labACT 自控/計控原理實驗機構成及說明

labACT 自控/計控原理實驗機構成及說明

一．主實驗板的布置簡圖
見附錄圖1-1
二．D 和B 實驗區(qū)
1．顯示與功能選擇模塊（D1）及函數(shù)發(fā)生器（B5）
D1 實驗區(qū)是一個顯示與功能選擇模塊，它主要由5 位8 段數(shù)碼管、四個功能選擇按鍵和
16 個指示燈、3 個測試孔組成。D1 實驗區(qū)是獨立于實驗機的CPU 控制模塊，提供控制對象輸
出顯示，并實現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器（B5）的十種（可選擇）波形輸出切換控制和顯示。
（1） 輸入信號測量
上排左按鍵循環(huán)控制輸入信號的測量，包括電壓（-5V～+5V）、電壓（0～+5V）、頻率、
溫度和直流電機轉速測量。每按一次按鍵，指示燈向右循環(huán)切換，數(shù)碼管顯示相應的測量信息。
信號的輸入口為模塊中的“電壓測量”和“頻率測量”3 個測試孔。指示燈和數(shù)碼管的輸出數(shù)據顯
示對應關系表見表1-1。
表1-1 指示燈和數(shù)碼管的顯示對應關系表

（2） 函數(shù)發(fā)生器波形輸出切換控制和顯示選擇
下排左、右按鍵循環(huán)切換控制輸出波形，包括矩形波、正弦波、斜坡、方波、繼電特性、
飽和特性、死區(qū)特性和間隙特性的切換控制。每按一次下排左按鍵，指示燈向左循環(huán)切換，每
按一次下排右按鍵，指示燈向右循環(huán)切換，數(shù)碼管顯示相應的波形信息。
上排右按鍵循環(huán)切換控制輸出波形，包括矩形波/正弦波和方波/正弦波同時發(fā)生。
2．函數(shù)發(fā)生器（B5）
函數(shù)發(fā)生器（B5）是各函數(shù)及波形發(fā)生的控制和輸出模塊，它含有十種（可選擇）波形輸
出，有4 個函數(shù)波形調節(jié)電位器、1 個波形量程選擇開關和各函數(shù)發(fā)生的輸出口組成。各波形
4
和函數(shù)的輸出選擇在（D1）模塊中選擇設置。各波形的切換控制和顯示見表1-2。
① 矩形波：下排按鍵選擇“矩形波”，指示燈亮，函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“矩形波輸出”
測孔輸出矩形波，左邊2 個數(shù)碼管顯示矩形波正脈沖的寬度“X.X”或“XX”（秒）, 由“設定電位
器1”控制相應的正脈沖輸出寬度；此外，（B5）模塊中的“量程選擇”開關還可控制正脈沖輸出
寬度量程（見表1-2）。右邊3 個數(shù)碼管顯示矩形波的幅度“X.XX”(伏)，由（B5）模塊中的“矩
形波調幅”電位器控制變化幅度。
注1：只有把函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊左下角的“S-ST” 跨接座上套上短路套后，在“矩形波
輸出”測孔才有矩形波輸出。
表1-2 函數(shù)發(fā)生器取值及顯示

注2：“量程選擇”開關置于下檔時，其零輸出寬度恒保持為2 秒，與正脈沖輸出寬度值無
關；“量程選擇”開關置于上檔時，其零輸出寬度與正脈沖輸出寬度值相等。
② 正弦波：下排按鍵選擇“正弦波”，指示燈亮，函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“正弦波輸出”
測孔輸出正弦波，左邊2 個數(shù)碼管顯示正弦波的振幅“X.X”(V),由（B5）模塊中的“正弦波調幅”
電位器控制變化幅度；右邊3 個數(shù)碼管顯示正弦波的頻率“X.XX”或“XX.X”（Hz），由“定電位器2”控制相應的輸出頻率；此外，（B5）模塊中的“量程選擇”開關還可控制正弦波的頻率輸出
量程（見表1-2）。
③ 斜坡：下排按鍵選擇“斜坡”，指示燈亮，函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“斜坡輸出”孔輸
