微型计算机控制技术实验资料

.........1.2 信号的采样与保持实验目的1．熟悉信号的采样和保持过程 2．学习和掌握香农 (采样) 定理3．学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号实验设备PC 机一台，TD-ACC+实验系统一套，SST51 系统板一块实验内容1．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。

2．编写程序，分别用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。

实验原理1．采样与保持（１）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。

（２）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“o ”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中，用 P1.7 来模拟 1＃定时器的输出，通过“OUT1”排针引出，方波周期＝定时 器时常×2，“IRQ7”表示 51 的外部中断 1，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。

（３）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。

（４）直线插值法参考程序：/*****************************************文件名：ACC1-2-2.C功能描述：定时100ms采样，利用当前的采样值和上次的采样值进行直线差值，并送D/A输出*****************************************/#include <reg51.h>#include <absacc.h>/*****************************************宏定义*****************************************/#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ADC_7 XBYTE[0x0600] //定义模数转换IO地址#define DAC_1 XBYTE[0x0640] //定义D/A第一路的IO地/*****************************************全局变量定义*****************************************/sbit str = P1^7;uchar data ad[10]; //声明变量，用于存储转换结果uint data time; //声明变量，用于定时uchar data t0_h,t0_l; //用于存储定时器0的初值uchar TK; //声明采样周期变量uchar TC; //TK的变量uchar KK; //斜率变量char UK; //当前的D/A输出值char UK_1; //上一次的输出值/*****************************************主函数*****************************************/void main(void){TMOD = 0x01;time = 10; //定时1mst0_h = (65536-500*time)/256; //计算定时器0初值t0_l = (65536-500*time)%256;t0_l = t0_l+20; //修正因初值重装而引起的定时误差TH0 = t0_h;TL0 = t0_l;IT1 = 1; //边沿触发中断EX1 = 1; //开外部中断1ET0 = 1; //开定时中断0TR0 = 1; //启动定时器TK = 100; //采样周期＝TK×10msTC = 1;DAC_1= 0x80; //D/A清零UK = 0; //变量清零UK_1 = 0;KK = 0;EA = 1; //开总中断while(1);}/**********************************************函数名：INT1功能：1号外部中断服务程序参数：无*返回值：无************************************************/void int1() interrupt 2 using 2{ int i;uchar j;TC--; //判采样周期到否if(TC==0){UK_1= UK;UK = ADC_7-128; //读取A/D转换结果DAC_1=UK_1+128; //送D/A输出TC=TK; //采样周期变量恢?KK=0;}else{KK++;i=(UK-UK_1)*KK;i=i/TK; //计算差值点j= i + UK_1;DAC_1=j+128; //送D/A输出} }/********************************************** 函数名：Timer0功能 ：定时器0中断服务程序 参数 ：无 返回值：无***********************************************/ void Timer0() interrupt 1 using 1 { str = !str; //产生A/D 启动信号 TH0 = t0_h; //重新装入初值 TL0 = t0_l; }2．信号的还原(1) 实验原理： 从香农定理可知，对于信号的采集，只要选择恰当的采样周期，就不会失去信号的主要特征。

前言本指导书是配合自动化专业本科生专业课《计算机控制技术》的课堂教学而编写的实验教材，通过实验的验证能够使学生了解和掌握计算机控制的硬件技术和软件编程方法。

本书共设计了七大类实验，第一类中包含过程通道和数据采集处理方面的几个内容；第二类为数字PWM 发生器和直流电机调速控制的开环实验；第三类包含几种数字PID闭环控制实验；第四类中有两种数字调节器直接设计方法的实验；第五类是一个温度控制系统；第六类是随动系统实验；第七类是过程控制系统的研究；实验五至实验七的内容是带有被控对象的控制系统。

