計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)ZY

1、目 錄第一部分 ATC2007系統(tǒng)篇-第一章 系統(tǒng)概述-第二章 軟件使用說(shuō)明-第二部分 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)部分-實(shí)驗(yàn)一 模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)一-實(shí)驗(yàn)二 模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)二-實(shí)驗(yàn)三 平滑與數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)四 積分分離PID控制實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)五 大林算法-實(shí)驗(yàn)六 直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)-實(shí)驗(yàn)七 電烤箱閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)-第一部分 ATC2007系統(tǒng)篇第一章 ATC2007系統(tǒng)概述一、引言“自動(dòng)控制原理”是自動(dòng)化、自動(dòng)控制、電子技術(shù)、電氣技術(shù)、精密儀器等專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。為滿(mǎn)足各大專(zhuān)院校的教學(xué)需要，我公司精心設(shè)計(jì)制造了ATC2007實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它具有很強(qiáng)的開(kāi)放性能、擴(kuò)展性能；運(yùn)算模擬單

2、元的運(yùn)放有八個(gè)，每個(gè)運(yùn)算模擬單元內(nèi)都有實(shí)驗(yàn)所需的電阻、電容等元件，可以通過(guò)短路塊和導(dǎo)線(xiàn)靈活方便的對(duì)系統(tǒng)單元電路進(jìn)行組合，可以構(gòu)造出各種型式和階次的模擬環(huán)節(jié)和控制系統(tǒng)；從運(yùn)算模擬單元獨(dú)立出來(lái)的可變電阻器組單元檔位連續(xù)，調(diào)節(jié)精度高，接線(xiàn)靈活多變，充分滿(mǎn)足于自控原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。利用系統(tǒng)提供的集成操作軟件ATC2007，通過(guò)PC示波器功能可以實(shí)時(shí)、清晰的觀(guān)察控制系統(tǒng)的各項(xiàng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性，方便了對(duì)模擬控制系統(tǒng)特性的研究。我們采用微型溫度控制單元來(lái)代替烤箱進(jìn)行溫度控制實(shí)驗(yàn)，加上系統(tǒng)配置的直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等控制對(duì)象，可開(kāi)設(shè)控制系統(tǒng)課程的實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)還可擴(kuò)展支持如線(xiàn)性系統(tǒng)、最優(yōu)控制、系統(tǒng)辨識(shí)及計(jì)算機(jī)控制

3、等現(xiàn)代控制理論的模擬實(shí)驗(yàn)研究。二、系統(tǒng)構(gòu)成ATC2007系統(tǒng)由各單元電路、8088_CPU單元和與PC機(jī)進(jìn)行通訊的串口構(gòu)成。信號(hào)源發(fā)生單元電路：U1 信號(hào)源 SG 正弦波單元： U2 正弦波 SIN運(yùn)算模擬單元電路：U3U8反向器單元： U9狀態(tài)指示燈單元：U10 指示燈 D電位器單元：U11P單節(jié)拍脈沖發(fā)生單元：U12 單脈沖 SP非線(xiàn)性用單元電路：U13NC特殊運(yùn)算環(huán)節(jié)單元：U145V電源發(fā)生單元：U15A驅(qū)動(dòng)單元：U16DRIVER微型溫度控制單元：U17TC電機(jī)單元：U18MOTOR采樣保持器及單穩(wěn)單元電路： U19 SH模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元電路：U20ADC數(shù)/模轉(zhuǎn)換單元電路：U21DAC

4、示波器單元： U22可變電阻器組單元：U238088_CPU單元： U24RS485通信單元： U25控制信號(hào)單元U26第二章 ATC2007集成操作軟件使用說(shuō)明一、軟件的安裝ATC2007實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配合集成操作軟件 ATC2007可方便地進(jìn)行各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。該軟件可以在Windows98及Windows2K下運(yùn)行。 二、進(jìn)入系統(tǒng)開(kāi)啟PC微機(jī)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的電源開(kāi)關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，雙擊“ATC2007計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)軟件”圖標(biāo)，即可進(jìn)入集成環(huán)境。根據(jù)您所使用的通訊端口設(shè)置 “選擇串口”COM1或COM2。圖3.1 集成軟件操作界面三.、文件操作（File）在圖3.1所示的操作界面中，選擇文件菜單可新建文件或

5、打開(kāi)已有的文件，進(jìn)行源文件的編輯操作（圖3.2 文件編揖操作界面）。屏幕顯示：圖3.2 文件編揖操作界面當(dāng)打開(kāi)源文件編輯窗口后（菜單會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化），可利用菜單中所提供的功能對(duì)源程序進(jìn)行輸入、修改、保存等操作。在對(duì)源程序進(jìn)行修改的過(guò)程中，用戶(hù)應(yīng)先定義需要修改的程序塊，然后可使用“編輯”萊單中的復(fù)制（C）、剪切（T）、粘貼（P）和撤消（U）等功能。當(dāng)源程序編輯修改完畢后，可將文件進(jìn)行保存，保存時(shí)默認(rèn)的擴(kuò)展名“。ASM”。四、匯編程序（Masm）在圖3.2所示的界面中，選擇“編譯”菜單中的“匯編”項(xiàng)，即可對(duì)源文件進(jìn)行匯編，系統(tǒng)自動(dòng)完成匯編并生成“*.OBJ”文件。并在屏幕上顯示錯(cuò)誤、警告等匯編信

