《數(shù)字化測(cè)控技術(shù)》實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)及報(bào)告課程名稱(chēng) 數(shù)字化測(cè)控技術(shù) 實(shí)驗(yàn)名稱(chēng) 數(shù)字化測(cè)控技術(shù)課程實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)日期 2013.4.12 學(xué)生專(zhuān)業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué)生學(xué)號(hào) 912101170116 學(xué)生姓名 陳昊飛 實(shí)驗(yàn)室名稱(chēng) 測(cè)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 教師姓名 周 嚴(yán) 成 績(jī) 南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院目 錄實(shí) 驗(yàn) 須 知2實(shí)驗(yàn)一 基于集成鎖相環(huán)的頻率合成器的設(shè)計(jì)3實(shí)驗(yàn)二 占空比的數(shù)字化測(cè)量9實(shí)驗(yàn)三 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成及程序設(shè)計(jì)14實(shí)驗(yàn)四 集散測(cè)控系統(tǒng)的集成及應(yīng)用20實(shí) 驗(yàn) 須 知1. 請(qǐng)?jiān)诿總€(gè)實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，尤其是操作步驟及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)。2. 實(shí)驗(yàn)儀器電源的開(kāi)關(guān)原則:1) 連接測(cè)量線路,確認(rèn)準(zhǔn)確無(wú)誤后，開(kāi)啟儀器電源；2)

2、 實(shí)驗(yàn)完畢,關(guān)閉儀器電源,拆除實(shí)驗(yàn)線路。3. 穩(wěn)壓電源不可對(duì)地短路。4在通電之前務(wù)必檢查芯片的電源連接是否正確，確認(rèn)正確后方可通電。5測(cè)試過(guò)程中必須十分小心，務(wù)必注意不要將芯片引腳短路，否則會(huì)損壞芯片。6. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，心要細(xì)、動(dòng)作要輕，不可有強(qiáng)制性機(jī)械動(dòng)作出現(xiàn)。7. 實(shí)驗(yàn)嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行，否則，出現(xiàn)損壞責(zé)任自負(fù)。8. 實(shí)驗(yàn)完畢，請(qǐng)一切恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)前的狀態(tài)，然后離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)一 基于集成鎖相環(huán)的頻率合成器的設(shè)計(jì)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)旨在使學(xué)生深入了解頻率合成器的基本概念及基于鎖相環(huán)的頻率合成器的基本原理，學(xué)習(xí)并掌握復(fù)雜數(shù)字電路的調(diào)試方法。掌握單片集成鎖相環(huán)CD4046的技術(shù)性能指標(biāo)及電路設(shè)計(jì)方

3、法，學(xué)會(huì)應(yīng)用CD4046制作數(shù)字頻率合成器。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)基于集成鎖相環(huán)CD4046的頻率合成器電路，確定鎖相環(huán)的元件參數(shù)，搭建并調(diào)試電路，使之輸出1kHz1MHz，步進(jìn)0.5kHz的時(shí)鐘信號(hào)。3、實(shí)驗(yàn)原理及方法頻率合成是用任一指定的基準(zhǔn)頻率經(jīng)過(guò)一些功能電路的處理，產(chǎn)生一系列需要的穩(wěn)定的多種基準(zhǔn)頻率。利用鎖相環(huán)實(shí)現(xiàn)頻率合成，主要是產(chǎn)生可數(shù)字或程序控制的基準(zhǔn)頻率的倍頻基準(zhǔn)頻率。其原理是在鎖相環(huán)的反饋回路中插入一N分頻的分頻電路，形成閉環(huán)，此時(shí)VCO輸出為NfR。fR 是基準(zhǔn)頻率，改變N值即可改變電路的輸出頻率，其穩(wěn)定度與基準(zhǔn)頻率相同。原理框圖如圖1.1所示。CD4046晶振基準(zhǔn)比較

4、器IVCON分頻器低通濾波器fo圖1.1 頻率合成器原理框圖設(shè)計(jì)基于CD4046集成鎖相環(huán)的頻率合成器的主要工作有：（1）設(shè)計(jì)調(diào)試晶體振蕩電路，產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率fR。（2）設(shè)計(jì)N分頻器，N的調(diào)節(jié)范圍根據(jù)合成的頻率范圍和基準(zhǔn)頻率的大小確定。這里設(shè)基準(zhǔn)頻率為0.5kHz，要求合成器輸出頻率1kHz1MHz，步進(jìn)0.5kHz，則N=22000。分頻器應(yīng)根據(jù)N的范圍設(shè)計(jì)。（3）設(shè)計(jì)鎖相環(huán)CD4046的相關(guān)元件參數(shù)，這是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵及難點(diǎn)所在，需要反復(fù)設(shè)計(jì)、調(diào)試及修改確定。圖1.2提供了一基于CD4046的頻率合成器的參考性原理電路，其合成頻率范圍是2kHz1MHz，步進(jìn)1kHz。實(shí)驗(yàn)時(shí)可參考之進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖

5、1.2 頻率合成器參考原理電路4、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1）雙路直流穩(wěn)壓電源2）雙蹤示波器3）信號(hào)發(fā)生器4）41/2位數(shù)字萬(wàn)用表5）面包板5、實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)及工作原理說(shuō)明1）實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì) 2）電路的工作原理說(shuō)明 由晶振電路產(chǎn)生的4.096MHz的基準(zhǔn)時(shí)鐘，經(jīng)分頻后得到0.5Hz的信號(hào)輸出，通過(guò)Q13輸入到CD4046作為基準(zhǔn)頻率。此輸入信號(hào)從14腳輸入后，經(jīng)過(guò)放大器放大加至相位比較器2的輸入端，然后從13腳輸出誤差電壓，并將低通濾波器接至13腳。濾波器的輸出為壓控振蕩器VCO的控制電壓，用于調(diào)整VCO的振蕩頻率，此振蕩頻率經(jīng)由三個(gè)74161組成的計(jì)數(shù)器進(jìn)行N分頻后輸入給相位比較器，使VCO的振蕩頻率迅速接

6、近N倍的基準(zhǔn)頻率，鎖相環(huán)鎖定。其中，采用74161芯片構(gòu)成的12位加法式分頻器，通過(guò)置數(shù)法實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)。從CD4046的4腳輸出的頻率即為所求的頻率。 鎖相環(huán)CD4046的相關(guān)元件參數(shù)是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵及難點(diǎn)所在，經(jīng)過(guò)反復(fù)設(shè)計(jì)、調(diào)試及修改，最終確定電容C1的值為15pF。6、實(shí)驗(yàn)步驟說(shuō)明1） 根據(jù)輸出頻率的要求設(shè)計(jì)電路參數(shù)，試驗(yàn)中取C1為15pF，C4為22pF。電路參數(shù)如原理圖中所示;2） 按照設(shè)計(jì)圖在面包板上搭建線路；3） 認(rèn)真仔細(xì)檢查線路是否連接正確，如有錯(cuò)誤及時(shí)修正；4） 關(guān)閉電源，將電路的電源和地線接到三路穩(wěn)壓電源的5V輸出端和地端。在打開(kāi)電源前，檢查電源線和地線是否連接正確，確認(rèn)無(wú)誤后打開(kāi)

7、電源；5） 調(diào)試基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生電路，確保4060的2腳輸出電壓頻率為0.5Hz；6） 在鎖相環(huán)4046的1腳和地端接入LED燈，通過(guò)查看燈的明滅情況來(lái)檢驗(yàn)鎖相環(huán)是否入鎖。如果LED燈閃爍不定，則說(shuō)明鎖相環(huán)不穩(wěn)定，需重新連接電路；7） 分級(jí)檢查74161芯片是否能夠正常工作，確保三個(gè)芯片都沒(méi)有問(wèn)題；8）進(jìn)行整體調(diào)試，調(diào)試時(shí)先使分頻系數(shù)N=2，此時(shí)合成頻率輸出應(yīng)為1kHz，再使分頻系數(shù)N=2000，此時(shí)合成頻率輸出應(yīng)為1MHz。如果正確，則說(shuō)明設(shè)計(jì)正確，否則應(yīng)重新選擇參數(shù)C1。重新調(diào)試，直至成功。7、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄及分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1.1中，對(duì)照頻率合成器輸出頻率的理論值與實(shí)際測(cè)試值，分析說(shuō)明兩者不

8、一致的原因。表1.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表Nfout理論值fout實(shí)測(cè)值21kHz1.004kHz10050kHz49.88kHz500250kHz250.4kHz1000500kHz499.2kHz1500750kHz748.5kHz20001MHz1.004MHz1) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄 2) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 輸出頻率的實(shí)測(cè)值與理論值存在較小的誤差，可以認(rèn)為是系統(tǒng)誤差，可能是由芯片或者電線之間的相互干擾和示波器本身存在的示數(shù)誤差造成的。8、思考題1）說(shuō)明分頻系數(shù)N的確定依據(jù)。 答：實(shí)驗(yàn)中采用的是12位加法器，需要N分頻時(shí)應(yīng)將加法器的數(shù)值置為-N。電路中，將作為高位的74161芯片的進(jìn)位端作為反饋信號(hào)輸入

