《机电系统计算机接口与控制》实验指导书

《机电系统计算机接口与控制》

实验指导书王长全编徐州师范大学机电工程学院目录实验一模数接口实验实验二并行接口实验实验三数字PID控制系统仿真实验实验一模数接口实验一、实验目的1．了解模数转换接口原理及应用；2．掌握ADC0809芯片的使用方法；二、基本原理

ADC0809包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，并提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑。用它可直接输入8通道的模拟信号，分时进行A/D转换，在多点巡回检测、过程控制等应用领域中使用非常广泛。ADC0809的主要技术指标为：分辨率：8位；单电源：+5V；总的不可调误差：±1LSB；转换时间：取决于时钟频率；模拟输入范围：单极性0-5V；时钟频率范围：10KHz-1280KHz。ADC0809芯片引脚如图1所示，地址信号与选中通道的关系如表1所示。图1ADC0809的内部结构和引脚表1地址信号与选中通道的关系地址选中通道CBA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7

图2ADC0809应用实验电路图2ADC0809应用实验电路三、所需单元及部件微机、XFJW-1型教学实验系统四、实验步骤1．按图2实验线路接线。2．输入程序并检查无误，运行程序。3．调节W电位器，显示屏上显示ADC0809：IN0XX。4．用万用表测出W输出电压，并记录显示屏上的相应数据。作出如图3所示的转换图，即VD-VA图。图3VD-VA图

5．求ADC0809芯片的整量化误差。五、注意事项1．实验室内注意卫生、安全，禁止带电连接电路，电路连接完检查无误后才可打开实验台的电源。2．不要随便安装、运行游戏等有毒光盘，以免损坏计算机等设备。六、实验报告及思考题1．根据实验步骤写出实验报告，应有相应程序及调试处理结果。2．若改用EOC信号来申请中断A/D值，程序如何设计？实验二并行接口实验一、实验目的1．了解并行接口原理及应用；2．掌握8255接口芯片的使用；3．掌握无条件传送方式二、基本原理INTEL8255（图1）是一种通用的可编程并行I／O接口芯片，是专为INTEL公司的微处理器设计的，也可用于其它系列的微型机系统中。利用8086汇编指令系统，编制初始化程序，可以变更8255的工作方式，通用性强，使用灵活。8255具有3个带锁存或缓冲的数据端口，它的并行数据宽度为8位。可与外设并行进行数据交换。A口和B口内具有中断控制逻辑，在外设与CPU之间可用中断方式进行信息交换。8255能与许多外部设备连接，例如：键盘、显示器、打印机等。（a）8255内部引脚及结构(b)工作方式控制字及C口按位置位/复位控制字图18255内部结构及工作方式三、所需单元及部件微机、XFJW-1型教学实验系统四、实验步骤1．将8255PB口上开关的状态输入后,从PA口输出。开关闭合，对应的LED亮。按图2在实验箱平台中连接电路。

图2实验电路接线图2．将参考程序输入计算机，执行程序，改变开关状态，观察、分析LED显示情况。参考程序：codesegmentassumecs:code

start:moval,10000100Bmovdx,283h；对8255初始化outdx,al

lop:movdx,281hinal,dx

；输入开关状态movdx,280houtdx,al

；输出控制LEDjmplopmovah,4chint21hcodeendsendstart3.修改程序，使当开关断开时对应的LED亮。4.修改程序，使当K1闭合时，四个LED全亮；当K1断开时，四个LED全暗。五、注意事项1．实验要进行预习，课中进行检查。2．实验室内注意卫生、安全，禁止带电连接电路，电路连接完检查无误后才可打开实验台的电源。3．不要随便安装、运行游戏等有毒光盘，以免损坏计算机等设备。六、实验报告及思考题1．根据实验步骤写出实验报告，记录数据和现象，并进行分析。2.设计一可由开关控制的跑马灯程序。即可由开关设置，实现发光二极管的依次从左到右点亮、从右到左点亮、从中间往两端点亮、从两端往中间点亮等等。实验三数字PID控制系统仿真实验一、实验目的1．了解Matlab软件和PID控制的含义；2．掌握PID控制计算机编程方法和设计。二、基本原理数字PID控制算法在计算机系统中，离散的数字PID算法可以表示为位置式PID控制算式和增量式PID控制算式。位置式PID控制算式为：T：采样周期；k：采样序号；u(k)：第k次采样调节器输出；e(k)：第k次采样误差值；e(k－1)：第(k－1)次采样误差值。增量式PID控制算式为：增量式与位置式相比具有以下优点：1．增量式算法与最近几次采样值有关，不需要进行累加，因此，不易产生累积误差，控制效果较好。2．增量式中，计算机只输出增量，误动作(计算机故障或干扰) 影响小。3．在位置式中，由手动到自动切换时，必须使输出值等于执行机构的初始值，而增量式只与本次的误差值有关，更易于实现手动到自动的无扰动切换。

4．增量式控制算法因其特有的优点在控制系统中应用比位置式更加广泛。图1PID闭环控制系统框图图1是一个典型的PID闭环控制系统方框图，其硬件电路原理及接线图可设计如下，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。图2典型的PID闭环控制系统方框图上图中，控制计算机的“OUT1”表示386EX内部1＃定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX内部主片8259的7号中断，用作采样中断，“DIN0”表示386EX的I/O管脚P1.0，在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。这里，系统误差信号E通过模数转换单元“IN7”端输入，控制机的定时器作为基准时钟(初始化为10ms)，定时采集“IN7”端的信号，并通过采样中断读入信号E的数字量，并进行PID 计算，得到相应的控制量，再把控制量送到数模转换单元，由“OUT1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。为了便于实验参数的调整，下面讨论PID参数对系统性能的影响：(1)增大比例系数KP一般将加快系统的响应，在有静差的情况下有利于减小静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡，使系统稳定性变坏。(2)增大积分时间参数TI有利于消除静差、减小超调、减小振荡，使系统更加稳定，但系统静差的消除将随之减慢。(3)增大微分时间参数TD有利于加快系统响应，使超调量减小，系统稳定性增加，但系统对扰动的抑制能力减弱，对扰动有较敏感的响应。在调整参数时，对参数实行“先比例，后积分，再微分”的步骤：(1)首先整定比例部分。将比例系数KP由小变大，并观察相应的系统响应，直到响应曲线超调小、反应快。如果系统没有静差，或者静差小到允许的范围内，那么只需比例调节器即可。(2)如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足要求，则须加入积分作用。整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将第一步整定得到的比例系数KP缩小(如80％)，然后减小积分时间，使静差得到消除。如果动态性能(过渡时间短) 也满意，则需PI调节器即可。(3)若动态性能不好，则需加入微分作用。整定时，使微分时间TD从0变大，并相应的改变比例系数和积分时间，逐步凑试，直到满意结果。由于PID三个参数有互补作用，减小一个往往可由几个增大来补偿，因此参数的整定值不唯一，不同的参数组合完全有可能得到同样的效果。三、所需单元及部件PC机一台，TD-ACC+实验系统一套，i386EX系统板一块四、实验步骤1．按照实验线路图2接线，检查无误后开启设备电源。2．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的方波。确定系统的采样周期以及积分分离值。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)和TD(微分系数) 加入变量监视，以便实验过程中观察和修改。4．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C。5．如果系统性能不满意，用凑试法修改PID 参数，直到响应曲线满意，并记录响应曲线的超调量和过渡时间。6．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