七个实验的全部学时大于计划学时，教师和学生对所做的实验内容可以选择以满足实验计划学时为准。

通过实验学生巩固了课堂教学的内容，也为今后实际工作打下了一定技术基础。

本指导书由王尚君、毛一心老师共同编写，穆志纯教授进行了严格的审阅工作。

由于计算机性能的快速提高，计算机控制的技术手段也在不断出新，书中难免存在不足之处，敬请读者批评指正。

编者2007年10月目录前言 (1)目录 (2)实验一过程通道和数据采集处理 (4)一、输入与输出通道 (4)1. AD 转换实验` (5)2. DA 转换实验` (7)二、信号的采样与保持` (9)1. 零阶保持实验` (9)2. 直线插值实验*` (11)3. 二次曲线插值实验*` (11)三、数字滤波 (15)1. 一阶惯性实验 (16)2. 四点加权实验* (16)实验二开环系统的数字程序控制 (19)数字PWM 发生器和直流电机调速控制 (19)一、实验目的 (19)二、实验内容` (19)三、实验所用仪表及设备 (19)四、实验原理及步骤 (20)五、思考题 (21)六、实验报告内容及要求 (21)实验三数字PID闭环控制 (22)数字PID控制算法 (22)积分分离法PID控制 (23)带死区的PID控制* (27)简易工程法整定PID 参数 (30)扩充临界比例度法 (30)扩充响应曲线法 (32)实验四数字调节器直接设计方法 (36)最小拍控制系统 (36)一、实验目的 (36)二、实验所用仪表及设备` (36)三、实验原理及内容 (36)有纹波最小拍控制系统 (37)无纹波最小拍控制系统 (38)四、实验步骤 (40)五、思考题 (41)六、实验报告内容及要求 (41)实验一过程通道和数据采集处理为了实现计算机对生产过程或现场对象的控制，需要将对象的各种测量参数按要求转换成数字信号送入计算机；经计算机运算、处理后，再转换成适合于对生产过程进行控制的量。

实验一A/D转换实验一．实验目的1．学习掌握模/数信号转换的基本原理；2．掌握ADC0809芯片的使用方法。

二．实验设备PC机一台、TDN 86/51教学实验系统一台。

三. 实验内容及步骤（一）ADC0809在8086计算机系统中的应用芯片介绍ADC0809包括一个8位的逼近型的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个单端的模拟信号，分时进行A/D转换，再多点巡回监测、过程控制等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芯片的内部结构和引脚如图1-1所示，地址信号与选中通道的关系如表1-1所示。

图1-1 ADC0809的内部结构和引脚表1-1 地址信号与选中通道的关系2.接口实验单元中的ADC0809芯片线路图1-2 系统中的ADC0809线路3．实验接线和实验要求（1）实验按图1-3实验线路连线图1-3 ADC0809应用实验线路（2）编写程序要求当调节W电位时，在屏上显示转换结果（3）输入程序并检查无误，运行程序；（4）用万用表测出W输入电压，并记录显示屏上的响应数据。

列成表格并作出转换图；（二）掌握ADC0809在51系列单片机中的使用方法1．系统内部ADC0809的线路同图1-2。

实验线路如图1-4所示，图中采用部分译码法，地址为7FF8H～7FFFH，分别对应着8个模拟输入通道。

2．实验接线和实验要求（1）实验按图1-4实验线路连线图1-4 51单片机实验ADC0809应用实验线路（2）编写程序要求当调节W电位时，能得到转换结果并存如指定的存储单元；（3）输入编写好的程序并检查无误，经汇编、连接后装入系统，然后运行程序；（4）改变W点电位，暂停程序运行检查转换结果，分析转换结果是否正确，并取几个点记录转换结果。

微型计算机控制技术课设学⽣实验报告实验课名称：微型计算机控制技术实验项⽬名称：多路数据采集系统设计专业：电⽓⼯程及其⾃动化学号：姓名:⽬录⼀、实验⽬的⼆、实验原理1、TLC2543的基本原理2、SPI总线3、数字滤波三、硬件电路设计及proteus仿真四、程序设计⼀、实验⽬的1、掌握串⾏总线的使⽤⽅法。

2、学会利⽤串⾏总线实现单⽚机与外设之间的数据传送与接收。

3、掌握数字滤波的使⽤，并有⼀个深刻的认识。

4、将总线接⼝技术、数字滤波、⼈机交互接⼝技术、模拟量输⼊输出通道技术综合设计，多微机系统有⼀个⼤概的认识。

⼆、实验原理该多路数据采集系统是基于89C52和TLC2543⽽设计的，含有数字滤波（此处采⽤平均值滤波的数字滤波⽅式）的功能，⽤⼀⽚TLC2543实现5路模拟量的巡回检测，并通过液晶显⽰器12864显⽰最终处理之后经标度变换的数据采集量。