6、息：圖3.3 匯編信息窗口若在匯編過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則錯(cuò)誤信息會(huì)出現(xiàn)在 圖3.3 匯編信息窗口，用戶(hù)可對(duì)照出錯(cuò)信息，修改程序。五、連接（Link）在圖3.2所示的操作界面中，選擇“編譯”菜單中的“連接”項(xiàng)，即可對(duì)源文件進(jìn)行連接，系統(tǒng)自動(dòng)連接生成“*。EXE”文件。并在屏幕上顯示錯(cuò)誤、警告等連接信息：六、程序裝入（Load）程序裝入需在調(diào)試窗口的界面中進(jìn)行，在圖3.1 集成軟件操作界面 或在圖3.2所示的文件編揖操作界面中，選擇“窗口”“調(diào)試”，出現(xiàn)下面的調(diào)試窗口：這時(shí)菜單欄中會(huì)增加幾個(gè)與程序調(diào)試相關(guān)的菜單項(xiàng)。選擇“裝入程序”，出現(xiàn)一個(gè)打開(kāi)文件對(duì)話(huà)框，到安裝目錄下，選中剛才連接好的執(zhí)行文件，點(diǎn)擊打

7、開(kāi)，出現(xiàn)一個(gè)地址對(duì)話(huà)框，點(diǎn)擊確定，即可將執(zhí)行文件裝入到系統(tǒng)中由段地址和偏移量指定的位置。如下圖所示：七、運(yùn)行程序進(jìn)入調(diào)試窗口，可以通過(guò)“單步運(yùn)行”菜單項(xiàng)來(lái)單步執(zhí)行程序，也可在調(diào)試窗口中輸入G=0000：2000” 來(lái)全速執(zhí)行程序。其中0000：2000為程序裝入時(shí)的段地址和偏移量。八、程序存盤(pán)選擇“程序存盤(pán)”可將系統(tǒng)內(nèi)存中的程序存入磁盤(pán)。九.調(diào)試（Debug）計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)調(diào)試界面下的主要命令A(yù) 啟動(dòng)小匯編程序其格式為：A段址：偏移量 即：A段址，偏移量 從 段址：偏移量 構(gòu)成的實(shí)際地址單元起填充匯編程序的目標(biāo)碼。A偏移量 從默認(rèn)的 段址：偏移量 構(gòu)成的實(shí)際地址單元起填充匯編程序的目標(biāo)碼。A

8、從默認(rèn)段址：默認(rèn)偏移量構(gòu)成的實(shí)際地址單元起填充匯編程序的目標(biāo)碼。需要說(shuō)明的是，對(duì)輸入?yún)R編語(yǔ)句有如下規(guī)定：(1) 數(shù)字一律是不帶H后綴的16進(jìn)制數(shù)。(2) m類(lèi)操作一定要在之前標(biāo)注W(字)或B(字節(jié))，如MOV B2010，AL；MOV W2010，AXB 斷點(diǎn)設(shè)置在“>”提示符下鍵入B ，系統(tǒng)就提示：“i：”等待您給出斷點(diǎn)地址，回車(chē)后，系統(tǒng)繼續(xù)提示“i1：”。若直接用回車(chē)來(lái)響應(yīng)則結(jié)束該命令。系統(tǒng)允許設(shè)至至多10個(gè)斷點(diǎn)，斷點(diǎn)的清除方法，只能是通過(guò)鍵入復(fù)位開(kāi)關(guān)或重新上電來(lái)實(shí)現(xiàn)。D 顯示一段地址單元中的數(shù)據(jù)其格式為D： 段址：起始地址，尾地址E 編輯指定地址單元中的數(shù)據(jù)其格式為：E 段址：偏移

9、量每次只能一字節(jié)一字節(jié)地顯示或修改數(shù)據(jù)。一旦進(jìn)入E命令狀態(tài)，就可通過(guò)“空格”鍵來(lái)使地址向高地址方向移動(dòng)，而“-”鏈則使地址向低地址向移動(dòng)，亦可直接填入新數(shù)據(jù)來(lái)修改地址單元中的內(nèi)容。若直接用回車(chē)鍵來(lái)響應(yīng)的話(huà)，就退出E命令。G 連續(xù)運(yùn)行程序其格為：G段址：偏移量 GB段址：偏移量其中G格式表示無(wú)斷點(diǎn)連續(xù)運(yùn)行由段址：偏移量指定入口的程序：而GB格式表示帶斷點(diǎn)連續(xù)運(yùn)行由段址：偏移量指定入口的程序。注：斷點(diǎn)是由B命令來(lái)設(shè)置的。I 從I/O端口讀入數(shù)據(jù)并顯示其格式為：II/O接口地址如：>I 0042顯示地址為0042接口單元的內(nèi)容。M 數(shù)據(jù)塊搬移其格式為：M 段址： 源起始址，尾址目標(biāo)段址：目標(biāo)起

10、始址執(zhí)行該命令可實(shí)現(xiàn)整塊數(shù)據(jù)區(qū)的搬移。O 數(shù)據(jù)送存指定I/O接口地址單元其格式為：O I/O口地址，數(shù)據(jù)如：>O 0098，10 就完成送10到地址為98的I/O端口上去。R 寄存器顯示與修改其格式為： R寄存器名可顯示并修改特定寄存器的內(nèi)容。如：>RAX就顯示AXXXXX，此時(shí)您鍵入回車(chē)鍵表示結(jié)束R命令，若輸入四位16進(jìn)制數(shù)并回車(chē)的話(huà)，則就會(huì)將該四位數(shù)填入到相應(yīng)的寄存器中并結(jié)束R命令。T 單步運(yùn)行指定的程序其格式為：T段址：偏移量單步運(yùn)行的程序入口地址由段址：偏移量來(lái)指定，每次執(zhí)行完畢，系統(tǒng)就會(huì)顯示CS、DS、IP、AX的內(nèi)容到顯示器上。如T0000：2000表示從0000：20

