试验一模数数模转换试验.docx

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试验一模数数模转换试验

实验一模/数、数/模转换试验

一、实验目的

1、加深理解模/数、数/模转换的工作原理，熟练使用和掌握ADC0809和DAC0832。

2、了解掌握A/D、D/A转换流程以及计算机分时控制模/数、数/模转换器的情况。

二、实验所需电路单元及附件

序号

型　　号

备　注

1

U14P电位器单元

另备两个短路块

2

U1SG信号源发生单元电路

短路块一个

3

U2SH采样保持器及单稳单元电路

4

8088CPU

5

U12ADC模/数转换单元电路

6

U10DAC数/模转换单元电路

7

U19SC信号测量单元

8

数字电压表

9

20K电阻一只

三、实验线路原理图

[试验1.1]（试验线路图见图1.1-1）

8088CPU的OPCLK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W141给A/D转换器输入-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转换器。

由8255口A为输入方式，A/D转换器的数据通过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转换器0832的输入端。

选用8088CPU的地址输入信号IOY0为片选信号（

）,XIOW信号为写入信号（

），D/A转换器的口地址为00H。

调节W141即可改变输入电压，可从显示器上看A/D转换器对应输出的数码，同时这个数码也是D/A转换器的输入数码。

A/D、D/A转换程序流程（见图1.1-2）

对应下面的流程，程序已编好放在8088的监控中，可用U（反汇编）命令查看。

[试验1.2]（试验线路图见图1.2-1）

设置8253为定时方式，OUT2信号为采样脉冲，采样周期为5ms。

8255的A口为输入方式，用于采入数据。

8255的B口为输出方式，用于选择控制双路输入输出通道。

A/D转换单元可对多路模拟量进行转换，这里用6、7两路分别接入图1.2-2所示信号。

计算机控制A/D变换器分时对这两路模拟信号进行A/D转换。

将转换的数字量送至D/A变换器还原成模拟量，并送至两个采样保持器。

由8255B口分别控制两个采样保持器的采样开关，以保证采样保持器单元电路中的OUT1输出信号与A/D变换单元U12的IN6输入信号一致；采样保持器单元电路的OUT2输出信号与A/D变换单元U12的IN7输入信号一致。

程序流程（见图1.2-3）

四、实验内容

1、研究数/模、模/数转换模拟量与数字量的对应关系。

2、A/D转换的量化特性的测试。

3、研究采用计算机分时控制时A/D、D/A转换的情况。

五、预习要求

1、阅读计算机控制技术教材中有关数/模、模/数转换器的内容，弄清其转换和工作原理。

2、阅读本教材中的附录，熟悉掌握TDN-AC系统本实验用到的单元电路的线路原理和调试界面下的主要命令。

六、思考题

1、为什么在测试A/D转换量化特性时要改接U14输入至U12输入IN7的连接？

2、在做计算机分时控制A/D转换时，为什么开始时要将W12旋到最大？

七、实验方法

[试验1.1]

1、按图1.1-1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+5V，Z与-5V短接。

其它画“o”的线需自行连接。

连接好后，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，将在显示器上显示“00”。

3、将W141依次调节，用数字电压表分别检测A/D的输入电压和D/A的输出电压。

观察显示器，记下相应的数码及D/A的输出模拟电压，填入下表1-1。

表1-1

模拟输入电压（V）

显示器数码（H）

模拟输出电压（V）

-5

00

-4

-3

-2

-1

0

+1

+2

+3

+4

+5

4、按图1.1-3改接U14输出Y至U12输入IN7的连接，其它线路同图1.1-1。

5、用数字万用表检测A/D的输入电压，在0V附近连续调节A/D的输入电压，观察整理化误差和量化单位。

6、测出A/D输入电压在0V附近±5个量化单位的数值，记录与之相对应的数字量，填入下表1-2所示，并画出A/D转换的量化特性图（以模拟量为横坐标X（t），以数字量为纵坐标Q（x））。

表1-2

输入电压（mv）

0

数字量（H）

7B

7C

7D

7E

7F

80

81

82

83

84

85

[试验1.2]

