机电一体化创新综合实验
第一部分课程总览
第二部分综合实验
Labi光电传感器自动跟踪小车
Lab2光电传感器测距功能测试
Lab3光电传感器位移传感应用
Lab4超声波传感器测试
Lab5超声波传感器位移传感应用
第三部分创新实验
双轮自平衡机器人；
碰触传感机器人设计(Microsoft Robotics Studio平台)；寻线机
器人的仿真和建模及实例(基于Lejos-Osek设计一个机器人的实例)；
自己提出一个合理的项目
第一部分
课程总览
一、目的与意义
提倡“素质教育”、全面培养和提高学生的创新以及综合设计能力是当前高等工科院校实验教学改革的主要目标之一。为适应素质教育的要求，高等工科院校的实验课程正经历着从“单一型” “验证型”向“设计型”“开放型”的变革过程。我院测试及控制类课程《电工电子技术》《测试技术》《微机原理及接口技术》等课程涵盖了机械设备及加工过程测试控制相关的电子电路、传感器、信号处理、接口、控制原理、测控计算机软件等理论及技术，具有综合性、实践性强的特点，
但目前各课程的实验教学存在着孤立、分散、缺乏系统性的问题。为促进机械工程学科学生对于计算机测控技术的工程创新设计能力、促进相关理论知识的理解和灵活应用，本机电一体化创新综合实验以丹麦乐高(LEGO )公司教育部开发的积木式教学组件一智力风暴(MINDSTORMS)为基础进行。
采川LEGO MINDSTORMS为基础建立开放型创新实验室，并根据我院测试及控制类课程《电工电子技术》《测试技术》《微机原理及接口技术》等课程设计多层次的综合创新实验设计项目，具有技术综合性和趣味性以及挑战性，能有效激发学生的学习兴趣，使学生在实践项目的过程中激发和强化他们的创造力、动手能力、协作能力、综合能力和进取精神；可使学生在实施项目的过程中对材料、机械、电子、计算机硬件、软件均有直观的认知并掌握机械工程测试与控制的综合分析设计能力。
二、实验基础
2.1 LEGO MINDSTORMS 控制器硬件
要求认识和理解RCX、NXT的基本结构，输入输出设备及接口，DCP传感器及接口，并熟练进行连接与操作。
2.2根据具体的实验要求选择适合的软件
Microsoft Robotics Studio 基础
VPL编程
Microsoft Robotics Studio 软件
Robolab 软件
NXT软件
Mat lab等等
2.3授课方式：
课堂讲授，编程以自学为主
参考书：
《LEGO快速》
《乐高组件和ROBOLAB软件在工程学中的应用》
《R0B0LAB2. 9编程指南》
《ROBOLAB研究者指南》
各类有关乐高机器人的网站和论坛
附录：小车搭建步骤见“9797手册”
三、综合实验任务及要求
Lego组件具有强大的灵活性，可根据我院教学任务分层次、分阶段的实验项目，根据涉及的技术层次以及难度拟分为指定项目实验（基础实验部分）以及创新综合实验两个层次，其中指定项目实验学生根据教师指定的参考项目设计方案完成指定对象的测试与控制的设计和实现；创新综合实验则仅给出某个测控主题及目标，由学生分组自行完成全部设计与构建。
3.1指定项目实验（基础实验部分）
3.1.1 Labi光电传感器自动跟踪小车（必选）
内容：搭建小车并使之自动跟踪黑色轨迹。
目的：熟悉ROBOLAB编程方法以及NXT使用。
3.1.2 Lab2光电传感器测距功能测试
内容：测试LEGO光电传感器的特性,并熟悉ROBOLAB测试环境的应用。
目的：确定光电传感器用于测距的线性范围及特性。
3.1.3 Lab3光电传感器位移传感应用
内容：应用光感的局部线性特征搭建可与障碍物保持给定距离的小车，测试LEGO光电传感器的距离传感性能。
目的：采用光电传感器进行距离测量。
3.1.4 Lab4超声波传感器测试
内容：应用超声波传感器线性特征搭建小车，并与障碍物保持一定的距离，测试其线性范围。
目的：确定超声波传感器用于测距的线性特性。
3.1.5 Lab5超声波传感器位移传感应用
内容：应用超声波传感器闪避障碍物，测试LEGO超声传感器的距离传感性能。
目的：
四、创新实验设计
a.双轮自平衡机器人；
b.碰触传感机器人设计（基于Microsoft Robotics Studio平台）；
c.寻线机器人的仿真和建模及实例（基于Lejos-Osek设计-?个机器人的实例）；
d.自己提出一个合理的项目
4.1综合实验说明书要求
编写说明书是综合实验的…个重要组成部分，它反映学生在整个设计过程中的工作表现和能力，编写设计说明书也是培养学生科技写作能力的一次训练，设计说明书应力求简洁、文理通顺、字迹工整。设计说明书的内容应包括
①实验报告以小组为单位，每小组一份
②实验目的
③实验要求
④小组成员分工
⑤软件设计，程序流程图，ROBOLAB VI程序及截图
⑥调试过程出现的问题及解决方案
⑦结论（实验结果，体会与建议，可附上有创意的小车图片）
⑧附机械结构图，算法流程图，数据处理表等等；
⑨LEGO硬件结构的设计
⑩测试与控制算法以及软件编程；
11?实验结果，测试数据记录，分析；
12.收获、体会，意见及建议；
4.2时间安排
《机电一体化创新综合实验》教学计划时间为：日上午, 为了使课程设计能按吋完成，其时间安排如下：
4.2.1阅读综合实验指导书，了解设计任务和要求，查阅参考资料，2?3天；
4.2. 2各班与老师联系上机调试时间
4.3课程设计成绩的评定
4.3.1成绩的评定，根据学生在整个设计过程中的表现、设计和制作水平，动手操作能力，设计说明书的编写质量等项目的评分综合评定。
4.3.2答辩成绩分优秀、良好、中等、合格和不合格五级。
第二部分
基础实验
Labi光电传感器自动跟踪小车
1.实验目的：
＞了解光电传感器感光特性；
＞掌握LEGO基本模型的搭建；
＞基本掌握ROBOLAB软件；
2.实验要求：
能做搭建比较牢靠的小车模型，能够实现小车沿着黑线行走（实际上是沿着黑线走Z字形）O
3.软件设计：
编写程序流程图并写出程序。程序可参考下图：
4.测试环境:
如图所示:
5.实验步骤：
1）搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计（创新可加分）。
2）用ROBOLAB编写上述程序。（也可以自己编程序）
3）将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。点击ROBOLAB的RUN按钮，传送程序。
4）取有黑线的白板，运行程序，观察小车的运动情况，不断的调试，力求沿黑线走得越快越好。
?实验目的
?实验要求
?小组成员分工
?软件设计，程序流程图，ROBOLAB VI 程序及截图
?调试过程出现的问题及解决方案
?结论（实验结果，体会与建议等，可附上有创意的小车 图片） 7.注意事项：
?光电传感器对环境光较为敏感，现采用直接采光装置，提 高对环境的适应度。另外，采川光电传感器的自身光源, 最大限度的减少环境光对实验的不利影响。
?小车在行进之中，并不能保证轨迹完全沿着黑线行走，而 是沿着黑线走Z 字形。
6.
