验台上的ADC/I/O模块、ZYMCU02主机模块；3、示波器一台；4、单片机程序下载器一块；5、导线若干。三、实验原理及步骤1.实验原理在工业控制中，计算机处理的结果常常需要转换为模拟信号，以驱动相应的执行机构，实现对被控对象的控制。这种将数字量转换为模拟量的过程称为数/摸转换（D/A）。DAC0832是8位数/摸转换芯片，采用CMOS工艺和R-2RT形电阻解码网络，转换结果为一对差动电流I01和I02输出，其主要性能参数为：分辨率8位，单电压+5V+15V，参考电压+10V-10V，转

10、换时间1s，满刻度误差±1LSB，数据输入电平与TTL电平兼容。引脚定义：D0D7：8位数据输入线；ILE：数据锁存允许信号，高电平有效；CS：输入寄存器选通信号，低电平有效；WR1：输入寄存器写选通信号，低电平有效；WR2：DAC寄存器写选通信号，低电平有效；XFER：数据传送信号，低电平有效；VREF：D/A转换基准电压输入线；Rfb：反馈信号输入线，内部接反馈电阻，外部通过该引脚接运放输出端。IOUT1、IOUT2：电流输出，IOUT1随DAC寄存器内容作线性变化。IOUT1+IOUT2=常数，DAC0832为电流输出型，可通过运放将电流信号转换为单端电压信号输出，作用在执行机

11、构上。实验仪中DAC0832芯片外围电路如图1所示。图1 实验仪中DAC0832芯片外围电路2.实验内容及步骤（1）硬件连线在实验台上排列ADC/I/O模块、ZYMCU02主机模块，模块之间按下表连线。ADC/I/O模块8位并行DAZYMCU02主机模块 U1D07P007DA1输出以上模块的电源接口分别与主台体上的电源接口一一对应连接，并保持共地，注意模块中有+5V、+15V、-15V电源，上电前注意检查连线。（2）设计程序实现数/模转换，产生方波信号并在示波器上显示出来。（学号为单号、双号的同选）（3）设计程序实现数/模转换，产生锯齿波信号并在示波器上显示出来。（学号为单号的选做）（4）设

12、计程序实现数/模转换，产生三角波信号并在示波器上显示出来。（学号为双号的选做）四、实验报告要求1、画出产生的信号波形，标示周期和幅值参数，相应的程序完整清晰；2、思考题：如果要求输出平滑的正弦波电压信号，应采取什么样的硬件和软件措施。五、实验注意事项1、实验操作中不要带电插拔导线，应该在熟悉原理后，按照电路图连接，检查无误后，方可打开电源进行实验。2、严禁将任何电源对地短路。实验四 电动机闭环控制实验一、实验目的通过此实验，使学生掌握用单片机产生PWM的原理和方法，了解如何利用单片机实现转速的闭环控制，掌握PID控制算法的编写，了解PID参数的整定及对系统运行的影响。二、实验器材传感器检测技术

13、综合实验台、ZigBee实验模块、转动源实验模块、光电转速传感器光电断续器(已装在转动源实验模块上)、电脑一台（已装KEIL和STC下载软件）、导线。三、实验原理及步骤1.实验原理在工业领域中，很多情况下需要对电动机的转速进行控制。图3-1是直流电动机单闭环PID控制的结构框图，MCU从按键获得转速设定值，将产生的PWM波输送给电机驱动部分，光电转速传感器将代表直流电动机速度的脉冲信号反馈给MCU，MCU在比较转速设定值和实际值的基础上，以PID控制算法来调节PWM波，从而对电动机速度进行控制，LED用于显示转速的设定值和实际值。电机驱动模块的原理图如图3-2所示。图3-1 结构框图图3-2

14、电机驱动原理图2.实验内容及步骤（1）硬件连线在实验台上排列ZigBee无线收发模块、ZYMCU02主机模块、显示与键盘模块，桌面摆放转动源模块，各模块之间按下表连线。主台体ZigBee无线收发模块转动源ZYMCU02主机模块显示与键盘模块+24V+24VGNDGNDVout+24VGNDGND+5V+5VGNDGND频率/转速表“+”FoutP3.2频率/转速表“-”GNDP1.0KEY1（设置）P1.1KEY2（加）P1.2KEY3（减）P7.7与GND之间未标示的插针P1.7P00.7LED4-H.AP20.7LED4-8.0说明：（1）直流电机转速为转每分，“频率/转速表”打到“频率”

