1、 二阶环节电压跟踪控制系统的设计 （采用单片机教学实验装置） 目录 一、序言 1 二、设计步骤. 2 2.1 确定基本设计目标 2 2.2 确定基本实现方案 2 2.2.1 搭建二阶环节 2 2.2.2 电路输出跟踪阶跃信号 2 2.2.3 设计人机交互接口(键盘). 2 2.2.4 精度要求 . 2 2.3 硬件设计 2 2.4 软件设计 3 2.5 调试完善程序. 4 三、 心得体会 . 5 四、参考文献. 9 五、附录.10 5.1 系统框图 .10 5.2 电原理图 .11 5.3 程序流程图 12 5.4 程序清单 .17 微型计算机控制技术课程设计 二阶环节电压跟踪控制系统的设计
2、（采用单片机教学实验装置） 1 一、序言 自动控制在日常生活中的应用非常广泛，大到航天航空，小到家用电器都 会涉及到自动控制。 自动控制系统的任务是使被控对象的被控量跟随给定值的变 化而变化。闭环控制系统是一种最基本的自动控制系统，图 1 是单回路闭环控制 系统的框图。 变送器 （含测量元件） 对被控量 C 进行测量， 并将其变换为电信号， 经A/D转换为数字信号后反馈给控制器。 控制器将反馈信号与给定值R进行比较， 并根据指定的控制规律产生相应的控制信号，经 D/A 转换后作用于被控对象，使 被控量与给定值保持一致。 控制器D/AG(S) 变送器A/D R Y 图 1.1 单回路闭环控制系统
3、框图 微型计算机控制技术课程设计 二阶环节电压跟踪控制系统的设计 （采用单片机教学实验装置） 2 二、设计步骤 2.1 确定基本设计目标 仔细研读了设计任务书后， 我们确认了本次课程设计需要实现的基本任务目 标有： （1）搭建一个二阶环节； （2）示波器能够显示输出曲线； （3）要求设计人机交互接口，参数可随时设置； （4）精度要求。 2.2 确定基本实现方案 对比任务书的要求， 我们讨论得出了要完成各个基本设计任务的初步实现方 案： 2.2.1 搭建二阶环节 本次课程设计中， 由实验室提供二阶环节系统装置， 故不需要我们自己搭建。 2.2.2 电路输出跟踪阶跃信号 我们采用实验箱上的 44
4、键盘作为系统输入，实验箱读取按键后，得到一 个给定值，系统通过 A/D 读取二阶环节的电压并与给定值比较，采取控制并将输 出值通过 D/A 送给二阶环节。整个过程中需要用的读键程序、D/A、A/D 转换程 序、LED 显示程序、滤波程序、控制计算程序 2.2.3 设计人机交互接口(键盘) 由于任务要求信号参数可通过人机交互接口设置，我们讨论后设计在 LED 上显示输入的信息。通过 44 键盘输入控制信号。按键设置为0到9十 个按键加上负号、小数点和确认这三个按键。 2.2.4 精度要求 对于精度5%，调节时间25 秒的设计要求，我们决定在软件调试时通 过修改各参数来完成。 2.3 硬件设计 本
5、次课程设计中最为重要的硬件设计任务是信号数据采集系统的搭建。 数据 微型计算机控制技术课程设计 二阶环节电压跟踪控制系统的设计 （采用单片机教学实验装置） 3 采集系统是由单片机和硬件接口电路组成， 硬件接口电路主要由采样保持器、 A/D 转换电路、输入接口电路、D/A 转换电路、控制逻辑电路输出接口电路等组成。 其工作过程是： 由机接收电路模拟信号， 将模拟信号送到采样保持电路进行采样； 当单片机启动 A/D 转换电路转换时，采样保持电路处于保持状态，并把信号送给 A/D 转换电路实现模拟量到数字量的转换；A/D 转换结束后，将送出一结束信号， 该信号可产生已中断请求或供单片机查询，同时采样
6、/保持电路进入采样状态， 单片机由输入接口电路读取模拟信号并进行一次转换数据。 当单片机向 D/A 转换 电路输出数据时，D/A 转换电路输出一个与输出数据对应的模拟电压。硬件电路 就是选取合适的电子器件和芯片，设计成满足系统速度、精度和可靠性等技术要 求的电路接口，使单片计算机能按要求完成上述工作过程。 其次，按键键盘功能设计也是重要的，不同的键盘设计带给编程的难度是不 同的，具体功能的体现也是有差别的。 本次课程设计需要用到的硬件系统还有闭环控制系统。 其实闭环控制系统硬 件组成与数据采集系统基本相同，主要由模拟输入通道、模拟输出通道和被控对 象等组成。图 2.3.1 就是此次设计过程中一个很重要的硬件模块，即二阶环节系 统： 图 2.3.1 二阶环节 2.4 软件设计 相同于硬件设计，软件设计也大体分为两个部分，及采集系统和闭环控制系 统。因为此次课程设计的主要任务是完成闭环控制系统的软件设计，而且采集系 统的软件设计可以包括在闭环控制系统的步骤里。 微型计算机控制技术课程设计 二阶环节电压跟踪控制系统的设计