Lab2光电传感器测距功能测试
1.实验目的：
＞了解光电传感器测距的特性曲线；
＞掌握LEGO基本模型的搭建；
＞熟练掌握ROBOLAB软件。
2.实验要求：
能够用LEGO积木搭建小车模式，并在车头安置光电传感器。能在光电传感器紧贴红板，以垂直红板的方向作匀速直线倒车运动过程中进行光强值采集，绘制出时间一光强曲线，然后推导出位移一光强曲线及方程。
3.软件设计：
编写程序流程图并写出程序。程序可参考下图：
4.测试环境：如图所示:
红板
光电俊感益
直尺
注意事项：实验应尽量降低环境干扰因素，同时小车的设计宜使速度尽量低。（如何在马达的能量一定的情况下，降低小车的速度？）
5. 实验步骤：
① 搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计（创新可加分）。 ② 用ROBOLAB 编写上述程序。
③ 将小车与电脑用USB 数据线连接，并打开NXT 的电源。 点
击ROBOLAB 的RUN 按钮，传送程序。
④ 取一红颜色的纸板（或其他红板）竖直摆放，并在桌面平 面与
纸板垂直方向放置直尺，用于记录小车行走的位移。
⑤ 将小车的光电传感器紧贴红板放置，用电脑或NXT 的红 色按钮启动小车，进行光强信号的采样。从直尺上读取小 车的位移。
⑥ 待小车发出音乐后，点击 ROBOLAB
的数据采集按钮，进行 数据采集，将
数据放入红色容器。 共进行四次数据
釆集。如图所示：
⑦ 点击ROBOLAB 的计算按钮，分别 对
四次采集的数据进行同时显示、 平均
线及拟和线处理。 可参考左图传动机构设计。
File JRUife 10 』卫71
数据显示
平均线
拟和线
⑧利用数据处理结果及图表，得出时间同光强的对应关系。再利
用小车位移同时间的关系（近似为匀速直线运动），推导出小车位移同光强的关系表达式（从上面的图中你能读出什么？对比拟合线和平均线你可以从中知道什
么？）o
2.实验报告要求：
?实验目的
?实验要求
?小组成员分工
?软件设计，程序流程图，ROBOLAB VI程序及截图
?调试过程出现的问题及解决方案
?实验数据表格
?实验数据曲线图截图
?位移与光强拟合函数及在图中可以看出和推导出的物理量。
?结论（实验结果，体会与建议等，可附上有创意的小车图片）3.注意事项：
?光电传感器对环境光较为敏感，故应釆用-淀的遮光措施, 使环境尽量的暗，增大光强变化范围，提高定位准确度。另外，采用
光电传感器的自身光源，最大限度的减少环境光对实验的不利
影响。
?小车在行进之中，并不能保证轨迹完全与红板垂直，可以采取固定后轮的方式，强制小车直线运动。
?由于光电传感器的自身光源为红色光，故采用红板反射效果最好。在同等条件下，白板的反射光强曲线较陡。
?由于线性区域很窄，故只用低速档并可以考虑采用齿轮减速机构，使速度尽量的慢，得到较为理想的曲线
Lab3光电传感器位移传感应用
1.实验目的：
＞掌握利用光感的局部线性特征进行测距的方法。
2.实验要求：
小车由出发点向障碍物方向匀速行进，距离3CM、2CM、1CM吋各停止5秒钟并以不同音调提示到达指定位置。回程
亦然并停止在3CM位置。测量小车到达各目标位置的实际位
置。重复实验三次并记录相关数据。
3?软件设计:
自行设计软件流程图及程序。
4.测试环境：如图所示:
红板
光电传感器
直尺
5. 实验步骤：
1）搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计（创新可加分）。
2）用ROBOLAB编写程序（控制阈值需要修改）。
3）将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。点击ROBOLAB的RUN按钮，下载程序。
4）取一红颜色的纸板竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直方向放置直尺，用于记录小车与红板之间的距离。
5）将小车的正对红板放置，与红板距离约为4cmo用电脑或
NXT的红色按钮启动小车。每逢小车停顿，从直尺上读取小车的位移。重复三次。
6）将记录的数据记录在自制的表格中。（可以川办公软件绘
制表格和图形）
6.实验报告要求:
?实验目的
?实验要求
?小组成员分工
?软件设计，程序流程图，ROBOLAB VI程序及截图
?调试过程出现的问题及解决方案，至少一种解决方案。
?实验数据表格（可截图）
?实验数据關线（可截图）
?结论（实验结果，体会与建议等，可附上创意部分的图片）
?你能把光电传感器的光感和位移的关系应川到其它方面吗？请把你的想法用Lego表达出来。
7. 注意事项：
?光电传感器对环境光较为敏感，故应采川一定的遮光措施, 使环境尽量的暗，增大光强变化范围，提高定位准确度。另外，
本实验采用光电传感器的自身光源，最大限度的减少环境光对实
验的不利影响。
?小车在行进之中，并不能保证轨迹完全与红板垂直，可以采取固定后轮的方式，强制小车直线运动。
?由于光电传感器的自身光源为红色光，故采用红板反射效果最好。
在同等条件下，白板的反射光强曲线较陡。
?由于控制的位移很小，故尽量采川低速档及齿轮减速机构, 使速度尽量的慢。另外一开始摆放的距离也不宜太大，尽量减小惯性，才
能得到较为精确的控制。
?读取直尺数值时尽量保持以垂直桌面的角度，减小误差。
Lab4超声波传感器测试
1.实验目的：
＞了解确定超声波传感器用于测距的线性特性；
＞掌握LEGO基本模型的搭建；
＞熟练掌握ROBOLAB软件；
2.实验要求：
测试LEGO超声波传感器的特性，并熟悉ROBOLAB测试环境的应用。超声波传感器其工作原理是把特殊的声波发送出去，声波经过障碍物后反射回來，控制器把发送与接收的时间进行计算和分析，把距离算出来。
3.软件设计：
编写程序流程图并写出程序。程序可参考下图：
■1
4.测试环境：如图所示：在小车前面是平面墙。
光电传感器
直尺
注意事项：实验应尽量降低环境干扰因素，把超声波传感器对准障
碍物，障碍物要尽量大。
5.实验步骤:
1）把采样总数设为50,运行小车获取测试数据;
2）在ROBOLAB 的数据分析环境中得到超声波感器特性曲 线，如下图所示；
3） 分析超声波传感器特性曲线，是否存在线性或近似线性范
围？
4） 在同等条件下重复实验三次，得到相应实验曲线图片保存
下
来；如图所示
nie east rroject 丄p Co ?
