labACT 自控/计控原理实验机构成及说明

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
见附录图1-1
二．D 和B 实验区
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，并实现函数发生器（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1-1。
表1-1 指示灯和数码管的显示对应关系表

（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
4
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。
① 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）。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。
表1-2 函数发生器取值及显示

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）。
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。
手控阶跃发生模块由按钮SB2、L9 灯及二个测孔组成。在B1-1 模块中，当按钮SB2 按下
时，L9 灯亮，其‘0/+5V’测孔将从0V 阶跃成+5V，‘-5V/+5V’测孔将从-5V 阶跃成+5V；当按钮
弹出时，L9 灯灭，其输出状态相反。（注：该按钮是一个带锁开关，如要改变状态必须再按一
次）
幅度控制模块由开关K3、开关K4 和电位器组成。开关K3 的上端已连接了-5V，下端已
连接了GND；开关K4 的上端已连接了+5V，下端已连接了‘0/+5V’阶跃信号输出。
B1-2 模块可以有三种状态输出：
⑴ 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。

⑵ 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。
⑶ 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。
虚拟示波器每个输入通道都配有量程开关，当量程开关拨到×1 位置，表示输入不衰减，输
入范围-5V～+5V，如果超出此范围，应把量程开关拨到×5 位置，此时输入信号将被衰减5 倍。
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）。
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。
7．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。
8．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
C 实验区由步进电机模块、直流电机模块、温控模块和外接接口模块组成。
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。
4．外接接口模块（C4）
外设温控模块
本实验机的外设温控模块是针对铂电阻PT100 测温传感器设计的。外设测温传感器（铂电
阻PT100）的输入从测温接口的PT 和GND 端口引入，当被测温度为0℃时，PT100 呈现100Ω
电阻， 调整调零电位器使之测温输出测孔等于0V；被测温度为280℃时，PT100 呈现205Ω
电阻，调整调满度电位器使之测温输出测孔等于4.98V。调零和调满度必须反复调整几遍才可
保证检测精度。
被测温度和铂电阻PT100 的电阻值关系如表1-3 所示。（普通烤箱极限温度为260℃）
如果用烤箱控制模拟炉温控制作实验时，只要把测温传感器（铂电阻PT100）和固态继电器装入烤箱，把测温传感器（铂电阻PT100）的输出接到测温接口的‘PT’和‘GND’，作为实验
机的测温输入；把固态继电器输入接到测温接口的‘Vcc’和‘、O8’，作为实验机对烤箱的～220V
电源引入的控制即可。表1-3

（4）开关量输入（DIN），输出（DOUT）
C4 模块有6 路开关量输入，8 路开关量输出，均为TTL 电平兼容。开关量输入从J8 引入
到D13（74LS244），再读入到CPU 控制模块。开关量输出由CPU 控制模块打入到D9（74LS273）
经J8 输出。
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。