长江大学：电工电子国家级实验教学示范中心《计算机控制技术》课程实验指导书

《计算机控制技术》实验指导书目录第一部分TDN-AC/ACS十教学实验系统介绍1.TDN-AC/ACS+系统概述2.TDN-AC/ACS+系统硬件资源3.TDN-AC/ACS+常见故障分析及处理第二部分计算机控制实验部分1.模/数、数/模转换2.采样与保持3.大平滑与数字滤波实验4.积分分离PID控制实验5.最小拍控制系统6.大林算法7.非线性控制

《计算机控制技术》实验指导书 目录 第一部分 TDN-AC/ACS＋教学实验系统介绍 1．TDN-AC/ACS＋系统概述 2．TDN-AC/ACS＋系统硬件资源 3. TDN-AC/ACS+常见故障分析及处理 第二部分 计算机控制实验部分 1. 模/数、数/模转换 2. 采样与保持 3. 大平滑与数字滤波实验 4. 积分分离PID控制实验 5. 最小拍控制系统 6. 大林算法 7. 非线性控制

计算机控制技术实验指导书第一部分TDN-AC/ACS十教学实验系统介绍第一章 TDN-AC/ACS十系统概述1.1系统构成：系统由各单元电路、8088CPU板和PC机进行通讯的串口构成，其系统布局见附录三信号源发生单元：U1 SG&U15 SINU2 SH采样保持器及单稳单元：运算模拟单元：U3-U8、U20非线性单元：U9 NC数/模转换单元：U10 DAC模/数转换单元：U12 ADC状态指示灯单元：U11 D单节拍脉冲发生单元：U13 SP电位器单元：U14 P-5V电源发生单元：U16 A信号测量单元：U19 SC驱动单元：U17DRIVER电机单元：U18 MOTOR高效开关电源特殊运算环节单元：U21U22可变电阻单元：U23TC微型温度控制单元：1.2系统实验项目实验一模/数、数/模转换实验实验二采样与保持实验三平滑与数字滤波实验实验四积分分离PID控制实验实验六大林算法实验五最小拍控制系统实验七非线性控制实验八多调节器计算机控制实验九综合控制实验I

计算机控制技术实验指导书 第一部分 TDN-AC/ACS＋教学实验系统介绍 第一章 TDN-AC/ACS＋系统概述 1.1 系统构成：系统由各单元电路、8088CPU 板和 PC 机进行通 讯的串口构成，其系统布局见附录三 信号源发生单元： U1 SG&U15 SIN 采样保持器及单稳单元: U2 SH 运算模拟单元: U3-U8、U20 非线性单元: U9 NC 数/模转换单元: U10 DAC 模/数转换单元: U12 ADC 状态指示灯单元: U11 D 单节拍脉冲发生单元: U13 SP 电位器单元: U14 P -5V 电源发生单元: U16 A 信号测量单元: U19 SC 驱动单元: U17 DRIVER 电机单元: U18 MOTOR 高效开关电源 特殊运算环节单元： U21 可变电阻单元： U22 微型温度控制单元: U23 TC 1.2 系统实验项目 实验一 模/数、数/模转换 实验实验二 采样与保持 实验三 平滑与数字滤波实验 实验四 积分分离 PID 控制实验 实验五 最小拍控制系统 实验六 大林算法 实验七 非线性控制 实验八 多调节器计算机控制 实验九 综合控制实验 1

计算机控制技术实验指导书第二章TDN-AC/ACS十系统硬件资源2.1系统电源TDN-AC/ACS+系统采用的电源的主要技术指标为：1.输入电压：AC165-260V2.输出电压/电流：+5V/2A，+12V/0.2A，-12V/0.2A3.输出功率：15W4.效率：≥75%5.稳压性能：电压调整率≤0.2%负载调整率≤0.5%纹波系数≤0.5%6.工作环境温度：-5℃--40℃2.28088微机主板资源一.系统内存分配：FO0O:FFFFH-系统程序区 64KF000:0000H1000:0000H用户栈区28K用户程序区0000:1000H系统堆栈区0000:0FFFH0000:0500-06FFHDEBUG系统数据区0000:0400-04FFHBIOS系统数据区0000:0000H中断矢量区二.系统单元电路1.信号源发生单元电路：信号源发生单元电路包括U1SG单元和U15SIN单元a）U1SG此单元可以产生重复的阶跃、斜波、抛物线三种典型信号，且信号的幅值。频率可以调（通过调电位器W12，W11)。2