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35
30
25
20
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5）在ROBOLAB 计算环境中选取compute tools 3,得到三次
实验的平均值曲线，如下图所示; 为"□
0 (X) 0 L0 0.20 0 切 40 0.50 0.60 时冋（杪）
TO 0. eo 0.90 1.03
6）取三次实验小车位移的平均值，分析与ROBOLAB中的距离值与测数值的拟合程度。
7）根据线性范围修改采样数，如20,再进行上述实验；比较两次的结果，你得到什么结论，你从图中可以得到哪些其它的结论。
8）分析该超声波电传感器用作位移传感器的可行性。
9）对比分析光电传感器与超声波传感器在测量距离时的优点与缺点。
10）用实验求出自己用的超声波传感器的最小测量距离，要求把程序与数据采样截图写在实验报告上。
6.实验报告要求：
?实验目的
?实验要求
?小组成员分工
?软件设计，程序流程图，ROBOLAB VI程序及截图
?调试过程出现的问题及解决方案
?实验数据表格
?实验数据曲线图截图
?位移与光强拟合函数
?结论（实验结果，体会与建议，附上有创意的小车图片）?你知道超声波还有其它的应用吗？请把你的想法和创意用Lego表达出来。
Lab5超声波传感器位移传感应用
1.实验目的：
＞掌握及确定超声波传感器用于测距以及把测出的数据控制电机的转动的应用，以及感性认识超声波传感器的工作原理。
＞测试LEGO超声波传感器的特性，并熟悉ROBOLAB中容器和跳转语句以及判断语句的应用。
2.实验要求：
设计小车能根据障碍物的距离进行速度反应，如果距离高于设定值，小车会向前运动，而且速度会根据离设定地点的距离的大小而变化，距离越大，速度越大；如果距离低于设定值，小车会向后运动，而且速度会根据离设定地点的距离的大小而变化，距离越大，速度越大。（提示：设计时要注意容器的使用，要把超声波反馈回來的数据放到容器里面，调用容器来确定电机的转速。容器存放的数值是整数，如果是小数会四舍五入取整。）
3.软件设计：
自行设计软件流程图及程序。
4.测试环境：
如图所示，在小车前一定距离用手移动障碍物，
障碍物要尽量大，可以用大课本代替。
5.调试与分析
1）运行小车，移动障碍物，观察小车的运动，并做纪录；
2）改变设定的距离，按（1）进行观察；
3）分析小车是否会根据距离的无穷远而电机的速度会变得无穷大，为什么？
4）把自己的算法写出来，并加以分析；
5）如果障碍物突然消失，超声波不能返回而小车一直往后，设计一个方案使小车的电机不受损坏；（提示：加上一个触动传感器）
6）分析自己的程序在离设定距离多远处开始小车的速度不再受距离影响；
7）分析光电传感器能否换成超声波传感器，为什么？（写一
卜?自己的看法，理由）
6.实验步骤:
1、搭建小车模型，沿川LAB2小车结构。可以自己设计。
2、编写程序。
a .设定距离（如75cm）
b.把超声波的数据存放到容器里面，接着在容器中运算, 把与设定距离的差额L算出来。
c.把差额L进行运算转化为马达的转速。
d?用跳转指令把上述的动作循环。（特别提示：电机的转速范围为0?5,大
于5的都只能按5的速度来运动，可以试验。）
3、下载并开始实验。
7.实验报告要求:
?实验项目目标
?项目小组成员及分工
?硬件结构（采用LEGO摄像头拍摄结构照片）
?软件设计，程序流程图，ROBOLAB VI程序及截图
?回答调试与分析中的问题
?写出自己的算法并分析
?调试过程出现的问题及解决方案
?实验数据表格
?实验数据曲线图
?结论（实验结果，体会与建议等）
第三部分创新实验
机电一体化创新设计实验
机电一体化创新设计(Mechanical & Electrical Integration Creative Design, ME I CD)是指在机构的主功能，动力功能，信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械设计与电子化设计及软件结合起来所构成系统的总称。
机电一体化发展至今已经发展成一门有自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本的特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用机械技术，微电子技术，自动控制技术，计算机技术，信息技术，传感测控技术，电力电子技术，接口技术，信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置和布局各功能单元，在多功能，多质量，高可靠性，低能耗的意义上实现特定的功能价值，并使整修系统功能最优化的系统工程实验。
针对学院测试及控制类课程《电工电子技术》、《测试技术》、《微机原理及接口技术》等课程涵盖了机械设备及加工过程测试控制相关的电子电路、传感器、信号处理、接口、控制原理、测控计算机软件等理论及技术，具有综合性、实践性强的特点，但目前各课程的实验教学存在着孤立、分散、缺乏系统性的问题。为促进机械工程学科学生对于计算机测控技术的工程创新设计能力、促进相关理论知识的理解和灵活应用，本机电一体化创新综合实验正是适应了机电一体化技术的要示，以丹麦乐高(LEGO) 公司教育部开发的积木式教学组件一智力风暴(MINDSTORMS)为基础进行。采用LEGO MINDSTORMS为基础建立开放型创新实验室，并根据学院测试及控制类课程《电工电子技术》、《测试技术》、
《微机原理及接口技术》等课程设计多层次的综合创新实验设计项目，具有技术综合性和趣味性以及挑战性，能有效激发学生的学习兴趣，使学生在
“计算机组成原理” 实验指导书 伟丰编写 2014年12月
实验一算术逻辑运算实验 一、实验目的 1、掌握简单运算器的组成以及数据传送通路。 2、验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能。 二、实验容 运用算术逻辑运算器进行算术运算和逻辑运算。 三、实验仪器 1、ZY15Comp12BB计算机组成原理教学实验箱一台 2、排线若干 四、实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图1-1所示。其中运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS273）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据输入开关（INPUT）用来给出参与运算的数据，并经过一三态门（74LS245）和数据总线相连。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连。数据显示灯已和数据总线（“DATA BUS”）相连，用来显示数据总线容。
图1-l 运算器数据通路图 图1-2中已将实验需要连接的控制信号用箭头标明（其他实验相同，不再说明）。其中除T4为脉冲信号，其它均为电平控制信号。实验电路中的控制时序信号均已部连至相应时序信号引出端，进行实验时，还需将S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU_G、SW_G 各电平控制信号与“SWITCH”单元中的二进制数据开关进行跳线连接,其中ALU_G、SW_G 为低电平有效，LDDR1、LDDR2为高电平有效。按动微动开关PULSE，即可获得实验所需的单脉冲。 五、实验步骤 l、按图1-2连接实验线路，仔细检查无误后，接通电源。（图中箭头表示需要接线的地方， 2、用INPUT UNIT的二进制数据开关向寄存器DR1和DR2置数，数据开关的容可以用与开关对应的指示灯来观察，灯亮表示开关量为“1”，灯灭表示开关量为“0”。以向DR1中置入11000001（C1H）和向DR2中置入01000011（43H）为例，具体操作步骤如下：首先使各个控制电平的初始状态为：CLR=1，LDDR1=0，LDDR2=0，ALU_G=1，SW_G=1，S3 S2 S1 S0 M CN=111111，并将CONTROL UNIT的开关SP05打在“NORM”状态，然后按下图所示步骤进行。
EFPLC/S7－300实验装置实验指导手册 上海新奥托实业有限公司 2004年6月
目录 实验一五星彩灯实验 实验二三相电机控制实验 实验三八段数码管显示实验 实验四交通信号灯控制实验 实验五洗衣机自动控制实验 实验六水塔水位自动控制实验 实验七多种液体自动混合控制实验实验八自动送料车控制实验
实验一 五星彩灯 一、 实验目的 编制PLC 程序，组成不同的灯光闪烁状态。 二、 实验设备 1、 EFPLC 可编程序控制器实验装臵。 2、 五星彩灯及八段码显示实验板EFPLC0101如图所示。 3、 连接导线若干。 三、 实验内容 1、 控制要求：10个红色发光二极管，L1-L10的亮、暗组合须有一定的规律。隔1秒钟，变化一次，周而复始循环。 2、 I/O （输入、输出）地址分配 五星彩灯板上J3接EFPLC 实验装臵上的J2。 输出点定义： 3、 按照要求编写程序（参照程序示例） 4、 运行 启动程序，仔细观察L1~L10亮暗组合次序是否符合设计要求。若不符合，反复调试；符合则可停止程序。 +24V DC 0V L1 L2 L3 L4 L5 L10 L6 L7 L8 L9 a g d b c .h f e 五星彩灯 数码管 五星彩灯及八段码显示
实验二 三相电机控制 一、 实验目的 通过本实验，了解三相电机正反转、自锁、互锁和Y/△启动。 二、 实验设备 1、 EFPLC 可编程序控制器实验装臵。 2、 电机控制实验板EFPLC0106如图所示。 三、 实验内容 1、 控制要求： 按下正转按钮SB1，KM1继电器吸合（指示灯亮），三相电动机Y 形启动，（KMY 继电器吸合，指示灯亮）。3秒后△形正常运行。按下停止按钮SB3电机应立刻停止运行。在这整个过程中按反转按钮SB1应不起任何作用。 按下反转按钮SB2，三相电动机Y 形启动。3秒后△形正常运行。按下停止按钮SB3电机应立刻停止运行。在这整个过程中按正转按钮SB1应不起任何作用。 2、 I/O （输入、输出）地址分配 3、 按照要求编写程序（参照程序示例） 4、 运行 对应程序进行反复调试、反复运行，直至可正常操作为止。 四、 编程练习 要求：在正转时按下反转按钮，电机应停转一段时间（5秒-10秒，保证电机确实已停）后，电机再自动Y/△启动反转。在反转时，按下正转按钮，也具有同样效果。按停止按钮，电机应停止运行。 KM2 KM1 KM △ KM2 SB1 KM2 SB2 KM1 SB3 KM △ KM Y 24V 0V 电 控 制 DC 电机控制 KM1 KM2 KM KM2 SB1 SB2 SB3 KM1 KM2 KMY KM +24V 0V
实验四机构运动简图测绘 一、实验目的 1.对运动副、零件、构件及机构等概念建立实感。 2.培养依照实物机械绘制其机构运动简图的能力。 3.熟悉机构自由度的计算方法。 二、实验设备及用具 1.牛头刨床模型，抛光机模型等各种机构模型 2.学生自备：圆规、分规、有刻度的三角板（或直尺）、铅笔、橡皮及草稿纸等。 三、实验要求 实验前必须认真预习实验指导书和阅读教材中的有关章节，熟悉绘制机构运动简图的基本要求，掌握机构自由度的计算方法。实验时根据给出的机构模型，仔细观察和分析后，正确绘制机构运动简图。要求每位同学画出3~4个机构运动简图，并计算机构自由度，把计算结果与实际机构进行比较，验证其有无错误。 四、基本原理 机构的运动与机构中构件的数目、运动副的类型、数目及运动副的相对位置有关，而与构件的外形、组成构件的零件数目及固联方式、运动副的具体结构等无关。因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的复杂外形和运动副的具体构造，而用简单的符号来代替构件和运动副，并按一定的比例尺表示各运动副的相对位置，即可表明机构中运动传递的情况。 五、绘制机构运动简图的方法 1．了解要绘制的机械的名称及功用，认清机械的原动件及工作构件（执行机构）。 2．缓慢转动原动件，细心观察运动在构件间的传递情况，了解活动构件，运动副的数目及其性质。 在了解活动构件及运动副数时，要注意到如下两种情况： 1.当两构件间的相对运动很小时，易误认作为一个构件； 2.由于制造的不精确，同一构件各部分之间有稍许松动时，易误认作为两个构件，碰到这种情况，要仔细分析，正确判断。 3.要选择最能表示机构特征的平面为视图平面；同时，要将原动件放在一适当的位置，以使机构运动简图最为清晰。
通信原理 软件实验指导书 河南科技大学电子信息工程学院通信工程教研室 2010-4-23.
