《微機(jī)控制技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、江西理工大學(xué)微機(jī)控制技術(shù) 課程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)主審人：蔡改貧 主撰人：、尸 、-前言本課程是自動(dòng)化、電氣項(xiàng)目及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系、信號(hào)的輸入輸出過(guò)程、以及控制器的設(shè)計(jì)方法、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)及調(diào)試等，并簡(jiǎn)單的講解組態(tài)軟件、通信網(wǎng)絡(luò)等內(nèi)容，為學(xué)生畢業(yè)后從事微機(jī)控制方面的工 作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本實(shí)驗(yàn)主要包括 4 大部分：微機(jī)控制的原理及體系結(jié)構(gòu)、過(guò)程通道的設(shè)計(jì)、數(shù)字控制器的設(shè) 計(jì)方法、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試，要求學(xué)生通過(guò)學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)，掌握微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本工 作原理、設(shè)計(jì)方法等。目錄第一部分 緒論一、本課程實(shí)驗(yàn)的作用與任務(wù)二、本課程實(shí)驗(yàn)

2、的基礎(chǔ)知識(shí)三、本課程實(shí)驗(yàn)教案項(xiàng)目及要求第二部分 基本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三數(shù)字 PID 控制器設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)四最少拍有紋波控制器設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)五最少拍無(wú)紋波控制器設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)六大林算法設(shè)計(jì)及仿真實(shí)驗(yàn)七A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)八組態(tài)軟件設(shè)計(jì)第一部分 緒論 本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)是根據(jù)微機(jī)控制技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)教案大綱編寫(xiě)，適用于電氣項(xiàng)目及其 自動(dòng)化專業(yè)、自動(dòng)化等專業(yè)。一、本課程實(shí)驗(yàn)的作用與任務(wù)微機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)是計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)過(guò)程中必不可少的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和設(shè) 計(jì)，讓學(xué)生計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中輸入輸出通道的設(shè)計(jì)、數(shù)字程序控制技術(shù)、數(shù)字控制器的設(shè) 計(jì)方法、組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)以及整個(gè)控制

3、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程及步驟，使學(xué)生在分析問(wèn)題和解決 問(wèn)題等方面受到系統(tǒng)科學(xué)的訓(xùn)練，從而提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力、自主動(dòng)手能力和創(chuàng)新 能力。二、本課程實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)本課程要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)的基本工作原理、編程方法、數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方法等基 本知識(shí)。學(xué)生在學(xué)習(xí)這門(mén)課程之前，必須掌握自動(dòng)控制原理、微機(jī)原理與程序設(shè) 計(jì)等課程相關(guān)內(nèi)容。三、本課程實(shí)驗(yàn)教案項(xiàng)目及要求序 號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱學(xué) 時(shí)實(shí)驗(yàn)類別實(shí)驗(yàn)要求實(shí)驗(yàn)類型每組人數(shù)主要設(shè)備名稱目的和要求1步進(jìn)電機(jī)控 制實(shí)驗(yàn)2專業(yè)選修驗(yàn)證2計(jì)算機(jī)，實(shí)驗(yàn) 箱掌握數(shù)字程 序控制的設(shè) 計(jì)與步進(jìn)電 機(jī)控制。2直流電機(jī)控制 實(shí)驗(yàn)2專業(yè)選修驗(yàn)證2計(jì)算機(jī)，實(shí)驗(yàn) 箱掌握定時(shí)器 產(chǎn)生 PWM