出斜坡波形。斜坡輸出的幅度為4V，左邊2 個數(shù)碼管顯示斜坡信號的斜率X.X，右邊3 個數(shù)
碼管顯示斜坡的信號的寬度X.XX，由（B5）模塊中的“設定電位器1”控制相應的斜率。
④ 方波：下排按鍵選擇“方波”，指示燈亮，函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“方波輸出”孔輸
出方波。數(shù)碼管顯示方波頻率“XXX.X”（Hz），由（B5）模塊中的“設定電位器1”控制相應的
輸出頻率，幅度為3V。
⑤ 繼電特性：下排按鍵選擇“繼電”，指示燈亮，將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器
中心Y 測孔作為非線性-5V～+5V 輸入信號接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測孔，
（B1）單元的K3 開關撥上（-5V）， K4 開關也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測
孔信號輸出繼電特性；數(shù)碼管顯示繼電特性的幅值“X.XX”（V），由（B5）模塊中的“設定電
位器1”控制相應的輸出幅值。
⑥ 飽和特性：下排按鍵選擇“飽和”，指示燈亮，將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器
中心Y 測孔作為非線性-5V～+5V 輸入信號接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測孔，
（B1）單元的K3 開關撥上（-5V）， K4 開關也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測
孔信號輸出飽和特性；左邊2 個數(shù)碼管顯示飽和特性線性區(qū)的斜率“X.X”,由（B5）模塊中的“設
定電位器1”設定斜率；右邊3 個數(shù)碼管顯示飽和輸出的限幅值“X.XX”（V），由（B5）模塊中
的“設定電位器2”設定輸出限幅值。
⑦ 死區(qū)特性：下排按鍵選擇“死區(qū)”，指示燈亮，將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器
中心Y 測孔作為非線性-5V～+5V 輸入信號接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測孔，
（B1）單元的K3 開關撥上（-5V）， K4 開關也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測
孔信號輸出死區(qū)特性；左邊2 個數(shù)碼管顯示死區(qū)特性線性區(qū)的斜率“X.X”,由（B5）模塊中的“設
定電位器1”設定斜率；右邊3 個數(shù)碼管顯示死區(qū)寬度“X.XX”（V），由（B5）模塊中的“設定電
位器2”設定死區(qū)寬度。
⑧ 間隙特性：下排按鍵選擇“間隙”，指示燈亮，將信號發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器
中心Y 測孔作為非線性-5V～+5V 輸入信號接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測孔，
（B1）單元的K3 開關撥上（-5V）， K4 開關也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測孔信號輸出間隙特性；左邊2 個數(shù)碼管顯示間隙特性線性區(qū)的斜率“X.X”,由（B5）模塊中的“設
定電位器1”設定斜率；右邊3 個數(shù)碼管顯示間隙寬度“X.XX”（V），由（B5）模塊中的“設定電
