labACT 自控/計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)成及說(shuō)明

labACT 自控/計(jì)控原理實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)成及說(shuō)明

一．主實(shí)驗(yàn)板的布置簡(jiǎn)圖
見附錄圖1-1
二．D 和B 實(shí)驗(yàn)區(qū)
1．顯示與功能選擇模塊（D1）及函數(shù)發(fā)生器（B5）
D1 實(shí)驗(yàn)區(qū)是一個(gè)顯示與功能選擇模塊，它主要由5 位8 段數(shù)碼管、四個(gè)功能選擇按鍵和
16 個(gè)指示燈、3 個(gè)測(cè)試孔組成。D1 實(shí)驗(yàn)區(qū)是獨(dú)立于實(shí)驗(yàn)機(jī)的CPU 控制模塊，提供控制對(duì)象輸
出顯示，并實(shí)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(hào)測(cè)量
上排左按鍵循環(huán)控制輸入信號(hào)的測(cè)量，包括電壓（-5V～+5V）、電壓（0～+5V）、頻率、
溫度和直流電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)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(yīng)的測(cè)量信息。
信號(hào)的輸入口為模塊中的“電壓測(cè)量”和“頻率測(cè)量”3 個(gè)測(cè)試孔。指示燈和數(shù)碼管的輸出數(shù)據(jù)顯
示對(duì)應(yīng)關(guān)系表見表1-1。
表1-1 指示燈和數(shù)碼管的顯示對(duì)應(yīng)關(guān)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(yīng)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(shí)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(gè)函數(shù)波形調(diào)節(jié)電位器、1 個(gè)波形量程選擇開關(guān)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(shè)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(cè)孔輸出矩形波，左邊2 個(gè)數(shù)碼管顯示矩形波正脈沖的寬度“X.X”或“XX”（秒）, 由“設(shè)定電位
器1”控制相應(yīng)的正脈沖輸出寬度；此外，（B5）模塊中的“量程選擇”開關(guān)還可控制正脈沖輸出
寬度量程（見表1-2）。右邊3 個(gè)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(diào)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(cè)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(guān)置于下檔時(shí)，其零輸出寬度恒保持為2 秒，與正脈沖輸出寬度值無(wú)
關(guān)；“量程選擇”開關(guān)置于上檔時(shí)，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(cè)孔輸出正弦波，左邊2 個(gè)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(diào)幅”
電位器控制變化幅度；右邊3 個(gè)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(yīng)的輸出頻率；此外，（B5）模塊中的“量程選擇”開關(guān)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(gè)數(shù)碼管顯示斜坡信號(hào)的斜率X.X，右邊3 個(gè)數(shù)
碼管顯示斜坡的信號(hào)的寬度X.XX，由（B5）模塊中的“設(shè)定電位器1”控制相應(yīng)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(shè)定電位器1”控制相應(yīng)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(hào)發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器
中心Y 測(cè)孔作為非線性-5V～+5V 輸入信號(hào)接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測(cè)孔，
（B1）單元的K3 開關(guān)撥上（-5V）， K4 開關(guān)也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測(cè)
孔信號(hào)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(shè)定電
位器1”控制相應(yīng)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(hào)發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器
中心Y 測(cè)孔作為非線性-5V～+5V 輸入信號(hào)接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測(cè)孔，
（B1）單元的K3 開關(guān)撥上（-5V）， K4 開關(guān)也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測(cè)
孔信號(hào)輸出飽和特性；左邊2 個(gè)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(shè)
