计算机控制技术实验报告.doc

计算机控制技术实验报告实验一信号的采样与保持一、。(采样)定理。。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。,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,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>,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。,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)直线插值法(取)-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。=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、。。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