修改 郭秀丽微机控制实验指导书Word格式.docx

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容的第一项要求，可以设计出如图1.1-1所示的实验线路图。

i386EXCPU

OUT1

短路块

+5V

X

Y

IN7

STR

/OE

CLOCK

/IOY0

分

频

1MHZ

TMROUT1

CS0#

TMRCLK1

Z

-5V

A

B

C

D0

D7

24MHZ

CLK2

XD0

XD7

单次阶跃

模数转换单元

图1.1-1

控制计算机

上图中，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＝定时器时常。

图中ADC0809芯片输入选通地址码A、B、C为“1”状态，选通输入通道IN7；

通过

单次阶跃单元的电位器可以给A/D转换器输入－5V~+5V的模拟电压；

系统定时器定时1ms

输出方波信号启动A/D转换器，并将A/D转换完后的数据量读入到控制计算机中，最后保存

到变量中。

参考流程：

主程序

初始化系统定时器（1ms）

延时

取A/D值，送至变量中

图1.1-2

参考程序：

请参照随机软件中的example目录中ACC1-1-1.ASM文件

PUBLICAD0,AD1,AD2,AD3,AD4,AD5,AD6,AD7,AD8,AD9;

声明全局变量

STACK1SEGMENTSTACK

DW256DUP（?

）

STACK1ENDS

DATASEGMENT

AD0DB?

;

存储A/D采集的数值，共十个值

AD1DB?

AD2DB?

AD3DB?

AD4DB?

AD5DB?

AD6DB?

AD7DB?

AD8DB?

AD9DB?

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE

START:

MOVAX,DATA;

将当前的DATA赋给数据段DS

MOVDS,AX

CALLSYSINTI;

调用系统初始化子程序

MOVDX,0F043H

MOVAL,076H;

初始化1#定时器定时1ms

OUTDX,AL

MOVDX,0F041H

MOVAL,0E8H;

写1#定时器定时常数的低字节

MOVAL,03H

MOVCX,000AH

;

写1#定时器定时常数的高字节,同时启动AD转换

赋AD采样值个数初值为0AH

MOVSI,OFFSETAD0;

将存放AD采样值的首地址赋给SI寄存器

AGAIN:

CALLDELAY;

调延时子程序

MOVDX,0300H

INAL,DX;

读AD采样值

MOV[SI],AL;

将AD采样值存放于SI中

INCSI;

SI指向下一个采样值对应的单元

LOOPAGAIN;

10个采样值存放完否？

没有存完，则继续存

MOVCX,000AH;

存放完成后，将CX和SI还原，赋初值

MOVSI,OFFSETAD0

JMPAGAIN;

继续

ELAY:

PUSHCX;

延时子程序

MOVCX,3000H

DEL1:

PUSHAX

POPAX

LOOPDEL1

POPCX

RET

SYSINTI:

MOVAX,8000H;

系统初始化子程序

OUT23H,AL;

扩展IO使能

XCHGAL,AH

OUT22H,AL

OUT22H,AX

MOVDX,0F402H;

初始化系统片选CS0#的范围为：

300H～30FH

MOVAX,000CH

OUTDX,AX

MOVDX,0F400H

MOVAX,0401H

MOVDX,0F406H

MOVAX,0000H

MOVDX,0F404H

MOVAX,3C01H

MOVDX,0F822H

MOVAL,7FH

OUTDX,AL

MOVDX,0F824H

MOVAL,0B2H

MOVDX,0F832H

MOVAL,0AH

MOVDX,0F834H

MOVAL,15H

RET

CODEENDS

ENDSTART

2．D/A转换实验

本实验采用TLC7528芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出数模转换器。

其主要

参数如下：

转换时间100ns，满量程误差1/2LSB，参考电压－10V~+10V，供电电压+5V~

+15V，输入逻辑电平与TTL兼容。

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1.1-3。

WR#

/IOY1

/IOW

/CS

/WR

OUTA

RFBA

+

-

1K

TL084

M/IO#

A0

OUTB

RFBB

VCC

W101（1K）1.5K

+1K

W102（1K）1.5K

2K

OUT2

数模转换单元

图1.1-3

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80H，

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。

主程序

变量初始化

变量递加，送D/A输出

图1.1-4

请参照随机软件中的example目录中的ACC1-1-2.ASM文件

五、主要技术重点、难点

1.了解系统工作原理；

2.按照原理图进行正确接线；

3.正确测量数据，观察数据并与原理结合进行深刻理解。

六、实验步骤

（1）打开联机操作软件，参照流程图，在编辑区编写实验程序。

检查无误后编译、链接。

（2）按图1.1-1接线（注意：

图中画“o”的线需用户自行连接），连接好后，请仔细检查，

无错误后方可开启设备电源。

（3）装载完程序后，系统默认程序的起点在主程序的开始语句。

用户可以自行设置程序

起点，可先将光标放在起点处，再通过调试菜单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。

（4）加入变量监视，具体步骤为：

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“AD0～AD9”加入到变量监视中。

在查看菜单项中的工具栏中选中变量区或者点击变量区图标，系统软件默认选中寄存器

区，点击“变量区”可查看或修改要监视的变量。

（5）在主程序JMPAGAIN语句处设置断点。

具体操作为：

先将光标置于要设断点的语句，

然后在调试菜单项中选择“设置断点/删除断点（B）”或者直接点击“设置断点/删除断点”图

标，即可在本语句设置或删除断点。

（6）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1.1-1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1.1-1中的单次阶跃中的电位器，确定好模拟输入电压值。