9、4064的3腳，例如，若N=2，其初值置為-2=（1111 1111 1110），則計(jì)數(shù)兩次產(chǎn)生進(jìn)位輸出，并實(shí)現(xiàn)各個(gè)計(jì)數(shù)器的并行置數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)分頻系數(shù)N=2。2） 不測(cè)量fout如何判定鎖相環(huán)是否入鎖？ 答：在4046的1腳接入一個(gè)LED，若LED亮且不閃爍，則說(shuō)明入鎖，若LED不亮，則不入鎖，若LED閃爍不定，則鎖相環(huán)不穩(wěn)定。 實(shí)驗(yàn)二 占空比的數(shù)字化測(cè)量1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生在掌握占空比數(shù)字化測(cè)量的基本原理及方法的基礎(chǔ)上，學(xué)習(xí)占空比/電壓轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試，切實(shí)掌握占空比的測(cè)量技術(shù)。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)占空比的數(shù)字化測(cè)量原理自行設(shè)計(jì)占空比測(cè)量的占空比-電壓轉(zhuǎn)換電路，采用數(shù)字電壓表測(cè)量

10、轉(zhuǎn)換得到的與占空成正比的電壓值，根據(jù)電壓計(jì)算出被測(cè)量的占空比，將測(cè)量值與采用示波器測(cè)量的占空比值進(jìn)行比較，計(jì)算出測(cè)量誤差。3、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1）直流穩(wěn)壓電源；2）雙蹤示波器；3）信號(hào)發(fā)生器；4）41/2位數(shù)字萬(wàn)用表；5）面包板。4、實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)及工作原理說(shuō)明1）實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)2）電路的工作原理說(shuō)明輸入TLL電平信號(hào)Vin經(jīng)過(guò)非門(mén)后，得到一幅度為Va=2.8V的信號(hào)，Va經(jīng)R2和RP分壓后，得到一Vb=1V的電壓， Vb經(jīng)低通濾波后所得到的即為Vb的平均值。根據(jù)定義，設(shè)Vin的周期為T(mén)，高電平的寬度為T(mén)1，則：由于 Vb=1V，故萬(wàn)用表所測(cè)值即為占空比數(shù)值。5、實(shí)驗(yàn)步驟說(shuō)明1 ）依照設(shè)計(jì)電路圖完成電

11、路連接2 ）用示波器測(cè)量Vb的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)R2的大小，使Vb的大小保持1V3 ）用信號(hào)發(fā)生器輸出TTL電平連接至電路輸入端4 ）將信號(hào)發(fā)生器的占空比調(diào)至50%5 ）用萬(wàn)用表測(cè)量電容兩端的電壓值，即為占空比數(shù)值，記錄下數(shù)據(jù)6 ）依次改變信號(hào)發(fā)生器的占空比，記錄萬(wàn)用表的數(shù)據(jù)7 ）整理數(shù)據(jù)，計(jì)算相對(duì)誤差，分析結(jié)果6、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄按表格2.1中的內(nèi)容記錄對(duì)應(yīng)的測(cè)試結(jié)果，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表2.1中。 表2.1 占空比測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄表數(shù)字示波器測(cè)量的占空比實(shí)驗(yàn)電路測(cè)量的占空比測(cè)量相對(duì)誤差20%（19.34%）20 .56%6.31%30%（29.52%）30.9%4.67%40%（39.04%）40.5%

12、3.74%50%（50.0%）50.1%0.2%60%（59.98%）61.1%1.87%70%（68.63%）70.34%2.49%80%（80%）82.53%3.16%7、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理與分析1 ）實(shí)驗(yàn)測(cè)量相對(duì)誤差如表2.1所示。 占空比為50%時(shí)，相對(duì)誤差最小，占空比最大和最小時(shí)的相對(duì)誤差較大。2 ）非門(mén)電路有延遲，故會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果有誤差3 ）此設(shè)計(jì)利用低通濾波器充當(dāng)平均值電路，故所得平均值可能存在誤差，導(dǎo)致占空比測(cè)量結(jié)果有誤4 ）電路連接可能不穩(wěn)定，存在干擾，引起誤差8、思考題1）輸入整形電路中采用放大器，則放大器應(yīng)選用何種類(lèi)型放大器？ 答：用非門(mén)74LS04做放大器2）整形電路的輸出為

13、何要接低通濾波器？ 答：因?yàn)榇藴y(cè)量占空比方法的原理是利用平均值來(lái)轉(zhuǎn)換的，所以為得到平均值，需要接低通 濾波器，在電路中實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓取平均值。3）可否用萬(wàn)用表直讀測(cè)量值？要求說(shuō)明原因。 答：可以，由于 Vb=1V，故萬(wàn)用表所測(cè)值即為占空比數(shù)值。實(shí)驗(yàn)三 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的集成及程序設(shè)計(jì)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)理論課的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝、連接和編程，掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用方法，加深對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理、用途的了解。2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）學(xué)習(xí)并掌握基于ISA總線的數(shù)據(jù)采集卡的安裝，在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)輸入與輸出通道的連接方法。2）對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行匯編語(yǔ)言及VC+編程，使之能夠在程