计算机控制技术实验指导书 第二章 TDN-AC/ACS＋系统硬件资源 2.1 系统电源 TDN-AC/ACS＋系统采用的电源的主要技术指标为： 1． 输入电压：AC165-260V 2． 输出电压/电流：＋5V/2A,+12V/0.2A,-12V/0.2A 3． 输出功率:15W 4． 效率: ≥75% 5． 稳压性能: 电压调整率≤0.2% 负载调整率≤0.5% 纹波系数≤0.5% 6. 工作环境温度:-5℃-40℃ 2.2 8088 微机主板资源 一.系统内存分配: F000:FFFFH- 系统程序区 64K 用户栈区 用户程序区 系统堆栈区 DEBUG 系统数据区 BIOS 系统数据区 中断矢量区 F000:0000H 1000:0000H 28K 0000:1000H 0000:0FFFH 0000:0500-06FFH 0000:0400-04FFH 0000:0000H 二.系统单元电路 1.信号源发生单元电路: 信号源发生单元电路包括 U1 SG 单元和 U15 SIN 单元. a) U1 SG 此单元可以产生重复的阶跃、斜波、抛物线三种典 型信号，且信号的幅值。频率可以调（通过调电位器 W12， W11）。 2

计算机控制技术实验指导书b）U15SIN可以产生正弦波和方波（频率从0.2HZ到400Hz、幅值在）2.采样保持器及单稳单元电路（U2SH)：该单元的输入输出电平范围土12V，PU为控制端，用逻辑电平控制，高电平采样，低电平保持，采样时间约为10uS。3.运算模拟单元电路（U6）4.非线性单元电路：（U9NC)：该单元供死区非线性和间隙非线性模拟电路插接电阻用。5.数/模转换单元电路（U10DAC）：该单元采用DACO832芯片，转换精度为8位二进制码，输入数字范围为00H一FFH，对应输出（U10单元的OUT端）为一5V一十4。96V。80H对应0V。6.模/数转换单元电路（U12ADC）：它采用ADC0809芯片，分辨率为8位二进制码。模拟输入通道8路（INO～IN7)，通过三端地址码A、B、C多路开关可选通8路模拟输入的任何一路进行A/D变换。其中IN1～IN5的模拟量输入充许范围：0V～4.98V，对应数字量00H～FFH，2.5V对应数字量80H。IN6和IN7两路用于接上拉电阻，所以模拟量输入允许范围：-5V～十4.96V，对应数字量00H～FFH。OV对应80H。7.状态指示单元（U11D)：用于实验现象指示作用。8.信号测试单元：信号测量单元由ADC0809、LM324、74LS02芯片、量程选择开关和双路表笔构成。本单元可以替代实验中使用的长余辉示波器。3

计算机控制技术实验指导书 b) U15 SIN 可以产生正弦波和方波（频率从 0.2HZ 到 400Hz、 幅值在） 2.采样保持器及单稳单元电路（U2 SH）： 该单元的输入输出电平范围±12V，PU 为控制端，用逻辑电平控 制，高电平采样，低电平保持，采样时间约为 10us。 3．运算模拟单元电路（U6） 4．非线性单元电路：（U9 NC）： 该单元供死区非线性和间隙非线性模拟电路插接电阻用。 5. 数/模转换单元电路（U10 DAC）： 该单元采用 DAC0832 芯片，转换精度为 8 位二进制码，输入数 字范围为 00H－FFH，对应输出（U10 单元的 OUT 端）为－5V－＋4。 96V。80H 对应 0V。 6.模/数转换单元电路（U12 ADC）： 它采用 ADC0809 芯片，分辨率为 8 位二进制码。模拟输入通道 8 路（IN0～IN7），通过三端地址码 A、B、C 多路开关可选通 8 路模拟 输入的任何一路进行 A/D 变换。其中 IN1～IN5 的模拟量输入允许范 围：0V～4.98V,对应数字量 00H～FFH，2.5V 对应数字量 80H。IN6 和 IN7 两路用于接上拉电阻，所以模拟量输入允许范围：-5V～＋4.96V， 对应数字量 00H～FFH。0V 对应 80H。 7.状态指示单元(U11 D)： 用于实验现象指示作用。 8.信号测试单元： 信号测量单元由 ADC0809、LM324、74LS02 芯片、量程选择开关和 双路表笔构成。本单元可以替代实验中使用的长余辉示波器。 3

