微型计算机控制技术

微型计算机控制技术

实验指导书

王新江 编

济南大学

自动化与电气工程学院

二0一五年四月

目 录

前 言 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅3 第一部分 THBDC-1信号与系统·自控理论·计算机控制技术实验平台

使用说明

第一章 系统概述 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅4 第二章 硬件的组成及使用┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅5 第三章 THBDC-1软件使用说明┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅8 第一节 THBDC-1软件的使用说明 ┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 8 第二节Bode 软件的使用说明┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅ 34 第二部分 THBCC-1信号与系统·控制理论及计算机控制技术实验平台

实验指导书（下） — 微型计算机控制技术

实验一、数字PID调节器算法的研究┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅43 实验二、最少拍控制算法研究┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅48 实验三、直流电机PID控制┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅53 实验四、步进电机转速控制┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅57 实验五、温度PID控制

四、计算题

1. 设被测温度变化范围为0℃～100℃，如果要求误差不超过0.1℃，应选用分辨率为多少位的A/D转换器（设ADC的分辨率和精度一样）？ 2. 设被测温度变化范围为0℃～1200℃，如果要求误差不超过0.4℃，应选用分辨率为多少位的A/D转换器（设ADC的分辨率和精度一样）？ 3. 设被测温度变化范围为0℃～6500℃，如果要求误差不超过0.1℃，应选用分辨率为多少位的A/D转换器（设ADC的分辨率和精度一样）？

4. 对于8位D/A转换器而言，设VREF=－5V时，若分别以单极性电压输出和以双极性电压输出时，其最大输出电压Vmax、最小输出电压Vmin、一个最低有效位（LSB）电压VLSB分别是多少？

5. 用8位DAC芯片组成双极性电压输出电路，其参考电压为-5V～+5V，求对应以下偏移码的输出电压。

（1）10000000 （2）01000000 （3）11111111 （4）00000001 （5）01111111 （6）11111110

6. 设某12位A/D转换器的输入电压为0～+5V，求出当输入模拟量为下列值时输出的数字量。

(1)1.25V (2)2V (3)2.5V (4)3.75V (

第 章 节 名 称 授 课 方 式 教 学 目 的 及 要 求 教 学 重 点 与 难 点 教 学 手 段

周

第

次课

年

月

日

第五章 显示器及其接口技术

理论课(*

) ;实践课( ( )

) ;实习

教 时

学 数

2

掌握 LED 数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路。 数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路。

重点：LED 数码管显示器的工作原理、显示方式及其接口电路 数码管显示器的工作原理、 重点 难点：LED 数码管显示器接口电路 难点

介绍、 介绍、讨论与多媒体

复 习 思 考 题小 结

时间 分配 复习 (5’ ’ ) LED 数码管显示器的工作原理 (30’ ’ ) 显示方式及其接口电路 (45’ ’ ) 小结 (5’ ’ ) 显示器的结构与工作原理。 1. 结合图简述 8 段 LED 显示器的结构与工作原理。 2.以 4 位 LED 为例，说明 LED 的静态显示原理及其显示效果、特 为例， 的静态显示原理及其显示效果、 . 点及适用场合。 点及适用场合。 3.以 4 位 LED 为例，说明 LED 的动态显示原理及其显示效果、特 为例， 的动态显示原理及其显示效果、 . 点及适用场合。 点及适用场合。 教 学 主 要 内 容 显示器及其

习题一

1，微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 答：CPU，接口电路及外部设备组成。 CPU，这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。

接口电路，微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。 外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备

2，微型计算机控制系统软件有什么作用？说出各部分软件的作用。

答：软件是指能够完成各种功能的计算机程序的总和。整个计算机系统的动作，都是在软件的指挥下协调进行的，因此说软件是微机系统的中枢神经。就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件

1)系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。对用户来说，系统软件只是作为开发应用软件的工具，是不需要自己设计的。

2)应用软件:它是面向用户本身的程序，即指由用户根据要解决的实际问题而编写的各种程序。

3，常用工业控制机有几种？它们各有什么用途？

4，操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何？它们之间有何区别和联系？

答：(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。计算机

1.微型计算机控制系统有哪些？Pg4

答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，计算机监督系统，嵌入式系统，物联网系统，现场总线控制系统。

2.常用的工业控制机有几种？它们各有什么作用？Pg11

答：单片微型计算机：是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。一般用于扩展接口，如A/D,D/A转换接口,LED、LCD显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。

可编程逻辑控制器：目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域网都有用到。

现场可编程门阵列：可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化，软件硬化等功能。工业PC机，完成STD总线工业控制机的检测，控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打印、数据处理曲线、工业控制流程图，PID柱形图像处理程序等。