目录 实验一常用信号频谱分析 实验二模拟信号调制解调
实验一 常用信号频谱分析实验 一、实验目的 1、分析常用确知信号频率特性； 2、分析常用随机信号的频谱特性； 3、熟悉Matlab仿真工具，并使用Matlab软件分析常用信号的时频特性。 二、实验预习要求 1、复习《通信系统原理》中有关确知信号和随机信号的章节； 2、预习《Matlab与通信仿真》中的有关章节，熟悉Matlab软件环境； 3、认真阅读本实验内容，熟悉实验步骤。 三、实验原理与分析 确知信号是时间的确定函数，随机信号是时间的不确定函数。确知信号是理论上的抽象，与随机信号的特性之间有一定联系，用确定性信来分析系统，使问题简化，在工程上有实际应用意义。确知信号根据能量是否有限可以分为：能量信号和功率信号。其中，功率信号可分为周期信号和非周期信号。确知信号可以采用傅立叶理论进行分析。随机信号是指一些不规则的信号。随机信号或称随机过程，采用统计数学方法，用随机过程理论分析研究。“随机”两个字的本义含有不可预测意思，也即不能使用单一时间函数表达。 确知信号的频率特性是指确知信号在频域中的性质，有其各个分量的分布表示，是信号的最重要的性质之一。确知信号的频率特性有四种：功率信号的频谱；能量信号的频谱密度；能量信号的能量谱密度；功率信号的功率谱密度。而随机信号使用功率谱表示其频谱特性。本实验将以能量信号和通信信道中随机噪声为例，借助Matlab软件工具分析信号的频谱特性，以加深理解信号的频率特性。 四、实验装备 一台安装了Windows或UNIX环境下MATLAB软件的个人计算机。
目录 实验一可编程控制器认识实验 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验器材 (1) 三、实验内容和步骤 (1) 四、预习要求 (2) 五、实验报告要求 (2) 实验二基本指令实验 (3) 一、实验目的 (3) 二、实验器材 (3) 三、实验内容和步骤 (3) 四、预习要求 (5) 五、实验报告要求 (5) 实验三定时器和计数器实验 (6) 一、实验目的 (6) 二、实验器材 (6) 三、实验内容和步骤 (6) 四、预习要求 (8) 五、实验报告要求 (8) 实验四运料小车控制实验 (9) 一、实验目的 (9) 二、实验器材 (9) 三、实验内容 (9) 四、实验报告要求 (11) 实验五交通信号灯的自动控制实验 (12) 一、实验目的 (12) 二、实验器材 (12)
三、实验内容和步骤 (12) 四、实验报告要求 (14) 实验六天塔之光实验 (15) 一、实验目的 (15) 二、实验器材 (15) 三、实验内容和步骤 (15) 四、实验报告要求 (17) 实验七数码显示控制实验 (18) 一、实验目的 (18) 二、实验器材 (18) 三、实验内容和步骤 (18) 四、实验报告要求 (21)
实验一可编程控制器认识实验 一、实验目的 1、通过实验了解和熟悉FX系列PLC的外部结构和外部接线方法； 2、了解和熟悉简易编程器的使用。 二、实验器材 1、FX系列PLC一台 2、手持编程器一台 3、模拟开关板一块 4、编程电缆 5、连接导线 三、实验内容和步骤 1、关电源，将手持编程器连接电缆，电缆另一头接至PLC主机的编程器插座中，并将主机工作方式选择（STOP/RUN）拨至“STOP”位置。 2、按下PLC的电源开关，PLC主机通电，“POWER”灯亮，手持编程器在液晶窗口显示自检内容。 3、写入程序前，需对PLC“RAM”全部清零，当液晶显示屏上显示全是“NOP”时，即可输入程序。清零方法如图1-1所示。 图1-1 PLC清零方法 4、程序的输入，需要先按功能编辑键，键盘上分别有“RD/WR”、“INS/DEL”、 “MNT/TEST”等字符分别代表读/写、插入/删除和监控/测试功能。其功能为后按者有优先权。例如第一次按“RD/WR”键为读出（R），再按一次即为写入（W），再按一次又变成R。W、R、I、D、M 和T 功能字符分别显示在液晶显示窗的左上角。 5、输入程序如图1-2所示，进行编程训练操作。
机械原理实验指导书 编者：常宗瑜 中国海洋大学工程学院 机电工程实验中心
学生实验守则 一、实验前要认真预习，明确实验内容、原理、目的、步骤和注意 事项；课外实验研究项目，实验前应拟定实验方案，并经实验 室管理人员审查同意方可实施； 二、学生在教师的指导下自主进行实验，要严格遵守仪器设备操作 规程，节约使用实验材料和水、电、气，如实记录实验现象、 数据和结果，认真分析，独立完成实验报告； 三、爱护仪器设备及其他设施、物品，不得擅自动用与实验无关的 仪器设备和物品；不准擅自将实验室的物品带出室外；损坏或 遗失仪器设备及其他设施、物品，应按学校有关规定进行赔偿； 四、实验完毕后，要及时关闭电源、水源、气源，清理卫生，将仪 器设备和实验物品复位，经指导老师检查合格后方可离开；五、注意安全，熟悉安全设施和事故处理措施，实验过程中发现异 常情况要及时报告；发生危险时，应立即关闭电源、水源、气 源，并迅速撤离；规范处理实验废液、废气和固体废弃物；六、遵守纪律，必须按规定或预约时间参加实验，不得迟到、早退、 旷课；保持实验室安静，不准大声喧哗、嬉闹，不准从事与实 验无关的活动；保持实验室清洁，不准吸烟，不准随地吐痰、 乱扔杂物。
目录 实验一、机构认知和机构运动简图测绘实验 (1) 实验二、渐开线齿轮范成实验 (3) 实验三、渐开线齿轮的参数测量实验 (6) 实验四、刚性转子动平衡实验 (10) 实验五、机构运动参数的测试和分析实验 (16) 实验六机构创新设计 (17)
实验一、机构认知和机构运动简图测绘实验 一、实验目的 1. 观察认识典型机构类型及应用，了解其运动特点。 2. 掌握依据实物绘制出机构运动简图的方法，建立运动简图。 3. 巩固机构自由度的计算方法，掌握机构的结构分析方法。 4. 进一步培养抽象思维的能力，即通过查看抽象图形（运动简图）想象出实物机器的运动关系的能力。 二、实验内容 1. 通过机构陈列展示柜认识常见的机构。 2. 了解缝纫机的工作原理和机构运行方式。 3. 绘制简图。并进行自由度计算和杆组分析。 图1 引线机构图2摆梭机构 三、实验仪器 1. 创新机构陈列柜 2. 缝纫机机头 3. 尺、纸、笔等 四、实验步骤 1. 参观创新机构陈列柜，分析机构类型和工作特点，并绘机构示意图。
