第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明
第一章 LabACT自控/计控原理实验机构成及说明
一． 主实验板的布置简图
图1-1-2 主实验板的布置简图
二．D和B实验区
第一章 labACT自控/计控原理实验机构成及说明
1．显示与功能选择模块（D1）及函数发生器（B5）
D1实验区是一个显示与功能选择模块，它主要由5位8段数码管、四个功能选择按键和16个指示灯、3个测试孔组成。D1实验区是独立于实验机的CPU控制模块，提供控制对象输出显示，並实现函数发生器（B5）的十种（可选择）波形输出切换控制和显示。
（1） 输入信号测量 上排左按键循环控制输入信号的测量，包括电压（-5V～+5V）、电压（0～+5V）、频率、温度和直流电机转速测量。每按一次按键，指示灯向右循环切换，数码管显示相应的测量信息。信号的输入口为模块中的“电压测量”和“频率测量”3个测试孔。指示灯和数码管的输出数据显示对应关系表见表1-2-1。
表1-2-1 指示灯和数码管的显示对应关系表
项目内容 （-5V～+5V）电压测量 （0～+5V）电压测量 频率测量 C3模块温度值 C2模块直流电机转速
指示灯 电压（0～+5V） 频率 温度 转速 输入测试孔 电压测量（0～+5V） 频率测量 电压测量（0～+5V） 频率测量 数据显示 X.XX XXX .X XX.X X.XXX 单位 V V Hz ℃ 千转/分 电压（-5V～+5V） 电压测量（-5V～+5V） (-)X.XX （2） 函数发生器波形输出切换控制和显示选择
下排左、右按键循环切换控制输出波形，包括矩形波、正弦波、斜坡、方波、继电特性、饱和特性、死区特性和间隙特性的切换控制。每按一次下排左按键，指示灯向左循环切换，每按一次下排右按键，指示灯向右循环切换，数码管显示相应的波形信息。
上排右按键循环切换控制输出波形，包括矩形波/正弦波和方波/正弦波同时发生。
2．函数发生器（B5） 函数发生器（B5）是各函数及波形发生的控制和输出模块，它含有十种（可选择）波形输出，有4个函数波形调节电位器、1个波形量程选择开关和各函数发生的输出口组成。各波形和函数的输出选择在（D1）模块中选择设置。各波形的切换控制和显示见表1-2-2。
表1-2-2 函数发生器取值及显示
序 号 1 波形类型 矩形波 正弦波 斜坡 方波 继电 饱和 死区 间隙 矩形/正弦波 函数发生器取值及显示 左显示及范围 电位器调节 右显示及范围 幅度（0V～6V） 频上 0.1Hz～2Hz 率 下 0.8Hz～50Hz 宽度(0.5S～10S) 幅值(0V～6V) 限幅(0V～6V) 电位器调节 矩形波调幅 设定电位器2 上 0.01S～1S 宽度 设定电位器1 下 0.1S～10S 振幅值 (0～6V) 斜率(0.4～8) 正弦波调幅 设定电位器1 2 3 4 5 6 7 8 9 ① 设定电位器1 设定电位器2 斜率(0.1～5.1) 斜率(0.1～5.1) 斜率(0.1～5.1) 设定电位器1 设定电位器1 设定电位器1 频率(2.4Hz～250Hz) 设定电位器1 死区宽度(0V～5V) 设定电位器2 间隙宽度(0V～5V) 设定电位器2 10 方波/正弦波 详见本节第⑨、⑩点说明 矩形波：下排按键选择“矩形波”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“矩形波输出”测孔输出矩形波，左边2个数码管显示矩形波正脉冲的宽度“X.X”或“XX”（秒）, 由“设定电位器1”控制
相应的正脉冲输出宽度；此外，（B5）模块中的“量程选择”开关还可控制正脉冲输出宽度量程（见表1-2-2）。右边3个数码管显示矩形波的幅度“X.XX”(伏)，由（B5）模块中的“矩形波调幅”电位器控制变化幅度。 注1：只有把函数发生器（B5）模块左下角的“S-ST” 跨接座上套上短路套后，在“矩形波输出”测
孔才有矩形波输出。
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注2：“量程选择”开关置于下档时，其零输出宽度恒保持为2秒，与正脉冲输出宽度值无关；“量程选择”开关置于上档时，其零输出宽度与正脉冲输出宽度值相等。