11、00地址起單步執(zhí)行一條命令。U 反匯編程序命令其格式為：U段址：起始址，尾址 或 U系統(tǒng)提供反匯編程序能力，上面第一格式可實(shí)現(xiàn)連續(xù)顯示從某地址到另一高端地址間的代碼反匯編，而后一種格式每次只能顯示當(dāng)前行。十、示波器功能（Wave）進(jìn)入ATC2007系統(tǒng)集成操作軟件界面，選擇“窗口”“示波器”后，屏暮顯示：用戶(hù)可根據(jù)需要選擇不同的示波器功能，進(jìn)入相應(yīng)的界面。 下面介紹示波器的4個(gè)功能：a) 示波器（對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域的測(cè)量，類(lèi)似與普通示波器的功能） l、性能1)實(shí)時(shí)顯示時(shí)，帶寬為50HZ：凍結(jié)顯示時(shí)，帶寬可達(dá)200HZ。2)實(shí)時(shí)采樣頻率：10KHZ3)測(cè)量范圍：×l檔為±5v，&

12、#215;5檔為±l2v，×0.5檔為±2.5v4)通道數(shù)：雙通道。2、界面及操作界面如圖3.4所示。圖3.4示波器功能界面示波器窗口由功能鍵工具欄、波形顯示窗口、數(shù)據(jù)顯示窗口和命令/提示欄（狀態(tài)欄）四個(gè)部分。（見(jiàn)圖3.4）功能鍵工具欄顯示功能鍵提示，當(dāng)前可用的功能鍵用彩色顯示，不可用的用灰色顯示。數(shù)據(jù)顯示窗口顯示兩路信號(hào)當(dāng)前的電壓值。CHl顯示第一通道，CH2顯示第二通道，第一通道的電壓值及波形用黃色顯示，第二通道用綠色顯示。顯示數(shù)據(jù)乘以0.l即為實(shí)際電壓值（注意這是在×1檔，當(dāng)撥至×5檔時(shí)，則實(shí)際電壓應(yīng)乘以5，當(dāng)撥至×0.5檔時(shí)，

13、則實(shí)際電壓應(yīng)乘以0.5），單位為伏特。波形顯示窗口顯示波形曲線(xiàn)。命令/提示欄接收用戶(hù)的命令并顯示提示信息。示波器工具欄功能（按自左向右的順序逐個(gè)介紹）1、啟動(dòng)示波器不運(yùn)行程序。適合于只需要觀(guān)察波形時(shí)使用，例如做自控實(shí)驗(yàn) 時(shí)。2、啟動(dòng)示波器，并運(yùn)行程序。適合于需要用示波器觀(guān)察程序運(yùn)行效果時(shí)使用，例如做計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)?？砂刺崾炬I入用戶(hù)程序的段地址（CS）及偏移量(IP：)，按確定后程序開(kāi)始運(yùn)行。此時(shí)可將示波器探筆接至用戶(hù)需要測(cè)量的地方，觀(guān)察該處的波形。3、停止測(cè)量。 停止示波器的采樣，如果運(yùn)行了計(jì)算機(jī)控制程序，程序?qū)⒈唤K止。建議在激活其它窗口時(shí)停止示波器測(cè)量。注意：終止后波形不會(huì)保留。如果需要保留

14、屏幕上的波形，可用暫停顯示。4、暫停顯示。 將當(dāng)前的波形保留在屏幕上，便于細(xì)致觀(guān)察波形。用“”鍵和“”鍵可移動(dòng)游標(biāo)測(cè)量波形數(shù)據(jù)（游標(biāo)顯示為一條白線(xiàn)）。CHl及CH2數(shù)據(jù)顯示窗會(huì)分別顯示出游標(biāo)所在位置兩路信號(hào)的電壓值，同時(shí)，波形顯示窗左下方用黃色顯示出游標(biāo)所在處距窗口最左邊的時(shí)間值，單位為毫秒。如果希望繼續(xù)顯示波形，可用“繼續(xù)顯示”功能鍵。暫停后可以用游標(biāo)對(duì)波形進(jìn)行測(cè)量、細(xì)分顯示和打印波形，如果運(yùn)行了計(jì)算機(jī)控制程序，程序仍在運(yùn)行，不會(huì)被終止（于停止功能不同），時(shí)示波器仍在采樣，只是不將數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。注意：在選擇暫停顯示的同時(shí)，在工具欄中將激活“細(xì)”功能鍵，若此時(shí)再點(diǎn)擊“細(xì)”功能鍵，屏幕上的波

15、形將按凍結(jié)方式重新顯示，可得到更為細(xì)致的波形圖（即將實(shí)時(shí)顯示時(shí)無(wú)法辯認(rèn)的波形通過(guò)此功能進(jìn)行顯示，此時(shí)AD已經(jīng)停止采 樣，只能顯示用戶(hù)暫停時(shí)這一屏的波形），凍結(jié)顯示結(jié)束后，可以使用“<”和“>”鍵控制游標(biāo)，以測(cè)量波形數(shù)據(jù)，5、繼續(xù)顯示。暫停顯示后用來(lái)恢復(fù)示波器的顯示。6、橫向增加示波器顯示比例。7、橫向減少示波器顯示比例。8、縱向增加示波器顯示比例。9、縱向減少示波器顯示比例。10、示波器顯示還原。將縱向拉伸過(guò)的圖形還原為最初顯示尺寸。11、 快速向左移動(dòng)游標(biāo)。在暫停或細(xì)分顯示時(shí)，用來(lái)移動(dòng)測(cè)量游標(biāo)，每次10格12、向左移動(dòng)游標(biāo)。在暫?；蚣?xì)分顯示時(shí)， 用來(lái)移動(dòng)測(cè)量游，每次移動(dòng)一格。13

