虚拟仪器与计算机测控技术题目及答案.doc

1、 虚拟仪器与计算机测控技术题目 1、 论述 LabView 图形化开发软件与基于文本型编程开发软件特点及其优缺点比较。 答： (1) LabView 特点： LabVIEW 是 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench（实验室虚拟仪器集成环境）的简称，是由美国国家仪器（ NI,National Instruments）公司开发的。优秀的商用图形化编程开发平台。 LabVIEW 程序被称为 VI（ Virtual Instrument），即虚拟仪器。虚拟仪器没有常规仪器的 控制面板，而是利用计算机强大的图形环境，采用可视化的图形编程语

2、言和平台，以在计算机屏幕上建立图形化的软面板来替代常规的传统仪器面板。软面板上具有与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯及其他控制部件。在操作时，用户通过鼠标或键盘操作软面板，来检验仪器的通信和操作。 (2)文本型编程开发软件特点 1.层次清晰，便于按模块化方式组织程序，易于调试和维护。 2.表现能力和处理能力极强。不仅具有丰富的运算符和数据类型，便于实现各类复杂的数据结构，它还可以直接访问内存的物理地址，进行位级别的操作。 3.目标代码质量高 ，程序执行效率高。 4.非强类型；语法限制不严格，使得编程者无法过多地依赖编译程序去查错；缺少实时检查，如数组越界等。 (3)相对于文本编程开发软件图形化

3、开发软件的优势有 虚拟仪器用户可以根据自己的需要灵活地定义仪器的功能，通过不同功能模块的组合可构成多种仪器，而不必受限于仪器厂商提供的特定功能。 虚拟仪器将所有的仪器控制信息均集中在软件模块中，可以采用多种方式显示采集的数据、分析的结果和控制过程。这种对关键部分的转移进一步增加了虚拟仪器的灵活性。 由于虚拟仪器关键在于软件，硬件的局限性较小，因此与 其他仪器设各连接比较容埸实现。而且虚拟仪器可以方便地与网络、外设及其他应用连接，还可利用网络进行多用户数据共享。 虚拟仪器可实时、直接地对数据进行编辑，也可通过计算机总线将数据传输到存储器或打印机。这样做一方面解决了数据的传输问题，一方面充分利用了

4、计算机的存储能力，从而使虚拟仪器具有几乎无限的数据记录容量。 虚拟仪器利用计算机强大的图形用户界面（ GUI），用计算机直接读数。根据工程的实际需要，使用人员可以通过软件编程或采用现有分析软件，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理。 虚拟仪器价格低，而且其 基于软件的体系结构还大大节省了开发和维护费用。 2、 进行微机控制技术实验 1、 2、 3 并完成实验报告。 实验一 输入与输出通道 1、实验目的 1、学习 A/D 转换器原理及接口方法，并掌握 ADC0809 芯片的使用 2、学习 D/A 转换器原理及接口方法，并掌握 TLC7528 芯片的使用 2、 实验设备 PC 机一台， TD-

5、ACC+实验系统一套， SST51 系统版一块 3、实验要求 1、 编写实验程序，将 5 5 的电压作为 ADC0809 的模拟量输入，将转换所得的 8 位数字量保存到变量中。 2、编写实验程序，实现 D/A 转换 产生周期性三角波，并用示波器观察波形。 4、 实验原理步骤及结果 1、 A/D 转换实验 ADC0809芯片主要包括多路模拟开关和 A/D转换器两部分，其主要特点为：单电源供电、工作时钟 CLOCK最髙可达到 1200KHZ、 8 位分辨率， 8 个单端模拟输入端， TTL 电平 兼容等，可以很方便地和微处理器接口。 TD-ACC+教学系统中的 ADC0809 芯片，其输出八位数据