1、TCL2543的基本原理⼀）引⾔TLC2543是TI公司的12位串⾏模数转换器，使⽤开关电容逐次逼近技术完成A/D 转换过程。

由于是串⾏输⼊结构，能够节省51系列单⽚机I/O资源；且价格适中，分辨率较⾼，因此在仪器仪表中有较为⼴泛的应⽤。

⼆) TLC2543的特点（1）12位分辩率A/D转换器；（2）在⼯作温度范围内10µs转换时间；（3）11个模拟输⼊通道；（4）3路内置⾃测试⽅式；（5）采样率为66kbps；（6）（6）线性误差±1LSBmax；（7）（7）有转换结束输出EOC；（8）（8）具有单、双极性输出；（9）（9）可编程的MSB或LSB前导；（10）（10）可编程输出数据长度。

三）TLC2543的引脚排列及说明TLC2543有两种封装形式：DB、DW或N封装以及FN封装，这两种封装的引脚排列如图1，引脚说明见表1。

图1 TLC2543的封装表1 TLC2543引脚说明2、SPI总线MOTOROLA公司的SPI总线的基本信号线为3根传输线，即SI、SO、SCK。

计算机控制实验学院：电气工程班级：热动071姓名：刘燕学号：20072104006前言《微型计算机控制技术》课程是自动化、电气工程及其自动化专业学生必修的“主干专业课程”，属工程技术类课程。

本门课程主要研究如何将计算机技术和自动化控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统通过本门课程的学习，使学生了解并掌握使用计算机控制系统进行工业控制、设计智能化仪器(仪表)的一般方法和过程。

通过课程的学习，使学生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术，能使学生从计算机控制系统组成的角度，综合运用课程知识，培养分析、解决问题和创新能力，从而使学生具有一定的计算机控制系统的设计、调试、整定等理论知识和实际能力。

因时间关系和本人水平有限，书中难免存在缺点和错误，殷切期望广大读者批评指正。

自动化实验室娄毅老师，研究生栗坤东、徐联贵、李强等同学为本书的编写做了大量工作，在此表示衷心感谢！实验一 MCGS初步认识实验目的学习使用MCGS软件的一般方法实验内容通过创建“开关量输入实验”工程，掌握应用MCGS组态软件完成一个工程的组态过程。

实验设备工业控制计算机、MCGS软件实验步骤⒈工程的建立①双击桌面上的图标，进入MCGS组态环境。

用鼠标单击文件菜单中“新建工程”选项，因为MCGS安装在D：盘根目录下，所以会在D：\MCGS\WORK\下自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程X.MCG”②选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。

将工程保存在：E:\下。

③在文件名一栏内输入“实验一”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。

⒉制作工程画面建立的实验画面如图3.1所示。

图3.1 开关量输入实验图3.2 运行时自动加载的窗口① 建立画面在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，建立“窗口0”； 选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”； 将窗口名称改为：DI/DO ；窗口标题改为：DI/DO ；窗口位置选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”； 在“用户窗口”中，选中“DI/DO ”，点击右键，选择下拉菜单中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。

目录实验一 A/D与D/A转换 (2)实验二数字滤波器 (5)实验三离散化方法研究 (8)实验四数字PID调节器算法的研究 (13)实验五串级控制算法的研究........................ 错误!未定义书签。

实验六解耦控制算法的研究........................ 错误!未定义书签。

实验七最少拍控制算法研究........................ 错误!未定义书签。

实验八具有纯滞后系统的大林控制 .................. 错误!未定义书签。

实验九线性离散系统的全状态反馈控制 .............. 错误!未定义书签。

实验十模糊控制系统.............................. 错误!未定义书签。

实验十一具有单神经元控制器的控制系统 ............ 错误!未定义书签。

实验十二二次型状态调节器........................ 错误!未定义书签。

实验十三单闭环直流调速系统...................... 错误!未定义书签。

实验十四步进电机转速控制系统 .................... 错误!未定义书签。

实验十五单闭环温度恒值控制系统 .................. 错误!未定义书签。

实验十六单容水箱液位定值控制系统 ................ 错误!未定义书签。

实验一A/D与D/A转换一、实验目的1．通过实验了解实验系统的结构与使用方法；2．通过实验了解模拟量通道中模数转换与数模转换的实现方法。

二、实验设备1．THBDC-1型控制理论·计算机控制技术实验平台2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3．PC机1台(含软件“THBDC-1”)三、实验内容1．输入一定值的电压，测取模数转换的特性，并分析之；2．在上位机输入一十进制代码，完成通道的数模转换实验。