计算机控制技术实验指导书第三章TDN-AC/ACS+常见故障分析及处理3.1常见故障的分析及处理1：信号源单元无方波输出（U3一U8）若信号源打在方波档，输出为一条直线时，请检测S端的输出信号。1）S端有方波，则锁零电路故障。2）无方波，请更换555。2.有方波但无斜波或抛物波1）检查相应单元电路中的2uf电解电容，如损坏，请更换。2）检查相应单元电路的场效应管，如损坏，请更换。3.2实验中有关注意实现1.D/A调零在每一次进行实验以前，DAC0832必须要进行调零。操作步骤如下：U10单元中的DAC0832的控制信号CS和WR端分别接到CS&TS1）接口信号中IOYO和XIOW中。2)在调试状态下及“>”提示符下，键入A200回车，启动汇编，然后输入以下程序：0000:2000MOVAL,800000:20020UT00,AL0000:2004INT3)连续运行以上程序G=0000：2000回车。屏幕将显示当前寄存状态，（IP=2004，CS三0000，），将万用表拨至毫伏档，测量U10单元中0UT端的电压，调节DAC0832芯片下方的微调电阻，直至电压显示到Omv为至（若调不到绝对OmV，可偏正一点的OmV亦可，但不能为负）。2.对于搭接被控对象时，输入和反馈回来中的电阻应尽量使用实验板上的电位器来实现。3.实验用的导线，导线头不应拔得太长，以防短路。做完实验后，应将导线收好。4.在开启实验箱得时候要注意开启得间隔时间应大于30秒，不能频繁的开启电源。4

计算机控制技术实验指导书 第三章 TDN-AC/ACS+常见故障分析及处理 3.1 常见故障的分析及处理 1．信号源单元无方波输出（U3－U8） 若信号源打在方波档，输出为一条直线时，请检测 S 端的输出信号。 1） S 端有方波，则锁零电路故障。 2） 无方波，请更换 555。 2．有方波但无斜波或抛物波 1）检查相应单元电路中的 2uf 电解电容，如损坏，请更换。 2）检查相应单元电路的场效应管，如损坏，请更换。 3.2 实验中有关注意实现 1．D/A 调零 在每一次进行实验以前，DAC0832 必须要进行调零。操作步骤如下： 1） U10单元中的 DAC0832的控制信号 CS和 WR端分别接到 CS&TS 接口信号中 IOYO 和 XIOW 中。 2） 在调试状态下及“>”提示符下，键入 A200 回车，启动汇编， 然后输入以下程序： 0000：2000 MOV AL，80 0000：2002 OUT 00，AL 0000：2004 INT 3） 连续运行以上程序 G＝0000：2000 回车。屏幕将显示当前寄 存状态，（IP＝2004，CS＝0000，），将万用表拨至毫伏档， 测量 U10 单元中 OUT 端的电压，调节 DAC0832 芯片下方的微 调电阻，直至电压显示到 0mv 为至（若调不到绝对 0mv，可 偏正一点的 0mv 亦可，但不能为负）。 2．对于搭接被控对象时，输入和反馈回来中的电阻应尽量使用实 验板上的电位器来实现。 3．实验用的导线，导线头不应拔得太长，以防短路。做完实验后， 应将导线收好。 4．在开启实验箱得时候要注意开启得间隔时间应大于 30 秒，不 能频繁的开启电源。 4

计算机控制技术实验指导书第二部分计算机控制实验部分5

计算机控制技术实验指导书 第二部分 计算机控制实验部分 5

计算机控制技术实验指导书实验一模/数、数/模转换实验一实验目的：1.初步掌握在TDN一ACS十实验箱上进行实验的方法。2.初步掌握利用虚拟示波器观察实验结果的方法。3.通过实验了解模/数和数/模的基本原理。二实验仪器设备：1.TDN一ACS+自动控制原理/计算机控制实验箱一台。2.PC机一台。3.示波器一台（可选）。4.万用表一台。三．实验预习及准备：1认真阅读本实验内容，熟悉实验过程。2.结合课本了解模/数、数/模转换的原理。四，实验内容及步骤：1：实验线路原理图：见下图1-1U2 SHA2OUT202+5V-GATE2W1411测量点CYIN7OUTVCLOCKU14 PDODODOAPAONBCD7AD7D7PA7C+5VU128088U10图 1-16

计算机控制技术实验指导书 实验一 模/数、数/模转换实验 一 实验目的： 1．初步掌握在 TDN－ACS＋实验箱上进行实验的方法。 2．初步掌握利用虚拟示波器观察实验结果的方法。 3．通过实验了解模/数和数/模的基本原理。 二 实验仪器设备： 1．TDN－ACS＋自动控制原理/计算机控制实验箱一台。 2．PC 机一台。 3．示波器一台（可选）。 4．万用表一台。 三．实验预习及准备： 1．认真阅读本实验内容，熟悉实验过程。 2．结合课本了解模/数、数/模转换的原理。 四．实验内容及步骤： 1．实验线路原理图：见下图 1-1 A2 U2 SH OUT 2 Q2 图 1-1 +5V GATE2 W141 1 测量点 C Y IN7 C D0 D7 +5V U12 D0 D7 8088 U10 CLOCK OUT U14 P A PA0 D0 PA7 B D7 6