定電位器1”設(shè)定斜率；右邊3 個(gè)數(shù)碼管顯示飽和輸出的限幅值“X.XX”（V），由（B5）模塊中
的“設(shè)定電位器2”設(shè)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(hào)發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器
中心Y 測(cè)孔作為非線性-5V～+5V 輸入信號(hào)接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測(cè)孔，
（B1）單元的K3 開關(guān)撥上（-5V）， K4 開關(guān)也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測(cè)
孔信號(hào)輸出死區(qū)特性；左邊2 個(gè)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(shè)
定電位器1”設(shè)定斜率；右邊3 個(gè)數(shù)碼管顯示死區(qū)寬度“X.XX”（V），由（B5）模塊中的“設(shè)定電
位器2”設(shè)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(hào)發(fā)生器（B1）的幅度控制電位器
中心Y 測(cè)孔作為非線性-5V～+5V 輸入信號(hào)接到函數(shù)發(fā)生器（B5）模塊中的“非線性輸入”測(cè)孔，
（B1）單元的K3 開關(guān)撥上（-5V）， K4 開關(guān)也撥上（+5V），（B5）單元中的“非線性輸出”測(cè)孔信號(hào)輸出間隙特性；左邊2 個(gè)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(shè)
定電位器1”設(shè)定斜率；右邊3 個(gè)數(shù)碼管顯示間隙寬度“X.XX”（V），由（B5）模塊中的“設(shè)定電
位器2”設(shè)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(cè)孔和“正弦波輸出”測(cè)孔同時(shí)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(diào)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(cè)孔
和“正弦波輸出”測(cè)孔同時(shí)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(shí)，正弦波數(shù)碼管顯示正弦波的
信息（波形的控制調(diào)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(diào)整該模塊的基準(zhǔn)電壓
（+2.40V）。
注2：函數(shù)發(fā)生器（B5）右下角的‘調(diào)零’電位器用于調(diào)整正弦波輸出的基準(zhǔn)零位。上電總
清或按‘復(fù)位’鍵總清后，把“正弦波調(diào)幅”電位器調(diào)到最大，然后調(diào)整‘調(diào)零’電位器，使“正弦波
輸出”測(cè)孔輸出直流電壓為零，即正弦波輸出的基準(zhǔn)零位調(diào)整成功。
注3：上電總清或按“復(fù)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(wú)輸出。
3．手控階躍信號(hào)發(fā)生器（B1）
信號(hào)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(gè)測(cè)孔組成。在B1-1 模塊中，當(dāng)按鈕SB2 按下
時(shí)，L9 燈亮，其‘0/+5V’測(cè)孔將從0V 階躍成+5V，‘-5V/+5V’測(cè)孔將從-5V 階躍成+5V；當(dāng)按鈕
彈出時(shí)，L9 燈滅，其輸出狀態(tài)相反。（注：該按鈕是一個(gè)帶鎖開關(guān)，如要改變狀態(tài)必須再按一
次）
幅度控制模塊由開關(guān)K3、開關(guān)K4 和電位器組成。開關(guān)K3 的上端已連接了-5V，下端已
連接了GND；開關(guān)K4 的上端已連接了+5V，下端已連接了‘0/+5V’階躍信號(hào)輸出。
B1-2 模塊可以有三種狀態(tài)輸出：
⑴ K3 開關(guān)撥下，K4 開關(guān)撥上，在電位器的Y 測(cè)孔可得到‘0～+5V’連續(xù)可調(diào)電壓輸出。

⑵ K3 開關(guān)撥上，K3 開關(guān)也撥上，在電位器的Y 測(cè)孔可得到‘-5V～+5V’連續(xù)可調(diào)電壓輸
出。
⑶ K3 開關(guān)撥下，K3 開關(guān)也撥下，在電位器的Y 測(cè)孔將得到手控連續(xù)可調(diào)‘0～+5V’階躍
信號(hào)。
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(cè)孔，OUT 為輸
出測(cè)孔。
4．數(shù)模轉(zhuǎn)換器（B2）
本實(shí)驗(yàn)機(jī)采用ADC0832 作為數(shù)/模轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)8bit 數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換為模擬量。數(shù)字0～0FFH
輸入，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換后OUT1 測(cè)孔輸出為0～+5V 模擬量。經(jīng)運(yùn)放處理后，在OUT2 測(cè)孔輸出為
-5V ～+5V。
5．虛擬示波器（B3）
提供兩通道模擬信號(hào)輸入CH1 和CH2 測(cè)孔，配合上位機(jī)軟件的示波器窗口，可以實(shí)現(xiàn)波
形的顯示、存儲(chǔ)，可以有效的觀察實(shí)驗(yàn)中各點(diǎn)信號(hào)的波形。詳見本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書第二章所述。