1、按图1.2-1接线。

将信号单元（U1SG）的信号选择开关S11放到斜坡位置。

用短路块将信号源（U1SG）的微型插针S与ST短接。

置S12为下档，将W12旋到最大，使信号周期最大。

调W11使输出信号不大于5V。

2、执行程序（G=F000:

1151↘）。

3、用示波器同时观察输入与输出信号。

如果程序正确执行，A/D变换单元U12的IN6输入信号应与U10DAC单元中的采样保持输出OUT1信号一致；U12的IN7输入信号应与U10DAC单元中的采样保持输出OUT2信号一致。

4、在U10DAC转换单元的OUT端用示波器观察计算机分时控制的输出波形。

八、实验报告

1、填写并完成表1-1和表1-2，并画出A/D转换的量化特性图。

2、画出OUT1端和OUT2端的输出波形，并与IN6和IN7输入信号进行比较；画出计算机分时控制的输出波形。

3、讨论、分析实验中出现的各种现象。

九、注意事项

1、在使用扁平线接线时，线的对应关系一定要准确无误，不能接错，以防实验出错。

2、对于搭接被控对象时，输入和反馈电路中的电阻应尽可能利用实验板上的电位器来实现。

3、实验中的导线，导线头不应拔得太长，以防线线短路。

做完实验后，应将导线及元器件装入箱盖上的袋子中，千万不要散乱在机箱中，以免下次做实验引起短路。

4、该系统安装了高效开关电源，不要过于频繁的开启电源，每次启动程序时，只需按下复位按钮即可。

实验二采样与保持实验

一、实验目的

1、加深理解采样与保持器的工作原理与作用。

2、加深理解采样周期大小对原信号进行采样失真状况的影响程度，即加深对香农定理的理解。

3、理解掌握采样周期对系统稳定性影响情况。

二、实验所需电路单元及附件

序号

型　　号

备　注

1

U1SG信号源发生单元电路

2

U12ADC模/数转换单元电路

3

8088CPU

4

U10DAC数/模转换单元电路

5

U19SC信号测量单元

6

50K（20K+30K）电阻一只

三、实验线路原理图

[试验2.1]采样实验

1、原理：

信号源U1SG单元的OUT端输出抛物线信号，通过A/D转换单元U12的IN7端输入。

计算机在采样时刻启动A/D转换器，转换得到数字量送至教学机8255A口，口A设成输入方式。

8088CPU将输入的数字量直接送到D/A转换单元U10，在U10单元的OUT端则输出相应的模拟信号。

如图2.1-1所示，在时间τ以外，计算机输出零至D/A并使其转换，所以τ以外输出为零。

τ的时间：

10ms。

2、接线图：

见图2.1-2。

3、采样周期T的设置

计算机用8253产生定时中断信号，定时10ms,并在2F60H单元存放Tk可取01H～FFH，采样周期T=Tk×10ms,所以T的范围为T=10ms～2550ms，改变Tk即可以确定T。

试验程序流程图：

见图2.1-3。

[试验2.2]保持器

1、原理：

计算机（8088CPU）用8253定时，在采样时刻计算机给A/D器件启动信号，这时A/D器件（ADC0809）将模拟量转换成数字量并通过口A输入，计算机直接把这些数字量输出给D/A器件，D/A器件（DAC0832）则输出相应的模拟量，并且一直保持到输入新值。

原理如图2.2-1，采样周期设置同试验2.1。

无零阶保持器的模拟原理图见图2.2-2。

开关

合上的时间为10ms。

采样周期同试验2.1。

2、实验接线图：

见图2.2-3。

R为输入，C为输出。

U10单元的OUT端为IN7端的离散化信号。

实验程序流程：

见图2.1-3。

四、实验内容

1、研究采样周期不同时U10单元的输出情况。

2、研究采用零阶保持器取不同采样周期时系统的输出波形以及系统的稳定情况，观察无零阶保持器系统的输出情况。

五、预习要求

1、阅读计算机控制技术教材中有关采样保持器的内容，弄清其工作原理。

2、阅读本教材中的附录，熟悉掌握TDN-AC系统本实验用到的单元电路的线路原理和调试界面下的主要命令。

3、掌握典型环节用模拟电路单元实现的方法。

六、思考题

1、本实验中的Tk值可以取到FFH吗？

为什么？

采样周期T应该如何取对信号恢复有利？

（提示：

当中涉及到A/D转换时间和计算机对信息处理所用的时间）

2、系统无零阶保持器时，系统的输出波形会出现什么情况？

为什么？

七、实验方法

[试验2.1]

