计算机控制系统采样与保持实验,一种计算机控制系统实验箱的制作方法

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计算机控制系统采样与保持实验,一种计算机控制系统实验箱的制作方法

本实用新型属于实验设备领域，具体涉及涉及一种电子、电气类专业在计算机控制系统实验中使用的实验设备。

背景技术：

随着社会工业技术的升级与高新科技产业的技术导向发展，工业界对于学术界，特别是大学的教育质量有了更新的需求，不仅要求学生对于理论知识有扎实的理解，还要求学生有较强的动手能力和灵活的知识运用能力。目前，大学专业课程主要有理论授课、实验教学、实习实训等形式，其中实验教学过程是学生接触的最多的实践教学环节，贯穿专业课授课过程，也与学生所学习的理论知识最为贴合，可以使同学在实验中直观感受生产流程，充分培养学生的实践能力。

经过几轮教科书信息化修订，特别是对于电子、电气类等信息知识更新较快的专业而言，目前市场上大部分的实验辅助设备均面临老旧或不匹配的情况，为了丰富针对计算机编程控制方面的实验辅助设备，本实用新型提出一种计算机控制系统实验箱。实验箱在完成目前专业课知识运用基础上，针对计算机编程控制，新增控制实验选项，深化学生对于知识的理解，提升学生编程控制能力。

因此，就需要一种能够适应新的计算机程序、功能齐全、实验项目多的计算机控制系统实验箱。

技术实现要素：

本实用新型针对现有一种计算机控制系统实验箱不能适应现有的计算机程序、功能少、试验项目少的缺陷，提供了一种能够适应新的计算机程序、功能齐全、实验项目多的计算机控制系统实验箱。

本实用新型所涉及的一种计算机控制系统实验箱的技术方案如下：

本实用新型所涉及的一种计算机控制系统实验箱，它包括电源模块、外设模块、可调电阻、通断连接控制单元、面包板、模拟量模块、调制模块和数字量模块；所述电源模块用于给试验电路供电，所述外设模块用于与外部信号源连接，所述通断连接控制单元用于控制信号的通断，所述面包板用于绘制试验电路，所述模拟量模块用于模拟量的输入和输出，所述调制模块用于调制信号，所述数字量模块用于数字量的输入和输出；所述电源模块和外设模块的输出端与面包板上的试验电路的输入端连接，所述可调电阻和通断连接控制单元的两端分别与面包板上的试验电路连接，所述模拟量模块、调制模块和数字量模块的输入端与面包板上的试验电路的输出端连接，所述模拟量模块、调制模块和数字量模块的输入端的输出端与计算机连接。

进一步地：所述电源模块包括电源开关、电源指示灯、电源接口和供电接口；所述电源开关的一端与电源接口连接，所述电源开关的另一端与电源指示灯的一端连接，所述电源指示灯的另一端与供电接口的输入端连接。

进一步地：所述外设模块包括VGA外设微机接口、AXIS外设接口、CHDO外设接口、ENCI外设接口、ETAIO外设接口和PCSIO外设接口，所述通断连接控制单元包括通断指示灯、通断开关和通断触点，所述通断触点的一端依次串联通断开关和通断指示灯与通断触点的另一端形成回路。

进一步地：所述模拟量模块包括模拟量输入端口和模拟量输出端口，所述调制模块包括PWM调制激励，所述数字量模块包括数字电压I/O接口。

本实用新型所涉及的一种计算机控制系统实验箱的有益效果是：

本实用新型所涉及的一种计算机控制系统实验箱，改善了目前电子、电气类专业实验教学的授课效果，提升学生的编程控制能力，通过增设模拟/数字电压I/O接口，使得计算机控制系统实验过程中的电信号采集更加便捷，增设多类型微机外设接口，使实验箱与微机相连，结合控制软件simulink，利用虚拟示波器显示电压波形，可实现多电压/电流输入波形对比显示，减少示波器等外设，简化实验流程；通过软—硬件结合，不仅可以直观观察、记录实验过程，并且可以利用软件编程控制实验过程，获得理想输出波形；在PID闭环控制中，实现软—硬件共同调节，优化控制过程；增设电路通断控制单元，能够方便实现闭环—开环电路的转换，同时其LED指示灯也可接入电路显示所在电路电流通断情况，其应用于电路通断故障的监测，确保实验过程无误。

附图说明

图1是一种计算机控制系统实验箱面板示意图；

图2是电源模块的电路图；

图3是模拟量输入端口的接线示意图；

图4是AXIS外设接口的接线示意图；

图5是ENCI外设接口的接线示意图；

图6是通断连接控制单元的电路图；

图7是数字电压I/O接口的接线示意图；

图8是模拟量输出端口的接线示意图；

图9是电源指示灯的接线示意图；

图10是通断指示灯的接线示意图；

图中，1为VGA外设微机接口，2为电源开关，3为电源指示灯，4为电源接口，5为供电接口，6为AXIS外设接口，7为CHDO外设接口，8为ENCI外设接口，9为ETAIO外设接口，10为PCSIO外设接口，11为可调电阻，12为通断指示灯，13为通断开关，14为通断触点，15为面包板，16为模拟量输入端口，17为模拟量输出端口，18为PWM调制激励，19为数字电压I/O接口。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本实用新型技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的保护范围中。