16、、向右移動(dòng)游標(biāo)。14、快速向右移動(dòng)游標(biāo)。15、 細(xì)分顯示波形。在暫停后可以使用。執(zhí)行時(shí)，示波器窗口標(biāo)題欄會(huì)閃動(dòng)，此時(shí)正在接 收數(shù)據(jù)請(qǐng)等待，數(shù)據(jù)接收完成后會(huì)顯示出波形，并可用游標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。16、左移波形。執(zhí)行細(xì)分顯示后，可以使用。17、右移波形。執(zhí)行細(xì)分顯示后，可以使用。18、在波形顯示和保存波形界面間切換19、 保存某一時(shí)刻CH1的波形顯示。此處會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話(huà)框詢(xún)問(wèn)保存到那一個(gè)圖中，可選的有三個(gè)，選中之后，系統(tǒng)會(huì)將用戶(hù)需要保存的圖象保存到用戶(hù)指定的圖庫(kù)中。20、保存某一時(shí)刻CH2的波形顯示到用戶(hù)指定的圖庫(kù)中。21、將兩路波形同時(shí)保存到一個(gè)圖庫(kù)中。22、波形打印。暫停或細(xì)分顯示時(shí)可以使用。b)

17、非線(xiàn)性測(cè)量 （ 電壓-電壓關(guān)系測(cè)量功能） 三個(gè)工具按鈕分別為：?jiǎn)?dòng)測(cè)量，清屏功能，停止測(cè)量。下面以典型非線(xiàn)形環(huán)節(jié)為例來(lái)說(shuō)明此功能，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容參見(jiàn)ATC2007實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中實(shí)驗(yàn)五（P25）。將測(cè)量單元的CH1探筆接至Ui處，CH2接至UO處，調(diào)節(jié)U11單元的RW電位器（注意X與5V，Z與5V分別用短路塊短接）使Y在±5V變化，Ui將在±2.55×5V之間變化，而此次實(shí)驗(yàn)若選5.1V穩(wěn)壓二極管（用二個(gè)穩(wěn)壓二極管負(fù)極對(duì)負(fù)極串接起來(lái)，即可構(gòu)成一只雙向穩(wěn)壓二極管）調(diào)節(jié)RW時(shí)，一旦Ui超出±5.lV時(shí)，雙向穩(wěn)壓二極管將限幅在±5.lV。注意：圖中CHl、CH

18、2所顯示的值×0.l即為電壓值，若測(cè)量單元中的CHl、CH2為乘5檔時(shí)，一格代表5V，若為乘檔l時(shí)，一格代表lV。c) 頻率特性分析在此實(shí)驗(yàn)中，我們利用ATC2007系統(tǒng)中的U21 DAC單元，將提供頻率和幅值均可調(diào)的基準(zhǔn)正弦信號(hào)源，作為被測(cè)對(duì)象的輸入信號(hào)，而ATC2007系統(tǒng)中測(cè)量單元的CH1通道用來(lái)觀(guān)測(cè)被測(cè)對(duì)象的輸出，選擇不同角頻率及幅值的正弦信號(hào)源作為對(duì)象的輸入，可測(cè)得相應(yīng)的對(duì)象輸出，并在PC機(jī)屏幕上顯示，我們可以根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)正確描述對(duì)象的幅頻和相頻特性圖。具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：(l)將U21 DAC單元的OUT端接到對(duì)象的輸入端。(2)將測(cè)量單元的CH1（必須撥為乘 l 檔）

19、接至對(duì)象的輸出端。(3)將U1 SG單元的ST和S端斷開(kāi)，用排線(xiàn)將ST端接至8088_CPU單元中的PB0。（由于在每次測(cè)量前，應(yīng)對(duì)對(duì)象進(jìn)行一次回零操作，ST即為對(duì)象鎖零控制端，在這里，我們用8255的PB0口對(duì)ST進(jìn)行程序控制。）(4)在PC機(jī)上輸入相應(yīng)的角頻率，并使用“+”、“”鍵選擇合適的幅值，按ENTER鍵后，輸入的角頻率開(kāi)始閃爍，直至測(cè)量完畢時(shí)停止，屏幕即顯示所測(cè)對(duì)象的輸出及信號(hào)源，移動(dòng)游標(biāo)，可得到相應(yīng)的幅值和相位。(5)如需重新測(cè)試，則按“N”鍵，系統(tǒng)會(huì)清除當(dāng)前的測(cè)試結(jié)果，并等待輸入新的角頻率，準(zhǔn)備開(kāi)始進(jìn)行下次調(diào)試。(6)根據(jù)測(cè)得的在不同頻率和幅值的信號(hào)源作用下系統(tǒng)誤差e(t)及反

20、饋c(t)的幅值、相對(duì)于信號(hào)源的相角差，用戶(hù)可自行畫(huà)出閉環(huán)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)幅頻和相頻曲線(xiàn)。d) 86示波器（直流電機(jī)、烤箱實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用波形顯示）在做第三部分電機(jī)調(diào)速控制和烤箱溫度控制實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要顯示反饋和給定值，為了使顯示數(shù)值與界面相符，請(qǐng)進(jìn)入86示波器界面，使用該界面下“啟動(dòng)示波器，并運(yùn)行程序”功能。86示波器的界面中除示波器功能中顯示刻度值與示波器界面中的不同之外，其余功能及使用方法完全相同。對(duì)于時(shí)間刻度值由于采樣周期不同存在以下關(guān)系：實(shí)際時(shí)間（秒）（采樣周期×實(shí)際刻度值）/20烤箱溫度控制范圍在室溫250，不要過(guò)高。即給定值SPEC范圍約在l4H（20）FAH（250）之間。示例程序中S