② 正弦波：下排按键选择“正弦波”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“正弦波输出”测孔输出正弦波，左边2个数码管显示正弦波的振幅“X.X”(V),由（B5）模块中的“正弦波调幅”电位器控制变化幅度；右边3个数码管显示正弦波的频率“X.XX”或“XX.X”（Hz），由“定电位器2”控制相应的输出频率；此外，（B5）模块中的“量程选择”开关还可控制正弦波的频率输出量程（见表1-2-2）。 ③ 斜坡：下排按键选择“斜坡”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“斜坡输出”孔输出斜坡波形。斜坡输出的幅度为4V，左边2个数码管显示斜坡信号的斜率X.X，右边3个数码管显示斜坡的信号的宽度X.XX，由（B5）模块中的“设定电位器1”控制相应的斜率。
④ 方波：下排按键选择“方波”，指示灯亮，函数发生器（B5）模块中的“方波输出”孔输出方波。数码管显示方波频率“XXX.X”（Hz），由（B5）模块中的 “设定电位器1”控制相应的输出频率，幅度为3V。 ⑤ 继电特性：下排按键选择“继电”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出继电特性；数码管显示继电特性的幅值“X.XX”（V），由（B5）模块中的 “设定电位器1”控制相应的输出幅值。 ⑥ 饱和特性：下排按键选择“饱和”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出饱和特性；左边2个数码管显示饱和特性线性区的斜率“X.X”,由（B5）模块中的“设定电位器1”设定斜率；右边3个数码管显示饱和输出的限幅值“X.XX”（V），由（B5）模块中的“设定电位器2”设定输出限幅值。
⑦ 死区特性：下排按键选择“死区”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出死区特性；左边2个数码管显示死区特性线性区的斜率“X.X”,由（B5）模块中的“设定电位器1”设定斜率；右边3个数码管显示死区宽度“X.XX”（V），由（B5）模块中的“设定电位器2”设定死区宽度。 ⑧ 间隙特性：下排按键选择“间隙”，指示灯亮，将信号发生器（B1）的幅度控制电位器中心Y测孔作为非线性-5V～+5V输入信号接到函数发生器（B5）模块中的“非线性输入”测孔，（B1）单元的K3开关拨上（-5V）， K4开关也拨上（+5V），（B5）单元中的“非线性输出”测孔信号输出间隙特性；左边2个数码管显示间隙特性线性区的斜率“X.X”,由（B5）模块中的“设定电位器1”设定斜率；右边3个数码管显示间隙宽度“X.XX”（V），由（B5）模块中的“设定电位器2”设定间隙宽度。 ⑨ 矩形波/正弦波：上排右按键选择“矩形波/正弦波”，指示灯亮，（B5）模块“矩形波输出”测孔和“正弦波输出”测孔同时有输出，‘矩形波’的指示灯也亮，数码管显示矩形波的信息。若要观察正弦波的信息，再按一次上排右按键，‘正弦波’的指示灯亮，数码管显示正弦波的信息（波形的控制调节与单一波形发生控制相同）。
⑩ 方波/正弦波：上排右按键选择“方波/正弦波”，指示灯亮，（B5）模块“方波输出”测孔和“正弦波输出”测孔同时有输出，‘方波’的指示灯也亮，数码管显示方波的信息。若要观察正弦波的信息，再按一次上排右按键，“正弦波”的指示灯亮，同时，正弦波数码管显示正弦波的信息（波形的控制调节与单一波形发生控制相同）。
注1：显示与功能选择模块（D1）右上角的电位器‘RP5’用于调整该模块的基准电压（+2.40V）。
注2：函数发生器（B5）右下角的‘调零’电位器用于调整正弦波输出的基准零位。上电总清或按‘复位’键总清后，把“正弦波调幅”电位器调到最大，然后调整‘调零’电位器，使“正弦波输出”测孔输出直流电压为零，即正弦波输出的基准零位调整成功。
注3：上电总清或按“复位”键总清后，数码管显示矩形波信息,矩形波有输出2秒宽度的波形，其他波无输出。
3．手控阶跃信号发生器 （B1）
信号发生器由手控阶跃发生器（B1-1），幅度控制（B1-2）和非线性输出（B1-3）组成。 B1-2模块可以有三种状态输出：
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? K3开关拨下，K4开关拨上，在电位器的Y测孔可得到‘0～+5V’连续可调电压输出。
? K3开关拨上，K3开关也拨上，在电位器的Y测孔可得到‘-5V～+5V’连续可调电压输出。 ? K3开关拨下，K3开关也拨下，在电位器的Y测孔将得到手控连续可调‘0～+5V’阶跃信号。 非线性发生模块是利用二极管的非线性特性形成非线性输出，IN为输入测孔 ，OUT为输出测孔。 4．数模转换器（B2）
本实验机采用ADC0832作为数/模转换，可实现8bit数字输入转换为模拟量。数字0～0FFH输入，经数/模转换后OUT1测孔输出为0～+5V模拟量。经运放处理后，在OUT2测孔输出为-5V ～+5V。 5．虚拟示波器（B3）