4、 波的原理及 直流電機(jī)的 調(diào)速控制。3數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)及仿 真2專業(yè)必修設(shè)計(jì)1計(jì)算機(jī)掌握 PID的 參數(shù)整定方 法和控制效 果分析。4最少拍有紋波 控制器的設(shè)計(jì) 及仿真2專業(yè)必修設(shè)計(jì)1計(jì)算機(jī)掌握最小拍控 制器的設(shè)計(jì)步 驟、方法及控 制效果分析。5最少拍無(wú)紋波 控制器的設(shè)計(jì) 及仿真2專業(yè)選修設(shè)計(jì)1計(jì)算機(jī)掌握最小拍 控制器的設(shè) 計(jì)步驟、方 法及控制效 果分析。6大林算法設(shè)計(jì) 及仿真2專業(yè)選修設(shè)計(jì)1計(jì)算機(jī)掌握大林算 法的設(shè)計(jì)與 振鈴現(xiàn)象分 析。7A/D轉(zhuǎn)換器實(shí) 驗(yàn)2專業(yè)選修驗(yàn)證2計(jì)算機(jī)，實(shí)驗(yàn) 箱掌握數(shù)模轉(zhuǎn) 換的原理及 主要芯片的 使用。8組態(tài)軟件應(yīng)用2專業(yè)選修設(shè)計(jì)1計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)組態(tài)軟 件的設(shè)計(jì)。第

5、二部分基本實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)苛私獠竭M(jìn)電機(jī)的工作原理，掌握它的轉(zhuǎn)動(dòng)控制方式和調(diào)速方法。二. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器件1.IBM PC 機(jī)一臺(tái)2. DP-51PRO.NET單片機(jī)仿真器.編程器.實(shí)驗(yàn)儀三合一綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)一臺(tái)三. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 編寫(xiě)程序，通過(guò)單片機(jī)的P1 口控制步進(jìn)電機(jī)的控制端，使其按一定的控制方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。2. 分別采用雙四拍 <AB-BC-CD-DA-AB ）方式、單雙八拍 <A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A ）方式和單四拍<A-B-C-D-A ）方式編程，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速。3. 觀察不同控制方式下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的振動(dòng)情況和

6、步進(jìn)角的大小，比較這幾種控制方式的優(yōu) 缺點(diǎn)。四. 實(shí)驗(yàn)要求學(xué)會(huì)步進(jìn)電機(jī)的工作原理和控制方法，掌握一些簡(jiǎn)單的控制電路和基本的電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)。J4IBA 皿BOIN 1OUTI(N2(XT2IN 3OCT工IM 4OCJT4N5OfTSIN 6QLT6IN 7OLTTCONBOXCJAXIP|r-15i-iTTTToR92nr comJba tmi"0BI3 COMUV COMA2WMOTOR STEPPERM"+M2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理五. 實(shí)驗(yàn)步驟1.安裝C10區(qū)JP6接口上的短路帽，將C10區(qū)J41接口與A2區(qū)J61接口的 P10P13對(duì)應(yīng)相連。2. 打開(kāi)TKStudy仿真器，

7、仿真調(diào)試編寫(xiě)好的軟件程序，觀察步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)情況。3. 修改步進(jìn)電機(jī)的控制程序，再次運(yùn)行程序，比較它們的不同控制效果。六. 實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求認(rèn)真預(yù)習(xí)本書(shū) 2.22節(jié)的內(nèi)容，認(rèn)真按照本實(shí)驗(yàn)的要求提前做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，閱讀實(shí)驗(yàn)參考程序。七 . 實(shí)驗(yàn)參考程序BA EQUP1.0BBEQU P1.1BCEQU P1.2BDEQU P1.3ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVSP,#60HACALLDELAYSMRUN:。電機(jī)控制方式為單雙八拍MOVP1,#08H。AACALLDELAYMOVP1,#0CH。ABACALLDELAYMOVP1,#04H。BACALLDELAYMO

8、VP1,#06H。BCACALLDELAYMOVP1,#02H。CACALLDELAYMOVP1,#03H。CDACALLDELAYMOVP1,#01H。DACALLDELAYMOVP1,#09H。DAACALLDELAYSJMPSMRUN。循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)MOV R4,#10DELAY1:MOV R5,#250DJNZ R5,$DJNZ R4,DELAY1RETEND八.實(shí)驗(yàn)思考題設(shè)計(jì)一個(gè)完整的步進(jìn)電機(jī)控制程序，使用戶可以通過(guò)按鍵控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，并且能夠 調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。實(shí)驗(yàn)二直流電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦肞WM控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。二. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器1. IBM PC 機(jī)一臺(tái)2示波