21、PEC64H為l00。TS64H，由于8253 OUT2接IRQ6中斷為l0ms，故采樣周期64H×101s；如實(shí)際刻度值5400，則實(shí)際響應(yīng)時(shí)間（秒）（1×5400）/20270s。溫度控制響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，一屏不能完全觀(guān)測(cè)到整個(gè)響應(yīng)過(guò)程，每增加一屏，實(shí)際刻度值要累加6000。電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍在6轉(zhuǎn)/秒66轉(zhuǎn)/秒之間，速度過(guò)低受阻力影響較大不穩(wěn)定。最大轉(zhuǎn)速不超過(guò)4300轉(zhuǎn)/分。即：給定值（SPEC）范圍約在06H-42H之間。示例程序中給定SPEC30H為48轉(zhuǎn)/秒，TSl4H，由于8253 OUT2接IRQ6中斷為1ms，故采樣周期14H×10.02s如實(shí)際刻度值90

22、0，則實(shí)際響應(yīng)時(shí)間（秒）（0.02×900）/200.9s。第二部分 計(jì)算機(jī)機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)(1)1.實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路原理圖：見(jiàn)圖1-1圖1-l A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)（1）線(xiàn)路圖8088CPU的OPCLK信號(hào)與ADC0809單元電路的CLOCK相連作為ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809芯片輸入選通地址碼A、B、C為“1”狀態(tài)，選通輸入通道IN7。通過(guò)電位器RW1給A/D變換器輸入5V+5V的模擬電壓。8253的2#口用于5ms定時(shí)輸出OUT2信號(hào)啟動(dòng)A/D變換器。由8255口A為輸入方式。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過(guò)A口采入計(jì)算機(jī)，送到顯示器上顯示，并由數(shù)據(jù)總線(xiàn)送

23、到D/A變換器0832的輸入端。選用8088CPU的地址輸入信號(hào)IOY0為片選信號(hào)（CS），XIOW信號(hào)為寫(xiě)入信號(hào)（WR），D/A變換器的口地址為00H。調(diào)節(jié)RW1即可改變輸入電壓，可從顯示器上看A/D變換器對(duì)應(yīng)輸出的數(shù)碼，同時(shí)這個(gè)數(shù)碼也是D/A變換器的輸入數(shù)碼。2.A/D、D/A轉(zhuǎn)換程序流程：（見(jiàn)圖1-2）對(duì)應(yīng)下面的流程，已編好了程序存放在8088的監(jiān)控中，可用U（反匯編）命令查看。圖1-2 A/D轉(zhuǎn)換主程序流程圖3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟(1)按圖11接線(xiàn)。用“短接塊”分別將U1 SG單元中的ST插針與5V插針短接；U11 P 單元中的X與5V、Z與5V短接，其它畫(huà)“”的線(xiàn)需自行連接。連接好后，請(qǐng)

24、仔細(xì)檢查，無(wú)誤后方可接通電源。（2）調(diào)零在每一次實(shí)驗(yàn)前，都必須進(jìn)行調(diào)零。操作步驟如下：打開(kāi)實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用軟件ATC2007，進(jìn)入調(diào)試窗口，在“ ”提示符下，鍵入A2000，啟動(dòng)小匯編，然后輸入以下語(yǔ)句：> 0000:2000 MOV AL, 80> 0000:2002 OUT 00, AL> 0000:2004 INT> 0000:2005 > G=0000:2000此時(shí)，調(diào)試窗口內(nèi)將顯示當(dāng)前各寄存器的狀態(tài)（2004，0000，）。將萬(wàn)用表?yè)苤梁练鼨n，測(cè)量U21單元中OUT端的電壓，調(diào)節(jié)DAC0832芯片右方的藍(lán)色微調(diào)電阻，直至電壓顯示到0mv為止。（若調(diào)不到絕對(duì)0mv

25、，可調(diào)節(jié)至0.5mv以下的正電壓，但切不可為負(fù)電壓）(3)將RW1輸出調(diào)至5V，在調(diào)試窗口執(zhí)行程序： GF000：1100觀(guān)察調(diào)試窗口是否顯示數(shù)碼“00”（或者比00稍大也可）。如若不是，可從以下方面進(jìn)行檢查：輸入是否為-5V；線(xiàn)路是否正確；調(diào)零是否準(zhǔn)確；程序是否執(zhí)行。(4)依次調(diào)節(jié)RW1電位器，用數(shù)字電壓表分別檢測(cè)A/D的輸入電壓和D/A的輸出電壓，同時(shí)觀(guān)察調(diào)試窗口顯示數(shù)碼，記下相應(yīng)的轉(zhuǎn)換值及D/A的輸出模擬電壓，填入下表11。表中模擬輸入電壓以實(shí)際輸入電壓為準(zhǔn)。表1-1 A/D、D/A實(shí)驗(yàn)（1）結(jié)果模擬輸入電壓（V）顯示器數(shù)碼（H）模擬輸出電壓（V）-5-4-3-2-10+1+2+3+4+

