计算机控制课设——多路数据采集系统的设计
1概述
数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个借口。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。采集器是一种具有现场实时数据采集、处理功能的设备。具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证。数据采集器在现在的的工业现场也有广泛的应用机会，是工业现场不可缺少的一个部分。
本次设计是基于51系列单片机的多路数据采集器的设计，主要分为两个部分：信号发生器和数据采集器。信号发生器是围绕DAC1230和89C52单片机进行设计，数据采集器是围绕AD1674和89C52单片机进行设计。显示部分用LCD实现，而报警部分用模拟键盘按键和LED 灯的亮灭来表示。
2设计要求和元件介绍
2.1设计要求
设计信号发生器，能够产生幅值范围为±5V可调，频率为500---1000Hz可调的正弦波、方波、三角波。
设计一个多路数据采集器，每一路都能够采集由要求1）产生的信号，并能够通过LED（LCD）显示器显示，画出信号曲线。
设计人机交互接口，包括键盘、显示器和发光二极管。能够通过人机交互接口设置信号发生器参数和数据采集器的告警上下限，并能够通过发光二极管给出上下限告警（如超上限则用红色发光二极管报警，超下限用绿色发光二极管报警）。
2.2实现方法
采用proteus仿真软件实现，A/D及D/A均选用12位
2.3仿真界面和使用元件介绍
2.3.1 AT89C51
AT89C51提供以下标准功能：8K字节flash闪速存储器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
AT89C51管脚如图1示
图1 A T89C51管脚
P0：是一组8位漏极开路性双向I/O口，地址、数据总线复合用口。
P1：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P2：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
P3：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。
RST：复位输入。
PSEN：程序存储允许输出是外部程序储存器的读选通信号。
EA/VPP：外部访问允许。
XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2：振荡反相放大器的输出端。
2.3.2 DAC0832 8位D/A转换器
数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权的代码，每位代码都有一定的权。为了将数字信号转换成模拟信号，必须将每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟信号，然后将这些模拟量相加，就可得到与相应的数字量成正比的总的模拟量，从而实现了从数字信号到模拟信号的转换。这就是组成D/A转换器的基本指导思想。
D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电路等部分组成。数字量以串行或并行方式输入存于数码寄存器中，数字寄存器输出数码，分别控制对应
位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与之成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。
DAC0832管脚如图2示
图2 DAC0832管脚
D17～D10：输入数据线；
ILE：输入锁存允许；
CS：片选信号，用于把数据写入到输入锁存器；
WR1：写输入锁存器；
WR2：写DAC寄存器；
XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器；
VREF：参考电压，-10V～+10V，一般为+5V或+10V；
IOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出，接运放的输入；
Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出；
AGND、DGND：模拟地和数字地。
2.3.3 AD1674 12位A/D转换器
AD1674是美国AD公司推出的一种完整的12位并行模数转化单片集成电路。该芯片内部自带采样保持器、10V基准电压源、时钟源以及可和微处理器总线直接接口的暂存三态输出缓冲器。
与原有同系列的AD574A/674A相比，AD1674的内部结构更加紧凑，集成度更高，工作性能（尤其是高低温稳定性）也更好，而且可以使设计板面积大大减小，因而可降低成本并提高系统的可靠性。笔者在研制某新型国产机载武器系统中采用了M级AD1674T，它可实时的采集各传感器的模拟参量，已进行快速、精确的数据转换并传给CPU进行处理，从而有效的控制整个武器系统的打击精度。
AD1674管脚如图3示
图3 AD1674管脚
12/8：数据输出位选择输入端
CS：片选信号输入端。
R/C：读/转换状态输入端。
CE：操作使能端。
A0：位寻址/短周期转换选择输入端。
STS：转换状态输出端。
DB11----DB8：在12位输出格式下，输出数据的高4位，在8位输出格式下，A0为低时也可以输出数据的高4位。
10VIN：10V范围输入端。
20VIN：20V范围输入端。
REF IN：基准电压输入端。
REF OUT：10V基准电压输出端。
BIP OFF：双极电压偏移量调整端。
VCC：+12/+15V模拟供电输入。
VEE：-12/-15V模拟供电输入。
VLOGIC：+5V逻辑供电输入。
AGND/DGND：模拟数字接地端。
2.3.4 LCD
LCD（Liquid Crystal Display），即液晶显示屏,一般皆分为单色与彩色液晶屏两种。液晶部分由点阵液晶显示器、液晶控制器和内部驱动电源发生器组成。LCD属于平板显示器的
一种，按驱动方式可分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(Simple MATRIX)以及有源矩阵驱动(Active MATRIX)三种。。LCD液晶显示屏相比于LED显示，有很多的优点，可以在LCD液晶显示屏上显示波形的形状、频率、幅值等。
2.3.5 仿真界面介绍Proteus
Proteus是英国Labcenter Electro-nics公司开发的一款电路仿真软件，软件由两部分组成：一部分是智能原理图输入系统ISIS(Intelligent Schematic Input System)和虚拟系统模型VSM(Virtual Model System)；另一部分是高级布线及编辑软件ARES(Adv-Ancd Routingand Editing Software)也就是PCB.Proteus可以仿真模拟电路及数字电路，也可以仿真模拟数字混合电路。 Proteus可提供30多种元件库，超过8000种模拟、数字元器件。可以按照设计的要求选择不同生产厂家的元器件。此外，对于元器件库中没有的元件，设计者也可以通过软件自己创建。除拥有丰富的元器件外，Proteus还提供了各种虚拟仪器，如常用的电流表，电压表，示波器，计数/定时/频率计，SPI调试器等虚拟终端。支持图形化的分析功能等。Proteus特别适合对嵌入式系统进行软硬件协同设计与仿真，其最大的特点是可以仿真8051，PIA，AVR，ARM等多种系列的处理器。Protues包含强大的调试工具，具有对寄存器和存储器、断点和单步模式IAR C-SPY,Keil、MPLAB等开发工具的源程序进行调试的功能；能够观察代码在仿真硬件上的实时运行效果；对显示，按钮，键盘等外设的交互可视化进行仿真。
3硬件设计
3.1信号发生部分
信号发生器主要包括：信号产生、D/A转换和LCD显示几个部分，因此在设计时D/A转换的速率和精度，LCD显示的准确性等问题。
我们用DAC0832作为D/A转换的芯片，连接方式如图4示
图4 D/A转换硬件连接
经过D/A转换后的信号通过P0口进入单片机。单片机的接线如图5示
图5 D/A转换单片机硬件连接
转换后的信号从P0口进入，而且P0口也充当对LCD的供电作用。但是由于P0口的供电能力有限，必须要加个上拉电阻，这样才能够达到LCD所要求的供电强度。单片机的P1口用来做LCD的显示信号输出端口，直接把8位接口接到LCD上面，如图6示
图6 LCD硬件连接
把8位端口对应相连，同时P3.0、P3.1、P3.2三个端口分别和RS、RW、E相连，作为LCD
的控制信号的输入。
3.2信号采集部分
主要包括：A/D采样和LCD显示两个部分，因此在设计软件时需要考虑到A/D采样的速率和转换精度，LCD显示的准确性等问题。
我们采用12位的AD转换器AD1674，它的功能和应用方式和AD574差不多，只是一个是12位的一个是8位。
AD1674硬件连接如图7示
图7 AD1674硬件连接
我们把转换后的信号分两次输出，把第四位和高四位连载一起，接到单片机的P0口，并且在P0口上连接一个上拉电阻。控制AD芯片转换的信号由单片机的P2口提供，而且控制LCD显示屏的输出的信号也是由P2口输出。单片机的P1口用作为LCD提供的输出信号。
4 软件设计
4.1 信号发生部分
我们采用C语言进行编程，我们计划用30个点，采用描点的方式来画出波形，直接是调
用了C语言中的函数。由于要达到幅值和频率可调，我们在发生器的硬件电路上面设计了两个案件分别用于可以增加和减少数值，配合程序，可以实现幅值和频率在我们想要的范围内可调。
4.1.1 程序流程图
4.2 信号采集部分
这一部分的程序包括两个部分，频率的采集和幅值的采集。频率的采集我们采用取点并且在取点的同时记录延时的长度，最后通过计算延时的长度来反应频率大小。我们采集60个点，使得频率最大可以达到1180Hz左右，可以完成设计要求中对频率测量的期望。幅值计算我们采取去60个点然后比较大小，取出其中最大的点作为幅值点，记录其数值，然后输出在LCD显示屏幕上。
4.2.1 程序流程图
5 总结
5.1小组总结
经过这次短短几天的课程设计，我们终于在整个小组成员的协调努力下，圆满的完成了
此次设计的任务。通过这次设计，我们学到了很多书本上没有的知识：
(1) 培养了我们的团队合作精神，通过这次分工，我们明白了团结合作的重要性，由于此次设计有软硬件之分，所以大家的分工都比较明确，大家各司其职，共同研讨，这种合作精神对设计的成功起了很大的作用。
(2) 发扬了我们刻苦钻研，勇于拼搏的科研精神，整个设计过程就是一个不断发现问题，解决问题的过程，我们逐渐学会了知识的分析，发现，解决以及融会贯通的能力，真正做到了学以致用。
(3)通过理论和实践的有效结合，使我们对计算机控制系统的理论知识，特别是C程序的设计与执行流程部分都有了更为深刻的了解。
总之，这次的设计虽然仍有一些不足，但却极大程度上提高了我们的能力，为我们以后的学习工作积累了宝贵的经验。
5.2 个人总结
5.2.1 组长个人总结
在本次计算机控制技术课程设计中我们小组经过一周的努力利用proteus仿真软件设计出了一套完整的数据采集系统，该数据采集系统能够产生频率和幅值均可调节的正弦波，方波，三角波三种波形。在数据采集系统的另外一部分可以准确的采集到直流电源的电压值以及交流电源的电压值和频率值。
对于本次设计，我们小组经过仔细讨论，并结合各自的特长。形成了明确的分工。而我主要负责的部分是整个数据采集系统的信号发生部分软件程序的编写。
在具体任务的实施中，我深刻的体会到了设计一个程序的系统性思维的重要性。例如本次设计的任务是设计一个能够产生三种波形的信号发生器。而在这中间就要涉及到各个信号类型的切换问题。刚开始我是将各个波形用独立的程序来产生的。这样虽然也可以实现各个波形的切换。但当要实现频率的可调问题上就无法统一的实现。最终改为通过一个共享的DA 数据区终于使问题得到圆满的解决。
另外，设计一个程序的算法也是很重要的。例如本次设计中要求产生正弦波。按照传统的方法是通过建立一个正弦波表来实现的。这种方式有很多弊端。特别是在要求频率和幅度都要求可调的情况下，得不到标准的正弦波。而后面通过采用C语言的sin函数既避免了建表的繁琐，又可以产生标准的正弦波。因此，在设计程序的时候一定要先设计出一个优良的
算法。
5.2.2 组员个人总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力
的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
本次课程设计我主要负责A/D转换部分以及频率测取部分的硬件和程序，熟练并初步掌握了AD1674和单片机C语言编程，当然在课程设计刚刚开始的时候，我对12位的AD芯片还不怎么了解，正是通过这次的课程设计，进一步的培养了自己发现问题，分析问题，解决问题的能力。程序是用C语言编写的，把《计算机控制系统》、《单片机》、《C语言》四门学科联系起来，把各个学科之间的知识融合起来，把各门课程的知识联系起来，对计算机整体的认识更加深刻。使我加深了对《计算机控制系统》、《单片机》、《C语言》四门课程的认识。
在这次设计中，我的文件检索能力也得到了进一步的提高，对材料的整合和再利用的能力也得以进步。同时我还认识到我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，要想在课程设计以及以后的学习和生活过程中取得更好的成绩，就必须发扬团结协作的精神。
5.2.3 组员个人总结
这次课程设计的题目是多路数据采集器的设计，经过短短的一周时间的努力，我还是感觉到自己有不小的收获。
第一，由于这次课程设计的时间比以往的时间都短，而且任务也比较重，所以对任务时间表的安排和组员的分工合作能力是一个很大的挑战。我们这组在任务刚刚布置下来就第一时间开始了工作，设计任务主要分为了信号采集部分和信号发生部分，先分组各自设计自己部分的硬件电路和编写软件程序，争取每部分实现自己的功能，最后把两部分的内容和在一起连调，看有没有什么问题产生。
第二，这次任务锻炼了我们通过查找资料，在短时间内学习新知识的能力。由于以前学到的AD和DA芯片都是8位的，而这次要求的是用12位的，所以我们在寻找芯片的过程中，必须对其的管脚图和连线方式进行学习。我们搜寻了很多相关的资料，并且在短时间内对其进行整合，很快掌握了新知识，并且成功的运用了它们。
通过本次课程设计，我深刻体会到团队的重要性，大家相互取长补短，共同努力，才能最后按时完成设计。从设计的效果来看，也不枉费我组这一周以来的辛勤努力，基本上能够实现所有功能，还比较使人满意。这就是我这次课程设计的心得体会。
5.2.4 组员个人总结
这次课程设计我们组的项目是多路数据采集控制器的设计仿真，由两部分构成，信号发生器和采集器.看似很简单的一个项目，真正操作起来却也不是尽如人意，通过大家的讨论，首先确定了采用两片C51单片机，这样做的目的是为了防止信号发生和采集电路的端口冲突，同时也可以减少给编程带来的麻烦。随后的调试中发现信号采集前和采集后的显示幅值和频率差异甚大，波形不尽完美等问题，通过大家的讨论和改进，这些问题都得到了很好的解决。
这次设计中我的主要工作是信号发生器的硬件设计以及编程辅助工作，虽然项目很简单，但却使我以前学过的知识得以巩固，使我对类似工作有了进一步的认识。对一个将从事自动化行业的人来说，硬件的设计和软硬的结合是核心的部分，对这方面知识的掌握才能在以后的工作中熟练的运用所学去解决实际问题。同时，作为一个团队，在我们的同心协力和分工
合作的基础上，设计工作得以顺利如期完成，使我更清醒的认识到团队合作的重要性和团队的力量。能够很好的融入团队是我们应该具备的品质，作好这一点将给我们以后的工作带了方便。
当然，同过本次设计，我也认识到了自己的一些不足之处，这些不足都是在和大家的合作中比较而显现出来的，认识到之后我将在以后的学习中努力去弥补和锻炼自己，争取更好的发展和提高自己。
5.2.4 组员个人总结
本次课程设计,是设计一个多路数据采集控制器系统。在这课程设计中，使我加深了对模块化程序的认识，对子程序的调用有了进一步的认识，不再像以前停留在课本上空泛的内容了，提高自己解决问题的能力，培养了我们在程序设计中相互合作和协调的能力，也增进了小组成员之间的友谊。
课程设计的过程虽然艰苦，但生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过这次设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计者为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这几天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到所做的成果时，心中也不免产生兴奋；正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。我们决定沿着自己的路，执着的走下去。