位器2”設定間隙寬度。
⑨ 矩形波/正弦波：上排右按鍵選擇“矩形波/正弦波”，指示燈亮，（B5）模塊“矩形波輸出”
測孔和“正弦波輸出”測孔同時有輸出，‘矩形波’的指示燈也亮，數(shù)碼管顯示矩形波的信息。若
要觀察正弦波的信息，再按一次上排右按鍵，‘正弦波’的指示燈亮，數(shù)碼管顯示正弦波的信息
（波形的控制調節(jié)與單一波形發(fā)生控制相同）。
⑩ 方波/正弦波：上排右按鍵選擇“方波/正弦波”，指示燈亮，（B5）模塊“方波輸出”測孔
和“正弦波輸出”測孔同時有輸出，‘方波’的指示燈也亮，數(shù)碼管顯示方波的信息。若要觀察正
弦波的信息，再按一次上排右按鍵，“正弦波”的指示燈亮，同時，正弦波數(shù)碼管顯示正弦波的
信息（波形的控制調節(jié)與單一波形發(fā)生控制相同）。
注1：顯示與功能選擇模塊（D1）右上角的電位器‘RP5’用于調整該模塊的基準電壓
（+2.40V）。
注2：函數(shù)發(fā)生器（B5）右下角的‘調零’電位器用于調整正弦波輸出的基準零位。上電總
清或按‘復位’鍵總清后，把“正弦波調幅”電位器調到最大，然后調整‘調零’電位器，使“正弦波
輸出”測孔輸出直流電壓為零，即正弦波輸出的基準零位調整成功。
注3：上電總清或按“復位”鍵總清后，數(shù)碼管顯示矩形波信息,矩形波有輸出2 秒寬度的波
形，其他波無輸出。
3．手控階躍信號發(fā)生器（B1）
信號發(fā)生器由手控階躍發(fā)生器（B1-1），幅度控制（B1-2）和非線性輸出（B1-3）組成。
手控階躍發(fā)生模塊由按鈕SB2、L9 燈及二個測孔組成。在B1-1 模塊中，當按鈕SB2 按下
時，L9 燈亮，其‘0/+5V’測孔將從0V 階躍成+5V，‘-5V/+5V’測孔將從-5V 階躍成+5V；當按鈕
彈出時，L9 燈滅，其輸出狀態(tài)相反。（注：該按鈕是一個帶鎖開關，如要改變狀態(tài)必須再按一
次）
幅度控制模塊由開關K3、開關K4 和電位器組成。開關K3 的上端已連接了-5V，下端已
連接了GND；開關K4 的上端已連接了+5V，下端已連接了‘0/+5V’階躍信號輸出。
B1-2 模塊可以有三種狀態(tài)輸出：
⑴ K3 開關撥下，K4 開關撥上，在電位器的Y 測孔可得到‘0～+5V’連續(xù)可調電壓輸出。

⑵ K3 開關撥上，K3 開關也撥上，在電位器的Y 測孔可得到‘-5V～+5V’連續(xù)可調電壓輸
出。
⑶ K3 開關撥下，K3 開關也撥下，在電位器的Y 測孔將得到手控連續(xù)可調‘0～+5V’階躍
信號。
非線性發(fā)生模塊是利用二極管的非線性特性形成非線性輸出，IN 為輸入測孔，OUT 為輸
出測孔。
4．數(shù)模轉換器（B2）
本實驗機采用ADC0832 作為數(shù)/模轉換，可實現(xiàn)8bit 數(shù)字輸入轉換為模擬量。數(shù)字0～0FFH
輸入，經數(shù)/模轉換后OUT1 測孔輸出為0～+5V 模擬量。經運放處理后，在OUT2 測孔輸出為
-5V ～+5V。
5．虛擬示波器（B3）
提供兩通道模擬信號輸入CH1 和CH2 測孔，配合上位機軟件的示波器窗口，可以實現(xiàn)波
形的顯示、存儲，可以有效的觀察實驗中各點信號的波形。詳見本實驗指導書第二章所述。
虛擬示波器每個輸入通道都配有量程開關，當量程開關撥到×1 位置，表示輸入不衰減，輸
入范圍-5V～+5V，如果超出此范圍，應把量程開關撥到×5 位置，此時輸入信號將被衰減5 倍。
6．采樣/保持器（B4）
B4 模塊包含兩組采樣/保持器。采用LF398 實現(xiàn)保持，輸入、輸出電平范圍為±12V?！癐N”
測孔為輸入端；“PU”測孔為采樣控制端，高電平采樣，低電平保持。單穩(wěn)態(tài)電路4538 完成脈
沖整形，“A”測孔為輸入端（0/+5V 上升沿），“Q”測孔為輸出端（100μS 正脈沖）。
