计算机控制实验指导书.doc

实验一 采样控制系统的分析 一、实验目的 2. 熟悉用LF398组成的采样控制系统； 3. 通过本实验进一步理解香农定理和零阶保持器ZOH的原理及其实现方法； 3. 研究采样周期T的变化对系统采样效果的影响； 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、实验原理 1. 采样定理 图1-1为信号的采样与恢复的方框图，图中X(t)是t的连续信号，经采样开关采样后，变为离散信号。 图1-1 连续信号的采样与恢复 香农采样定理证明要使被采样后的离散信号X*(t)能不失真地恢复原有的连续信号X(t)，其充分条件为： (1-1) 式中为采样的角频率，为连续信号的最高角频率。由于，因而式(1-1)可写为 (1-2) T为采样周期。 四、实验步骤 1. 零阶保持器 本实验采用“采样-保持器”组件LF398，它具有将连续信号离散后的零阶保持器输出信号的功能。图1-2为采样-保持电路（模块U3）。图中MC14538为单稳态电路，改变输入方波信号的周期，即改变采样周期T。 图1-2 采样保持电路 图中方波信号由实验台的低频信号发生器提供。 接好“采样保持电路”的电源。用上位软件的“信号发生器”输出一个频率为5Hz、幅值为2V的正弦信号输入到“采样保持电路”的信号输入端。在下列几种情况下用示波器观察“采样保持电路”的信号输出端信号波形的变化。 1.1 当方波(采样产生)信号为100 Hz时； 1.2 当方波(采样产生)信号为50 Hz时； 1.3 当方波(采样产生)信号为10Hz时； 注：方波的幅值要尽可能大。 六、实验报告要求 1. 按图1-2所示的方框图画出相应的模拟电路图； 2. 研究采样周期T的变化对采样结果的响应。 实验二 A/D与D/A转换（选作） 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 同前。 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。 四、实验步骤 1. 启动实验台的“电源总开关”，打开±5、±15V电源。将“阶跃信号发生器”单元输出端连接到“数据采集接口单元“的“AD1”通道,同时将采集接口单元的“DA1”输出端连接到接口单元的“AD2”输入端； 2、将“阶跃信号发生器”的输入电压调节为1V； 3. 启动计算机，在桌面双击图标“THBDC-1”软件，在打开的软件界面上点击“开始采集”按钮； 4. 点击软件“系统”菜单下的“AD/DA实验”，在AD/DA实验界面上点击“开始”按钮，观测采集卡上AD转换器的转换结果，在输入电压为1V(可以使用面板上的直流数字电压表进行测量)时应为00001100011101(共14位，其中后几位将处于实时刷新状态)。调节阶跃信号的大小，然后继续观察AD转换器的转换结果，并与理论值(详见本实验附录)进行比较； 5. 根据DA转换器的转换规律(详见实验附录)，在DA部分的编辑框中输入一个十进制数据（如2457，其范围为0～4095），然后虚拟示波器上观测DA转换值的大小； 6 实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。 五、附 录 1．数据采集卡 本实验台采用了THBXD数据采集卡。它是一种基于USB总线的数据采集卡，卡上装有14Bit分辨率的A/D转换器和12Bit分辨率的D/A转换器，其转换器的输入量程均为±10V、输出量程均为±5V。该采集卡为用户提供4路模拟量输入通道和2路模拟量输出通道。其主要特点有： 1) 支持USB1.1协议，真正实现即插即用 2) 400KHz14位A/D转换器，通过率为350K，12位D/A转换器，建立时间10μs 3) 4通道模拟量输入和2通道模拟量输出 4) 8k深度的FIFO保证数据的完整性 5) 8路开关量输入，8路开关量输出 2. AD/DA转换原理 数据采集卡采用“THBXD”USB卡，该卡在进行A/D转换实验时，输入电压与二进制的对应关系为：-10～10V对应为0～16383(A/D转换为14位)。其中0V为8192。其主要数据格式如下表所示(采用双极性模拟输入)： 输入 AD原始码(二进制) AD原始码(十六进制