提供两通道模拟信号输入CH1和CH2测孔，配合上位机软件的示波器窗口，可以实现波形的显示、存储，可以有效的观察实验中各点信号的波形。详见本实验指导书第二章所述。
6．采样/保持器（B4）
B4模块包含两组采样/保持器。采用LF398实现保持，输入、输出电平范围为±12V。“IN”测孔为输入端；“PU”测孔为采样控制端，高电平采样，低电平保持。单稳态电路4538完成脉冲整形，“A”测孔为输入端（0/+5V上升沿），“Q”测孔为输出端（100μS正脉冲）。 7．模数转换器（B7）
本实验机采用DAC0809作为模/数转换，可实现8bit数字输出。其中“IN4和IN5”测孔为0～+5V模拟量输入，“IN6和IN7”测孔为-5V～+5V模拟量输入。 8．定时器、中断单元（B8）
本单元提供CPU控制模块中的定时器8253的计数器1“CLK1”和“T1”测孔（GATE己短接VCC），计数器2“CLK1、T2和GATE2”测孔； 提供8259中断控制器IRQ5和IRQ6测孔为CPU控制模块的的中断输入；固定时钟（1.229MHz）脉冲输出测孔；“A和A\\”测孔分别为附加反相器（74LS14）的输入端和输出端，供用户作为逻辑信号反相用。
9．基准电压单元（B6）
本单元可提供+Vref（+5.00V）和-Vref（-5.00V）两种基准电压。可以通过调整该单元中的W9和W1电位器来调整基准电压。（在出厂时已调整好）注意：该单元的测孔不可随意插线，以免损坏基准源。 三．C实验区
1． 步进电机模块（C1）
采用74LS273（8位D触发器）的低4位输出Q1～Q4经U2003A来驱动步进电机。
由于步进电机四相长时间通电流会引起电机发热，用户在电机空闲时应注意将各相电流断开，即对74LS273（8位D触发器）的低4位送‘0’。本实验采用了35BY48步进电机。 2． 直流电机模块（C2）
把直流电压引入到电机输入测孔，就能驱动直流电机转动；直流电机测速有两种方式，电机转速的脉冲测速及电压测速输出。本实验采用了BY25 直流电机。
3． 温控模块（C3）
温控模块采用装在散热器下的热敏电阻进行测温，冷却（COOL）由74LS273输出Q6控制，Q6高电平时风扇转动进行冷却。温控模块加热有两种方式，模拟电压加热及脉宽控制加热。 ① 脉宽控制加热时：把宽度可调的脉冲加到脉冲加热测孔，（脉冲幅度＞2.5V时将加热，C3单元的‘加热’灯亮；脉冲幅度＜0.8V时停止加热，‘加热’灯灭）。
② 模拟电压加热：把0～+5V直流电压加到电压加热测孔，加热时，C3单元的‘加热’灯亮，其加热功率及灯的亮度与加到电压加热测孔的电压成正比。
四．CPU控制模块
CPU控制模块是一个单独的电路板名称为ACT88，它装在实验机主板的下面，用一个50芯插头座，与主板联接。CPU控制模块包含一个8088小系统及通讯、中断等外围接口电路。 用户可以对各寄存器、数据口地址编程操作。详见本实验指导书计控分册第八章《微机控制的二次开发》
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第二章 虚拟示波器
2.1 虚拟示波器的显示方式
（1）示波器的时域显示方式
（2）示波器的相平面显示（X-Y）方式
（3）示波器的频率特性显示方式有对数幅频特性显示、对数相频特性显示（伯德图），幅相
特性显示方式（奈奎斯特图），时域分析（弧度）显示方式。 (4) 示波器的计算机控制显示方式
2.2 虚拟示波器的使用
一．设置
用户可以根据不同的要求选择不同的示波器，具体设置方法如下： 1． 示波器的一般用法： 运行LABACT程序，选择‘工具’栏中的‘单迹示波器’项或‘双
迹示波器’项，将可直接弹出该界面。‘单迹示波器’项的频率响应要比‘双迹示波器’项高。 2． 实验使用：运行LABACT程序，选择自动控制、微机控制 、控制系统菜单下的相应实
验项目，就会弹出相应的虚拟示波器的界面，点击开始，即可使用CH1、CH2测孔观察、
测量波形，击停止后，将停止示波器运行，即可进行波形分析和相关的测量（只保存当前实验的波形）。 二．示波器的使用 1．示波器的时域显示
幅值差波形关闭 零点控制：控制波形显示的Y轴位移。 Y1时间差 电压量程：控制波形Y轴显示的放大/缩小。 Y2 图2-2-1 虚拟示波器时域显示运行界面（数字PID控制实验曲线）
波形放大/缩小 相平面显示 波形位移 示波器的时域显示是指显示器界面中X轴为时间t，Y轴为电压U。见图2-2-1为示波器的时域显示运行界面，只要点击开始，示波器就运行了，此时就可以用实验机上的（CH1）和（CH2）来采集、观察波形。CH1和 CH2各有输入范围选择开关，当输入电压小于－5v大于+5v 时应选用×1档，如果大于此电压输入范围应选用×5挡（表示输入信号衰减5倍后进入示波器）。