9、器一臺(tái)3. DP 51PRO.NET單片機(jī)仿真器、編程器、實(shí)驗(yàn)儀三合一綜合開(kāi)發(fā)平臺(tái)一臺(tái).實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)習(xí)如何控制直流電機(jī)。PWM功率驅(qū)動(dòng)電路如下:直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖如上圖中，只要 ZDJ-A的電壓比ZDJ-B的電壓高，電機(jī)就正轉(zhuǎn)。如果ZDJ-B的電壓比ZDJ-A 的電壓高，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。改變 PWM 的占空比就可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。四實(shí)驗(yàn)要求利用定時(shí)器輸出 PWM 波的程序，用 D1 區(qū)的按鍵 KEY1 與 KEY2 改變 PWM 的占空比來(lái)控 制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。五實(shí)驗(yàn)步驟1 用導(dǎo)線連接 A2區(qū)的P11與D1區(qū)J53接口的KEY1。2用導(dǎo)線連接 A2區(qū)的P12與D1區(qū)J53接口的KEY2。3用導(dǎo)線連接 A

10、2區(qū)的P10與B8區(qū)J78接口的ZDJ-A。4. B8區(qū)J78接口的ZDJ-B連接到 C1區(qū)的GND。5. 短接B8區(qū)JP18的電機(jī)電源跳線六.實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求認(rèn)真預(yù)習(xí)本節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，理解電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的原理，按照實(shí)驗(yàn)的要求提前做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作。七. 實(shí)驗(yàn)參考程序。高電平脈沖的個(gè)數(shù)。 PWM 周期匯編程序：PWMHDATA30HPWMDATA31HCOUNTER DATA32HTEMPDATA33HORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPINTT0ORG0100HMAIN:MOV SP,#60HMOV PWMH,#02HMOV COUNTER,#01HMOV PWM,#15HMOV T

11、MOD,#02HMOV TL0,#38HMOV TH0,#38HSETB ET0SETB EASETB TR0。給堆棧指針賦初值KSCAN:JNB P1.1,K1CHECKJNB P1.2,K2CHECK。定時(shí)器 0在模式 2下工作。定時(shí)器每200us產(chǎn)生一次溢出。自動(dòng)重裝的值。使能定時(shí)器 0中斷。使能總中斷。開(kāi)始計(jì)時(shí)。掃描 KEY1,。掃描KEY2,如果按KEY2,跳轉(zhuǎn)到KEY2處理程序SJMP KSCANK1CHECK:JBSJMPK1HANDLE:MOVCJNESJMPK1H0:MOVINCCJNECLRSETBSJMPK1H1:CJNESETBK1H2:INCSJMPK2CHECK:J

12、BSJMPK2HANDLE:MOVCJNESJMPK2H0:MOVMOVDECCJNECLRCLRSJMPK2H1:DECCJNESETBK2H2:DEDSJMPINTT0:PUSHPUSHP1.1,K1HANDLEK1CHECK。去抖動(dòng) ,如果按下A,PWMHA,PWM,K1H0。判斷是否到達(dá)上邊界KSCAN。是 ,則不進(jìn)行任何操作A,PWMHAA,PWM,K1H1。如果在加 1后到達(dá)最大值TR0。定時(shí)器停止P1.0。置P1.0為高電平K1H2A,#02H,K1H2。如果加 1 后到達(dá)下邊界TR0。重開(kāi)定時(shí)器PWMH。增加占空比KSCANP1.2,K2HANDLE。去抖動(dòng) , 如果按下K2C

13、HECKA,PWMHA,#01H,K2H0。判斷是否到達(dá)下邊界KSCAN。是 ,則不進(jìn)行任何操作A,PWMHTEMP,PWMAA,#01H,K2H1。如果在減 1 后到達(dá)下邊界TR0。定時(shí)器停止P1.0。P1.0為低電平K2H2TEMPA,TEMP,K2H2。如果到達(dá)上邊界TR0。啟動(dòng)定時(shí)器PWMH。降低占空比KSCANPSW?，F(xiàn)場(chǎng)保護(hù)ACCKEY1, 跳轉(zhuǎn)到 KEY1 處理程序KEY2, 跳轉(zhuǎn)到 KEY2 處理程序INC COUNTERMOV A,COUNTERCJNE A,PWM,INTT01CLR P1.0INTT01:CJNE A,PWM,INTT02 MOV COUNTER,#01H