计算机控制技术实验指导书8088CPU的0PCLK信号与AD0809单元电路的CL0CK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W141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0UT2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口输入计算机，送显示器显示，并由数据总线送到D/A变换器0832的输入端。选用8088CPU的地址输入信号I0Y0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OOH。调节W141即可改变输入电压，可从显示器看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。2.实验流程：（对应的程序已经放在了8088的监控中，可以用U（反汇编）命令查看。（见图1一2）主程序初始化8255A口为输入82552口为定时方式（3ms）延时20ms取A/D值并送D/A显示A/D图1-2

计算机控制技术实验指导书 8088CPU 的 OPCLK 信号与 AD0809 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 W141 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 口输入计 算机，送显示器显示，并由数据总线送到 D/A 变换器 0832 的输入端。 选用 8088CPU 的地址输入信号 IOYO 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 W141 即可改变输入电压，可从显示器看 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。 2．实验流程：（对应的程序已经放在了 8088 的监控中，可以用 U（反 汇编）命令查看。（见图 1－2） 初始化 8255A 口为输入 8255 2 口为定时方式（3ms） 延时 20ms 取 A/D 值并送 D/A 显示 A/D 主程序 图 1－2 7

计算机控制技术实验指导书3.实验步骤：①按图1一1接线，用”短路块”分别将U1SG单元中的ST插针与+5v插针短接；U14P单元中的X与+十5V，Z与一5V短接。其它用粗线画的线需自行连接。连接后，请仔细检查，无误后方可接通电源。②将W141输出调至一5V，执行监控中的程序（G=F000：1100）.如果程序正确执行，将显示“00“。③将W141依次调节，用数字电压表分别检查A/D的输入电压D/A的输出电压。记下相应的数码及D/A的输出模拟电压，填入下表1一1：模拟输入电压（V)显示器数码（H)模拟输出电压（V)-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5④按图1一3该接U14输出Y至U12输入IN7的连接，其它线路同图1-110KIN7100KU12U14 P图1-35）用数字万用表监测A/D的输入电压，在OV附近连续调节A/D的输8

计算机控制技术实验指导书 3．实验步骤： ① 按图 1－1 接线，用”短路块”分别将 U1 SG 单元中的 ST 插针与 ＋5v 插针短接；U14 P 单元中的 X 与＋5V，Z 与－5V 短接。其它用粗 线画的线需自行连接。连接后，请仔细检查，无误后方可接通电源。 ② 将 W141 输出调至－5V，执行监控中的程序（G=F000:1100）.如果 程序正确执行，将显示“00“。 ③ 将 W141 依次调节，用数字电压表分别检查 A/D 的输入电压 D/A 的 输出电压。记下相应的数码及 D/A 的输出模拟电压，填入下表 1－1： 模拟输入电压（V） 显示器数码（H） 模拟输出电压（V） -5 -4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 ④ 按图 1－3 该接 U14 输出 Y 至 U12 输入 IN7 的连接，其它线路同图 1－1 图 1-3 U14 P U12 Y 100K IN7 - 10K 5）用数字万用表监测 A/D 的输入电压，在 OV 附近连续调节 A/D 的输 8

计算机控制技术实验指导书入电压，观察整理化误差和量化单位。6）测出A/D输入电压在OV附近土5个量化单位的数值，记录与之对应的数字量，如表1一2表示：模入电-196-156.8-117. 6 -78. 4-39.239.278.4117.6156.801压(mv)数字量(H)五．实验报告要求：1）根据实验线路，完成表1一1，和表1一2，并与理论值进行比较。2)仔细分系统的流程图，理解A/DD/A的转换过程。3)分析实验中出现的各种现象，总结实验体会

计算机控制技术实验指导书 入电压，观察整理化误差和量化单位。 6）测出 A/D 输入电压在 OV 附近±5 个量化单位的数值，记录与之对 应的数字量，如表 1－2 表示： 模入电 压（mv） -196 -156.8 -117.6 -78.4 -39.2 0 39.2 78.4 117.6 156.8 数字量 （H） 五．实验报告要求： 1）根据实验线路，完成表 1－1，和表 1－2，并与理论值进行比较。 2)仔细分系统的流程图，理解 A/D D/A 的转换过程。 3)分析实验中出现的各种现象，总结实验体会。 9