15、档。以上模块的电源接口分别与主台体上的电源接口一一对应连接，并保持共地，Zigbee模块的+15V、GND、+15V不需要接电源，上电前注意检查连线。（2）P7.7与GND之间未标示的插针与图3-2电机驱动原理图中的DAC0120是相连的。 （3）用C语言编写电机转速的PID控制程序。调节给定值观察显示值的变化，并记录相关数据。 （4）用智能调节仪代替MCU控制电机转速，调节给定值观察显示值的变化，并记录相关数据。（注：智能调节仪代替MCU控制电机转速的硬件接线及使用见纸质材料）将实验数据填入下表。单片机PID控制智能调节仪控制设定值设定值最大峰值最大峰值稳态时的LED显示值稳态时的LED显示

16、值转速稳态时最大变化量转速稳态时最大变化量四、实验报告要求1、单片机控制直流电动机的程序流程图以及相应的程序完整清晰；2、思考题：通过修改程序实现PID的参数可以从键盘接收。五、实验注意事项1、实验操作中不要带电插拔导线，应该在熟悉原理后，按照电路图连接，检查无误后，方可打开电源进行实验。2、严禁将任何电源对地短路。实验五 组态王控制系统界面制作一、 实验目的1、 掌握组态王建立工程项目的方法和过程；2、 掌握组态王工具箱等的使用方法，掌握组态王制作项目界面的方法。二、 实验所用的设备及器材1、PC机一台；2、A3000实验系统；三、 实验原理在“组态王”中，您开发的每一个应用系统称为一个项目

17、，每个项目必须在一个独立的目录中，不同的项目不能共用一个目录。项目目录也称为工程路径。在每个工程路径下，组态王为此项目生成了一些重要的数据文件，这些数据文件一般是不允许修改的。建立新项目 首先启动组态王工程浏览器。工程浏览器运行后，将打开你上一次工作后的项目。如果你是第一次使用工程浏览器，默认的是组态王示例程序所在的目录。为建立一个新项目，请执行以下操作： 在工程浏览器中选择菜单“工程/新建”，出现“新建工程”对话框。在对话框中输入工程名称：myproj 在工程描述中输入：工程路径自动指定为当前目录下以工程名称命名的子目录。如果你需要更改工程路径，请单击“浏览”按钮。 单击“确定”。组态王将在

18、工程路径下生成初始数据文件。至此，新项目已经可以开始建立了。你可以在每一个项目下建立数目不限的画面，在下一节，我们将开始绘制第一幅画面。 在工程浏览器中左侧的树形视图中选择选择“画面”，在右侧视图中双击“新建”。工程浏览器将运行组态王开发环境TOUCHMAK，弹出如下对话框。在“新画面”对话框中设置如下图，在对话框中单击“确定”。TOUCHMAK将按照你指定的风格产生一幅名为“监控中心”的画面。 使用图形工具箱 接下来在此画面中绘制各图素。绘制图素的主要工具放置在图形编辑工具箱内。当画面打开时，工具箱自动显示，如果工具箱没有出现，选择菜单“工具显示工具箱”或按F10键打开它。工具箱中各种基本工具的使用方法和WINDOWS中“画笔”很类似，假如你熟悉“画笔”的使用，绘制本画面将是很容易的。首先绘制监控对象原料罐和反应罐：在工具箱内单击圆角矩形工具，在画面上绘制一个矩形作为第一个原料罐；在矩形框上单击鼠标左键，在矩形框周围出现8个小矩形，当鼠标落在任一小矩形上时，按下鼠标左键，可以移动图形对象的位置用同样的方法绘制另一原料罐和反应罐。在工具箱内单击多边形工具，绘制三条管道。要改变管道的填充颜色，请选中此对象，然后单击调色板窗口的第二个按钮，再从调色板中选择任一种颜色。在工具箱内单击文本工具，输入文字。要改变文字的字体、字号，请先选中文