（7）做好以上准备工作后，运行程序（打开“调试”菜单项中的“运行到断点/运行”或者

点击“运行到断点/运行”图标），程序将在断点处停下，查看变量“AD0～AD9”的值，取

平均值记录下来，改变输入电压并记录，最后填入表1.1-1中。

表中“（）”中的数字量供参

考。

表1.1-1

模拟输入电压（V）

对应的数字量（H）

-4.951

02

-4.002

1B

-2.998

34

-1.992

4E

-1.003

67

0.000

80

1.005

99

2.007

B4

2.991

CD

4.018

E7

4.950

FF

（1）参照流程图1.1-4编写实验程序，检查无误后编译、链接并装载到控制计算机中。

（2）运行程序，用示波器观测输出波形。

图1.1-5

七、实验报告要求

1.要求认真填写相关内容；

2.要求实验数据准确，真实。

3.实验结果包括：

表1A/D转换过程实验数据

A/D转换后数字量（H）

以及D/A转换实验中的输出波形图理论量化误差及其量化特性图：

八、实验注意事项

1.连线一定要正确，并经检查无误后方可接通电源；

2.实验过程中及时记录实验数据并进行分析。

九、思考题

欲将第1个通道上的模拟量转换成数字量，硬件电路应如何修改？

程序应如何编写？

实验二信号的采样

1、熟悉信号的采样过程；

2、掌握采样周期对输出波形的影响；

编写程序，实现信号通过A/D转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到D/A转换器输出。

1．采样与保持

香农（采样）定理：

若对于一个具有有限频谱（|W|<

Wmax）的连续信号f（t）进行采样，当采样频率满足Ws≥2Wmax时，则采样函数f*（t）能无失真地恢复到原来的连续信号f（t）。

Wmax为信号的最高频率，Ws为采样频率。

实验线路图：

本实验中，我们将具体来验证香农定理。

可设计如下的实验线路图，图中

画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。

图1.2-1

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。

这里，正弦波单元的“OUT”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”

端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms），定时采集“IN7”端的信号，转换结束

产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1”

端输出相应的模拟信号。

由于数模转换器有输出锁存能力，所以它具有零阶保持器的作用。

采样周期T=TK×

10ms，TK的范围为01~FFH，通过修改TK就可以灵活地改变采样周期，后

面实验的采样周期设置也是如此。

参考程序流程：

基于上面的实验线路，可以设计如下的参考程序流程。

实验参考程序：

请参照随机软件中的example目录中的ACC1-2-1.ASM文件

3.正确使用系统自带示波器。

（1）参考流程图1.2-2编写零阶保持程序，编译、链接。

（2）按照实验线路图1.2-1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的输出端“OUT1”。

“OUT1”端的参考波形如图1.2-5所示。

图1.2-5

（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。

2.要求实验数据、所得波形图准确，真实。

表1模拟输入信号与采样信号的波形图：

1.Tk＝04H

2.Tk＝10H

3.Tk＝16H

4.Tk＝32H

2.实验过程中及时记录实验数据、波形图并进行分析。

1、通过以上实验，大家可明显地观察到，当Tk=01H~26H时，U10单元的OUT端的输出波形为IN7的采样波形，但当Tk再增大时，U10单位的OUT端的输出波形将采样失真。

为什么？

2、有人又问，既然A/D采样本身具有保持功能，那是不是不管模拟量在A/D转换时变化多大，都可不加保持器呢？

实验三积分分离PID控制实验

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

根据实验原理进行正确接线，用凑试法可以整定出控制参数，然后选择这一组控制参数进行控制，观察控制效果。

改变积分分离值，重新观察控制效果。

１、系统原理

图3.2-1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。

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。

本实验中，采用位置式PID算式。

在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变

给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系

统超调变大、过渡时间变长。

为此，可采用积分分离法PID控制算法，即：

当误差e（k）较

大时，取消积分作用；

当误差e（k）较小时才将积分作用加入。

图10.2-3是积分分离法PID

控制实验的参考程序流程图。

请参照随机软件中的example目录中的ACC3-2-1.ASM。

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，可以使用凑试法。

参考以上参数对控制过程的影响趋势，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。

1.掌握实验原理；

2.实验中被控对象的接线一定要正确；

3.进行参数整定时基准参数的获得；

1．参考流程图3.2-3编写实验程序，检查无误后编译、链接。

2．按照实验线路图3.2-2接线，检查无误后开启设备电源。

3．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。

4．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。

5．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。

6．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。

7．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。

8．将6和7中的较满意的响应曲线分别保存，在画板、PHOTOSHOP中处理后粘贴到

WORD中，方便形成实验报告。

1.使用凑试法参数整定的结果

1整定结果：

P=，I=，D=

表1实验结果：

EI

P

I

D

MP

ts

系统响应曲线

7F

20

注：

空白处可填写作实验时控制效果好的参数数据以及结果

2.实验结果及分析

从上图中可以看出，引入积分分离法后，降低了系统输出的超调量，并缩短了调节时间。

1.改变所得到的控制参数是否有可能得到更好的控制效果？

2.分析积分分离值Ei对控制效果的影响？