26、5實(shí)驗(yàn)二 模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)（2）1.實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路原理圖：見(jiàn)圖2-1圖2-1 A/D、D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)（2）線(xiàn)路圖設(shè)置8255為定時(shí)方式，OUT2信號(hào)為采樣脈沖，采樣周期5ms。8255的A口為輸入方式，用于采入數(shù)據(jù)。8255的B口為輸出方式，用于選擇控制雙路輸入輸出通道。A/D轉(zhuǎn)換單元可對(duì)多路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這里用6、7兩路分別接入圖2-2所示信號(hào)。 圖2-2 輸入信號(hào)計(jì)算機(jī)控制A/D變換器分時(shí)對(duì)這兩路模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量送至D/A變換器還原模擬量，并送至兩個(gè)采樣保持器。由8255 B口分別控制兩個(gè)采樣保持器的采樣開(kāi)關(guān)，以保證U21單元采樣保持器電路中的OUT1輸出信號(hào)與A/

27、D變換單元U20的IN6輸入信號(hào)一致；采樣保持器電路的OUT2輸出信號(hào)與A/D變換單元U20的IN7輸入信號(hào)一致。2.程序流程：見(jiàn)圖2-3 圖2-3 主程序和中斷處理程序流程圖3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)客與步驟(1)按圖2-1接線(xiàn)。將信號(hào)源單元（U1 SG）的信號(hào)選擇開(kāi)關(guān)S11放到斜坡位置，用短接塊將信號(hào)源（U1 SG）的微型插針S與ST短接（ST應(yīng)與+5V斷開(kāi)）。置S12為下檔，調(diào)節(jié)W11和W12，使得IN6、IN7輸入波形接近圖2-2的要求。(2)執(zhí)行程序： G=F000：1151。(3)用示波器觀(guān)察并記錄以下三組波形： IN6輸入與U21單元中的OUTl輸出 兩者對(duì)比波形； IN7輸入與U21單元中的O

28、UT2輸出 兩者對(duì)比波形； U21單元中的輸出OUT端分時(shí)控制輸出波形。實(shí)驗(yàn)三 數(shù)字濾波實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)原理與線(xiàn)路(1)原理見(jiàn)圖3-1圖3-1 數(shù)字濾波原理圖計(jì)算機(jī)對(duì)含有干擾的正弦信號(hào)R（約0.51HZ）通過(guò)U20采樣輸入，然后進(jìn)行數(shù)字濾波處理，以保留正弦信號(hào)，去除干擾，最后送至U21變成模擬量C輸出。(2)摸擬帶有尖脈沖干擾的正弦信號(hào)用RC電路將U1單元的555輸出方波（S端）微分，將此微分信號(hào)視作干擾，再用U2 SIN單元產(chǎn)生的正弦波，兩信號(hào)迭加，如圖3-2。注意R點(diǎn)波形不要超過(guò)±5V，以免數(shù)字化溢出。(3)濾波器的計(jì)算要求設(shè)計(jì)一個(gè)相當(dāng)于 的數(shù)字濾波器，由一階差分法可得近似式（注1）

29、其中，Xk：輸入，Yk輸出，。上式中a的取值范圍：0.000.99。1-a、a的值要分別保存在2F00H和2F03H地址中，存入方法：在調(diào)試窗口使用 E地址 命令可對(duì)指定地址中的內(nèi)容進(jìn)行修改，假設(shè)a=0.95，這個(gè)值要保存在2F03H地址中。 > E 2F03> 0000:2F03 = CC_95 啟動(dòng)相應(yīng)程序后則會(huì)將BCD碼“95”轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，再按算式進(jìn)行定點(diǎn)小數(shù)運(yùn)算。采樣信號(hào)由8253得到，8253定時(shí)5ms，采樣周期T為：msTk需保存在2F60H地址中，取值范圍：01HFFH，對(duì)應(yīng)T的范圍：5ms1275ms。1a，a，Tk的存儲(chǔ)區(qū)見(jiàn)表3-1。表3-1變量的值1-aa

30、Tk存入地址2F00H2F03H2F60H 注1：理論推導(dǎo)算式為，實(shí)驗(yàn)采用的算式作了近似處理。 (5)線(xiàn)路接線(xiàn)見(jiàn)圖3-2，圖中接入1點(diǎn)的信號(hào)為正弦波，2點(diǎn)為干擾信號(hào)。圖3-2 數(shù)字濾波線(xiàn)路圖2.實(shí)驗(yàn)程序流程：見(jiàn)圖3-3圖3-3 一階慣性數(shù)字濾波程序流程圖3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟按圖3-2接線(xiàn)，調(diào)節(jié)U1信號(hào)源單元中的W11，使S端的方波周期約為0.2s；調(diào)節(jié)U2單元電位器，使其輸出周期為1s、幅值為3V的正弦信號(hào)；調(diào)節(jié)圖3-2電路圖中1、2端對(duì)應(yīng)的電位器，使R端波形符合圖3-1所示輸入信號(hào)的要求。在2F00H、2F03H、2F60H存入1-a、a、Tk的值。啟動(dòng)一階慣性數(shù)字濾波程序 GF000：141

31、1用示波器觀(guān)察輸入端R、輸出端C的波形，分析濾波效果并記下正弦衰減比、干擾衰減比。改變la、a、Tk，重復(fù)步驟(3)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表3-2。表3-2 一階慣性濾波實(shí)驗(yàn)結(jié)果TkT(ms)1-aa濾波前后正弦幅值比濾波前后干擾幅值比濾波前后波形對(duì)比圖0159505015059506300595實(shí)驗(yàn)四 積分分離PID控制實(shí)驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)原理及線(xiàn)路簡(jiǎn)介(1)原理如圖4-1，R為輸人，C為輸出，計(jì)算機(jī)不斷采入誤差E，進(jìn)行積分判別與PID運(yùn)算，然后判結(jié)果是否溢出（若溢出則取最大或最小值），最后將控制量輸送給系統(tǒng)。圖4-1積分分離PID控制原理圖(2)運(yùn)算原理PID控制規(guī)律為：。e(t)為控制器輸入：U(t)