湖北理工学院《微型计算机控制技术》实验教案教学院（部）电气与电子信息工程学院教 研 室 电气自动化授 课 教 师 皮大能职 称 职 务 副 教 授教 材 名 称 微型计算机控制技术目录实验一A/D转换D/A转换 (2)实验二采样与保持 (6)实验三数字滤波器 (14)实验四积分分离PID控制实验 (19)实验五最小拍控制系统 (26)附录：使用说明 (30)实验一 A/D转换D/A转换实验目的：掌握A/D、D/A转换的工作原理，ADC0809、DAC0832、8255、8253的应用。

重点：A/D、D/A转换中输入、输出各参数间关系。

实验主要仪器与设备：多媒体计算机，TKKL-4型控制理论/计算机控制技术实验箱预备知识：输入、输出接口的基本概念，接口芯片的（端口）地址分配。

熟悉虚拟示波器的调节及应用，实验箱上电压表的使用，各单元电路模块的引线位置及各引线用途，电位器的调节方式。

实验线路原理图：图1－1 A/D、D/A转换电路实验原理：CPU的DPCLK信号与ADC0809单元电路的CLOCK相连作为ADC0809的时钟信号。

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

通过电位器W41给A/D变换器输入-5V～+5V的模拟电压。

8253的2#口用于5ms定时输出OUT2信号启动A/D变换器。

由8255口A为输入方式。

A/D转换的数据通过A口采入计算机，送到显示器上显示，并由数据总线送到D/A变换器0832的输入端。

选用CPU 的地址输入信号IOY0为片选信号(CS)，XIOW信号为写入信号(WR)，D/A变换器的口地址为00H。

调节W41即可改变输入电压，可从显示器上看A/D变换器对应输出的数码，同时这个数码也是D/A 变换器的输入数码。

A/D、D/A转换程序流程：（见图1—2）实验内容及步骤(1)按图1—1接线。

用“短路块”分别将U1单元中的ST与+5V短接；U4单元中的X与+5V，Z与-5V短接。

微型计算机控制技术实验报告学院信息工程学院班级电气0901班学号200907260230姓名叶孝璐2011年11月20日实验一系统认识及程序调试练习实验目的1．掌握TD-ACC+实验教学系统联机软件中的各菜单功能，熟练掌握其中的程序编辑、编译、链接、加载及调试方法。

2．了解TD-ACC+实验教学系统的系统资源及硬件操作环境。

实验设备PC机一台，TD-ACC+实验系统一套实验内容1．阅读“第一部分i386EX系统板介绍”，了解TD-ACC+实验教学系统的构成；2．读懂实验程序，对实验程序进行编辑、编译、链接、加载及调试练习。

实验原理调试下列程序：在显示器上显示一行26个英文字母，换行后重复进行。

第一种实现方法：显示两行字母之间的延时时间采用软件延时方式。

实验程序1（采用软件延时方式）CODE SEGMENTASSUME CS:CODESTART:MOV CX,001AH；显示字符个数（26）→CXMOV AH,01MOV AL,13INT10H；显示换行CALL DELAY；调用延时子程序MOV AL,41H；送字符‘A’的ASCⅡ码AGAIN:MOV AH,01；显示一个字符INT10HINC AL；下一显示字符的ASCⅡ码LOOP AGAIN；连续显示26个字母JMP START；重复进行DELAY:PUSH CX；延时子程序MOV CX,0FFFFHDEL1:PUSH AXPOP AXLOOP DEL1POP CX Array RETCODE ENDSEND START第二种实现方法：显示两行字母之间的间隔时间用内部定时器8254进行控制，时间到由定时器的OUT端发出脉冲信号到中断控制器8259的中断信号输入端，向CPU请求中断，在中断程序中完成显示一行字母的功能。

硬件接线如图1-1，用排线将i386内部1#定时图1-1器输出OUT1连接到8259的一个中断请求端IRQ7。

8254与8253类似，它们的编程方式是兼容的，其控制字格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCD SC1SC0——所选计数器01计数器110计数器2位11无意义RW1RW0——读/写格式00锁定当前计数值（供CPU读取）01只读/写低8位10只读/写高8位11先读/写低8位，后读/写高8M2M1M0——工作方式选择000方式0001方式1X10方式2X11方式3100方式4101方式5BCD——计数格式0计数器按二进制格式计数1计数器按BCD码格式计数实验程序2（采用定时中断方式）CODE SEGMENTASSUME CS:CODESTART:MOV AX,OFFSET IRQ7；填写8259的7号中断矢量入口地址的偏移量MOV SI,003CH；填写8259中断7的中段矢量MOV[SI],AX；填偏移量矢量MOV AX,CS；填写8259中断矢量入口地址的段地址MOV SI,003EH；填写7号中断段地址矢量MOV[SI],AXCLI；关系统总中断CALL SYSINTI；调用系统初始化子程序MOV DX,0F043HMOV AL,076H；初始化1＃定时器OUT DX,ALMOV DX,0F041HMOV AL,10H；定时10ms时间常数低8位OUT DX,AL；写1#定时器定时常数的低字节MOV X,0F041HMOV AL,27H；定时10ms时间常数高8位OUT DX,AL；写1#定时器定时常数的高字节MOV BX,64HMOV AH,01MOV AL,13INT10H；显示换行AGAIN:STI；打开系统总中断HLT；停机等待直到有中断产生JMP AGAIN；继续IRQ7:DEC BXJNZ FINISHMOV BX,64HMOV CX,001AHMOV AL,41HAGAIN1:MOV AH,01INT10HINC ALLOOP AGAIN1MOV AH,01MOV AL,13INT10HFINISH:MOV AL,20H；中断结束OUT20H,ALIRET；中断返回SYSINTI:MOV AX,8000H；系统初始化子程序（已保存在机器中）OUT23H,AL；扩展IO使能XCHG AL,AHOUT22H,ALOUT22H,AXMOV DX,0F822H；初始化管脚配置P2CFG，配置CS0#MOV AL,70HOUT DX,ALMOV DX,0F824H；初始化管脚配置P3CFG,配置主片IRQ7MOV AL,0B2HOUT DX,ALMOV DX,0F832H；初始化管脚配置INTCFGMOV AL,0AHOUT DX,ALMOV DX,0F834H；初始化管脚配置TMRCFGMOV AL,15H；将GA TE1接VCCOUT DX,ALMOV AL,11H；初始化主片8259OUT20H,ALMOV AL,08HOUT21H,ALMOV AL,04HOUT21H,ALMOV AL,01HOUT21H,ALMOV AL,6FH；写主片8259的中断屏蔽字，允许主片的IRQ7(用OUT21H,AL户程序使用)和IRQ4(系统通讯用)MOV AL,11H；初始化从片8259OUT0A0H,ALMOV AL,30HOUT0A1H,ALMOV AL,02HOUT0A1H,ALMOV AL,01HOUT0A1H,ALMOV AL,0FFHOUT0A1H,ALRETCODE ENDSEND START实验步骤1．打开微机及实验系统电源。

或12位
实
验
仪
器
PC机、Proteus软件、Keil μVision2软件
实验步骤
1. 按照实验原理与接线图在Proteus中画出仿真电路图
2．编写中转换的程序, 输入程序。

进行仿真。

3．旋转电位器, 测取不同的模拟电压输入时, 读取显示的转换结果是否符合5V/256=Vin/D 的规律, 并记录。

画出模拟电压和数字量关
系图, 看两者是否成线性关系
3. 旋转电位器，测取不同的模拟电压输入时，读取显示的转换结果
参考电压, 输出为负电压。

由于DAC 0832是有数字量的输入锁存功能, 故数字量可以直接从P0口送入。

实
验
仪
器
PC机、Keil μVision2软件, PROTEUS
实验步骤
1. 按照实验原理在PROTEUS上完成连线。

2．在KEIL中编制程序1使DAC0832输出三角波。

输入程序, 编译并下载到AT89C51中。

3. 进行编译仿真。

6. 4运行程序1, 用示波器测试, 观察输出波形。

7...5.编制程序2，实现利用图二所示电路完成三角波与锯齿波不同波
开关打在P1.1处生成锯齿波。