本實驗機采用DAC0809 作為模/數(shù)轉換，可實現(xiàn)8bit 數(shù)字輸出。其中“IN4 和IN5”測孔為0～
+5V 模擬量輸入，“IN6 和IN7”測孔為-5V～+5V 模擬量輸入。
7．定時器、中斷單元（B8）
本單元提供CPU 控制模塊中的定時器8253 的計數(shù)器1“CLK1”和“T1”測孔（GATE 己短接
VCC），計數(shù)器2“CLK1、T2 和GATE2”測孔；提供8259 中斷控制器IRQ5 和IRQ6 測孔為CPU
控制模塊的的中斷輸入；固定時鐘（1.229MHz）脈沖輸出測孔；“A 和A\”測孔分別為附加反
相器（74LS14）的輸入端和輸出端，供用戶作為邏輯信號反相用。
8．基準電壓單元（B6）
本單元可提供+Vref（+5.00V）和-Vref（-5.00V）兩種基準電壓。可以通過調整該單元中的W9 和W1 電位器來調整基準電壓。（在出廠時已調整好）注意：該單元的測孔不可隨意插線，
以免損壞基準源。
三．C 實驗區(qū)
C 實驗區(qū)由步進電機模塊、直流電機模塊、溫控模塊和外接接口模塊組成。
1．步進電機模塊（C1）
采用74LS273（8 位D 觸發(fā)器）的低4 位輸出Q1～Q4 經U2003A 來驅動步進電機。
由于步進電機四相長時間通電流會引起電機發(fā)熱，用戶在電機空閑時應注意將各相電流斷
開，即對74LS273（8 位D 觸發(fā)器）的低4 位送‘0’。本實驗采用了35BY48 步進電機。
2．直流電機模塊（C2）
把直流電壓引入到電機輸入測孔，就能驅動直流電機轉動；直流電機測速有兩種方式，電
機轉速的脈沖測速及電壓測速輸出。本實驗采用了BY25 直流電機。
3．溫控模塊（C3）
溫控模塊采用裝在散熱器下的熱敏電阻進行測溫，冷卻（COOL）由74LS273 輸出Q6 控
制，Q6 高電平時風扇轉動進行冷卻。
溫控模塊加熱有兩種方式，模擬電壓加熱及脈寬控制加熱。
① 脈寬控制加熱時：把寬度可調的脈沖加到脈沖加熱測孔，（脈沖幅度＞2.5V 時將加熱，
C3 單元的‘加熱’燈亮；脈沖幅度＜0.8V 時停止加熱，‘加熱’燈滅）。
② 模擬電壓加熱：把0～+5V 直流電壓加到電壓加熱測孔，加熱時，C3 單元的‘加熱’燈
亮，其加熱功率及燈的亮度與加到電壓加熱測孔的電壓成正比。
4．外接接口模塊（C4）
外設溫控模塊
本實驗機的外設溫控模塊是針對鉑電阻PT100 測溫傳感器設計的。外設測溫傳感器（鉑電
阻PT100）的輸入從測溫接口的PT 和GND 端口引入，當被測溫度為0℃時，PT100 呈現(xiàn)100Ω
電阻， 調整調零電位器使之測溫輸出測孔等于0V；被測溫度為280℃時，PT100 呈現(xiàn)205Ω
電阻，調整調滿度電位器使之測溫輸出測孔等于4.98V。調零和調滿度必須反復調整幾遍才可
保證檢測精度。
被測溫度和鉑電阻PT100 的電阻值關系如表1-3 所示。（普通烤箱極限溫度為260℃）
如果用烤箱控制模擬爐溫控制作實驗時，只要把測溫傳感器（鉑電阻PT100）和固態(tài)繼電器裝入烤箱，把測溫傳感器（鉑電阻PT100）的輸出接到測溫接口的‘PT’和‘GND’，作為實驗
機的測溫輸入；把固態(tài)繼電器輸入接到測溫接口的‘Vcc’和‘、O8’，作為實驗機對烤箱的～220V
電源引入的控制即可。表1-3

（4）開關量輸入（DIN），輸出（DOUT）
C4 模塊有6 路開關量輸入，8 路開關量輸出，均為TTL 電平兼容。開關量輸入從J8 引入
到D13（74LS244），再讀入到CPU 控制模塊。開關量輸出由CPU 控制模塊打入到D9（74LS273）
經J8 輸出。
四．CPU 控制模塊
CPU 控制模塊是一個單獨的電路板名稱為ACT88，它裝在實驗機主板的下面，用一個50
芯插頭座，與主板聯(lián)接。CPU 控制模塊包含一個8088 小系統(tǒng)及通訊、中斷等外圍接口電路。
用戶可以對各寄存器、數(shù)據口地址編程操作。