32、為控制器輸出。用矩陣法算積分，用向后差分代替微分，采樣周期為T(mén)，算法為： 簡(jiǎn)記為： P、I、D范圍為：0.99990.9999，計(jì)算機(jī)分別用相鄰三個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)其BCD碼。最低字節(jié)存符號(hào)，00H為正，01H為負(fù)。中間字節(jié)存前2位小數(shù)，最高字節(jié)存末2位小數(shù)。如比例系數(shù)P為0.9050，I為0，D為0，則內(nèi)存為表4-1所示。表4-1 PID實(shí)驗(yàn)各參變量地址分配表參變量地址內(nèi)容Tk0240：000005HEI0240：00017FHP0240：000200H0240：000390H0240：000450HI0240：000500H0240：000600H0240：000700HD0240：000800H

33、0240：000900H0240：000A00H計(jì)算機(jī)存有初始化程序，把十進(jìn)制小數(shù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制小數(shù)，每個(gè)小數(shù)用兩個(gè)字節(jié)表示。在控制計(jì)算程序中按定點(diǎn)小數(shù)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算，對(duì)運(yùn)算結(jié)果有溢出處理。當(dāng)運(yùn)算結(jié)果超出00H或FFH時(shí)則用極值00H或FFH作為計(jì)算機(jī)控制輸出，在相應(yīng)的內(nèi)存中也存入極值00H與FFH。積分項(xiàng)運(yùn)算也設(shè)有溢出處理，當(dāng)積分運(yùn)算溢出時(shí)控制量輸出取極值，相應(yīng)內(nèi)存中也存入極值。計(jì)算機(jī)還用0240:0001H內(nèi)存單元所存的值數(shù)作為積分運(yùn)算判定值EI，誤差E的絕對(duì)值小于EI時(shí)積分，大時(shí)不積分。EI的取值范圍：00H7FH?？刂屏縐k輸出至D/A，范圍：00HFFH，對(duì)應(yīng)5V4.96V，誤差E模入范

34、圍與此相同。(3)整定調(diào)節(jié)參數(shù)與系統(tǒng)開(kāi)環(huán)增益可用臨界比例帶法整定參數(shù)。設(shè)采樣周期為50ms，先去掉微分與積分作用，只保留比例控制，增大Kp直至系統(tǒng)等幅振，記下振蕩周期Tu和振蕩時(shí)所用比例值Kpu，按以下公式整定參數(shù)。只用比例調(diào)節(jié)比例Kp0.5Kpu（PKp0.5Kpu）用比例、積分調(diào)節(jié)（T取 TU）比例Kp0.36Kpu（即PKp0.36Kpu）積分時(shí)間TI1.05TU（即I 0.07Kpu）用比例積分、微分調(diào)節(jié)（T取 TU）比例Kp0.27Kpu(即PKp0.27Kpu) 積分時(shí)間TI0.4Tu(即I 0.11KPU)微分時(shí)間TD0.22TU(即D 0.36KPU)PID系數(shù)不可過(guò)小，因?yàn)檫@

35、會(huì)使計(jì)算機(jī)控制輸出也較小，從而使系統(tǒng)量化誤差變大，甚至有時(shí)控制器根本無(wú)輸出而形成死區(qū)。這時(shí)可將模擬電路開(kāi)環(huán)增益適當(dāng)減小，而使PID系數(shù)變大。例：PID三個(gè)系數(shù)都小于0.2，模擬電路開(kāi)環(huán)增益可變?yōu)镵/5，PID系數(shù)則都相應(yīng)增大5倍。另一方面PID系數(shù)不可等于1，所以整個(gè)系統(tǒng)功率增益補(bǔ)償是由模擬電路實(shí)現(xiàn)。例如若想取P5.3，可取0.5300送入，模擬電路開(kāi)環(huán)增益亦相應(yīng)增大10倍。(4)接線(xiàn)與線(xiàn)路原理。圖4-2 積分分離PID控制實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路圖8253的OUT2定時(shí)輸出OUT2信號(hào)，經(jīng)單穩(wěn)整形，正脈沖打開(kāi)采樣保持器的采樣開(kāi)關(guān)，負(fù)脈沖啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)誤差信號(hào)EU19單元IN2；U19單元OUT2U2

36、0單元IN7；采樣保持器對(duì)系統(tǒng)誤差信號(hào)進(jìn)行采樣，將采樣信號(hào)保持并輸出給A/D第7路輸入端IN7。計(jì)算溢出顯示部分：圖4-2虛框內(nèi)。當(dāng)計(jì)算控制量的結(jié)果溢出時(shí)，計(jì)算機(jī)并口B的PB7輸出高電平，只要有一次以上溢出便顯示。這部分線(xiàn)路只為觀(guān)察溢出而設(shè)，可以不接，對(duì)于控制沒(méi)有影響。(5)采樣周期T計(jì)算機(jī)8253產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)，定時(shí)10ms，采樣周期T為：TTk×10msTk事先送入0240：0000H單元，范圍是01HFFH，則采樣周期T的范圍為10ms2550ms。按TU計(jì)算出的T如果不是10ms的整數(shù)倍，可以取相近的Tk。2.實(shí)驗(yàn)程序流程：見(jiàn)圖4-3圖4-3 PID控制實(shí)驗(yàn)主程序和中斷程序流程

37、3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟(l)按圖4-2接線(xiàn)，用短路塊將U1單元中的S與ST短接(ST應(yīng)與+5V斷開(kāi))，S11置方波檔，S12置200ms-14s檔，調(diào)節(jié)W11使方波信號(hào)周期為6S，調(diào)節(jié)W12方波幅值約為3V。(2)在調(diào)試窗口使用菜單中 “裝入程序”命令裝入ATC4-l.EXE，利用“E地址”命令從0240：0000地址開(kāi)始存入TK、EI、KP、KI、KD，各參量的初始值和地址分配參見(jiàn)表4-1，全部存入完畢后可以在調(diào)試窗口使用下面代碼顯示所存入的數(shù)據(jù)以便進(jìn)行檢查： > D0240:0000數(shù)據(jù)檢查無(wú)誤后，啟動(dòng)PID位置式算法程序，用示波器觀(guān)察輸出。 > G=0000:2000(3)觀(guān)察此

38、時(shí)的響應(yīng)輸出是否為等幅振蕩，如果不是，調(diào)節(jié)圖4-2中的電位器R，使得輸出為等幅振蕩。等幅振蕩時(shí)的Tk=05H，采樣周期T=5X10ms=50ms，此時(shí)的P系數(shù)值記為KPU=0.9050 。(4)根據(jù)臨界比例帶法計(jì)算P、I、D三參數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算可以得到表4-2中的“I”行中的P、I、D參數(shù)，使用E命令在相應(yīng)地址存入三個(gè)參數(shù)值，啟動(dòng)PID位置式算法程序，觀(guān)察輸入R和輸出信號(hào)C波形，測(cè)出MP、ts，將結(jié)果記錄在表4-2中。將積分分離值EI（7FH）修改為30H，重新啟動(dòng)算法程序，觀(guān)察輸入R和輸出信號(hào)C波形，看MP、ts有無(wú)改善，并記錄MP、ts。(6)根據(jù)PID三個(gè)系數(shù)不同的控制作用，適當(dāng)加以調(diào)整，得

39、到表4-2中較佳的PID參數(shù)值，重新存入，啟動(dòng)算法程序，觀(guān)察輸入R和輸出信號(hào)C波形，記錄MP、ts。(7)用表4-2中的較佳PID參數(shù)，但積分分離值改為7FH并存入，啟動(dòng)算法程序，觀(guān)察輸入R和輸出信號(hào)C波形，記錄MP、ts。表4-2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果EIPIDMpTs（s）波形圖比例控制7F0.905000等幅振蕩I用臨界比例法整定參數(shù)7F0.24430.09960.3240II用I欄PID參數(shù)，但EI修改300.24430.09960.3240III較佳的PID參數(shù)300.22430.04960.4240IV用較佳的PID參數(shù)，但EI為7F7F0.22430.04960.4240實(shí)驗(yàn)五 大林算法實(shí)驗(yàn)

40、5.1 大林算法1.實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路原理(1)如圖5.1-1，純滯后環(huán)節(jié)是通過(guò)控制采樣保持器，使采樣保持器的輸出滯后D/A輸出一拍來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)的。圖5.1-1采樣周期T0.2S，大林設(shè)計(jì)目標(biāo)定為： 式中0.1S。(2)D(Z)算法計(jì)算機(jī)輸入為E(Z)，輸出為U(Z)，有：式中K1與P1取值范圍：0.99990.9999，計(jì)算機(jī)分別用相鄰一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)其BCD碼。最低字節(jié)存符號(hào)，00H為正，01H負(fù)。中間字節(jié)存前2位小數(shù)，最高字節(jié)存末2位小數(shù)。例有一系數(shù)0.4321，則內(nèi)存為：地址 內(nèi)容2F00H01H2F01H43H2F02H21H程序運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制模2定點(diǎn)小數(shù)。注意D(Z)中缺項(xiàng)相當(dāng)于系數(shù)為零，應(yīng)在

41、相應(yīng)內(nèi)存三字節(jié)全存入00H。系數(shù)存儲(chǔ)安排如表5.1-1。表5.1-1 K0 P1 K1 P2 K2 P3 K3將D(Z)式寫(xiě)成差分方程，則有：UkK0EkK1EklK2Ek2K2Ek2P1Uk1P2Uk2P3Uk3式中:EkEk3誤差輸入，UkUk3計(jì)算機(jī)輸出。計(jì)算機(jī)運(yùn)算沒(méi)有溢出處理，當(dāng)計(jì)算機(jī)控制輸出超過(guò)00HFFH時(shí)（對(duì)應(yīng)于模擬量5V5V），則計(jì)算機(jī)輸出相應(yīng)的極值00H或FFH，同時(shí)在相應(yīng)的內(nèi)存單元存入極值。(3)采樣周期T計(jì)算機(jī)用8253產(chǎn)生定時(shí)信號(hào)，定時(shí)10ms，采樣周期T為：TTk×10ms Tk需事先送入2F60H單元。范圍：01HFFH，對(duì)應(yīng)T的范圍：10ms2550ms，實(shí)驗(yàn)取T0.2×10，Tk2014H。(4)接線(xiàn)：見(jiàn)圖5.1-2U19 SH：采樣保持單元。U21、OUTU19、IN2：D/A輸出接至第二路采樣保持器輸入。U26單元PB14U19的PU2：計(jì)算機(jī)給采樣保持器的控制信號(hào)，使采樣保持器的輸出滯后一拍。圖5.1-22.程序流程：見(jiàn)圖5.1-3 圖5.1-33.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟(1)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定計(jì)算機(jī)的D(Z)各個(gè)系數(shù)。D(Z)(0.4