实验一：抽样定理实验 一、实验目的 1、熟悉TKCS—AS型通信系统原理实验装置； 2、熟悉用示波器观察信号波形、测量频率与幅度； 3、验证抽样定理； 二、实验预习要求 1、复习《通信系统原理》中有关抽样定理的内容； 2、阅读本实验的内容，熟悉实验的步骤； 三、实验原理和电路说明 1、概述 在通信技术中为了获取最大的经济效益，就必须充分利用信道的传输能力，扩大通信容量。因此，采取多路化制式是极为重要的通信手段。最常用的多路复用体制是频分多路复用(FDM)通信系统和时分多路复用(TDM)通信系统。频分多路技术是利用不同频率的正弦载波对基带信号进行调制，把各路基带信号频谱搬移到不同的频段上，在同一信道上传输。而时分多路系统中则是利用不同时序的脉冲对基带信号进行抽样，把抽样后的脉冲信号按时序排列起来，在同一信道中传输。 利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为“抽样”，抽样后的信号称为脉冲调幅(PAM)信号。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原信号。 抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。数字通信系统是以此定理作为理论基础的。在工作设备中，抽样过程是模拟信号数字化的第一步。抽样性能的优劣关系到整个系统的性能指标。 作为例子，图1-1示意地画出了传输一路语音信号的PCM系统。从图中可以看出要实现对语音的PCM编码，首先就要对语音信号进行抽样，然后才能进行量化和编码。因此，抽样过程是语音信号数字化的重要环节，也是一切模拟信号数字化的重要环节。 图1-1 单路PCM系统示意图 为了让实验者形象地观察抽样过程，加深对抽样定理的理解，本实验提供了一种典型的抽样电路。除此，本实验还模拟了两路PAM通信系统，从而帮助实验者初步了解时分多路的通信方式。 2、抽样定理 抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)如果它的最高频率为f H(即m(t)的频谱中没有f H以上的分量)，可以唯一地由频率等于或大于2f H的样值序列所决定。因此，对于一个最高频率为3400Hz的语音信号m(t)，可以用频率大于或等于6800Hz的样值序列来表示。抽样频率fs和语音信号m(t)的频谱如图1-2和图1-3所示。 由频谱可知，用截止频率为f H的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号m(t)，这就说明了抽样定理的正确性。 实际上，考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400Hz的语音信号，通常采用8KHz抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带，见图1-4。如果fs<2f H，就会出现频谱混迭的现象，如图1-5所示。 在验证抽样定理的实验中，我们用单一频率f H的正弦波来代替实际的语音信号，采用标准抽样频率fs=8KHz，改变音频信号的频率f H，分别观察不同频率时，抽样序列和低通滤波器的输出信号，体会抽样定理的正确性。
计算机组成原理实验指导书 (虚拟实验系统)
实验1 1位全加器 ?实验目的 ?掌握全加器的原理及其设计方法。 ?熟悉组成原理虚拟教学平台的使用。 ?实验设备 与非门（3片）、异或门（2片）、开关若干、指示灯若干 ?实验原理 1位二进制加法器单元有三个输入量：两个二进制数Ai，Bi和低位传来的进位信号Ci，两个输出量：本位和输出Si以及向高位的进位输出C(i+1)，这种考虑了全部三个输入量的加法单元称为全加器。来实验要求利用基本门搭建一个全加器，并完成全加器真值表。 ?实验步骤 各门电路芯片引脚显示于组件信息栏。 1. 测从组件信息栏中添加所需组件到实验流程面板中，按照图1.1所示搭建实验。 图1.1 组合逻辑电路实验流程图
2. 打开电源开关，按表1设置开关的值，完成表1-1。 表1-1 实验2 算术逻辑运算实验 ?实验目的 ?了解运算器的组成结构 ?掌握运算器的工作原理 ?掌握简单运算器的组成以及数据传送通路 ?验证运算功能发生器（74LS181）的组合功能 ?实验设备 74LS181（2片）,74LS273(2片), 74LS245(2片),开关若干,灯泡若干,单脉冲一片 ?实验原理 实验中所用的运算器数据通路图如图2.1所示，实验中的运算器由两片74LS181以并/串形式构成8位字长的ALU。运算器的输出经过一个三态门（74LS245）和数据总线相连，运算器的两个数据输入端分别由两个锁存器（74LS373）锁存，锁存器的输入连至数据总线，数据开关用来给出参与运算的数据(A和B)，并经过一个三态门（74LS245）和数据显示灯相连，显示结果。 ?74LS181：完成加法运算 ?74LS273：输入端接数据开关，输出端181。在收到上升沿的时钟信号前181和其 输出数据线之间是隔断的。在收到上升沿信号后，其将输出端的数据将传到181， 同时，作为触发器，其也将输入的数据进行保存。因此，通过增加该芯片，可以通 过顺序输入时钟信号，将不同寄存器中的数据通过同一组输出数据线传输到181 芯片的不同引脚之中 ?74LS245：相当于181的输出和数据显示灯泡组件之间的一个开关，在开始实验后
PLC实验指导书 实验课程类别：课程内实验 实验课程性质：必修 适用专业：自动化 适用课程：《可编程控制器》、《电气控制与PLC》 实验用PLC机型：欧姆龙CPM1A和CPM2A 开课院、系及教研室：电气信息学院自动化及电气工程教研室 PLC硬件的连接和软件的使用 1．PLC实验系统硬件的组成和线路的连接 整个实验系统由PLC系统和实验区组成。 PLC系统包括OMRON型PLC主机CPM1A一台、适配器CPM1-CIFO1一个、串口线一 根（包括9芯针、孔接头各一个）;或CPM2A一台，串口线一根。 实验区包括开关量输入区、混料实验区、交通灯实验区、电机控制实验区和电梯（直线） 实验区等，每个实验区有不同的输入按键、指示灯和相应的插孔。 另外，实验面板上面有24V电源插孔，24V和GND；还有一排输入端子排DIGITAL INPUT 00~23、输入的公共端子1M、2M、3M、4M接24V；输出端子排DIGITAL OUTPUT 00~15，其公共端子1L、1L接GND；另有插接线若干。 开关量信号单元介绍： 输入信号分为不带自锁按键和带自锁按键，各有8个，共16个，按键按下时是高电平还 是低电平由公共端决定，不带自锁按钮的公共端是COMS1，带自锁按键的公共端是 COMS2，按键的公共端子COMS1、COMS2接GND。 输出信号是2组输出指示灯和一个蜂鸣器声音信号，其中一组指示灯的信号是低电平点 亮，标示为LED1-LED4，另一组指示灯的信号是高电平点亮，标示为LED5-LED8。 声音信号的接口标示为BEEP，接通低电平信号时蜂鸣器响。 具体线路的连接如下： （1）电源开关下的两根线为220V电源线，与PLC主机的L1和L2相连。 （2）PLC输入端的0CH（0通道）00~11端子分别与实验面板上端子排的INPUT00~11相连，1CH（1通道）00~05端子分别与实验面板上端子排的INPUT12~17相连。 （3）PLC输出端的10CH（输出0通道）00~07端子分别与实验面板上端子排的OUTPUT00~07相连，11CH（1通道）00~03端子分别与实验面板上端子排的 OUTPUT10~13相连。 （4）需要联机调试或下载程序时将适配器与PLC主机相连接，用串口线将适配器与电脑的任意一串口相连接。 2．PLC编程软件的简要介绍 在工程工作区内，用户可以实现对以下项目的查看与操作： 符号：可编程控制器所使用的所有全局和本地符号。 I/O表：与可编程控制器相连的所有机架和主框的输入输出。 设定：所有有关可编程控制器的设置。
《机械原理》课程 课程编号：428014 实验指导书 主撰人：聂时君 审核人：朱连池 单位：通信与控制工程系 二O一三年五月 目录 实验一、机构认知 实验二、机构运动简图的测绘和分析 实验三渐开线齿廓的范成实验 实验四、渐开线齿轮参数的测定实验 实验五、刚性转子的动平衡实验 注：红色标记为本学期我们所要做的实验项目，请大家写好预习实验报告。