14、序控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。3）對(duì)數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)進(jìn)行匯編語(yǔ)言及VC+編程，使之能夠在程序控制下輸出模擬電壓信號(hào)。4）對(duì)數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)進(jìn)行匯編語(yǔ)言，使之能夠在程序控制下在示波器上輸出三角波。3、實(shí)驗(yàn)原理及方法實(shí)驗(yàn)的基本方法是將數(shù)據(jù)采集卡插入計(jì)算機(jī)的ISA插槽內(nèi)，將配接電纜與采集卡連接好，在輸入通道施加輸入電壓，之后即可開(kāi)始編程。1）采集卡輸入/輸出連接器引腳定義圖見(jiàn)圖3.1。電纜中各顏色導(dǎo)線與輸入輸出通道的關(guān)系如下：紅色對(duì)應(yīng)ch0，黃色對(duì)應(yīng)ch1，綠色對(duì)應(yīng)ch2，蘭色對(duì)應(yīng)ch3， 白色對(duì)應(yīng)D/A輸出，黑色對(duì)應(yīng)GND。圖3.1數(shù)據(jù)采集卡輸入/輸出連接器引腳定義圖 2）數(shù)據(jù)采集卡的接口地址實(shí)驗(yàn)用數(shù)據(jù)采集卡是基

15、于PC機(jī)ISA總線的多路數(shù)據(jù)采集卡，該卡具有8路模擬輸入和1路模擬輸出。控制方式采用查詢(xún)方式，模擬輸入通道的電壓輸入范圍是±5V，模擬輸出通道的電壓輸出范圍是010V，該卡的所用的A/D轉(zhuǎn)換器是AD574，D/A轉(zhuǎn)換器是DAC0832。相關(guān)控制口的地址如表3.1。表3.1 數(shù)據(jù)采集卡的相關(guān)口地址控制口名稱(chēng)口地址控制口名稱(chēng)口地址選擇通道口03ACH讀轉(zhuǎn)換狀態(tài)口03A8H啟動(dòng)采樣口03AFH讀轉(zhuǎn)換結(jié)果高8位口03A1H啟動(dòng)保持口03AEH讀轉(zhuǎn)換結(jié)果低4位口03A0H啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換口03ABH啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換口03A3H3）數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)流程（1）選擇通道：向03AC口寫(xiě)入通道號(hào)。（2）

16、啟動(dòng)采樣保持器采樣：向03AF口寫(xiě)入任意數(shù)。（3）延時(shí)程序。（4）啟動(dòng)采樣保持器保持：向03AE口寫(xiě)入任意數(shù)。（5）啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換：向03AB口寫(xiě)入任意數(shù)。（6）判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束：讀03A8口，判斷最低位是否為“0”，為“0”表示轉(zhuǎn)換完畢，程序轉(zhuǎn)入（7）。為“1”表示轉(zhuǎn)換仍在進(jìn)行，程序返回（5）。（7）取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果：分兩次讀取，先從03A1口取高8位，然后從03A0口取低4位，取出的數(shù)16位，低4位為0。4）D/A輸出控制程序設(shè)計(jì)流程先向03A3H寫(xiě)入數(shù)據(jù)，然后再向03A2H寫(xiě)入任意數(shù)即可輸出與寫(xiě)入03A3H口的數(shù)對(duì)應(yīng)的模擬電壓。4、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1）三路直流穩(wěn)壓電源2）數(shù)字萬(wàn)用表3

17、）安裝有Windows98操作系統(tǒng)及WindowsXP雙系統(tǒng)的的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或帶有ISA插槽的PC電腦。5、數(shù)據(jù)采集硬件集成及程序設(shè)計(jì)1）硬件集成（1）在確保斷電的前提下，打開(kāi)計(jì)算機(jī)的機(jī)箱蓋，將數(shù)據(jù)采集卡插入主機(jī)板的ISA總線擴(kuò)展槽內(nèi)，用螺絲刀及固定螺釘將采集卡固定。檢查安裝無(wú)誤后將機(jī)箱蓋蓋好。（2）將連接電纜的針狀DB15連接器與數(shù)據(jù)采集卡的孔狀DB15連接器對(duì)接，并擰緊螺釘，到此數(shù)據(jù)采集卡安裝完畢。2）匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（1）首先進(jìn)行模擬輸出控制的程序設(shè)計(jì)，編寫(xiě)程序并運(yùn)行程序使模擬輸出通道輸出010V按一定間隔幅度增加的模擬電壓，并將根據(jù)電壓控制碼計(jì)算的理論值與實(shí)際測(cè)量值對(duì)比記錄在表3.2

18、中。D/A輸出控制匯編語(yǔ)言程序如下：MOV DX, 03A3HMOV AL, 00HOUT DX, AL ；向03A3H中寫(xiě)入數(shù)據(jù)MOV DX, 03A2HOUT DX, AL ；向03A2H寫(xiě)入任意數(shù)即可輸出與寫(xiě)入03A3H口的數(shù)對(duì)應(yīng)的模擬電壓(或O 03A3H, 00H O 03A2H, 00H)并對(duì)程序進(jìn)行存盤(pán)，運(yùn)行，并修改AL的值得到的輸出結(jié)果如下表所示：表3.2 模擬輸出電壓與理論值的對(duì)比記錄電壓控制碼輸出電壓理論值(V)輸出電壓實(shí)際值(V)輸出電壓誤差00H00.0000AH11.066%15H22.2211%1FH33.289.33%2AH44.4411%34H55.5010%3

19、FH66.6611%49H77.7210.29%53H88.799.88%5EH5EH99.9510.56%66H1010.797.9%（2） 將電壓源的輸出作為模擬輸入通道的輸入信號(hào)分別接至各通道，編寫(xiě)控制程序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將轉(zhuǎn)換結(jié)果填入表3.3中 數(shù)據(jù)采集匯編語(yǔ)言程序如下：MOV DX, 03ACHMOV AL, 00HOUT DX, AL ；選擇通道：向03AC口寫(xiě)入通道號(hào)MOV DX, 03AFHOUT DX, AL ；啟動(dòng)采樣保持器采樣：向03AF口寫(xiě)入任意數(shù)MOV BX, 0FFFFHMOV CX, 0FFFFHDELAY1: DEC CXJNZ DELAY1DELAY2

20、: DEC BXJNZ DELAY2 ；延時(shí)等待確保采樣完成DEC DXOUT DX, AL ；啟動(dòng)采樣保持器保持：向03AE口寫(xiě)入任意數(shù)MOV DX, 03ABHOUT DX, AL ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換：向03AB口寫(xiě)入任意數(shù)MOV DX, 0348HSTATUS: IN AL, DXAND AL, 01HJNZ STATUS ；判斷A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束：讀03A8口，判斷最低位是否為“0”，為“0”表示轉(zhuǎn)換完畢；為“1”則表示轉(zhuǎn)換仍在進(jìn)行。MOV DX, 03A1HIN AL, DXMOV AH, ALMOV DX, 03A0HIN AL, DX ；取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果：分兩次讀取，先從03A1口

21、取高8位，然后從03A0口取低4位，取出的數(shù)16位，低4位為0。輸入程序，存盤(pán)，運(yùn)行并改變輸入電壓之后得到的結(jié)果記錄如下表：表3.3 數(shù)據(jù)采集記錄模擬輸入信號(hào)(V)轉(zhuǎn)換結(jié)果的實(shí)際數(shù)字碼轉(zhuǎn)換結(jié)果的理論數(shù)字碼-520100000-3.7537702000-2.550404000-1.256840600007F5080001.2597D0A0002.5AF60C0003.75C730E0005DED0FFF03）VC+程序設(shè)計(jì)（1）編程演示程序界面如圖3.2所示，在采集數(shù)據(jù)前需進(jìn)行波形選擇，包括正弦信號(hào)，鋸齒信號(hào)，方波信號(hào)。并設(shè)置信號(hào)頻率和幅值，若選擇方波信號(hào)，還需設(shè)置占空比。設(shè)置好采樣頻率之后可單

22、擊“開(kāi)始”按鈕，開(kāi)始采樣。再單擊“停止”按鈕即可結(jié)束。通過(guò)單擊“左移”“游移”“停”“前幀”“后幀”幾個(gè)按鈕可實(shí)現(xiàn)波形的左右移動(dòng)和前后幀切換。單擊“幅值測(cè)量”，在單擊波形上某一點(diǎn)，可對(duì)獲取的波形的進(jìn)行幅值測(cè)量。圖3.2 程序界面圖（2）自行程序設(shè)計(jì)自行設(shè)計(jì)的程序界面如圖3.3所示，在DAC按鈕左側(cè)的編輯框中輸入D/A輸出的電壓值（0-10V），按下DAC按鈕，執(zhí)行DA程序。按下ADC按鈕，執(zhí)行AD程序，得到的結(jié)果在ADC左側(cè)的編輯框中顯示。圖3.4分別為ADC代碼、DAC代碼編寫(xiě)位置（在caijiDlg.cpp文件中）。圖3.5為所用到的具體函數(shù)的聲明（在device.h文件中），其中設(shè)備的初

23、始化，打開(kāi)和關(guān)閉已經(jīng)在程序中寫(xiě)好，無(wú)需再寫(xiě)。函數(shù)中需要的設(shè)備句柄也已獲取，為hDev，在編寫(xiě)ADC和DAC函數(shù)時(shí)直接調(diào)用即可。圖3.3 自行設(shè)計(jì)程序界面圖圖 3.4 DAC與ADC函數(shù)添加代碼區(qū)域圖圖3.5 函數(shù)圖首先進(jìn)行模擬輸出控制的程序設(shè)計(jì)，在添加DAC函數(shù)位置處編寫(xiě)程序并運(yùn)行程序使模擬輸出通道輸出010V按一定間隔幅度增加的模擬電壓，并將根據(jù)輸出電壓的理論值與實(shí)際測(cè)量值對(duì)比記錄在表3.4中。添加DAC函數(shù)程序如下：BYTE q;UPdata(TRUE);Q=m_DACdata*128/10;StarDAC(hDev,q); ；啟動(dòng)DAOutDACData; ；DAC數(shù)據(jù)輸出表3.4 模擬

24、輸出電壓與理論值的對(duì)比記錄擬輸出電壓值(V)輸出電壓理論值(V)輸出電壓實(shí)際值(V)輸出電壓誤差000.000111.3838%222.8844%334.3745.67%445.8746.75%557.3647.2%668.7445.67%7710.2446.29%8811.7346.63%9913.2246.89%101014.7147.1%將電壓源的輸出作為模擬輸入通道的輸入信號(hào)分別接至各通道，在添加ADC讀取函數(shù)處編寫(xiě)控制程序?qū)斎胄盘?hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將轉(zhuǎn)換結(jié)果填入表3.5中添加ADC函數(shù)程序如下：ChooseChannel(hDev,0x00); /選擇通道StartSampling(h

25、Dev,0x10); /采樣保持器采樣int i=200000; /循環(huán)次數(shù)200000while(i>0) i-;HoldData(hDev,0x20); /采樣保持器保持StartADC(hDev,0x30); /啟動(dòng)ADBYTE b,c,d,e;b=DataReady(hDev); /判斷AD是否轉(zhuǎn)換完畢c=0x01;while(b&c)!=0x00)b=DataReady(hDev); d=ReadDataHigh(hDev); /讀取AD轉(zhuǎn)換的高8位e=ReadDataLow(hDev); /讀取AD轉(zhuǎn)換的低4位data=(int)d*16+(int)e/16;表3.5

26、 數(shù)據(jù)采集記錄模擬輸入信號(hào)(V)實(shí)際轉(zhuǎn)換結(jié)果理論轉(zhuǎn)換結(jié)果-524D000-3.753BC200-2.5532400-1.2568F60007F78001.25968A002.5ABDC003.75C2DE005DA1FFF（3）編寫(xiě)并調(diào)試程序，使D/A轉(zhuǎn)換器輸出三角波。匯編程序程序如下： MOV CX, 0FFFHMOV AL, 00HL1: MOV DX, 03A3HOUT DX, ALMOV DX, 03A2HOUT DX, ALINC ALCMP AL, 80H JNZ L1MOV AL, 80HL2: MOV DX, 03A3HOUT DX, ALDEC DXOUT DX, ALDEC

27、 ALJNZ L2DEC CXJNZ L1由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)缺少示波器，并且電腦經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)狀況，導(dǎo)致此三角波的匯編程序沒(méi)有成功。6、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析見(jiàn)表3.2和表3.4中輸出電壓誤差分析，采集卡內(nèi)可能存在系統(tǒng)誤差。7、思考題1）若實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)果與理論值不一樣是什么原因？答：電壓波動(dòng)、A/D轉(zhuǎn)換器分辨率可能造成的1LSB的誤差,A/D的電源電壓抑制比,失調(diào)溫度系數(shù)和增益溫度系數(shù)以等因素造成的。2） A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是什么碼制？答：十六進(jìn)制3） 電路設(shè)計(jì)將12位的轉(zhuǎn)換結(jié)果分為高8位和低4位輸出，如果要求12位并行輸出，應(yīng)如何改變電路設(shè)計(jì)，請(qǐng)?zhí)岢鲈O(shè)想。答：由A/D轉(zhuǎn)換器AD574的工作原理知：要12位并行輸出

28、，則引腳12/8應(yīng)該接高電平，4引腳AO/SC應(yīng)該接低電平。此外還要加一個(gè)74LS245,用于輸出低4位。實(shí)驗(yàn)四 集散測(cè)控系統(tǒng)的集成及應(yīng)用1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生在學(xué)習(xí)集散測(cè)控系統(tǒng)理論課的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)集散測(cè)控系統(tǒng)的組建和編程調(diào)試，掌握集散測(cè)控系統(tǒng)的集成方法，加深對(duì)集散測(cè)控系統(tǒng)原理、應(yīng)用的了解。2、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）學(xué)習(xí)并掌握分布式監(jiān)控模塊的使用方法及編程技術(shù)。2）學(xué)習(xí)并掌握基于分布式監(jiān)控模塊及RS-485總線的集散測(cè)控系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成及集成方法。3）構(gòu)建基于分布式監(jiān)控模塊、RS-485總線和上位機(jī)的集散測(cè)控系統(tǒng)。編寫(xiě)上位機(jī)監(jiān)控程序并調(diào)試系統(tǒng)。（1）采用VC+編寫(xiě)串口通訊程序，實(shí)現(xiàn)分布式模

29、塊與上位機(jī)的通訊。（2）實(shí)現(xiàn)模擬電壓的分布式測(cè)量。（3）實(shí)現(xiàn)頻率的分布式測(cè)量。（4）實(shí)現(xiàn)分布式模擬輸出模塊的控制，輸出模擬電壓。3、實(shí)驗(yàn)原理及方法系統(tǒng)的基本構(gòu)成見(jiàn)圖4.1。圖4.1 集散測(cè)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成系統(tǒng)由上位主控計(jì)算機(jī)、接口模塊、分布式模塊及電源構(gòu)成，接口模塊將RS232邏輯轉(zhuǎn)換成RS485邏輯，分布式模塊通過(guò)RS485總線連接成串行網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)接口模塊與上位主控計(jì)算機(jī)連接，主控軟件控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。其中分布式模塊有數(shù)據(jù)采集模塊、模擬輸出模塊、頻率計(jì)數(shù)模塊。按照以上結(jié)構(gòu)將數(shù)據(jù)采集模塊、模擬輸出模塊、頻率計(jì)數(shù)模塊連接成分布式系統(tǒng)，并通過(guò)RS232/RS485轉(zhuǎn)換模塊與主控上位計(jì)算機(jī)連接。

30、4、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1） 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或PC機(jī)。2） RS232C-RS485轉(zhuǎn)換接口模塊。3） 數(shù)據(jù)采集模塊、頻率計(jì)數(shù)模塊、模擬輸出模塊等分布式模塊。4） 電壓源、萬(wàn)用表、信號(hào)發(fā)生器和頻率計(jì)。5、實(shí)驗(yàn)步驟1）將方波發(fā)生器的輸出與頻率計(jì)數(shù)模塊的輸入連接。2）模擬輸出模塊作為電壓信號(hào)源使用，其輸出接數(shù)據(jù)采集模塊的輸入。3）利用模塊配套的調(diào)試軟件調(diào)試系統(tǒng)。4）若調(diào)試正確可以進(jìn)入上位機(jī)主控程序的編制，若不正確檢查系統(tǒng)硬件連接，直到調(diào)試正確為止。6、程序設(shè)計(jì)1）演示程序運(yùn)行API_smp文件夾下API_smp.exe程序，出現(xiàn)程序主界面如圖4.2所示。圖4.2程序主界面先選擇正確的串口號(hào)，否則程序?qū)?bào)錯(cuò)

31、，如圖4.3所示。頻率測(cè)量：點(diǎn)擊7080模塊部分的“開(kāi)始”按鈕，程序連續(xù)測(cè)量方波的頻率，在文本框中顯示測(cè)量值。圖4.3 串口錯(cuò)誤電壓輸出：先在7012模塊部分的文本框中鍵入要輸出的電壓值（精確到小數(shù)點(diǎn)后的三位），按“輸出”按鈕。數(shù)據(jù)采集：先在7017模塊部分的下拉選框中選擇模塊的輸入通道號(hào)（默認(rèn)為“通道一”），點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，將在文本框中顯示即時(shí)輸入值，并繪出輸入曲線。程序運(yùn)行前，請(qǐng)確保各模塊的輸入在量程范圍之內(nèi)，否則程序報(bào)錯(cuò)，如圖4.4所示。圖4.4 模塊輸入錯(cuò)誤單擊“數(shù)據(jù)庫(kù)”按鈕，將出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)界面，在下拉菜單中選擇查詢(xún)的模塊號(hào)，查看之前運(yùn)行的數(shù)據(jù)。以“7017模塊數(shù)據(jù)”為例，查詢(xún)結(jié)果如圖

32、4.5所示。圖4.5 “7017模塊數(shù)據(jù)”查詢(xún)結(jié)果2）自行設(shè)計(jì)的串口通訊程序及注解請(qǐng)對(duì)照演示程序編寫(xiě)串口部分函數(shù)。首先，在串口選擇下拉菜單（IDC_chcom）的選擇響應(yīng)函數(shù)OnSelchangechcom()中添加打開(kāi)串口并初始化語(yǔ)句，（模塊設(shè)置為：波特率為9600，每個(gè)字節(jié)8位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，兩個(gè)停止位）。添加位置已標(biāo)出，如圖4.6所示，請(qǐng)?jiān)谔砑油曛髣h除報(bào)錯(cuò)函數(shù)ex_error;圖4.6 IDC_chcom的選擇響應(yīng)函數(shù)添加的程序代碼及說(shuō)明： hCom=CreateFile(para, GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0, NULL ,OPEN_EXISTING,

33、 FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED,NULL);if(hCom=(HANDLE)-1)AfxMessageBox("打開(kāi)COM失敗!");/return FALSE;SetupComm(hCom,1000,1000); /輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)的大小都是100/*COMMTIMEOUTS TimeOuts;/設(shè)定讀超時(shí)TimeOuts.ReadIntervalTimeout=MAXDWORD;TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=0;TimeOuts.ReadTotalTimeoutCon

34、stant=0;/在讀一次輸入緩沖區(qū)的內(nèi)容后讀操作就立即返回，/而不管是否讀入了要求的字符。/設(shè)定寫(xiě)超時(shí)TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=100;TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=500;SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts); /設(shè)置超時(shí)*/DCB dcb;GetCommState(hCom,&dcb);dcb.BaudRate=9600; /波特率為9600dcb.ByteSize=8; /每個(gè)字節(jié)有8位dcb.Parity=NOPARITY; /無(wú)奇偶校驗(yàn)位dcb.Stop

35、Bits=TWOSTOPBITS; /兩個(gè)停止位SetCommState(hCom,&dcb);PurgeComm(hCom,PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);再編寫(xiě)讀寫(xiě)串口函數(shù)，例程中采用API接口函數(shù)編寫(xiě)串口。在writeapi(CString)函數(shù)中添加寫(xiě)串口語(yǔ)句（模塊默認(rèn)的結(jié)束符號(hào)為回車(chē)），在readapi()函數(shù)中添加讀串口語(yǔ)句。添加位置已標(biāo)出，如圖4.7所示，請(qǐng)?jiān)谔砑油曛髣h除報(bào)錯(cuò)函數(shù)ex_error;圖4.8 讀、寫(xiě)串口函數(shù)添加的程序代碼及說(shuō)明：/寫(xiě)串口函數(shù)添加內(nèi)容 if (m_ccom.GetCurSel()=-1)KillTimer(1);Ki

36、llTimer(2);srun=0;nrun=0;AfxMessageBox("請(qǐng)打開(kāi)串口");GetDlgItem(IDB_17_run)->SetWindowText("開(kāi)始");GetDlgItem(IDB_80_send)->SetWindowText("開(kāi)始"); int re=0;OVERLAPPED m_osWrite;memset(&m_osWrite,0,sizeof(OVERLAPPED);BOOL bWriteStat;m_osWrite.hEvent=CreateEvent(NULL,TRU

37、E,FALSE,NULL);DWORD dwBytesWrite=order.GetLength()+2;COMSTAT ComStat;DWORD dwErrorFlags;ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);char aa=13;bWriteStat=WriteFile(hCom,order+aa,dwBytesWrite,& dwBytesWrite,&m_osWrite);/讀串口函數(shù)添加內(nèi)容 OVERLAPPED m_osRead;memset(&m_osRead,0,sizeof(OVERL

38、APPED);m_osRead.hEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);COMSTAT ComRStat;DWORD dwRErrorFlags;CString cstr;/CString str;memset(str,'0',100);DWORD dwBytesRead=100;/讀取的字節(jié)數(shù)BOOL bReadStat;ClearCommError(hCom,&dwRErrorFlags,&ComRStat);dwBytesRead=min(dwBytesRead, (DWORD)ComRStat.cbInQue);

39、bReadStat=ReadFile(hCom,str,dwBytesRead,&dwBytesRead,&m_osRead);cstr=str;if (cstr=""&&m_ccom.GetCurSel()!=-1)KillTimer(1);KillTimer(2);srun=0;nrun=0;AfxMessageBox("請(qǐng)檢查模塊電源和輸入信號(hào)量程大小");GetDlgItem(IDB_17_run)->SetWindowText("開(kāi)始");GetDlgItem(IDB_80_send)->SetWindowText("開(kāi)始");最后，在“數(shù)據(jù)庫(kù)”（IDB_database）按鈕的單擊響應(yīng)函數(shù)Ondatabase()中，添加關(guān)閉串口語(yǔ)句。添加位置已標(biāo)出，如圖4.9所示，請(qǐng)?jiān)谔砑油曛髣h除報(bào)錯(cuò)函數(shù)ex_error;圖4.9 IDB_datab