3.A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？

答：A/D的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号，方便用于单片机中进行处理。

D/A的作用，在单片机处理完毕的数字量，有时需要转换为模拟信号输出，D/A的作用正是用于把数字信号转换为模拟信号。 4.LED数码管的显示方法有哪两种？各有什么特点？Pg81

多位LED有两种显示方法：动态显示

《微型计算机原理》课程标准

课程编码：B060104 总 学 时：86学时 学 分：5学分

课程类别：必修课

授课单位：计算机与信息工程系

编写执笔人及编写日期：董国增 2010.08.03 审定负责人及审定日期：

适用专业：计算机控制专业

1．课程定位和课程设计

1. 1课程性质与作用

《微型计算机原理》是计算机类各专业的一门必修的专业基础课程。

本课程介绍微型计算机8086/8088 CPU的逻辑结构、工作模式、指令系统、汇编语言程序设计方法、中断系统、存储器组织及与CPU的连接方法、I/O接口的组成、串并行通信等知识。

通过本课程的学习，使学生理解计算机的组成方法、理解计算机的工作过程，从而为计算机专业知识的学习打下坚实基础。学生在学完本课程以后，具有阅读各类微机硬件技术资料的自学能力和进行微机应用系统设计的开发能力。

本课程的前导课程是《计算机电学基础》、《C++程序设计》，后继课程有《微机接口技术》、《智能仪器仪表技术实训》、《嵌入式系统原理及设计》、《VC++程序设计》

1.2课程设计理念

本课程着重培养学生对于微型计算机系统的概念、原理、结构、设计的理解和认识，以及对现有的主流集散控制系统的学习与应用，坚持“理论指导实践、实践强化理论”的教学

1.微型计算机控制系统有哪些？Pg4

答：操作指导控制系统，直接数字控制系统，计算机监督系统，嵌入式系统，物联网系统，现场总线控制系统。

2.常用的工业控制机有几种？它们各有什么作用？Pg11

答：单片微型计算机：是工业控制和智能化系统中应用最多的一种模式。一般用于扩展接口，如A/D,D/A转换接口,LED、LCD显示接口扩展，再开发一些应用软件，便可以用于工业控制。

可编程逻辑控制器：目前从单机自动化到工厂自动化，从柔性制造系统、机器人，到工业局域网都有用到。

现场可编程门阵列：可以实现动态配置，在线系统重构及硬件软化，软件硬化等功能。工业PC机，完成STD总线工业控制机的检测，控制，使程序设计变得更加简单，各种报表程序打印、数据处理曲线、工业控制流程图，PID柱形图像处理程序等。

3.A/D和D/A转换器在微型计算机控制系统中有什么作用？

答：A/D的作用主要是把传感器检测到的模拟电信号转换为数字电信号，方便用于单片机中进行处理。

D/A的作用，在单片机处理完毕的数字量，有时需要转换为模拟信号输出，D/A的作用正是用于把数字信号转换为模拟信号。 4.LED数码管的显示方法有哪两种？各有什么特点？Pg81

多位LED有两种显示方法：动态显示

第一章

计算机控制系统概述

习题及参考答案

1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?

计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：

(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。

(2)实时控制决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。 (3)实时控制输出：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。

2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？

(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。 (2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。

(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。

3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 由四部分组成。

图1.1微机控制系统组成框图

1. 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？

计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。它是工业控制机构生产过程的大部分组成，工业控制机是指生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件部分，生产过程包括被控对象，测量变送，执行机构，电气开关等。 2. 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？

计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构 3. 实时，在线方式和离线方式的含义是什么？ 实时是指信号的输入，计算和输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义。在线方式：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。离线方式：生产过程不和计算机相连且不受计算机控制，而是

1. 什么是计算机控制系统？它由哪几部分组成？

计算机控制系统就是利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。它是工业控制机构生产过程的大部分组成，工业控制机是指生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件部分，生产过程包括被控对象，测量变送，执行机构，电气开关等。 2. 计算机控制系统的典型形式有哪些？各有什么优缺点？

计算机控制系统的典型形式:(1)操作指导控制系统。优点：结构简单，控制灵活和安全，缺点是由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。（2）直接数字控制系统（DDC），实时性好，可靠性高和适应性强。（3）监督控制系统（SSC），是生产过程始终处于最优工况。（4）分型控制系统（DCS），分散控制，集中操作，分级管理。（5）现场总线控制系统（FCS），降低成本，提高可靠性，可实现真正的开放式互连系统结构 3. 实时，在线方式和离线方式的含义是什么？ 实时是指信号的输入，计算和输出都要在一定的时间范围内完成，即计算机对输入信息以足够快的速度进行控制，超出这个时间就失去控制时机，控制也就失去意义。在线方式：在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。离线方式：生产过程不和计算机相连且不受计算机控制，而是