6 附录6.1 硬件连接
6.2 程序清单
6.2.1 波形发生器
#include"reg51.h"
#include "LCD1602.H"
#include "math.h"
#define uchar unsigned char
sbit key_change=P3^7;
sbit key_move=P3^5;
sbit key_add=P3^4;
sbit key_sub=P3^3;
void delay( );
void lcd_show();
void g(int j);
void key_scan();
void mysin( ); //正弦波
void tran(void); //三角波
void square(void); //方波
unsigned int data v;
unsigned int data f;
uchar B_TEMP[16]={" 0.0V 0HZ "};
uchar B_k;
uchar tmp[60];
uchar pos;
void main()
{ v=0x0fff;
f=1000;
LCD_Initial();
B_k=3;
pos=1;
v=50;
f=500;
while(1)
{
key_scan();
}
}
void key_scan()//按键扫描程序，负责处理波形类型，接受用户输入{ if(key_change==0)
{ while(key_change==0);
B_k++;
if(B_k==4) B_k=1;
}
switch(B_k)
{
case 1:
{
GotoXY(0,0);
Print("tran ");
tran();
break;
}
case 2:
{
GotoXY(0,0);
Print("square ");
square();
break;
}
case 3:
{
GotoXY(0,0);
Print("sin ");
mysin();
break;
}
}
if(key_add==0)
{ while(key_add==0);
switch(pos)
{
case 1://电压十位
{
v=v+10;
if(v>50) v=1;
break;
}
case 2://电压个位
{
v++;
if(v>50) v=1;
break;
}
case 3://频率千位
{
f=f+1000;
if(f>2000) f=500;
break;
}
case 4://频率百位
{
f=f+100;
if(f>1000) f=100;
break;
}
case 5://频率十位
{
f=f+10;
break;
}
case 6://频率个位
{
f++;
break;
}
}//switch
}//if
if(key_sub==0)
{ while(key_sub==0);
switch(pos)
{
case 1://电压十位
{
v=v-10;
if(v>50) v=1;
break;
}
case 2://电压个位
{
v--;
if(v<0) v=1;
break;
}
case 3://频率千位
{
f=f-1000;
if(f<0) f=500;
break;
}
case 4://频率百位
{
f=f-100;
if(f<0) f=100;
break;
}
case 5://频率十位
{
f=f-10;
break;
}
case 6://频率个位
{
f--;
break;
}
}//switch
}//if
if(key_move==0)
{ while(key_move==0);
pos++;
if(pos>6) pos=1;
}
}
void lcd_show()//显示频率和电压
{ uchar pos_tmp[2]={" "};
GotoXY(0,10);
Print("POS:");
pos_tmp[0]=pos+'0';
Print(pos_tmp);
GotoXY(1,1);
B_TEMP[1]=v/10+'0';
B_TEMP[3]=v%10+'0';
if(f>999) B_TEMP[7]=(f/1000)%10+'0'; else B_TEMP[7]=' ';
if(f>99) B_TEMP[8]=(f/100)%10+'0';else B_TEMP[7]=' ';
if(f>9) B_TEMP[9]=(f/10)%10+'0';else B_TEMP[7]=' ';
B_TEMP[10]=f%10+'0';
Print(B_TEMP);
}
void g(int j)//从共享区读取数据进行AD转换
{ int i,jj,j_tmp;
j_tmp=j;
while((key_change & key_move) & (key_add & key_sub))
{ jj=j_tmp;
for(i=0;i<30;i++)
{ P0=tmp[i];
for(jj=0;jj } } } void tran(void) //三角波填充缓冲区 { uchar i,step,tmp1; step=5*v/15; lcd_show(); tmp1=0; for(i=0;i<15;i++) { tmp1=tmp1+step; tmp[i]=tmp1; } for(i=15;i<30;i++) { tmp1=tmp1-step; tmp[i]=tmp1; } g(1000/f); } void mysin( ) //正弦波填充缓冲区{ uchar i; float step,tmp1; step=6.28/30; lcd_show(); tmp1=0; for(i=0;i<30;i++) { tmp1=tmp1+step; tmp[i]=2.5*v+2.5*v*sin(tmp1); } g(1000/f); } void square(void) //方波填充缓冲区{ uchar i; lcd_show(); for(i=0;i<15;i++) tmp[i]=v*5; for(i=15;i<30;i++) tmp[i]=0; g(1000/f); } 6.2.2数据采集器 #include"reg51.h" #include"intrins.h" #include "LCD1602.H" #include"math.h" #define uchar unsigned char uchar B_TEMP[16]={" 0.0V 0HZ "};//可变显示缓冲区 uchar V_TEMP[10]; int count=0; int F_count=0,Fre, v,f,v_max; void lcd_show(); void init(void); sbit STATUS = P3^0; unsigned char xdata CTRL _at_ 0x2FFF; unsigned char xdata ADSEL _at_ 0x4FFF; unsigned char hByte; unsigned char lByte; void adc_Convert (void)//AD转换程序 { int MSB , LSB,v_tmp; // Start a conversion with A0 and A/$C$ low. // The convesion takes place on rising CE edge. CTRL = 0x00; ADSEL = 0x00; // Wait until we have completed a conversion . while(STATUS==1); // Set R/$C$ with A0 low and read the low byte. CTRL = 0x02; hByte = ADSEL; // Set R/$C$ with A0 high and read the high. CTRL = 0x03; lByte = ADSEL; MSB=(unsigned int)(hByte << 4); LSB=(unsigned int)(lByte >> 4); // adc_Res now has the converted data with 12-bit resolution. v_tmp = 5*(MSB + LSB)/203; 计算机控制技术课程设计 评语： 考勤（10）守纪（10）过程（30）设计报告（30）答辩（20）总成绩（100） 专业：自动化 班级：动201302 姓名：完新龙 学号：201309314 指导教师：侯涛 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016年07月15日 基于温度传感器的水温控制系统 1.设计要求 1升水加热，要求水温可以在20~100摄氏度范围内进行人工控制，并能在环境温度变化时实现自动调整，以保证在设计的温度。要求最小分辨率率为1摄氏度，温度控制的稳态误差小于0.2摄氏度，能够显示当前的温度。 2.设计方案 设计采用220V交流供电的150W加热器，利用DS18B20进行周期性检测，并将数据传递给单片机。上位机通过单片机传递的实时温度与给定温度进行比较得到误差，通过PID算法得到控制量，送给单片机通过单片机I/O口输出高电平占空比进行控制，实现对加热器控制。 2.1设计原理图 设计原理图如图1所示。 图1 设计原理图 2.2硬件选型 (1)控制器分为上位机和下位机。上位机为控制计算机，通过检测的温度与设定的温度进行比较，由设定的算法计算出控制量u；下位机为AT89C51即单片机，接收由上位机所给出的控制量，对执行机构进行控制。AT89C51具有如下特点：4kB Flash片内内存储器，128 byte RAM，32个外部双向输入输出口，5个中断优先级，2个16位可编程计数器，2个全双工串行通信口。 (2)D/A转换器采用DAC0832，8位D/A转换器，与微处理器完全兼容。DAC0832由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。主要参数：分辨率为0.0039；电流稳定时间1微秒；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；可单一电源供电（5V-15V）；低功耗，20mW。 (3)执行机构采用交流加热器。根据相关资料对于加热一杯水，加热器可以迅速反应，提高动态响应速度。 (4)传感器采用DS18B20数字温度传感器。DS18B20具有体积小，硬件开销低， 计算机控制技术课程设计报告 学院自动化科学与工程 学生姓名 学生学号 指导教师 __ 提交日期 2013 年 7 月 8 日 目录 一、设计题目及要求 ................................................................... 错误!未定义书签。 二、整体设计与结构图 (3) 1、计算机控制系统结构图 (3) 2、硬件结构图 (4) 三、电路硬件设计 (5) 1、电桥电路 (5) 2、放大环节 (6) 3、滤波电路 (6) 4、A/D转换器 (7) 5、D/A 转换电路 (8) 四、参数计算及分析 (9) 1.参数确定 (9) 2.系统性能分析 (9) 五、控制方案及仿真 (9) θ的分析.....................................................................................................,9 1、0 = 1）控制方案分析 (11) 2）数字控制器D（z)的实现 (11) 3）系统仿真 (14) θ的分析 (18) 2、870 .0 = 1）控制方案分析与选择 (18) 2）数字控制器D（z)的实现 (19) 3）系统仿真 (23) 六、心得与体会 (27) 一．课程设计题目及要求 1、 针对一个具有纯滞后的一阶惯性环节 ()1 s Ke G s Ts τ-=+ 的温度控制系统和给定的系统性能指标： ? 工程要求相角裕度为30°～60°，幅值裕度>6dB ? 要求测量范围-50℃～200℃，测量精度0.5％，分辨率0.2℃ 2、 书面设计一个计算机控制系统的硬件布线连接图，并转化为系统结构图； 3、 选择一种控制算法并借助软件工程知识编写程序流程图； 4、 用MA TLAB 和SIMULINK 进行仿真分析和验证; 对象确定：K=10*log(C*C-sqrt(C)),rand(‘state ’,C),T=rang(1), 考虑θ=0或T/2两种情况。 C 为学号的后3位数，如C=325，K=115.7，T=0.9824，θ=0或0.4912 5、 进行可靠性和抗干扰性的分析。 二、整体设计与结构图 1、计算机控制系统结构图 《计算机控制技术》课程设计单闭环直流电机调速系统 1 设计目的 计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。 2 设计任务 2.1 设计题目 单闭环直流电机调速系统 实现一个单闭环直流电机调压调速控制，用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节要求既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节，需要有速度显示电路。扩展要求能够利用串口通信方式在PC上设置和显示速度曲线并且进行数据保存和查看。 2.2 设计要求 2.2.1 基本设计要求 （1）根据系统控制要求设计控制整体方案；包括微处理芯片选用，系统构成框图，确定参数测围等； （2）选用参数检测元件及变送器；系统硬件电路设计，包括输入接口电路、逻辑电路、操作键盘、输出电路、显示电路； （3）建立数学模型，确定控制算法； （4）设计功率驱动电路； （5）制作电路板，搭建系统，调试。 2.2.2 扩展设计要求 （1）在已能正常运行的微计算机控制系统的基础上，通过串口与PC连接； （2）编写人机界面控制和显示程序；编写微机通信程序；实现人机实时交互。 3方案比较 方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案二：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案三：采用由电力电子器件组成的H 型PWM 电路。用单片机控制电力电子器件使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在电力电子器件的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。 兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调整围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。 4单闭环直流电机调速系统设计 4.1单闭环调速原理 4.1.1 闭环系统框图 4.1.2 调速原理 直流电机转速有： 常数Ke Ka 不变，Ra 比较小。 所以调节Ua 就能调节n 。 n n I K R K U K R I U n d d a e e d ?-=Φ -Φ=-=0φa a a U I U ≈- 《计算机控制》课程设计报告 题目: 超前滞后矫正控制器设计 姓名: 学号: 10级自动化 2013年12月2日 《计算机控制》课程设计任务书 指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2013年11 月25 日 1.控制系统分析和设计 1.1实验要求 设单位反馈系统的开环传递函数为) 101.0)(11.0(100 )(++= s s s s G ，采用模拟设 计法设计数字控制器，使校正后的系统满足：速度误差系数不小于100，相角裕度不小于40度，截止角频率不小于20。 1.2系统分析 （1）使系统满足速度误差系数的要求: ()() s 0 s 0100 lim ()lim 100 0.1s 10.011V K s G s s →→=?==++ (2)用MATLAB 画出100 ()(0.11)(0.011) G s s s s = ++的Bode 图为： -150-100-50050 100M a g n i t u d e (d B )10 -1 10 10 1 10 2 10 3 10 4 P h a s e (d e g ) Bode Diagram Gm = 0.828 dB (at 31.6 rad/s) , P m = 1.58 deg (at 30.1 rad/s) Frequency (rad/s) 由图可以得到未校正系统的性能参数为： 相角裕度0 1.58γ=?， 幅值裕度00.828g K dB dB =, 剪切频率为：030.1/c rad s ω=， 截止频率为031.6/g rad s ω= （3）未校正系统的阶跃响应曲线 024******** 0.20.40.60.811.2 1.41.61.8 2Step Response Time (seconds) A m p l i t u d e 可以看出系统产生衰减震荡。 （4）性能分析及方法选择 系统的幅值裕度和相角裕度都很小，很容易不稳定。在剪切频率处对数幅值特性以-40dB/dec 穿过0dB 线。如果只加入一个超前校正网络来校正其相角，超前量不足以满足相位裕度的要求，可以先缴入滞后，使中频段衰减，再用超前校正发挥作用，则有可能满足要求。故使用超前滞后校正。 1.3模拟控制器设计 （1）确定剪切频率c ω c ω过大会增加超前校正的负担，过小会使带宽过窄，影响响应的快速性。 首先求出幅值裕度为零时对应的频率，约为30/g ra d s ω=，令 30/c g rad s ωω==。 （2）确定滞后校正的参数 2211 3/10 c ra d s T ωω= ==, 20.33T s =,并且取得10β= 计算机控制技术课程设计任务书 题目1：通用数字PID调节器设计 1、主要技术数据和设计要求 主要技术数据：8路模拟量输入：适配1～5V输入，量程自由设定；8路输出控制信号：1～5V标准电压输出；输入模拟量转换精度：0.1%；RS232串行通讯通口。 控制模型：数字PID控制算法；PID参数范围：比例带Kp：1-999.9%，积分时间Ti：1-9999秒（Ti=9999时积分切除），微分时间Td:：0-9999秒（Td=0时微分切除）。 调节控制器使用51内核的单片机，完成对8路模拟信号的切换、信号变换、A/D转换；单片机对数据处理后（含数字滤波、数值变换），送到显示和通讯部分，并经PID运算处理后通过D/A转换器输出。经信号变换和信号分配后输出8路控制信号。设计中应充分考虑干扰问题。 2、设计步骤 一、总体方案设计、控制系统的建模和数字控制器设计 二、硬件的设计和实现 1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）； 2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口等）； 3. 设计键盘、显示接口电路； 4. 设计8路模拟量输入输出通道； 5. 设计RS232串行通讯通口； *6. 其它相关电路的设计或方案（电源、通信等）。 三、软件设计 1. 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块； 2. 编写数字PID调节器软件模块； 3. 编写数字滤波程序； *4. 编写A/D、D/A转换器处理程序模块； *5. 其它程序模块(显示与键盘等处理程序)。 四、编写课程设计报告，绘制完整的系统电路图。 计算机控制技术课程设计任务书 题目2：双闭环直流电动机数字调速系统设计 1、主要技术数据和设计要求 主要技术数据：直流电动机（对象）的主要技术参数如下：直流电动机Ped=3kW，Ued=220v ，ned=1500r/min，电枢回路总电阻R=2.50欧姆，电动机回路电磁时间常数TL=0.017s，机电时间常数TM=0.076s，电势常数Ce=0.1352V/r·min)，晶闸管装置放大倍数Ks=30，整流电路滞后时间Ts=0.0017s。 主要技术指标：速度调节范围0-1500r/min，速度控制精度0.1%（额定转速时），电流过载倍数为1.5倍。 主要要求：直流电动机的控制电源采用PWM控制方式，在其输入电压为0-5伏时可以输出0-264伏电压，为电机提供最大25安培输出电流。速度检测采用光电编码器，且假定其输出的A、B两相脉冲经光电隔离辨向后获得每转1024个脉冲的角度分辨率和方向信号。电流传感器采用霍尔电流传感器，其原副边电流比为1000：1，额定电流为50安培。采用双闭环（速度和电流环）控制方式。 2、设计步骤 一、总体方案设计、控制系统的建模和数字控制器设计 二、硬件的设计和实现 1. 选择计算机机型（采用51内核的单片机）； 2. 设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口等）； 3. 设计键盘、显示接口电路； 4. 设计输入输出通道（速度反馈、电流反馈电路、输出驱动电路等）； *5.它相关电路的设计或方案（电源、通信等）。 三、软件设计 分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块； 2. 编写数字调节器软件模块； 3. 编写A/D转换器处理程序模块； *4.编写输出控制程序模块； *5.其它程序模块(数字滤波、显示与键盘等处理程序)。 四、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。 目录 1.原理电路的设计 (1) 1.1总体方案设计 (1) 1.1.1简单原理叙述 (1) 1.1.2设计方案选择 (1) 1.2单元电路的设计 (3) 1.2.1温度信号的采集与转化单元——温度传感器 (3) 1.2.2电压信号的处理单元——运算放大器 (4) 1.2.3电压表征温度单元 (5) 1.2.4电压控制单元——迟滞比较器 (6) 1.2.5驱动单元——继电器 (7) 1.2.6 制冷部分——Tec半导体制冷片 (8) 1.3完整电路图 (10) 2.仿真结果分析 (11) 3 实物展示 (13) 3.1 实物焊接效果图 (13) 3.2 实物性能测试数据 (14) 3.2.1制冷测试 (14) 3.2.2制热测试 (18) 3.3.3性能测试数据分析 (20) 4总结、收获与体会 (21) 附录一元件清单 (22) 附录二参考文献. (23) 摘要 本课程设计以温度传感器LM35、运算放大器UA741、NE5532P及电压比较器LM339N 为电路系统的主要组成元件，扩展适当的接口电路，制作一个温度控制系统，通过室温的变化和改变设定的温度，来改变电压传感器上两个输入端电压的大小，通过三极管开关电路控制继电器的通断，来控制Tec制冷片的工作。这样循环往复执行这样一个周期性的动作，从而把温度控制在一定范围内。学会查询文献资料，撰写论文的方法，并提交课程设计报告和实验成品。 关键词：温度；测量；控制。 Abstract This course is designed to a temperature sensor LM35, an operational amplifier UA741， NE5532P and a voltage comparator LM339N circuit system of the main components. Extending the appropriate interface circuit, make a temperature control system. By changing the temperature changes and set the temperature to change the size of the two input ends of the voltage on the voltage sensor, an audion tube switch circuit to control the on-off relay to control Tec cooling piece work. This cycle of performing such a periodic motion, thus controlling the temperature in a certain range. Learn to query the literature, writing papers, and submitted to the curriculum design report and experimental products. Key words: temperature ; measure ;control 计算机控制技术课程设计 业：自动化 班级：动201xxx 姓名：xxx 学号：2013xxxxxx 指导教师：xxx 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2016 年 07 月 15 日 水箱液位控制系统设计 1设计目的 通过课程设计使学生掌握如何应用微型计算机结合自动控制理论中的各种控制算法构成一个完整的闭环控制系统的原理和方法；掌握工业控制中典型闭环控制系统的硬件部分的构成、工作原理及其设计方法；掌握控制系统中典型算法的程序设计方法；掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高解决实际工程问题的能力。 2 设计要求 设计双容水箱液位控制系统，由水泵1、2分别通过支路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定，双容水箱液位控制系统示意图如下图1所示。 图1 双容水箱液位控制系统示意图 3 设计方法 为保持水箱液位的稳定，设计中采用闭环系统，将下水箱液位信号经水位检测器送至控制器（PID），控制器将实际水位与设定值相比较，产生输出信号作用于执行器（控制阀），从而改变流量调节水位。当对象是单水箱时，通过不断调整PID参数，单闭环控制系统理论上可以达到比较好的效果，系统也将有较好的抗干扰能力。该设计对象属于双水箱系统，整个对象控制通道相对较长，如果采用单闭环控制系统，当上水箱有干扰时，此干扰经过控制通路传递到下水箱，会有很大的延迟，进而使控制器响应滞后，影响控制效果，在实际生产中，如果干扰频繁出现，无论如何调整PID参数，都将无法得到满意的效果。考虑到串级控制可以使某些主要干扰提前被发现，及早控制，在内环引入负反馈，检测上水箱液位，将液位信号送至副控制器，然后直接作用于控制阀，以此得到较好的控制效果。 4设计方案及原理 系统功能介绍 整个过程控制系统由控制器，执行器，测量变送，被控对象组成，在本次控制系统中控制器为单片机，采用算法为PID控制规律，执行器为电磁阀，采样采用A/D芯片,测量变送器为A，被控对象为流量B。整个控制过程，当系统受到扰 摘要 在日常生活及工农业生产中，对温度的检测及控制时常显得极其重要。因此，对数字显示温度计的设计有着实际意义和广泛的应用。本文介绍一种利用单片机实现对温度只能控制及显示方案。本毕业设计主要研究的是对高精度的数字温度计的设计，继而实现对对象的测温。测温系数主要包括供电电源，数字温度传感器的数据采集电路，LED显示电路，蜂鸣报警电路，继电器控制，按键电路，单片机主板电路。高精度数字温度计的测温过程，由数字温度传感器采集所测对象的温度，并将温度传输到单片机，最终由液晶显示器显示温度值。该数字温度计测温范围在-55℃~+125℃，精度误差在±0.5℃以内，然后通过LED数码管直接显示出温度值。数字温度计完全可代替传统的水银温度计，可以在家庭以及工业中都可以应用，实用价值很高。 关键词：单片机：ds18b20：LED显示：数字温度. Abstract In our daily life and industrial and agricultural production, the detection and control of the temperature, the digital thermometer has practical significance and a wide range of applications .This article describes a programmer which use a microcontroller to achieve and display the right temperature by intelligent control .This programmer mainly consists by temperature control sensors, MCU, LED display modules circuit. The main aim of this thesis is to design high-precision digital thermometer and then realize the object temperature measurement. Temperature measurement system includes power supply, data acquisition circuit, buzzer alarm circuit, keypad circuit, board with a microcontroller circuit is the key to the whole system. The temperature process of high-precision digital thermometer, from collecting the temperature of the object by the digital temperature sensor and the temperature transmit ted to the microcontroller, and ultimately display temperature by the LED. The digital thermometer requires the high degree is positive 125and the low degree is negative 55, the error is less than 0.5, LED can read the number. This digital thermometer could 目录 一、设计背景及意义 当今，红绿灯安装在个个道口上，已经成为疏导交通车辆最常见和最有效的手段。单片机具有性价比高、集成度高、可靠性好、抗干扰性强等特点，广泛运用于各种智能仪器中。基于新型规则的可编程交通控制系统，可以实现对车辆、行人的控制，使的交通便于管理。所以，采用单片机自动控制交通灯有现实的社会意义。 二、设计任务 1. 采用AT89C51芯片； 2. 使用发光二极管（红，黄，绿）代表各个路口的交通灯； 3. 用8段数码管对转换时间进行倒时； 4、带紧急按钮功能，当紧急按钮按下时，所有方向均亮起红灯； 5. 控制程序采用C语言编程。 三、控制系统设计原理 3.1 设计思路 利用单片机实现交通灯的控制，该任务分以下几个方面： a、实现红、绿、黄灯的循环控制。要实现此功能需要表示三种不同颜色的LED灯分别接在P1个管脚，用软件实现。 b、用数码管显示倒计时。可以利用动态显示或静态显示，串行并出或者并行并出实现。 c、紧急状况功能。这需要人工实现，编程时利用到中断才能带到目的，只要有按钮按下，那么四个方向全部显示红灯，禁止车辆通行。当情况解除（再次按下按钮），重新回到初始状态。 3.2 总体设计图 图1 3.2.1 交通灯循环控制 使用AT89C51单片机完成对十字路口交通灯的控制，十字路口的工作过程分为东西方向和南北方向两个干道的红绿黄灯工作状态（红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示允许通行，黄灯亮表示提醒红绿灯之间状态的切换）的控制，每个工作状态的时间设为40s，采用循环的控制方式，具体控制过程如下（如图2）：1、系统工作开始后，首先进入初始设定阶段，东西方向亮红灯，南北方向亮绿灯； 2、进入状态1的倒计时阶段，东西方向的红灯开始40s倒计时，南北方向绿灯开始35s倒计时； 3、进入状态1过渡阶段，东西方向红灯开始最后5s倒计时，南北方向黄灯亮并开始5s倒计时； 4、过渡阶段1完成后，东西方向亮绿灯，南北方向亮红灯； 5、进入状态2的倒计时阶段，南北方向的红灯开始40s倒计时，东西方向绿灯开始35s倒计时； 6、进入状态2过渡阶段，南北方向红灯开始最后5s倒计时，东西方向黄灯亮并开始5s倒计时； 7、过渡阶段2完成后，进入状态1，开始循环。 图2 基于单片机的温度控制系统设计 1.设计要求 要求设计一个温度测量系统，在超过限制值的时候能进行声光报警。具体设计要求如下： ①数码管或液晶显示屏显示室内当前的温度； ②在不超过最高温度的情况下，能够通过按键设置想要的温度并显示；设有四个按键，分别是设置键、加1键、减1键和启动/复位键； ③DS18B20温度采集； ④超过设置值的±5℃时发出超限报警，采用声光报警，上限报警用红灯指示，下限报警用黄灯指示，正常用绿灯指示。 2.方案论证 根据设计要求，本次设计是基于单片机的课程设计，由于实现功能比较简单，我们学习中接触到的51系列单片机完全可以实现上述功能，因此可以选用AT89C51单片机。温度采集直接可以用设计要求中所要求的DS18B20。报警和指示模块中，可以选用3种不同颜色的LED灯作为指示灯，报警鸣笛采用蜂鸣器。显示模块有两种方案可供选择。 方案一：使用LED数码管显示采集温度和设定温度； 方案二：使用LCD液晶显示屏来显示采集温度和设定温度。 LED数码管结构简单，使用方便，但在使用时，若用动态显示则需要不断更改位选和段选信号，且显示时数码管不断闪动，使人眼容易疲劳；若采用静态显示则又需要更多硬件支持。LCD显示屏可识别性较好，背光亮度可调，而且比LED 数码管显示更多字符，但是编程要求比LED数码管要高。综合考虑之后，我选用了LCD显示屏作为温度显示器件，由于显示字符多，在进行上下限警戒值设定时同样可以采集并显示当前温度，可以直观的看到实际温度与警戒温度的对比。LCD 显示模块可以选用RT1602C。 3.硬件设计 根据设计要求，硬件系统主要包含6个部分，即单片机时钟电路、复位电路、键盘接口模块、温度采集模块、LCD 显示模块、报警与指示模块。其相互联系如下图1所示： 图1 硬件电路设计框图 单片机时钟电路 形成单片机时钟信号的方式有内部时钟方式和外部时钟方式。本次设计采用内部时钟方式，如图2所示。 单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别为此放大器的输入端和输出端，其频率范围为~12MHz ，经由片外晶体振荡器或陶瓷振荡器与两个匹配电容一 起形成了一个自激振荡电路，为单片机提供时钟源。 复位电路 复位是单片机的初始化操作，其作用是使CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作，以防止电源系统不稳定造成CPU 工作不正常。在系统中，有时会出现工作不正常的情况，为了从异常状态中恢复，同时也为了系统调试方便，需要设计一个复位电路。 单片机的复位电路有上电复位和按键复位两种形式，因为本次设计要求需要有启动/复位键，因此本次设计采用按键复位，如图3。复位电路主要完成系统 图2 单片机内部时钟方式电路 图3 单片机按键复位电路 计算机控制技术课程设 计 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT 目录 1 引言 (1) 2 课程设计任务和要求 (2) 3 直流伺服电机控制系统概述 (2) 直流伺服系统的构成 (2) 伺服系统的定义 (2) 伺服系统的组成 (2) 伺服系统的控制器的分类 (3) 直流伺服系统的工作过程 (4) 4 直流伺服电机控制系统的设计 (5) 方案设计步骤 (5) 总体方案的设计 (5) 控制系统的建模和数字控制器设计 (7) 数字PID工作原理 (8) 数字PID算法的simulink仿真 (8) 5 硬件的设计和实现 (9) 选择计算机机型（采用51内核的单片机） (9) 80C51电源 (10) 80C51时钟 (10) 80C51 控制线 (10) 80C51 I/O接口 (11) 设计支持计算机工作的外围电路（键盘、显示接口电路等） (11) 数据锁存器 (11) 键盘 (11) 显示器 (12) 数模转换器ADC0808 (12) 其它相关电路的设计或方案 (13) 供电电源设计 (13) 检测电路设计 (13) 功率驱动电路 (14) 仿真原理图 (14) 6软件设计 (14) 程序设计思想 (14) 主程序模块框图 (15) 编写主程序 (15) 7 总结 (16) 附录1 ADC0808程序 (17) 附录2 数字控制算法程序 (18) 参考文献 (19) 1 引言 半个世纪来，直流伺服控制系统己经得到了广泛的应用。随着伺服电动机技术、电力电子技术、计算机控制技术的发展，使得伺服控制系统朝着控制电路数字化和功率器件的模块化的方向发展。 本文介绍直流伺服电机实验台的硬件、软件设计方案。通过传感器对电机位移进行测量，控制器将实际位移量与给定位移量进行比较，控制信号驱动伺服电机控制电源工作，实现伺服电机的位置控制。其电机位置随动系统硬件设计主要包括:总体方案设计、单片机应用系统设计、驱动电路设计和测量电路设计。软件编制采用模块化的设计方式，通过系统的整体设计，完成了系统的基本要求，系统可以稳定的运行。 本次设计说明书主要包括主要包括主程序设计、模数转换器ADC0809程序及数字控制算法程序的设计等内容。 通过本次设计，加深在计算机控制系统课程中所学的知识的理解，提高电气设计与分析的能力，为今后的工作打下基础。 《计算机控制系统》课程设计 双容水箱串级PID控制系统的设计与仿真 姓名：江洁非 班级：电气111 学号：201110231018 双容水箱串级PID 控制系统的设计与仿真 电气111 ，201110231018 江洁非 1、前 言： 双容水箱系统是较强代表性的工业对象，具有非常重要的研究意义和价值，通过改变其阀门的关闭或打开状态可构成灵活多变的对象，如一阶对象、二阶对象等。同时也是典型的非线性、时延对象，通过其可进行非线性系统的辨识和控制等相关研究。可构成单回路控制系统、串级控制系统、复杂过程控制系统等，可为各种控制系统的研究提供参考依据。双容水箱系统的控制主要通过计算机来完成，可由计算机编程实现各种控制算法来对水箱系统进行控制，为控制算法的研究提供了良好的试验平台。可在控制过程中改变组合的状态，从而模拟故障，这也为故障诊断的研究提供了研究对象和试验平台。 2、研究的原理 2.1、双容水箱数学模型 双容水箱系统构成如右图所示，由上水箱、下水箱串联在一起，水首先进入上水箱，然后通过阀R1流入下水箱，再通过阀R2从下水箱中流出。流入量Q0由变频器控制泵来调节，流出量Q2由用户改变。被控量为下水箱的水位h2。由物料平衡方程可得： 上水箱：()1 01 11Q Q A dt dh -= 下水箱：()2 12 21Q Q A dt dh -= 其中A1、A2分别为上下两容器截面积，u Q k 0= ，,,2 22111R h Q R h Q ==R1、R2为两阀门线性化水阻。 整理上述各式得：() )()() () (d 222212 222 1t u kR t h dt t dh T T dt t h T T =+++ 其中：222111,R A T R A T == 两边作拉氏变换得： ()()11) ()s (212 2++= s T s T kR s U H 温度控制系统设计 目录 第一章系统方案论证错误！未指定书签。 总体方案设计错误！未指定书签。 温度传感系统错误！未指定书签。 温度控制系统及系统电源错误！未指定书签。 单片机处理系统（包括数字部分）及温控箱设计错误！未指定书签。 算法原理错误！未指定书签。 第二章重要电路设计错误！未指定书签。 温度采集错误！未指定书签。 温度控制错误！未指定书签。 第三章软件流程错误！未指定书签。 基本控制错误！未指定书签。 控制错误！未指定书签。 时间最优的控制流程图错误！未指定书签。 第四章系统功能及使用方法错误！未指定书签。 温度控制系统的功能错误！未指定书签。 温度控制系统的使用方法错误！未指定书签。 第五章系统测试及结果分析错误！未指定书签。 硬件测试错误！未指定书签。 软件调试错误！未指定书签。 第六章进一步讨论错误！未指定书签。 参考文献错误！未指定书签。 致谢错误！未指定书签。 摘要：本文介绍了以单片机为核心的温度控制器的设计，文章结合课题《温度控制系统》，从硬件和软件设计两方面做了较为详尽的阐述。 关键词：温度控制系统控制单片机 : . : 引言： 温度控制是工业生产过程中经常遇到的过程控制，有些工艺过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文设计了以单片机为检测控制中心的温度控制系统。温度控制采用改进的数字控制算法，显示采用静态显示。该系统设计结构简单，按要求有以下功能： ()温度控制范围为°; ()有加热和制冷两种功能 ()指标要求： 超调量小于°；过渡时间小于；静差小于℃；温控精度℃ ()实时显示当前温度值，设定温度值，二者差值和控制量的值。 第一章系统方案论证 总体方案设计 薄膜铂电阻将温度转换成电压，经温度采集电路放大、滤波后，送转换器采样、量化，量化后的数据送单片机做进一步处理； 《计算机控制系统》设计性实验 一、通过设计性实验达到培养学生实际动手能力方法及步骤： 对系统设计方法可以从“拿到题目”到“进行分析”再到“确定解决方案”最后到“具体系统的设计的实现”的整个过程进行全方位的启发。让学生掌握对不同的控制系统设计方法和基本思想，从工程角度对待设计题目，尽量做到全面认识理解工程实际与实验室环境的区别，逐步引入工程思想，提高学生设计技巧和解决实际问题的能力。 1、了解和掌握被控制对象的特性； 2、选择合理的传感器（量程、精度等）； 3、计算机控制系统及接口的设计（存储器、键盘、显示）； 4、制定先进的、合理的控制算法； 5、结合控制系统的硬件系统对软件进行设计； 6、画出系统硬件、软件框图； 7、系统调试。 二、具体完成成品要求： 1、对传感器、A/D、D/A、中央处理器、显示、键盘、存储器的选型大小等； 2、实现系统硬件原理图用Protel或Proteus、MATLAB软件（框图）仿真设计； 3、达到课题要求的各项功能指标； 4、系统设计文字说明书； 5、按照学号循环向下作以下5个题目。 三、系统控制框图： 控制系统硬件框图 四、设计题目： 1、瓦斯气体浓度控制系统： 要求：准确测量和显示瓦斯的浓度，其主要成分是甲烷、一氧化碳、氢气等瓦斯浓度在4﹪以下是安全的，大于4﹪就会引发爆炸很危险。控制算法对气体浓度有预判性，控制通风系统工作，保证环境安全稳定。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 2、酒精浓度自动控制系统： 要求：测量范围10-1000PPM、精度为5PPM。设计传感器的信号调理电路。实现以下要求： 设计信号调理将传感器输出0.2-1.4 V的信号转换为0-5V直流电压信号； a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 3、恒温箱控制系统： 要求：恒温箱温度控制在70℃-80℃之间，精度0.5℃，有越线报警。并具有断电保护、报警等功能。 a、对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； b、电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； c、电路的基本工作原理应有一定说明； d、电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性。 湖南科技大学潇湘学院 毕业设计（论文） 题目单片机温度控制系统 作者 系部信息与电气工程系 专业电气工程及其自动化 学号 指导教师 二〇一年月日 湖南科技大学学院 毕业设计（论文）任务书 信息与电气工程系电气工程及其自动化教研室 教研室主任:（签名）年月日 学生姓名: 学号: 专业: 电气工程及其自动化 1 设计（论文）题目及专题：单片机温度控制系统 2 学生设计（论文）时间：自年月日开始至年月日止 3 设计（论文）所用资源和参考资料： (1)单片机温度控制系统流程图(2)单片机程序设计基础 (3) protel se 99软件(4) 单片机使用接口技术 (5) 单片机程序设计基础(6)网上有关技术资料 4 设计（论文）应完成的主要内容： (1) 基于单片机温度控制系统的发展及应用 (2) 单片机温度控制系统设计包含的基本内容 (3) 单片机温度控制系统技术 (4) 单片机温度控制系统实现 (5) 全文总结 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： (1) 程序。要求：编译通过，基本能运行。 (2) 毕业论文。要求：正确，规范，通顺。 (3) 可供发表的研究论文（可选）。要求：规范，新意 均需提交电子版和纸质版。 6 发题时间：年月日 指导教师：（签名） 学生：（签名） 湖南科技大学学院 毕业设计（论文）指导人评语 指导人：（签名） 年月日指导人评定成绩： 湖南科技大学学院 毕业设计（论文）评阅人评语 评阅人：（签名） 年月日评阅人评定成绩： 湖南科技大学学院 毕业设计（论文）答辩记录 日期： 学生：学号：班级： 题目： 提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料： 1 设计（论文）说明书共页 2 设计（论文）图纸共页 3 指导人、评阅人评语共页 毕业设计（论文）答辩委员会评语： 答辩委员会主任：（签名） 委员：（签名） （签名） （签名） （签名）答辩成绩： 总评成绩： 微机原理步进电机控制课程设计报告 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58- 河北科技大学 课程设计报告学生姓名：学号： 专业班级： 课程名称： 学年学期： 2 0 —2 0 学年第学期 指导教师： 2 0 年月 课程设计成绩评定表 目录 一、设计题目………………………………………………………………. 二、设计目的………………………………………………………………. 三、设计原理及方案………………………………………………………. 四、实现方法………………………………………………………………. 五、实施结果………………………………………………………………. 六、改进意见及建议………………………………………………………. 、 一、设计题目 编程实现步进电机的控制 二、设计目的 1.了解步进电机控制的基本原理 2.掌握控制步进电机转动的编程方法 3.了解8086控制外部设备的常用电路 4.掌握8255的使用方法 三、设计原理及方案 3.1设计原理 步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换（实验中的步进电机有四相线圈，每次有二相线圈有电流，有电流的相顺序变化），来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。 利用 8255对四相步进电机进行控制。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A…），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB…），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A…）等。 通过编程对8255的输出进行控制，使输出按照相序表给驱动电路供电，则步进电机的输入也和相序表一致，这样步进电机就可以正向转动或反向转动。 3.2硬件连接图 四．实现方法 4.1．步进电机控制程序流图 计算机控制系统课程设计报告 选题加热炉温度控制系统 学院工学院 专业名称自动化 班级11-1 学号111044108 姓名陈曦 指导教师阚江明职称副教授 计算机控制系统课程设计报告 选题：电阻加热炉温度控制系统 实验小组成员：王军、陈曦 一、题目内容介绍： 1. 工业用电阻加热炉用电炉丝提供功率，实验中采用PLC-18温度的控制和传送实验挂箱，使其在预定的时间内将玻璃管内空气温度稳定到给定的温度值。本控制对象脉宽变送部分输入电压为0~10V控制加热装置，内部温度传感器输出信号后由挂箱内电路转变为电压输出0~10V，对应0~100摄氏度，采用双向可控硅进行控制。 2. 以MSP430F149处理器作为控制中心，独立完成控制系统硬件部分设计。 3. 基本功能要求： （1）选择适当的传感器和控制执行部件，计算机输出的控制信号控制可控硅的工作状态，从而控制炉内温度； （2）要求控制温度范围0~100摄氏度，控制精度±1摄氏度； （3）具有键盘和LED/LCD显示功能，便于进行设定温度等参数的设定和系统工作状态显示； （4）控制算法采用标准/改进数字PID算法，进行控制性能比较。 4.主要任务： （1）在MATLAB/Simulink环境下完成控制系统建模和数字控制器设计工作，控制算法采用标准/改进数字PID算法，进行控制性能比较； （2）在Protel环境下完成控制系统硬件部分设计； （3）完成控制软件程序的设计，要求编译通过即可，注意软件设计中的模块化设计方法。 二、硬件模块设计方案 1、单片机开发板 硬件资源介绍如下: 01.主芯片MSP430F149 最小板,可拨插,方便更换; 02.板载USB 下载器,一根USB 线就可以下载程序;对于笔记本电脑客户不需要一定要购买仿真器才能下载.此模块也可能通过杜邦线连接单片机实现USB 转串口通讯; 03.电源模块,输入电源为直流8~12V 或者USB 的5V电源,可输出5V 和3.3V 电压,电源引脚都已出来,方便实验时外扩; 04.8 位LED 发光管,可做流水灯实验及灯指示实验; 05.8 位数码管显示模块,可实验数码管显示和指示实验; 06.用MAX232 实现两路串口通讯,可做串口通讯,实现上位机和下位机的通讯及控制; 07.MAX485 芯片,实现485 通讯实验; 08.4*4 点阵按键,实现点阵扫描实验; 09.4 位独立按键,实现普通按键IO 输入及中断实验; 10.ULN2003 芯片,实现步进电机和直流电机驱动控制实验;计算机控制课设.
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计算机控制技术课程设计报告
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计算机控制技术课程设计任务书
模电课设—温度控制系统的设计
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温度控制系统毕业设计
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基于51单片机的温度控制系统的设计
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计算机控制系统设计性实验 (1)
基于单片机的温度控制系统设计
微机原理步进电机控制课程设计报告终审稿)
计算机控制系统课程设计分解