虛擬儀器與計(jì)算機(jī)測控技術(shù)題目及答案.doc

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虛擬儀器與計(jì)算機(jī)測控技術(shù)題目1、 論述LabView圖形化開發(fā)軟件與基于文本型編程開發(fā)軟件特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)比較。答：(1) LabView 特點(diǎn)：LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境）的簡稱，是由美國國家儀器（NI,National Instruments）公司開發(fā)的。優(yōu)秀的商用圖形化編程開發(fā)平臺(tái)。LabVIEW程序被稱為VI（Virtual Instrument），即虛擬儀器。虛擬儀器沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語言和平臺(tái)，以在計(jì)算機(jī)屏幕上建立圖形化的軟面板來替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。軟面板上具有與實(shí)際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈及其他控制部件。在操作時(shí)，用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤操作軟面板，來檢驗(yàn)儀器的通信和操作。(2)文本型編程開發(fā)軟件特點(diǎn)1.層次清晰，便于按模塊化方式組織程序，易于調(diào)試和維護(hù)。 2.表現(xiàn)能力和處理能力極強(qiáng)。不僅具有豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，便于實(shí)現(xiàn)各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它還可以直接訪問內(nèi)存的物理地址，進(jìn)行位級(jí)別的操作。 3.目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高。 4.非強(qiáng)類型；語法限制不嚴(yán)格，使得編程者無法過多地依賴編譯程序去查錯(cuò)；缺少實(shí)時(shí)檢查，如數(shù)組越界等。(3)相對(duì)于文本編程開發(fā)軟件圖形化開發(fā)軟件的優(yōu)勢有虛擬儀器用戶可以根據(jù)自己的需要靈活地定義儀器的功能，通過不同功能模塊的組合可構(gòu)成多種儀器，而不必受限于儀器廠商提供的特定功能。虛擬儀器將所有的儀器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數(shù)據(jù)、分析的結(jié)果和控制過程。這種對(duì)關(guān)鍵部分的轉(zhuǎn)移進(jìn)一步增加了虛擬儀器的靈活性。由于虛擬儀器關(guān)鍵在于軟件，硬件的局限性較小，因此與其他儀器設(shè)各連接比較容埸實(shí)現(xiàn)。而且虛擬儀器可以方便地與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)及其他應(yīng)用連接，還可利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多用戶數(shù)據(jù)共享。虛擬儀器可實(shí)時(shí)、直接地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，也可通過計(jì)算機(jī)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器或打印機(jī)。這樣做一方面解決了數(shù)據(jù)的傳輸問題，一方面充分利用了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)能力，從而使虛擬儀器具有幾乎無限的數(shù)據(jù)記錄容量。虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形用戶界面（GUI），用計(jì)算機(jī)直接讀數(shù)。根據(jù)工程的實(shí)際需要，使用人員可以通過軟件編程或采用現(xiàn)有分析軟件，實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理。虛擬儀器價(jià)格低，而且其基于軟件的體系結(jié)構(gòu)還大大節(jié)省了開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用。2、 進(jìn)行微機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)1、2、3并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)一 輸入與輸出通道1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1、學(xué)習(xí)A/D轉(zhuǎn)換器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用2、學(xué)習(xí)D/A轉(zhuǎn)換器原理及接口方法，并掌握TLC7528芯片的使用2、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，SST51系統(tǒng)版一塊3、實(shí)驗(yàn)要求 1、編寫實(shí)驗(yàn)程序，將55的電壓作為ADC0809的模擬量輸入，將轉(zhuǎn)換所得的8位數(shù)字量保存到變量中。 2、編寫實(shí)驗(yàn)程序，實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)生周期性三角波，并用示波器觀察波形。4、 實(shí)驗(yàn)原理步驟及結(jié)果1、 A/D轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn) ADC0809芯片主要包括多路模擬開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換器兩部分，其主要特點(diǎn)為：單電源供電、工作時(shí)鐘CLOCK最髙可達(dá)到1200KHZ、8位分辨率，8個(gè)單端模擬輸入端，TTL電平 兼容等，可以很方便地和微處理器接口。TD-ACC+教學(xué)系統(tǒng)中的ADC0809芯片，其輸出八位數(shù)據(jù)線以及CLOCK線已連到控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)線及系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)鐘1MCLK (IMHz)上。其它控制線根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求可另外連接（A、B、C、STR、/OE、EOC、INOIN7)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的第一項(xiàng)要求，可以設(shè)計(jì)出如圖1所示的實(shí)驗(yàn)線路圖。圖1上圖中，AD0809的啟動(dòng)信號(hào)“STR”是由控制計(jì)算機(jī)定時(shí)輸出方波來實(shí)現(xiàn)的。這里用 P1.7來模擬1#定時(shí)器的輸出，通過揙UT1排針引出，方波周期=定時(shí)器時(shí)常X2。圖中ADC0809芯片輸入選通地址碼A、B、C為“1”狀態(tài)，選通輸入通道IN7;通過 單次階躍單元的電位器可以給A/D轉(zhuǎn)換器輸入5V+5V的模擬電壓；系統(tǒng)定時(shí)器定時(shí)ms 輸出方波信號(hào)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，并將A/D轉(zhuǎn)換完后的數(shù)據(jù)量讀入到控制計(jì)算機(jī)中，最后保存到變量中。參考程序：參照隨機(jī)軟件中example51目錄中的ACC1-1-1文件夾中的ACC1-1-1.UV2實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果(1)建立一個(gè)工程文件選擇Project菜單下的New Project命令，在對(duì)話框中設(shè)定新工程的位置，輸入新工程名字保存，創(chuàng)建新工程，接著選擇CPU，這里我們選擇SST公司的SST89E554RC芯片 確定后，會(huì)彈出一“Copy Standard 8051 Startup Code to Project Folder and Add File to Project”信息， 一般選擇“否”即可。 在“project workspace”的file區(qū)會(huì)出現(xiàn) 右擊“Target 1”選擇“Options for Target Target1”先選擇“Target”項(xiàng)，將圖中的晶振值“Xtal”修改成12在選擇“debug”項(xiàng)設(shè)置來確定當(dāng)前調(diào)試模式是“use simulator”還是“Use Keil Monitor-51 Driver”本實(shí)驗(yàn)中選擇“Use Keil Monitor-51 Driver”“Prot”為COM1“Baudrate”為38400.至此，該工程的基本情況設(shè)置完畢。下面添加C文件，鼠標(biāo)右擊“Source Group1”選擇“Add Files to Group Source Group1”即可添加一個(gè)C文件，如果沒有則選擇“File”中“New”先建立一個(gè)C文件再添加到工程中去。(2) 參照上面的說明，先編一個(gè)與實(shí)驗(yàn)流程圖對(duì)應(yīng)的C文件，然后建立一個(gè)工程，再將編好的C文件添加到工程中去，檢查程序無誤后編譯。鏈接。編譯鏈接方法：使用Project菜單下的Build target命令或Rebuild all target Files命令，或者直接點(diǎn)擊工具欄中對(duì)應(yīng)的按鈕。編譯鏈接結(jié)果：若有錯(cuò)誤則不能通過，并且會(huì)在信息窗口給出相應(yīng)的錯(cuò)誤信息。編譯鏈接通過后，會(huì)產(chǎn)生一.hex目標(biāo)文件。(3) 按照實(shí)驗(yàn)線路圖接線，連好后，請(qǐng)仔細(xì)檢查無錯(cuò)誤后方可開啟設(shè)備電源。(4) 點(diǎn)擊“Debug”菜單中的“Start/Stop Debug Session”選項(xiàng)，即可轉(zhuǎn)入Debug調(diào)試狀態(tài)。(5) 加入變量或數(shù)組監(jiān)視，用鼠標(biāo)雙擊所要監(jiān)視的變量或數(shù)組，右擊選擇“Add“ad”to Watch Window”項(xiàng)，再選擇將變量或數(shù)組放在“Watch 1#”還是“Watch 2#”窗口進(jìn)行監(jiān)視。(6) 在程序結(jié)束的地方設(shè)置斷點(diǎn)(7) 打開虛擬儀器菜單項(xiàng)中的萬用表選項(xiàng)或者直接點(diǎn)擊萬用表圖標(biāo)，選擇“電壓檔”用示波器單元中的CH1表筆測量圖1中的模擬輸入電壓“Y”端，點(diǎn)擊虛擬儀器中的“運(yùn)行”按鈕，調(diào)節(jié)圖1中的單次階躍中的電位器，確定好模擬輸入電壓值(8) 做好以上準(zhǔn)備工作后，運(yùn)行程序，程序?qū)⒃跀帱c(diǎn)處停下，査看數(shù)組ad（0）ad（9）的值，取平均值記錄下來，改變輸入電壓并記錄，最后填入表1中。模擬輸入電壓(V)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量(H)5(00)4(1A)3(34)2(4C)1(66)0(81)+1(99)+2(B3)+3(CD)+4(E7)+5(FF)2、 D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)釆用TLC7528芯片，它是8位、并行、兩路、電壓型輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。其主要參數(shù)如下：轉(zhuǎn)換時(shí)間100ns,滿量程誤差1/2 LSB,參考電壓10V+10V，供電電壓5V+15V,輸入邏輯電平與TTL兼容。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的TLC7528的八位數(shù)據(jù)線、寫線和通道選擇控制線已接至控制計(jì)算機(jī)的總線上。片選線預(yù)留出待實(shí)驗(yàn)中連接到相應(yīng)的I/O片選上，具體如圖2。圖2以上電路是TLC7528雙極性輸出電路，輸出范圍5V+5V?！癢101”和“W102”分 別為A路和B路的調(diào)零電位器,實(shí)驗(yàn)前先調(diào)零,往TLC7528的A 口和B 口中送入數(shù)字量80H, 分別調(diào)節(jié)W101和W102電位器，用萬用表分別測OUT1和OUT2”的輸出電壓， 應(yīng)在0mV左右。參考程序：參照隨機(jī)軟件中example51目錄中的ACC1-1-2文件夾中的ACC1-1-2.UV2實(shí)驗(yàn)步驟與結(jié)果(1) 使系統(tǒng)進(jìn)入“Start/Stop Debug Session”模式(2) 運(yùn)行程序，打開虛擬儀器軟件，用示波器的“CH1”和“CH2”路表分別測量圖2中的“OUT1”和“OUT2”端，觀察輸出波形并記錄4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果 圖3“OUT1”端波形 圖4“OUT1”端波形實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字脈沖分配器和步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理2、用程序?qū)崿F(xiàn)脈沖分配器，并對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行順序控制。2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，SST51系統(tǒng)版一塊3、實(shí)驗(yàn)原理1.本實(shí)驗(yàn)使用35BYJ46型四項(xiàng)八拍電機(jī)，電壓為DC12V,勵(lì)磁線圈及勵(lì)磁順序如下圖。圖12.實(shí)驗(yàn)線路圖：圖中畫“”的線需在實(shí)驗(yàn)中自行接好，其它線系統(tǒng)已連好。圖2上圖中，控制計(jì)算機(jī)通過程序控制“DOUT0DOUT3”的輸出步進(jìn)電平，并經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)。驅(qū)動(dòng)電路采用ULN2803A達(dá)林頓反 相驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)500mA,其作用是將控制計(jì)算機(jī)輸出的控制脈沖進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生電機(jī)工作所需的激勵(lì)電流參照步進(jìn)電機(jī)的節(jié)拍表，DOUT0DOUT3輸出電平和步序的對(duì)應(yīng)表如下所示：表一步序DOUT3DOUT2DOUT1DOUT0對(duì)應(yīng)輸出值10001IH200113H300102H401106H501004H61100CH710008H810019H4、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖2接線，檢查無誤后開啟設(shè)備電源開關(guān)。2、編寫程序，檢查無誤后編譯、鏈接。參考程序：參照隨機(jī)軟件中example51目錄中的 ACC2-1-1文件夾中的ACC2-1-1.UV2。3、使系統(tǒng)進(jìn)入“Start/Stop Debug Session”模式4、停止程序運(yùn)行，按“SST51系統(tǒng)板”上的“復(fù)位”鍵，使得系統(tǒng)退出“Start/Stop Debug Session”模式，進(jìn)入到程序編輯模式，改變程序中的步間延時(shí)，再重復(fù)步驟3,觀察電機(jī)轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字脈沖分配器和步進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響2、學(xué)習(xí)湊試法整定PID參數(shù)。3、掌握積分分離法PID控制規(guī)律2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)，TD-ACC+實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套，SST51系統(tǒng)版一塊3、實(shí)驗(yàn)原理圖1上圖是一個(gè)典型的PID閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖,其硬件電路原理及接線圖可設(shè)計(jì)如下， 圖中畫“”的線需在實(shí)驗(yàn)中自行接好，對(duì)象需用戶在運(yùn)放單元搭接。圖2上圖中，用P1.7來模擬1#定時(shí)器的輸出，通過“OUT1”排計(jì)引出，方波周期=定時(shí)器時(shí)常X2, “IRQ7”表示51的外部中斷1,用作采樣中斷，“DIN0”表示51的I/O管腳P1.0在這里作為輸入管腳用來檢測信號(hào)是否同步。這里，系統(tǒng)誤差信號(hào)E通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元“IN7”端輸入，控制機(jī)的定時(shí)器作為基準(zhǔn)時(shí)鐘（初始化為10ms),定時(shí)釆集“IN7”端的信號(hào)，并通過釆樣中斷讀入信號(hào)E的數(shù)字量，并進(jìn)PID計(jì)箅，得到相應(yīng)的控制量，再把控制量送到數(shù)模轉(zhuǎn)換單元，由“OUT1”端輸出相應(yīng)的模擬信號(hào)，來控制對(duì)象系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)中，釆用位置式PID算式。在一般的PID控制中，當(dāng)有較大的擾動(dòng)或大幅度改變 給定值時(shí)，會(huì)有較大的誤差，以及系統(tǒng)有慣性和滯后，因此在積分項(xiàng)的作用下，往往會(huì)使系統(tǒng)超調(diào)變大、過渡時(shí)間變長。為此，可采用積分分離法PID控制算法，即：當(dāng)誤差e(k)較大時(shí)，取消積分作用；當(dāng)誤差e ( k )較小時(shí)才將積分作用加入。參考程序：參照隨機(jī)軟件中example51目錄中的ACC3-2-1文件夾中的ACC3-2-1.UV2。4、實(shí)驗(yàn)步驟1、按照實(shí)驗(yàn)線路圖2接線，信號(hào)源輸出幅值為2V,周期6S的方波。2、確定系統(tǒng)的釆樣周期以及積分分離值。3、編譯、鏈接實(shí)驗(yàn)程序。4、使系統(tǒng)進(jìn)入“Start/Stop Debug Session”模式。5、點(diǎn)擊圖標(biāo)，運(yùn)行程序，用示波器分別觀測輸入端R和輸出端C。6、如果系統(tǒng)性能不滿意，停止程序運(yùn)行，按“SST51系統(tǒng)板上的“復(fù)位”鍵，使得系統(tǒng)退出Start/Stop Debug Session”模式，進(jìn)入到程序編輯模式，用湊試法修改PID參數(shù)，再重復(fù)步驟4和5,直到響應(yīng)曲線滿意，并記錄響應(yīng)曲線的超調(diào)量和過渡時(shí)間。7、同理，修改積分分離值為20H,記錄此時(shí)響應(yīng)曲線的超調(diào)量和過渡時(shí)間，并和未引 入積分分離值時(shí)的響應(yīng)曲線進(jìn)行比較。8、將6和7中的較滿意的響應(yīng)曲線分別保存，處理后粘貼到 WORD中，方便形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析圖3從上圖可以看出，引入積分分離法后，降低了系統(tǒng)輸出的超調(diào)量，并縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間。3、 論述計(jì)算機(jī)接口技術(shù)（串口、并口、USB等）在計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)中的應(yīng)用，并介紹其發(fā)展與應(yīng)用趨勢。答：接口技術(shù)是采用硬件和軟件相結(jié)合的方法，使微處理器與外部設(shè)備進(jìn)行最佳的匹配，實(shí)現(xiàn)CPU與外部設(shè)備之間的高效、可靠的信息交換的一門技術(shù)。應(yīng)用：1. 數(shù)據(jù)緩沖。解決高速的主機(jī)和外設(shè)之間的速度匹配問題，避免主機(jī)與外設(shè)的速度不匹配而丟失數(shù)據(jù)。2.設(shè)備選擇。通過接口電路的地址譯碼功能對(duì)外設(shè)進(jìn)行尋址以選擇不同的外設(shè)。3.信號(hào)轉(zhuǎn)換。由于各種外設(shè)的功能和用途不同，它所提供的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信號(hào)的電平往往與微機(jī)的總線電平不兼容，所以接口電路進(jìn)行相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換是不可避免的。4.提供信息交換的握手信號(hào)。為了CPU與外設(shè)之間的聯(lián)絡(luò)，接口電路要提供寄存器或鎖存器“空”，“滿”、“準(zhǔn)備好”、“忙”、“不忙”等狀態(tài)信息，以便程序能夠了解是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)到外設(shè)或從外設(shè)讀取數(shù)據(jù)。5.中斷管理。增加了微機(jī)系統(tǒng)對(duì)外設(shè)隨機(jī)事件的處理能力，又使CPU與外設(shè)并行工作，提高了CPU的利用率。 6.可編程。大大增加了接口的靈活性和可擴(kuò)充性，使接口向智能化方向發(fā)展。發(fā)展與應(yīng)用趨勢：最初，沒有設(shè)置獨(dú)立的接口部件，對(duì)外設(shè)控制與管理均由CPU直接承擔(dān)。早期的接口是在CPU 和外設(shè)之間設(shè)置簡單的邏輯電路，后來逐步發(fā)展成為獨(dú)立的接口電路，甚至是設(shè)備控制器。目前的接口幾乎都是中、大規(guī)模集成芯片，并且是可編程的，還具有較好的通用性，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、多任務(wù)、并行操作。發(fā)展趨勢是采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，并向智能化、技術(shù)化、系列化和一體化方向發(fā)展。另外，隨著多媒體技術(shù)的出現(xiàn)，相應(yīng)的接口器件也會(huì)不斷涌現(xiàn)。