14、 SETB P1.0INTT02:POP ACCPOP PSWRETI。計(jì)數(shù)值加1。如果等于高電平脈沖數(shù)。P1.0變?yōu)榈碗娖?。如果等于周期?shù)。計(jì)數(shù)器復(fù)位。置P1.0為高電平。出棧END八實(shí)驗(yàn)思考題請(qǐng)編寫(xiě)一段實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的程序。實(shí)驗(yàn)三數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉MATLAS編程及Simulink工作環(huán)境;2. 掌握比例、積分、微分環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響;3. 掌握利用擴(kuò)充臨界比例度法和試湊法整定PID參數(shù)。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)一臺(tái)、MATLAB6.5或7.0軟件。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下圖，假定控制對(duì)象為,要求在 Simulink工作環(huán)境下分別采用臨界比例度法和試湊法設(shè)計(jì)PID控制器，其中輸

15、入r為單位階躍函數(shù)。臨界比例度法: 選擇一個(gè)合適的采樣周期 T,控制器作純比例 KP控制；TS和臨界振蕩增益KS;調(diào)整KP的值，使得系統(tǒng)出現(xiàn)臨界振蕩，記下相應(yīng)的臨界振蕩周期選擇控制度為1.05，根據(jù)控制表，求得 T、KP、TI、TD ;試湊法：根據(jù)先比例、再積分、后微分的原則依次調(diào)整比例、積分、微分的參數(shù)，使得系統(tǒng)響應(yīng)滿足要求。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析求出兩種方法對(duì)應(yīng)的 PID參數(shù)，并畫(huà)出輸出響應(yīng)曲線，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。五、思考題試分析比例、積分、微分對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響。實(shí)驗(yàn)四最少怕有紋波控制器設(shè)計(jì)及仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握最少怕有紋波控制器設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)；2掌握Simulink環(huán)境下仿真的技術(shù)和 M

16、atlab編程仿真技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)一臺(tái)、MATLAB6.5或7.0軟件。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、曰 旳一如下圖，假疋控制對(duì)象為：,H(s為零階保持器，米樣周期T =1s,試：針對(duì)單位速度輸入設(shè)計(jì)最少怕有紋波控制器，畫(huà)出控制器和系統(tǒng)輸出波形；r b . / T y rD(z/ H(s>Ik-G(s卓>>四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析要求畫(huà)出Simulink環(huán)境下仿真結(jié)構(gòu)圖，求出最少拍有紋波控制器，并畫(huà)出輸出響應(yīng)曲線， 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。五、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求認(rèn)真按照本實(shí)驗(yàn)的要求提前做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，進(jìn)行理論設(shè)計(jì)計(jì)算并用MATLAB編寫(xiě)仿真程序。六、思考題有紋波具體體現(xiàn)在哪里？產(chǎn)生的原因是什么？附加實(shí)驗(yàn)

17、：本實(shí)驗(yàn)在完成 Simulink仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行 MATLAB編程仿真。實(shí)驗(yàn)五最少怕無(wú)紋波控制器設(shè)計(jì)及仿真、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握最少怕無(wú)紋波控制器設(shè)計(jì)及仿真技術(shù)；2掌握Simulink環(huán)境下仿真的技術(shù)和Matlab編程仿真技術(shù)。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)一臺(tái)、MATLAB6.5或7.0軟件。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下圖，假定控制對(duì)象為：|，H(s為零階保持器，米樣周期T = 1s,試針對(duì)單位速度輸入設(shè)計(jì)最少怕無(wú)紋波控制器，畫(huà)出控制器和系統(tǒng)輸出波形;四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析要求畫(huà)出Simulink環(huán)境下仿真結(jié)構(gòu)圖，求出最少拍無(wú)紋波控制器，并畫(huà)出輸出響應(yīng)曲線, 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。五、思考題試比較有紋波和無(wú)紋波控制器的區(qū)別。附加實(shí)驗(yàn)：本實(shí)驗(yàn)在完成Simulink仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行 MA