前言 1．实验总体目标 通过实验教学，应达到以下目标： 1.巩固本课程所要求的基本理论知识，加强实践认识，提高实践能力； 2.了解一些与本课程有关的最基本的机械实验方法，并且运用实验方法研究机械的技术。 2. 适用专业年级 机械设计制造及其自动化专业2年级 3. 实验课时分配 4. 实验环境 主要面向机械专业开展机械基础实验与机械系统创新设计及制作的实践教学。机械原理实验室包括“常用机构陈列柜参观及创新设计盒功用熟悉”、“机构运动简图测绘分析”、“渐开线齿阔范成原理”、“基本机构运动参数测量与分析”、“回转构件的动平衡”等。 5. 实验总体要求
首先，学生应认真预习实验教材，明确实验的目的与要求，掌握与实验相关的理论知识，了解要做实验对象的内容；其次，了解实验所用的设备和仪器，实验时了解使用方法和操作过程，实验后对测试数据进行数据处理。 6. 本课程的重点、难点及教学方法建议 1.了解典型的机械加工设备的工作原理，各组成部分及其功用，认知机、电、液在机械设备上的应用，重点认知真实机器上的常见机构及其作用。 2.初步掌握测绘机构运动简图的技能；验证和巩固机构自由度的计算，并明确自由度数与原动件数的关系。 3.加深对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性；提高工程实践动手能力；增强创新意识及综合设计的能力。通过创意方案的组合设计，启发创造性思维和培养动手能力。 4.掌握齿轮范成加工原理和齿轮参数的测量方法。 5.加深对回转构件平衡原理的理解，初步掌握动平衡实验的基本方法和了解动平衡机的原理结构。
光纤通信技术实验 指导书
光纤通信实验指导书 编写人：王慧敏 审核人：朱东弼 延边大学工学院电子信息通信学科 目录
一、基础实验部分 实验一模拟信号光纤传输实验 (1) 实验二数字信号光纤传输实验 (3) 实验三电话光纤传输系统实验 (5) 实验四图像光纤传输系统实验 (7) 实验五数字光纤通信系统接口码型变换实验 (9) 二、选做实验部分 实验六数字光纤通信系统线路编译码实验 (11) 实验七计算机数据光纤传输系统实验 (14) 三、创新实验部分 实验八数字光纤通信系统综合实验 (16)
实验一模拟信号光纤传输实验 一、实验目的 1.了解模拟信号光纤系统的通信原理 2.了解完整的模拟信号光纤通信系统的基本结构 二、实验仪器及材料 1.光纤通信原理实验箱一台 2. 示波器一台 三、预习要求 预习模拟光纤通信系统工作原理 四、实验内容 实验原理 根据系统传输信号不同，光纤通信系统可分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统。由于发光二极管和半导体激光器的输出光功率（对激光器来说，是指阈值电流以上线性部分）基本上与注入电流成正比，而且电流的变化转换为光频调制也呈线性，因此能够直接调制对于半导体激光器和发光二极管来说具有简单、经济和容易实现等优点。进行发光二极管及半导体激光器调制时采用的就是直接调制。
从调制信号的形式来看，光调制可分为模拟信号调制和数字 信号调制。模拟信号调制直接用连续的模拟信号（如话音、模拟图像信号等）对光源进行调制。图1-1就是对发光二极管进行模拟调制的原理图。 连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，能够减小光信号的非线性失真。电路实现上，LED 的模拟信号调制较为简单，利用其P-I 的线性关系，能够直接利用电流放大电路进行调制，一般来说，半导体激光器很少用于模拟信号的直接调制，半导体激光器模拟调制要求光源线性度很高。而且要求提高光接收机的信噪比比较高。与发光二极管相比，半导体激光器的V-I 线性区较小，直接进行模拟调制难度加大。 本实验经过完成各种不同模拟信号的LED 光纤传输（如正弦波，三角波，外输入音乐信号），了解模拟信号的调制过程及调 I P 图1-1 发光二极管模拟调制原理图
PLC 实验指导书
目录 实验一PLC的基本指令编程练习 (3) 实验二电动机的行程控制 (5) 实验三交通灯控制实验 (6) 实验四电梯运行控制实验 (8) 实验五机械手控制实验 (10) 实验六计算器控制实验 (12) 实验七步进电机控制实验 (14) 实验八自动配料/四级传动带 (15) 实验九邮件分拣机（备用） (17) 实验十轧钢机（备用） (19) 实验十一加工中心（备用） (20)
实验一PLC的基本指令编程练习 一、实验目的 1、熟悉PLC实验装置，S7-200系列编程控制器的外部接线方法 2、了解编程软件STEP7的编程环境，软件的使用方法。 3、掌握与、或、非逻辑功能的编程方法。 二、使用设备 1、PLC模块 2、基本指令模块 3、电机控制模块 三、实验说明 1、根据PLC及试验台的结构原理图，学习PLC输入/输出接口的接线方法。
2、基于课本第二章的熟悉MicroWin软件的使用方法和PLC的操作； 3、基于第一章的电动机控制电路图，在PLC上通过编程实现。 4、基于以上完成基础上可使用电机控制模块进行电动机启动、停止、点动、正反转控 制实验。 四、实验要求 1、完成常用的输入/输出端口接线； 2、完成电动机的启动停止控制编程； 3、完成常用位逻辑指令的验证和理解。
实验二电动机的行程控制 一、实验目的 1、了解基于起保停电路的电动机行程控制。 二、使用设备 1、PLC模块 2、直线运动模块 三、实验说明 1、实验模块面板如下图所示 图中M1、M2为直线运动驱动接口，S1、S3、S5、S7为四个光电式行程开关接口，SD 为启动开关接口。本实验项目只需要M1、M2、S1、S7和SD接口。 2、功能要求： SD启动开关打开，电机正转，滑块右移，碰到S7行程开关时，自动停止，并自动反向运动，碰到S1行程开关时自动切换到正转。如此周而复始。 SD启动开关关闭，电机无论在何种状态均自动切换到反转。反转至S1行程开关自动停止。 四、实验要求 1、完成输入/输出接口的连线； 2、完成程序的编制和调试； 3、完成实验报告。
光纤通信原理与技术实验指导书实验一模拟（音频）信号的调制、传输和解调 实验目的和要求 1、光纤端面的处理和夹持； 2、了解模拟信号的光纤调制方法； 3、学会已调信号的解调技术； 4、观看已调波和调制波的波形； 5、光纤折射率的时刻法求解。 实验装置和仪器： GX1000光纤实验仪；半导体激光器；激光功率计；光纤刀；光学实验导轨；光纤调整架；光纤；示波器；音频信号发生器（或收音机）。 实验原理： 激光器的输出特性（I—P）特性 激光器的光输出特性(P—J特性)是表示注入电流与激光器输出功率之间的关系曲线。如图1所示。当注入电流增加时．由于自发辐射量增加，输出功率也会增加，但增加得较慢。当光辐射量超过PN结中的吸取损耗，增益超过损耗时，激光器就开始振荡，因此光输出功率随注入电流的增加而急剧增加。 图1
光的调制 将调制信号加在激光器上，操纵激光器的电流，则激光器的输出功率随调制信号而改变。如图2所示。 光通信系统 图3是典型的光纤通信系统。电信号加在激光器的偏置电路上，操纵激光器的注如 电流，从而使激光器的输出光功率随外加信号变化，达到对输出光进行调制．经调制的光由光纤（光纤通信）或空间（空间光通信）传输到光电探测器，探测器将光信号转变为电信号，后续电路检波解调复原所加的电信号。 图2 图3 图4