6、线以及 CLOCK 线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟 1MCLK (IMHz)上。其它控制线根据实验要求可另外连接（ A、 B、 C、 STR、 /OE、 EOC、INO IN7)。根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图 1 所示的实验线路图。 图 1 上图中 ， AD0809 的启动信号 “ STR” 是由控制计算机定时输出方波来实现的。这里用 P1.7 来模拟 1#定时器的输出，通过 揙 UT1“排针引出，方波周期 =定时器时常 X2。 图中 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 单次阶跃单元的电位器可以给 A/D 转换器

7、输入 5V +5V 的模拟电压；系统定时器定时 ms 输出方波信号启动 A/D 转换器，并将 A/D 转换完后的数据量读入到控制计算机中，最后保存到变 量中。 参考程序： 参照随机软件中 example51 目录中的 ACC1-1-1 文件夹中的 ACC1-1-1.UV2 实验步骤与结果 (1)建立一个工程文件 选择 Project 菜单下的 New Project 命令，在对话框中设定新工程的位置，输入新工程名字保存，创建新工程，接着选择 CPU，这里我们选择 SST 公司的 SST89E554RC 芯片 确定后，会弹出一 “Copy Standard 8051 Startup Code t

8、o Project Folder and Add File to Project”信息， 一般选择 “否 ”即可。 在“ project workspace”的 file 区会出现 右击“ Target 1”选择“ Options for Target “Target1“”先选择“ Target”项，将图中的晶振值“ Xtal”修改成 12 在选择“ debug”项设置来确定当前调试模式是“ use simulator”还是“ Use Keil Monitor-51 Driver”本实验中选择“ Use Keil Monitor-51 Driver”“ Prot”为 COM1“ Baudrat

9、e”为 38400.至此，该工程的基 本情况设置完毕。 下面添加 C 文件，鼠标右击“ Source Group1”选择“ Add Files to Group Source Group1”即可添加一个 C 文件，如果没有则选择“ File”中“ New”先建立一个 C 文件再添加到工程中去。 (2)参照上面的说明，先编一个与实验流程图对应的 C 文件，然后建立一个工程，再将编好的C 文件添加到工程中去，检查程序无误后编译。链接。 编译链接方法：使用 Project 菜单下的 Build target 命令或 Rebuild all target Files 命令，或者直接点击工具 栏中对应的

10、按钮。编译链接结果：若有错误则不能通过，并且会在信息窗口给出相应的错误信息。编译链接通过后，会产生一 .hex 目标文件。 (3)按照实验线路图接线，连好后，请仔细检查无错误后方可开启设备电源。 (4)点击“ Debug”菜单中的“ Start/Stop Debug Session”选项，即可转入 Debug 调试状态。 (5)加入变量或数组监视，用鼠标双击所要监视的变量或数组，右击选择“ Add“ ad” to Watch Window”项，再选择将变量或数组放在“ Watch 1#”还是“ Watch 2#”窗口进行监视。 (6)在程序结 束的地方设置断点 (7)打开虚拟仪器 菜单项中的万

11、用表选项或者直接点击万用表图标，选择“电压档”用示波器单元中的 CH1 表笔测量图 1 中的模拟输入电压“ Y”端，点击虚拟仪器中的“运行”按钮，调节图 1 中的单次阶跃中的电位器，确定好模拟输入电压值 (8)做好以上准备工作后，运行程序，程序将在断点处停下，査看数组 ad（ 0） ad（ 9） 的值，取平均值记录下来，改变输入电压并记录，最后填入表 1 中。 模拟输入电压 (V) 对应的数字量 (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 转换实验 本实

12、验釆用 TLC7528 芯片，它是 8 位、并行、两路、电压型输出数模转换器。其主要参数如下：转换时间 100ns,满量程误差 1/2 LSB,参考电压 10V +10V， 供电电压 5V +15V,输入逻辑电平与 TTL 兼容。实验平台中的 TLC7528 的八位数据线、写线和通道选择控制线已接至控制计算机的总线上。片选线预留出待实验中连接到相应的 I/O 片选上，具体如图 2。 图 2 以上电路是 TLC7528双极性输出电路，输出范围 5V +5V。 “W101”和 “W102”分 别为 A 路和 B 路的调零电位器 ,实验前先调零 ,往 TLC7528 的 A 口和 B 口中送入数字量

13、 80H, 分别调节 “W101“和 W102“电位器，用万用表分别测 OUT1和 OUT2”的输出电压， 应在 0mV左右。 参考程序：参照随机软件中 example51 目录中的 ACC1-1-2 文件夹中的 ACC1-1-2.UV2 实验步骤与结果 (1) 使系统进入“ Start/Stop Debug Session”模式 (2) 运行程序，打开虚拟仪器软件，用示 波器的“ CH1”和“ CH2”路表分别测量图 2 中的“ OUT1”和“ OUT2”端，观察输出波形并记录 4、实验结果 图 3“ OUT1”端波形 图 4“ OUT1”端波形 实验二 数字脉冲分配器和步进电机调速控制 1

14、、实验目的 1、了解步进电机的工作原理 2、用程序实现脉冲分配器，并对步进电机进行顺序控制。 2、实验设备 PC 机一台， TD-ACC+实验系统一套， SST51 系统版一块 3、实验原理 1.本实验使用 35BYJ46 型四项八拍电机，电压为 DC12V,励磁线圈及励磁顺序如下图。 图 1 2.实验线路图：图中画“ ”的线需在实验中自行接好，其它线系统已连好。 图 2 上图中，控制计算机通过程序控制 “DOUT0 DOUT3”的输出步进电平，并经过驱动电路使步进电机步进。驱动电路采用 ULN2803A 达林顿反 相驱动器，驱动电流可达 500mA,其作用是将控制计算机输出的控制脉冲进行功率

15、放大，产生电机工作所需的激励电流 参照步进电机的节拍表， DOUT0 DOUT3 输出电平和步序的对应表如下所示： 表一 步序 DOUT3 DOUT2 DOUT1 DOUT0 对应输出值 1 0 0 0 1 IH 2 0 0 1 1 3H 3 0 0 1 0 2H 4 0 1 1 0 6H 5 0 1 0 0 4H 6 1 1 0 0 CH 7 1 0 0 0 8H 8 1 0 0 1 9H 4、实验步骤 1、按图 2 接线，检查无误后开启设备电源开关。 2、编写程序，检查无误后编译、链接。参考程序：参照随机软件中 example51 目录中的 ACC2-1-1 文件夹中的 ACC2-1-1.

16、UV2。 3、使系统进入“ Start/Stop Debug Session” 模式 4、停止程序运行，按 “SST51 系统板”上的“复位”键，使得系统退出 “Start/Stop Debug Session”模式，进入到程序编辑模式，改变程序中的步间延时，再重复步骤 3,观察电机转速。 实验二 数字脉冲分配器和步进电机调速控制 1、实验目的 1、了解 PID 参数对系统性能的影响 2、学习凑试法整定 PID 参数。 3、掌握积分分离法 PID 控制规律 2、实验设备 PC 机一台， TD-ACC+实验系统一套， SST51 系统版一块 3、实验原理 图 1 上图是一个典型的 PID 闭环控

17、制系统方框图 ,其硬 件电路原理及接线图可设计如下， 图中画 “”的线需在实验中自行接好，对象需用户在运放单元搭接。 图 2 上图中，用 P1.7 来模拟 1#定时器的输出，通过 “OUT1”排计引出，方波周期 =定时器时常X2, “IRQ7”表示 51 的外部中断 1,用作采样中断 ， “DIN0”表示 51 的 I/O 管脚 P1.0 在这里作为输入管脚用来检测信号是否同步。 这里，系统误差信号 E 通过模数转换单元 “IN7”端输入，控制机的定时器作为基准时钟（初始化为 10ms),定时釆集 “IN7”端的信号，并通过釆样中断读入信号 E 的数字量，并进 PID 计箅， 得到相应的控制量

18、，再把控制量送到数模转换单元，由 “OUT1”端输出相应的模拟信号，来控制对象系统。 本实验中，釆用位置式 PID 算式。在一般的 PID 控制中，当有较大的扰动或大幅度改变 给定值时，会有较大的误差，以及系统有惯性和滞后，因此在积分项的作用下，往往会使系统超调变大、过渡时间变长。为此，可采用积分分离法 PID 控制算法，即：当误差 e(k)较大时，取消积分作用；当误差 e ( k )较小时才将积分作用加入。 参考程序：参照随机软件中 example51 目录中的 ACC3-2-1 文件夹中的 ACC3-2-1.UV2。 4、实验步骤 1、按照实验线路图 2 接线，信号源输出幅值为 2V,周期

19、 6S 的方波。 2、确定系统的釆样周期以及积分分离值。 3、编译、链接实验程序。 4、使系统进入 “Start/Stop Debug Session”模式。 5、点击图标，运行程序，用示波器分别观测输入端 R 和输出端 C。 6、如果系统性能不满意，停止程序运行，按 “SST51 系统板上的“复位”键，使得系统退出 “Start/Stop Debug Session”模式，进入到程序编辑模式，用凑试法修改 PID 参数，再重复步骤 4 和 5,直到响应曲线满意，并 记录响应曲线的超调量和过渡时间。 7、同理，修改积分分离值为 20H,记录此时响应曲线的超调量和过渡时间，并和未引 入积分分离值

20、时的响应曲线进行比较。 8、将 6 和 7 中的较满意的响应曲线分别保存，处理后粘贴到 WORD 中，方便形成实验报告。 4、实验结果及分析 图 3 从上图可以看出，引入积分分离法后，降低了系统输出的超调量，并缩短了调节时间。 3、 论述计算机接口技术（串口、并口、 USB 等）在计算机测控系统中的应用，并介绍其发展与应用趋势。 答： 接口技术 是采用硬件和软件相结合的方法，使微处理器与外部设备进行最 佳的匹配，实现 CPU 与外部设备之间的高效、可靠的信息交换的一门技术。 应用 ： 1. 数据缓冲。 解决高速的主机和外设之间的速度匹配问题，避免主机与外设的速度不匹配而丢失数据。 2.设备选择

21、。通过接口电路的地址译码功能对外设进行寻址以选择不同的外设。 3.信号转换。由于各种外设的功能和用途不同，它所提供的数据、状态和控制信号的电平往往与微机的总线电平不兼容，所以接口电路进行相应的电平转换是不可避免的。 4.提供信息交换的握手信号。为了 CPU 与外设之间的联络，接口电路要提供寄存器或锁存器 “ 空 ” ， “ 满 ” 、 “ 准备好 ” 、 “ 忙 ” 、 “ 不忙 ” 等状态信息，以便程序能够了解是否可以发送数据到外设或从外设读取数据。 5.中断管理。增加了微机系统对外设随机事件的处理能力，又使 CPU 与外设并行工作，提高了 CPU 的利用率。 6.可编程。大大增加了接口的灵活性和可扩充性，使接口向智能化方向发展。 发展与应用趋势 ： 最初，没有设置独立的接口部件，对外设控制与管理均由 CPU 直接承担。 早期的接口是在 CPU 和外设之间设置简单的逻辑电路，后来逐步发展成为独立的接口电路，甚至是设备控制器。 目前的接口几乎都是中、大规模集成芯片，并且是可编程的，还具有较好的通用 性，以实现实时、多任务、并行操作。 发展趋势是采用大规模和超大规模集成电路，并向智能化、技术化、系列化和一体化方向发展。另外，随着多媒体技术的出现，相应的接口器件也会不断涌现。