实施例1

结合图1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种计算机控制系统实验箱，它包括电源模块、外设模块、可调电阻11、通断连接控制单元、面包板15、模拟量模块、调制模块和数字量模块；所述电源模块用于给试验电路供电，所述外设模块用于与外部信号源连接，所述通断连接控制单元用于控制信号的通断，所述面包板15用于绘制试验电路，所述模拟量模块用于模拟量的输入和输出，所述调制模块用于调制信号，所述数字量模块用于数字量的输入和输出；所述电源模块和外设模块的输出端与面包板15上的试验电路的输入端连接，所述可调电阻11和通断连接控制单元的两端分别与面包板15上的试验电路连接，所述模拟量模块、调制模块和数字量模块的输入端与面包板15上的试验电路的输出端连接，所述模拟量模块、调制模块和数字量模块的输入端的输出端与计算机连接。如此设置的目的是，实验箱接口全部置于实验面板之上，包括外设接口部分、指示部分、模拟/数字信号输入输出部分等，配合对应芯片电路，通过模块之间的相互作用实现不同的计算机控制电路所要实现的目的。

实施例2

结合图2和实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种计算机控制系统实验箱，所述电源模块包括电源开关2、电源指示灯3、电源接口4和供电接口5；所述电源开关2的一端与电源接口4连接，所述电源开关2的另一端与电源指示灯3的一端连接，所述电源指示灯3的另一端与供电接口5的输入端连接。如此设置的目的是，通过电源模块实现不同的电压供给，以满足电能的需要。

实施例3

结合图3、图4、图5和实施例2说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种计算机控制系统实验箱，所述外设模块包括VGA外设微机接口1、AXIS外设接口6、CHDO外设接口7、ENCI外设接口8、ETAIO外设接口9和PCSIO外设接口10，所述通断连接控制单元包括通断指示灯12、通断开关13和通断触点14，所述通断触点14的一端依次串联通断开关13和通断指示灯12与通断触点14的另一端形成回路。如此设置的目的是，所述外设模块用于接收不同信息，外设接口在微型计算机和外围设备之间起着桥梁的作用，主要有以下功能：寻址功能：选择多个I/O接口中的其中一个端口；数据的寄存和缓冲功能；数据转换功能；联络功能；中断管理或DMA管理功能；命令控制。所述通断连接控制单元用于控制计算机控制电路的子电路的通电。

实施例4

结合图6-图10以及实施例3说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种计算机控制系统实验箱，所述模拟量模块包括模拟量输入端口16和模拟量输出端口17，所述调制模块包括PWM调制激励18，所述数字量模块包括数字电压I/O接口19。所述VGA外设微机接口1的型号为CN19/CN20CN21GT2-400-ACC2。如此设置的目的是，所述模拟量模块可以采集模拟量(如电压，电流，热电偶，热电阻，温度等数值)，通过数据总线与计算机进行互通，通信协议采用MODBUS RTU协议，与工业现场数据采集实现了统一对接，编程起来也很方便。

通过本实施例所涉及的一种计算机控制系统实验箱，可完成以下实验：

(1)数/模转换实验

该实验要求学生掌握数/转换器DAC0832芯片的性能、使用方法及对应的硬件电路，并编写程序控制D/A输出的波形，使其输出周期性的三角波。在实验中使用供电接口5的+5V和GND接口为DAC0832电路供电，数字电压I/O接口19为DAC0832电路提供数字电压输入量，DAC0832电路输出的模拟电压量连接模拟量输入端口16，AXIS1接口6、VGA接口1连接微机，使模拟量输入端口16接收到的模拟量数值导入simulink软件，在屏幕虚拟示波器中以波形的形式显示，控制波形过程在simulink中编程实现。

(2)模/数转换实验

模/数转换实验运用的芯片为ADC0809，所用实验箱接口资源与数/模转换相同，使用供电接口5的+5V和GND接口为ADC0809电路供电，此实验中采用模拟量输出端口17为ADC0809电路提供模拟电压输入量，ADC0809电路输出端口连接数字电压I/O接口19输出数字电压量，数字电压波形最终在微机的虚拟示波器中显示。

(3)采样与保持实验

采样与保持实验要求学生了解模拟信号到计算机控制的离散信号的转换-采样过程，使用模/数转换模块以一定的采样周期对模拟量输出端口产生的正弦波信号采样，送至虚拟示波器显示，比较在不同采样周期下输入及输出的波形(失真程度)。具体转换及显示过程与上述模/数转换实验相似。

(4)标准PID控制实验

标准PID控制实验要求学生了解和掌握控制系统的PID控制算法的虚拟表达式、后向差分方程的建立方法，以及对应的电路设计原理，观察和分析标准PID控制系统中，P、I、D参数对输出波形的影响；实验包括A/D转换和D/A转换环节，作用是提取电路中模拟量进行计算，并引入下一级控制，与实验(1)(2)操作过程相同，在控制P、I、D参数过程中需要利用可调电阻11来调节电路输出，根据模拟示波器波形选择适合的可调电阻11数值。通过simulink软件中编程设置时间常数等参数，来优化控制过程。

(5)温度闭环控制实验

温度闭环控制实验需要学生根据实验要求，即加温速率(上升时间)、超调量、调节时间及误差，选择P、I、D控制参数、积分控制量实现温度闭环控制，观察温度控制曲线；该实验与PID控制环节与实验(4)相似，引入实际控制场景——温度控制，在实验中需要连接温度模块，并建立闭环系统。