计算机控制技术实验报告

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1、计算机控制技术实验报告实验一信号的采样与保持一、实验目的1．熟悉信号的采样和保持过程。2．学习和掌握香农(采样)定理。3．学习用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。二、实验设备PC机一台，TD-ACS实验系统一套，i386EX系统板一块。三、实验原理香农（采样）定理：若对于一个具有有限频谱（）的连续信号进行采样，当采样频率满足时，则采样函数能无失真地恢复到原来的连续信号。为信号的最高频率，为采样频率。四．实验内容1．采样与保持编写程序，实现信号通过A/D转换器转换成数字量送到控制计算机，计算机再把数字量送到D/A转换器输出。实验线路图如图2-1

2、所示，图中画“○”的线需用户在实验中自行接好，其它线系统已连好。图2-1采样保持线路图控制计算机的“OUT1”表示386EX内部1#定时器的输出端，定时器输出的方波周期＝定时器时常，“IRQ7”表示386EX内部主片8259的“7”号中断，用作采样中断。正弦波单元的“OUT”端输出周期性的正弦波信号，通过模数转换单元的“IN7”端输入,系统用定时器作为基准时钟（初始化为10ms），定时采集“IN7”端的信号，转换结束产生采样中断，在中断服务程序中读入转换完的数字量，送到数模转换单元，在“OUT1”端输出相应的模拟信号。由于数模转换器有输出锁存能

3、力，所以它具有零阶保持器的作用。采样周期T=TK×10ms，TK的范围为01~FFH，通过修改TK就可以灵活地改变采样周期，后面实验的采样周期设置也是如此。零阶采样保持程序流程图如图2-2所示。图2-2零阶采样保持程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-2编写零阶保持程序，编译、链接。（2）按照实验线路图2-1接线，检查无误后开启设备电源。（3）用示波器的表笔测量正弦波单元的“OUT”端，调节正弦波单元的调幅、调频电位器及拨动开关，使得“OUT”端输出幅值为3V，周期1S的正弦波。（4）加载程序到控制机中，将采样周期变量“Tk”加入到变量监视中

4、，运行程序，用示波器的另一路表笔观察数模转换单元的输出端“OUT1”。（5）增大采样周期，当采样周期>0.5S时，即Tk>32H时，运行程序并观测数模转换单元的输出波形应该失真，记录此时的采样周期，验证香农定理。2．信号的还原编写程序，分别用直线插值法和二次曲线插值法还原信号。从香农定理可知，对于信号的采集，只要选择恰当的采样周期，就不会失去信号的主要特征。在实际应用中，一般总是取实际采样频率比大，如：。但是如果采用插值法恢复信号，就可以降低对采样频率的要求，香农定理给出了采样频率的下限，但是用不同的插值方法恢复信号需要的采样频率也不相同。（1

5、）直线插值法（取）利用式1.2-1在点（X0，Y0）和（X1，Y1）之间插入点（X，Y）。其中：X1−X0为采样间隔，Y1−Y0分别为X1和X0采样时刻的AD采样值。（2）二次曲线插值法（取）：其中，直线插值与二次曲线插值程序流程图如图2-3所示。图2-3直线插值与二次曲线插值程序流程图实验步骤：（1）参考流程图2-3分别编写直线插值和二次曲线插值程序，并编译、链接。（2）按照线路图2-1接线，检查无误后，开启设备电源。调节正弦波单元的调幅、调频电位器，使正弦波单元输出幅值为3V，周期1S的正弦波。（3）分别装载并运行程序，运行程序前将采样周期

6、变量Tk加入到变量监视中，方便实验中观察和修改。用示波器观察数模转换单元的输出，和零阶保持程序的运行效果进行比较。由上述结果可以看出：在采样频率Ws=10Wmax时，用三种方法还原信号，直线插值要好于零阶保持，二次曲线插值好于直线插值。采用合理的插值算法可以降低信号的失真度，在允许的范围内可以有效地降低对采样频率的要求。（4）（3）中是在同一采样频率下，比较三种方法还原信号的效果，实验中也可比较一种还原方法在不同采样频率下的效果。对于零阶保持来说：当采样频率≥信号频率的10倍时，即信号的还原效果较好。对于直线插值来说：当采样频率≥信号频率的5倍

7、时，即信号的还原效果较好。对于二次曲线插值来说：当采样频率≥信号频率的3倍时。信号的还原效果较好。五．实验结果采样周期Tk=05H时的输出波形：采样周期Tk=33H时的输出波形为：由得到的实验结果可以看出:采样周期Tk=05H时，输出波形与原来基本相同；Tk>32H时输出波形产生失真。信号还原实验结果：Tk=0AH时，三种方法还原得到的结果：直线差值的输出波形：二次曲线插值的输出波形：零阶保持输出波形：实验二数字滤波一、实验目的1．学习和掌握一阶惯性滤波。2．学习和掌握四点加权滤波。二、实验设备PC机一台，TD-ACS实验系统一套，i386EX

8、系统板一块。三、实验原理一般现场环境比较恶劣，干扰源比较多，消除和抑制干扰的方法主要有模拟滤波和数字滤波两种，由于数字滤波方法成本低、可靠性高、无阻抗