实验内容及步骤： （一）光纤端面的处理 1、用光纤剥皮钳剥去光纤两端的涂覆层，长度约10mm。如图5 在5mm出用光纤刀刻划一下。用力不要太大，以不使光纤断裂为限。 在刻划处轻轻弯曲纤芯，使之断裂。处理过的光纤端面不应再被触摸，以免损坏和污染。 将光纤的一端小心放入光纤夹中，伸出长约10mm，用簧片压住，放入三维光纤架中，用锁紧螺钉锁住。 将光纤的另一端放入光纤座上的刻槽中，伸出约10mm ,用磁吸压住。 光纤的耦合 将实验仪置于直流挡。 调整激光的工作电流，使激光不太明亮，用一张白纸在激光器前后移动，确定激光焦点的位置。 通过移动三维光纤调整架和调整Z轴旋钮，使光纤端面尽量靠近焦点。 将激光器工作电流调到最大，通过认真调整三维光纤调整架上的X轴、Y轴、Z轴旋钮和激光器调整架上的水平、垂直旋钮，使激光照亮光纤端面并耦合进光纤。观测光纤输出光强的变化，反复调整各旋钮，直到光纤输出功率达最大为止。记下最大功率值Pf。测量5次，取平均值。
计算机组成原理上机实验指导
一、实验准备和实验注意事项 1．本课程实验使用专门的TDN-CM++计算机组成原理教学实验设备，使用前后均应仔细检查主机板，防止导线、元件等物品落入装置内导致线路短路、元件损坏。 2．完成本实验的方法是先找到实验板上相应的丝印字及其对应的引出排针，将排针用电缆线连接起来，连接时要注意电缆线的方向，不能反向连接；如果实验装置中引出排针上已表明两针相连，表明两根引出线内部已经连接起来，此时可以只使用一根线连接。 3．为了弄清计算机各部件的工作原理，前面几个实验的控制信号由开关单元“SWITCH UNIT”模拟输入；只有在模型机实验中才真正由控制器对指令译码产生控制信号。在每个实验开始时需将所有的开关置为初始状态“1”。 4．本实验装置的发光二极管的指示灯亮时表示信号为“0”，灯灭时表示信号为“1”。 5．实验接线图中带有圆圈的连线为实验中要接的线。 6．电源关闭后，不能立即重新开启，关闭与重启之间至少应有30秒间隔。 7．电源线应放置在机内专用线盒中。 8．保证设备的整洁。
二、实验设备的数据通路结构 利用本实验装置构造的模型机的数据通路结构框图如下图。其中各单元内部已经连接好，单元之间可能已经连接好，其它一些单元之间的连线需要根据实验目的用排线连接。 图0-2 模型机数据通路结构框图
实验一运算器实验：算术逻辑运算实验 一．实验目的 1．了解运算器的组成结构； 2．掌握运算器的工作原理； 3．掌握简单运算器的数据传送通路。 4．验证运算功能发生器(74LSl81)的组合功能。 二．实验设备 TDN-CM++计算机组成原理教学实验系统一台，排线若干。 三．实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图1-l所示。其中两片74LSl81以串行方式构成8位字长的ALU，ALU的输出经过一个三态门(74LS245)和数据总线相连。三态门由ALU-B控制，控制运算器运算的结果能否送往总线，低电平有效。 为实现双操作数的运算，ALU的两个数据输入端分别由二个锁存器DR1、DR2(由74LS273实现)锁存数据。要将数据总线上的数据锁存到DR1、DR2中，锁存器的控制端LDDR1和LDDR2必须为高电平，同时由T4脉冲到来。 数据开关(“INPUT DEVICE”)用来给出参与运算的数据，经过三态门(74LS245)后送入数据总线，三态门由SW-B控制，低电平有效。数据显示灯(“BUS UNIT”)已和数据总线相连，用来显示数据总线上的内容。 图中已将用户需要连接的控制信号用圆圈标明(其他实验相同，不再说明)，其中除T4为脉冲信号外，其它均为电平信号。由于实验电路中的时序信号均已连至“W／R UNIT”的相应时序信号引出端，因此，在进行实验时，只需将“W／R UNIT”的T4接至“STATE UNIT”的微动开关KK2的输出端，按动微动开关，即可获得实验所需的单脉冲。 ALU运算所需的电平控制信号S3、S2、S1、S0、Cn、M、LDDR1、LDDR2、ALU-B、SW-B均由“SWITCH UNIT”中的二进制数据开关来模拟，其中Cn、ALU-B、SW-B为低电平有效，LDDRl、LDDR2为高电平有效。 对单总线数据通路，需要分时共享总线，每一时刻只能由一组数据送往总线。
实用标准文档2013 S7-200 Smart PLC实验指导书 作者名称 广东机电职业技术学院 2013/12/10
目录 一、实验目的 (3) 二、实验设备 (3) 三、实验注意事项 (3) 四、相关基础知识 (3) 五、手操盒介绍 (4) 六、实验任务介绍 (7) (一)基本逻辑指令 - 托盘工作系统 (7) (二)定时器和计数器功能–跑马灯 (8) (三)基于PLC的装配流水线控制 (10) (四)LED数码管显示和8421码控制 (12) (五)基于PLC的音乐喷泉控制 (16) (六)三相异步电机的正反转和星/三角启动控制 (18) (七)基于PLC的抢答器控制 (20) (八)交通灯系统 (22) (九)安全门系统 (25) (十)升降梯系统 (31) (十一)洗衣机控制系统 (35) (十二)存料罐控制系统 (38) 七、实验总结 (40) 八、实验成绩的评定 (40)
实验目的 掌握西门子S7-200 Smart PLC原理。 掌握西门子人机界面产品使用方法 实验设备 实验注意事项 认真阅读实验指导书，依据实验指导书的内容，明确实验任务。 实验的质量很大程度上取决于每个学生的实验态度，工作中要积极主动，服从实验指导老师的工作安排，对重大问题应事先向实验指导老师反映，共同协商解决，学生不得擅自处理。 实验是理论联系实际的重要环节，要虚心向指导老师和其它同学学习。要参加具体工作以培养实际动手能力。 遵守纪律，不得无故缺勤、迟到早退，实验期间一般不准事假，特殊情况要取得实验指导老师和学校的同意，病假要有医院医生证明。 要爱护仪器设备，不得随意破坏。 按照规定时间提交实验报告。 相关基础知识 1.可编程控制器介绍 2.西门子S7-200 SMART PLC 介绍
机械原理与机械设计实验指导书 刘峰沈小云编 广东海洋大学工程学院 2009年12月
前言 机械原理和机械设计（或机械设计基础）是机械类（或近机类）专业的主要的技术基础课，它们在基础课与专业课之间起着承上启下的作用；而实验是这些课程的重要实践环节。 对于实验课，同学们必须做到以下几点： 1．应按时参加实验，不得无故缺席。 2．实验前应认真复习教材的有关章节和讲授的内容，预习实验指导书，做好必要的准备工作。 3．实验时应严肃认真、积极思考、独立操作、相互配合，按照要求高质量地完成工作；并注意保持实验场地的安静、清洁。 4．实验报告或有关图纸应独立完成，按时上交。 5．爱护仪器设备和实验用具，未经教师许可，不得随意摆弄、擅自拆装；如有损坏、丢失，应立即报告，并酌情赔偿。
实验一 机构运动简图的测绘和分析 一、实验目的 1．学会根据各种机械实物或模型，绘制机构运动简图。 2．分析和验证机构自由度，进一步理解机构自由度的概念，掌握机构自由度的计算方法。 二、实验设备和工具 1．各类典型机械的实物或模型，量具。 2．铅笔、橡皮、草稿纸等（学生自备）。 三、实验原理和方法 1．实验原理 由于机构的运动仅与机构中所有构件的数目和构件所组成的运动副的数目、类型、相对位置有关，因此，在绘制机构运动简图时，可以撇开构件的形状和运动副的具体构造，而用一些简略的符号（见教科书或机械设计手册中有关“常用构件和运动副简图符号”的规定）来代表构件和运动副，并按一定的比例尺表示运动副的相对位置，以此表明机构的运动特征。表1—1为常用符号示例。 2．实验方法 （1）使被测绘的机构缓慢地运动，从原动构件开始仔细观察机构的运动，分清各个运动单元，从而确定组成机构的构件数目。 （2）根据相互连接的两构件间的接触情况及相对运动的特点，确定各个运动副的种类。 （3）在草稿纸上徒手按规定的符号及构件的连接次序，从原动构件开始，逐步画出机构运动简图的草图。用数字1、2、3…分别标注各构件，用拉丁字母A 、B 、C …分别标注各运动副。 （4）仔细测量与机构运动有关的尺寸，如转动副间的中心距和移动副导路的方向等，选定原动件的位置，并按一定的比例尺画成正式的机构运动简图。 () () mm m AB l AB l 图上长度实际长度比例尺= μ 对绘制指定的几种机构模型的机构运动简图，其中至少要有一种按确定的比例尺绘制，其余的可凭目测，使图与实物大致成比例，这种不按比例尺
光纤通信原理实验 一、实验目的： 1、了解光纤通信系统的工作原理； 2、了解光纤通信的基本特点； 3、通过波分复用解复用器件（WDM）实现双波长单纤单向音频视频通信传输； 二、光纤通信的发展过程： 到了20世纪中页，出身上海的英藉华人高锟（K.C.Kao）博士，通过在英国标准电信实验室所作的大量研究的基础上，对光波通信作出了一个大胆的设想。他认为，既然电可以沿着金属导线传输，光也应该可以沿着导光的玻璃纤维传输。并大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝／公里，从而有可能用于通信。从此揭开了光纤通信的帷幕。光纤通信的发展过程如表1所示。 三、光纤通信优点： 1．光波频率很高，光纤传输的频带很宽，故传输容量很大，理论上可通上亿门话路或上万套电视，可进行图像、数据、传真、控制等多种业务；目前的通信材料主要电缆、波导管、微波和光缆，电缆、波导管、微波和光缆通信容量的对比如表2所示。可以看出光缆的通信容量远远大于其它的通信材料。 表2电缆、波导管、微波和光缆通信容量的对比
2．不受电磁干扰，保密性好；损耗小，中继距离远。光纤是由非金属的石英介质材料构成的，它是绝缘体，不怕雷电和高压，不受电磁干扰，甚至包括太阳风暴也影响不到光纤通信，2000年6月8日的太阳风暴，差点使俄罗斯的一颗导航卫星失去方向。太阳风暴还会造成人造卫星的短路，许多靠卫星传播的通信业务可能因此停顿。1998 年5月，美国银河4号卫星因受太阳风暴影响而失灵，造成北美地区80%的寻呼机无法使用，金融服务陷入脱机状态，信用卡交易也中断了，有试验表明，在核爆炸发生时，地球上所有的电通信将中断，而唯有光通信几乎不受影响；光纤中传输的是频率很高的光波，而各种干扰的频率一般都比较低，所以它不能干扰频率比它高的多的光波。打个比方说，光纤中的光波好比是在万丈高空飞行的飞机，任凭地上行驶的火车、汽车如何得多，也不会影响到它的飞行。 3．光纤材料来源丰富，可节约大量有色金属(如铜、铝)，且直径小、重量轻。相同话路的光缆要比电缆轻90%～95%(光缆重量仅为电缆重量的十分之一到二十分之一)，而直径不到电缆的五分之一。通21000话路的900对双绞线，其直径为3英寸，重量为8 吨/公里；通讯量为其十倍的光缆，直径仅0.5英寸，重量仅450磅/公里。 4．耐高温、高压、抗腐蚀，工作可靠等等优点就不一一罗列了。 四、光纤通信的原理： 光纤通信系统的工作原理如图1所示： 图1 光纤通信系统的工作原理
计算机组成原理 实验报告 学号： 姓名： 提交日期： 成绩： 计算机组成原理实验报告 Computer Organization Lab Reports ______________________________________________________________________________ 班级： ____ 姓名：____学号：_____ 实验日期：____
一．实验目的 1. 熟悉Dais-CMX16+达爱思教仪的各部分功能和使用方法。 2. 掌握十六位机字与字节运算的数据传输格式，验证运算功能发生器及进位控制的组合功能。了解运算器的工作原理。 3. 完成算术、逻辑、移位运算实验，熟悉ALU运算控制位的运用。 ______________________________________________________________________________二．实验环境 Dais-CMX16+达爱思教仪 ______________________________________________________________________________三．实验原理 实验中所用的运算器数据通路如图1-1所示。ALU运算器由CPLD描述。运算器的输出经过2片74LS245三态门与数据总线相连，2个运算寄存器AX、BX的数据输入端分别由4个74LS574锁存器锁存，锁存器的输入端与数据总线相连，准双向I/O输入输出端口用来给出参与运算的数据，经2片74LS245三态门与数据总线相连。 图1-1 运算器数据通路 图1-1中，AXW、BXW在“搭接态”由实验连接对应的二进制开关控制，“0”有效，通过【单拍】按钮产生的负脉冲把总线上的数据打入，实现AXW、BXW写入操作。 表1-1 ALU运算器编码表 算术运算逻辑运算 M M13 M12 M11 功能M M13 M12 M11 功能 M S2 S1 S0 M S2 S1 S0 0 0 0 0 A+B+C 1 0 0 0 读B 0 0 0 1 A—B —C 1 0 0 1 非A 0 0 1 0 RLC 1 0 1 0 A-1
实验一：PLC认知及PLC编程软件的使用（两学时） 一、实验目的： 1.熟悉典型继电器电路的工作原理及电路接线。 2.熟悉西门子PLC 的组成，模块及电路接线。 3.熟悉西门子STEP 7 编程软件的使用方法。 4.熟悉利用STEP 7 建立项目、硬件组态、编程、编译、下载和运行等设计 步骤。 5.学会用基本逻辑指令实现顺控系统的编程，完成三相异步电机单向运行控 制程序的编制及调试。 二、实验设备： 1.个人PC 机 1 台 2.西门子1214C AC/DC/RLY PLC 1 台 3.西门子CM1241 RS485通信模块 1 台 4.实验操作板 1 块 5.线缆若干 三、实验步骤： 1.参照黑板上的电路接线图，电路连接好后经指导教师检查无误，可以上电 试验。 2.了解西门子PLC 的组成，熟悉PLC的电源、输入信号端I 和公共端COM、 输出信号端Q 和公共端COM；PLC 的编程口及PC 机的串行通讯口、编程电缆的连接；PLC 上扩展单元插口以及EEPROM 插口的连接方法；RUN/STOP 开关及各类指示灯的作用等。 2.参照黑板上的电路接线图，电路连接好后经指导教师检查无误，并将 RUN/STOP 开关置于STOP 后，方可接入220V交流电源。 3.在PC 机启动西门子STEP 7编程软件，新建工程，进入编程环境。 4.根据实验内容，在西门子STEP 7编程环境下输入梯形图程序，转换后， 下载到PLC中。
5.程序运行调试并修改。 6.写实验报告。 四、实验内容： 实验1、三相笼型异步电动机全压起动单向运行控制 图 1 三相笼型异步电动机全压起动单向运行控制接线图实验2、三相笼型异步电动机全压起动单向运行PLC控制 图 2 三相笼型异步电动机全压起动单向运行PLC控制梯形图 五、实验总结与思考： 1.简述S7-1200 PLC的硬件由哪几部分组成。 2.请简要叙述从硬件组态开始到程序下载到PLC进行调试的整个过程。 3.做完本次实验的心得体会；