虛擬示波器每個(gè)輸入通道都配有量程開關(guān)，當(dāng)量程開關(guān)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(yīng)把量程開關(guān)撥到×5 位置，此時(shí)輸入信號(hào)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(shí)現(xiàn)保持，輸入、輸出電平范圍為±12V?！癐N”
測(cè)孔為輸入端；“PU”測(cè)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(cè)孔為輸入端（0/+5V 上升沿），“Q”測(cè)孔為輸出端（100μS 正脈沖）。
本實(shí)驗(yàn)機(jī)采用DAC0809 作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換，可實(shí)現(xiàn)8bit 數(shù)字輸出。其中“IN4 和IN5”測(cè)孔為0～
+5V 模擬量輸入，“IN6 和IN7”測(cè)孔為-5V～+5V 模擬量輸入。
7．定時(shí)器、中斷單元（B8）
本單元提供CPU 控制模塊中的定時(shí)器8253 的計(jì)數(shù)器1“CLK1”和“T1”測(cè)孔（GATE 己短接
VCC），計(jì)數(shù)器2“CLK1、T2 和GATE2”測(cè)孔；提供8259 中斷控制器IRQ5 和IRQ6 測(cè)孔為CPU
控制模塊的的中斷輸入；固定時(shí)鐘（1.229MHz）脈沖輸出測(cè)孔；“A 和A\”測(cè)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(hào)反相用。
8．基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧˙6）
本單元可提供+Vref（+5.00V）和-Vref（-5.00V）兩種基準(zhǔn)電壓?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整該單元中的W9 和W1 電位器來(lái)調(diào)整基準(zhǔn)電壓。（在出廠時(shí)已調(diào)整好）注意：該單元的測(cè)孔不可隨意插線，
以免損壞基準(zhǔn)源。
三．C 實(shí)驗(yàn)區(qū)
C 實(shí)驗(yàn)區(qū)由步進(jìn)電機(jī)模塊、直流電機(jī)模塊、溫控模塊和外接接口模塊組成。
1．步進(jìn)電機(jī)模塊（C1）
采用74LS273（8 位D 觸發(fā)器）的低4 位輸出Q1～Q4 經(jīng)U2003A 來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。
由于步進(jìn)電機(jī)四相長(zhǎng)時(shí)間通電流會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱，用戶在電機(jī)空閑時(shí)應(yīng)注意將各相電流斷
開，即對(duì)74LS273（8 位D 觸發(fā)器）的低4 位送‘0’。本實(shí)驗(yàn)采用了35BY48 步進(jìn)電機(jī)。
2．直流電機(jī)模塊（C2）
把直流電壓引入到電機(jī)輸入測(cè)孔，就能驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；直流電機(jī)測(cè)速有兩種方式，電
機(jī)轉(zhuǎn)速的脈沖測(cè)速及電壓測(cè)速輸出。本實(shí)驗(yàn)采用了BY25 直流電機(jī)。
3．溫控模塊（C3）
溫控模塊采用裝在散熱器下的熱敏電阻進(jìn)行測(cè)溫，冷卻（COOL）由74LS273 輸出Q6 控
制，Q6 高電平時(shí)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)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(shí)：把寬度可調(diào)的脈沖加到脈沖加熱測(cè)孔，（脈沖幅度＞2.5V 時(shí)將加熱，
C3 單元的‘加熱’燈亮；脈沖幅度＜0.8V 時(shí)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(cè)孔，加熱時(shí)，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(cè)孔的電壓成正比。
4．外接接口模塊（C4）
外設(shè)溫控模塊
本實(shí)驗(yàn)機(jī)的外設(shè)溫控模塊是針對(duì)鉑電阻PT100 測(cè)溫傳感器設(shè)計(jì)的。外設(shè)測(cè)溫傳感器（鉑電
阻PT100）的輸入從測(cè)溫接口的PT 和GND 端口引入，當(dāng)被測(cè)溫度為0℃時(shí)，PT100 呈現(xiàn)100Ω
電阻， 調(diào)整調(diào)零電位器使之測(cè)溫輸出測(cè)孔等于0V；被測(cè)溫度為280℃時(shí)，PT100 呈現(xiàn)205Ω
電阻，調(diào)整調(diào)滿度電位器使之測(cè)溫輸出測(cè)孔等于4.98V。調(diào)零和調(diào)滿度必須反復(fù)調(diào)整幾遍才可
保證檢測(cè)精度。
被測(cè)溫度和鉑電阻PT100 的電阻值關(guān)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(shí)驗(yàn)時(shí)，只要把測(cè)溫傳感器（鉑電阻PT100）和固態(tài)繼電器裝入烤箱，把測(cè)溫傳感器（鉑電阻PT100）的輸出接到測(cè)溫接口的‘PT’和‘GND’，作為實(shí)驗(yàn)
機(jī)的測(cè)溫輸入；把固態(tài)繼電器輸入接到測(cè)溫接口的‘Vcc’和‘、O8’，作為實(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)烤箱的～220V
電源引入的控制即可。表1-3

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