1、按图2.1-2接线。

首先将U1SG单元中的S11置抛物线档，S12置下档。

用短路块短接S与ST。

2、用示波器观察U1单元的OUT端的波形，调W11使其不高于5V,调W12使T1约2s。

3、装入程序（2－1），修改参数使Tk＝04H（具体方法参看本书31页）。

4、用示波器对照观察U1单元的OUT端与U10单元的OUT端波形，观察完停机。

5、选择若干Tk值，重复（3）、（4），观察不同采样周期T时的输出波形。

（说明：

A/D采样本身具有保持功能，但不能不管模拟量在A/D转换时变化多大不加保持器。

因为A/D在采样时，对模拟量的变化频率有限制。

一般在几十Hz左右，如果信号变化太快，就会使信号采样失真，所以必须加采样保持器。

）

[试验2.2]

1、按图2.2-3接线，S11置阶跃档，S12至下档，调W12使U1单元的OUT端为1V,调W11使周期为5S。

2、装入程序（2－2），修改参数使Tk＝02H（具体方法参看本书31页）。

3、用示波器对照观察U12单元的IN7与U10单元的OUT端波形，观察输出OUT，停机。

4、更换Tk，重复

（2）、（3），观察输出C波形，停机。

重复做几次，直至系统不稳定，记下Tk值，并换算出相应的采样周期T。

将实验结果填入表2.2-1中。

表2.2-1

Tk（H）

采样周期T（s）

T=Tk×10ms

02

04

08

10

5、在已填入表2.2-1中选取一个Tk值（不要选为01H），观察无零阶保持器系统的输出波形。

（说明：

为什么D/A器件会具有零阶保持器的作用？

这是因为D/A器件具有两级输出锁存能力。

）

八、实验报告

1、画出式样2.1中当T1为2s时，取不同Tk值（即不同采样周期，至少取2个值）时的OUT端波形，并与U1单元的OUT端波形进行对照。

2、画出实验2.2中Tk取不同值（至少取2个值）时的测量点的波形，并与U1单元的OUT端进行对照。

3、填写完成表2.2-1，画出无零阶保持器时的输出波形C。

4、讨论、分析实验中出现的各种现象。

九、注意事项

参照实验一。

实验三直流电机闭环调速实验

一、实验目的

掌握采用PID算法对直流电机进行闭环调速的工作原理以及比例、积分和微分各系数的控制作用。

二、实验所需电路单元及附件

序号

型　　号

备　注

1

TDN-ACS系统

2

驱动单元U17DRIVER

3

电机调速单元U18MOTOR

三、实验线路原理图

TDN-AC/ACS系统的8255PB10脉冲信号为控制量，经驱动电路驱动电机运转。

霍尔测速元件输出的脉冲信号记录电机转速构成反馈量，在参数给定情况下，经PID运算，电机可在控制量作用下，按给定转速闭环运转。

其中OPCLK为1.1625MHz时钟信号，经8253的2号通道分频输出1ms的方波，接入8259产生IRQ6中断，作为系统采样时钟；PB10产生PWM脉冲计时及转速累加，8259的IRQ7中断用于测量电机转速。

实验程序及流程图

程序流程图

STACKSEGMENTSTACK

DW256DUP（?

）

TOPLABELWORD

STACKENDS

DATASEGMENT

TSDB14H

SPECDW0030H

IBANDDW0060H

KPPDW1060H

KIIDW0010H

KDDDW0020H

CH1DB?

CH2DB?

YKDW?

CKDB?

VADDDW?

ZVDB?

ZVVDB?

TCDB?

FPWMDB?

CK_1DB?

EK_1DW?

AEK_1DW?

BEKDW?

AAADB?

VAADB?

BBBDB?

VBBDB?

MARKDB?

R0DW?

R1DW?

R2DW?

R3DW?

R4DW?

R5DW?

R6DW?

R7DB?

R8DW?

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMECS:

CODE,DS:

DATA

START:

MOVAX,DATA；程序装入后用U命令查看此语句可知数

MOVDA,AX；据段地址，以便于用E命令修改变量参数

MAIN:

CALLSYSTEM；调用System子程序

CALLINIT；程序初始化

STI

M1:

MOVAL,TS；判断Ts=Tc?

SUBAL,TC

JNCM1

MOVTC,00H；计算出反馈量

MOVAL,ZVV

MOVAH,00H

MOVYK,AX

CALLPID；调用PID子程序，计算出控制量

MOVAL,CK；根据控制量产生PWM脉冲

SUBAL,80H

JCISO

MOVAAA,AL

JMPCOU

ISO:

MOVAL,10H

MOVAAA,AL

COU:

MOVAL,7FH

SUBAL,AAA

MOVBBB,AL

MOVAX,SPEC；将给定值（SPEC）放入CH1单元

MOVCH1,AL

MOVAX,YK；将反馈值（YK）放入CH2单元

MOVCH2,AL

CALLPUT_COM；调用PUT_COM子程序显示给定与反馈的波形

JMPM1

PUT_COM:

；PUT_COM子程序为发送子程序，可将CH1

MOVAL,31H和CH2单元中的单字节数在PC示波器中

OUT0C1H,AL显示

MOVAL,CH1

OUT0C0H,AL

WAIT1:

INAL,0C1H

TESTAL,01H

JZWAIT1

MOVAL,CH2

OUT0C0H,AL

WAIT2:

INAL,0C1H

TESTAL,01H

JZWAIT2

MOVAL,34H

OUT0C1H,AL

RET

INT:

NOP

PUSHDS

XORAX,AX；规定8259段地址为0000H

MOVDS,AX

MOVAX,OFFSETIRQ6；取8259IRQ6中断矢量地址

ADDAX,2000H；规定程序装入时IP地址为2000H

MOVSI,0038H

MOV[SI],AX

MOVAX,0000H

MOVSI,003AH

MOV[SI],AX

MOVAX,OFFSETIRQ7；取8259IRQ7中断矢量地址

ADDAX,2000H；规定程序装入时IP地址为2000H

MOVSI,003CH

MOV[SI],AX

MOVAX,0000H

MOVSI,003EH

MOV[SI],AX

CLI

POPDS

INAL,21H

ANDAL,3FH；开IRQ6，IRQ7中断

OUT21H,AL

MOVVADD,0000H；变量初始化

MOVZV,00H

MOVZVV,00H

MOVCK,00H

MOVYK,0000H

MOVCK_1,00H

MOVEK_1,0000H

MOVAEK_1,0000H

MOVBEK,0000H

MOVBBB,00H

MOVVBB,00H

M0VR0,0000H

M0VR1,0000H

M0VR2,0000H

M0VR3,0000H

M0VR4,0000H

M0VR5,0000H

M0VR6,0000H

MOVR7,00H

M0VR8,0000H

MOVMARK,00H

MOVFPWM,01H

MOVAAA,7FH

MOVVAA,7FH

MOVTC,00H

MOVAL,90H；初始化8255-B口为输出口

OUT63H,AL

MOVAL,00H

MOV61H,AL

MOVAL,0B6H；初始化8253-OUT2输出为1ms方波

OUT43H,AL即8259IRQ6中断触发脉冲

MOVAL,8FH

OUT42H,AL

MOVAL,04H

OUT42H,AL

RET

SYSTEM:

MOVAL,76H；SYSTEM为通讯初始化子程序，在主程

OUT43H,AL序开始时调用一次，可完成系统串行

MOVAL,0CH通讯初始化

OUT41H,AL

MOVAL,00H

OUT41H,AL

MOVAL,00H

MOV0C1H,AL

CALLDLY1

MOV0C1H,AL

CALLDLY1

MOV0C1H,AL

CALLDLY1

OUT0C0H,AL

CALLDLY1

OUT0C0H,AL

CALLDLY1

MOVAL,40H

OUT0C1H,AL

CALLDLY1

MOVAL,7EH

OUT0C1H,AL

CALLDLY1

MOVAL,34H

OUT0C1H,AL

CALLDLY1

INAL,21H

ORAL,01H

OUT21H,AL

RET

DLY1:

NOP

PUSHCX

MOVCX,3000H

B2:

PUSHAX

POPAX

LOOPB2

POPCX

RET

IRQ7:

NOP8259IRQ7中断程序

PUSHAX

PUSHBX

PUSHCX

PUSHDX

PUSHF

MOVAL,MARK

CMPAL,01H

JZIN1

MOVMARK,01H

IN2:

NOP

MOVAL,20H

OUT20H,AL

POPF

POPDX

POPCX

POPBX

POPAX

IRET

INT1:

MOVMARK,00H

CALLVV

MOVAL,ZV

MOVZVV,AL

JMPIN2

VV:

MOVDX,0000H

MOVAX,03E8H

MOVCX,VADD

CMPCX,0000H

JZMM1

DIVCX

MM:

MOVZV,AL

MOVVADD,0000H

MM1:

RET

IRQ6:

NOP8259IRQ6中断程序

PUSHAX

PUSHF

INCTC

CALLKJ

CLC

CMPMARK,01H

JCTT1

INCVADD

CMPVADD,0700H

JCTT1

MOVVADD,0700H

MOVMARK,00H

TT1:

NOP

MOVAL,20H

OUT20H,AL

POPF

POPAX

IRET

KJ:

NOP

PUSHAX

CMPFPWM,01H

JNZTEST2

CMPVAA,00H

JNZANOTO

MOVFPWM,02H

MOVAL,BBB

CLC

RCRAL,01H

MOVVBB,AL

JMPTEST2

ANOTO:

DECVAA

MOVAL,01H

OUT61H,AL

TEST2：

CMPFPWM,02H

JNZOUTT

CMPVBB,00H

JNZBNOTO

MOVFPWM,01H

MOVAL,AAA

CLC

RCRAL,01H

MOVVAA,AL

JMPOUTT

BNOTO:

DECVBB

MOVAL,00H

OUT61H,AL

OUTT:

POPAX

RET

PID:

MOVAX,SPEC；PID算法子程序可根据SPEC、KPP、

SUBAX,YKKII、KDD及YK值算出对应控制量CK值

MOVR0,AX

MOVR1,AX

SUBAX,EK_1

MOVR2,AX

SUBAX,AEK_1

MOVBEK,AX

MOVR8,AX

MOVAX,R1

MOVEK_1,AX

MOVAX,R2

MOVAEK_1,AX

TESTR1,8000H

JZEK1

NEGR1

EK1:

MOVAX,R1

SUBAX,IBAND

JCII

MOVR3,00H

JMPDDD

II:

MOVAL,TS

MOVAH,00H

MOVCX,R1

MULCX

MOVCX,KII

DIVCX

MOVR3,AX

TESTR0,8000H

JZDDD

NEGR3

DDD:

TESTBEK,8000H

JZDDD1

NEGBEK

DDD1:

MOVAX,BEK

MOVCX,KDD

MULCX

PUSHAX

PUSHDX

MOVAL,TS

MOVAH,00H

MOVCX,0008H

MULCX

MOVCX,AX

POPDX

POPAX

DIVCX

MOVR4,AX

TESTR8,8000H

JZDD1

NEGR4

DD1:

MOVAX,R3

ADDAX,R4

MOVR5,AX

JOL9

L2:

MOVAX,R5

ADDAX,R2

MOVR6,AX

JOL3

L5:

MOVAX,R6

MOVCX,KPP

IMULCX

MOVCX,1000H

IDIVCX

MOVCX,AX

RCLAH,01H

PUSHF

RCRAL,01H

POPF

JCLLL1

CMPCH,00H

JZLLL2

MOVAL,7FH

JMPLLL2

LLL1:

CMPCH,0FFH

JZLLL2

MOVAL,80H

LLL2:

MOVR7,AL

ADDAL,CK_1

JOL8

L18:

MOVCK_1,AL

ADDAL,80H

MOVCK,AL

RET

L8:

TESTR7,80H

JNZL17

MOVAL,7FH

JMPL18

L17:

MOVAL,80H

JMPL18

L9: