2011《微机控制技术》实验指导书.doc

江西理工大学 微机控制技术 课程实验指导书主审人：蔡改贫 主撰人：前言本课程是自动化、电气工程及其自动化专业的专业基础实验课，通过本课程的学习，使学生计算机控制系统的结构体系、信号的输入输出过程、以及控制器的设计方法、计算机控制系统的设计及调试等，并简单的讲解组态软件、通信网络等内容，为学生毕业后从事微机控制方面的工作打下坚实的基础。本实验主要包括4大部分：微机控制的原理及体系结构、过程通道的设计、数字控制器的设计方法、控制系统的设计与调试，要求学生通过学时和实验，掌握微型计算机控制系统的基本工作原理、设计方法等。目录第一部分 绪论一、本课程实验的作用与任务二、本课程实验的基础知识三、本课程实验教学项目及要求第二部分 基本实验指导实验一 步进电机控制实验实验二 直流电机控制实验实验三 数字PID控制器设计及仿真实验四 最少拍有纹波控制器设计及仿真实验五 最少拍无纹波控制器设计及仿真实验六 大林算法设计及仿真实验七 A/D转换器实验实验八 组态软件设计 第一部分 绪论本实验指导书是根据微机控制技术课程实验教学大纲编写，适用于电气工程及其自动化专业、自动化等专业。一、 本课程实验的作用与任务微机控制技术实验是计算机学习过程中必不可少的重要实践环节。通过实验和设计，让学生计算机控制系统中输入输出通道的设计、数字程序控制技术、数字控制器的设计方法、组态软件的设计以及整个控制系统的设计过程及步骤，使学生在分析问题和解决问题等方面受到系统科学的训练，从而提高学生理论联系实际能力、自主动手能力和创新能力。二、 本课程实验的基础知识本课程要求学生掌握计算机的基本工作原理、编程方法、数字控制器的设计方法等基本知识。学生在学习这门课程之前，必须掌握自动控制原理、微机原理与程序设计等课程相关内容。 三、 本课程实验教学项目及要求序号实验项目名称学时实验类别实验要求实验类型每组人数主要设备名称目的和要求1步进电机控制实验2专业选修验证2计算机，实验箱掌握数字程序控制的设计与步进电机控制。2直流电机控制实验2专业选修验证2计算机，实验箱掌握定时器产生PWM波的原理及直流电机的调速控制。3数字PID控制器设计及仿真2专业必修设计1计算机掌握PID的参数整定方法和控制效果分析。4最少拍有纹波控制器的设计及仿真2专业必修设计1计算机掌握最小拍控制器的设计步骤、方法及控制效果分析。5最少拍无纹波控制器的设计及仿真2专业选修设计1计算机掌握最小拍控制器的设计步骤、方法及控制效果分析。6大林算法设计及仿真2专业选修设计1计算机掌握大林算法的设计与振铃现象分析。7A/D转换器实验2专业选修验证2计算机，实验箱掌握数模转换的原理及主要芯片的使用。8组态软件应用2专业选修设计1计算机学会组态软件的设计。 第二部分 基本实验指导实验一 步进电机控制实验一.实验目了解步进电机的工作原理，掌握它的转动控制方式和调速方法。二.实验设备及器件 1.IBM PC机 一台2.DP-51PRO.NET单片机仿真器.编程器.实验仪三合一综合开发平台 一台三.实验内容1.编写程序，通过单片机的P1口控制步进电机的控制端，使其按一定的控制方式进行转动。2.分别采用双四拍（AB-BC-CD-DA-AB）方式、单双八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）方式和单四拍（A-B-C-D-A）方式编程，控制步进电机的转动方向和转速。3.观察不同控制方式下，步进电机转动时的振动情况和步进角的大小，比较这几种控制方式的优缺点。四.实验要求学会步进电机的工作原理和控制方法，掌握一些简单的控制电路和基本的电机基础知识。步步进电机驱动原理五.实验步骤1.安装C10区JP6接口上的短路帽，将C10区J41接口与A2区J61接口的P10P13对应相连。2.打开TKStudy仿真器，仿真调试编写好的软件程序，观察步进电机的转动情况。3.修改步进电机的控制程序，再次运行程序，比较它们的不同控制效果。六.实验预习要求认真预习本书2.22节的内容，认真按照本实验的要求提前做好实验准备工作，阅读实验参考程序。七.实验参考程序BAEQUP1.0BBEQUP1.1BCEQUP1.2BDEQUP1.3ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVSP,#60HACALLDELAYSMRUN: ;电机控制方式为单双八拍MOVP1,#08H;AACALLDELAYMOVP1,#0CH;ABACALLDELAYMOVP1,#04H;BACALLDELAYMOVP1,#06H;BCACALLDELAYMOVP1,#02H;CACALLDELAYMOVP1,#03H;CDACALLDELAYMOVP1,#01H;DACALLDELAYMOVP1,#09H;DAACALLDELAYSJMPSMRUN;循环转动DELAY: ;单步延时程序MOVR4,#10DELAY1:MOVR5,#250DJNZR5,$DJNZR4,DELAY1RETEND八.实验思考题 设计一个完整的步进电机控制程序，使用户可以通过按键控制电机转动的方向，并且能够调节电机转动的速度。实验二 直流电机控制实验一实验目的利用PWM控制直流电机的转动速度。二实验设备及仪器1IBM PC机 一台2示波器 一台3DP51PRO.NET 单片机仿真器、编程器、实验仪三合一综合开发平台 一台三实验内容学习如何控制直流电机。PWM功率驱动电路如下： 直流电机驱动原理图如上图中，只要ZDJ-A的电压比ZDJ-B的电压高，电机就正转。如果ZDJ-B的电压比ZDJ-A的电压高，电机就反转。改变PWM的占空比就可改变电机转速。四实验要求利用定时器输出PWM波的程序，用D1区的按键KEY1与KEY2改变PWM的占空比来控制直流电机的转速。五实验步骤1用导线连接A2区的P11与D1区J53接口的KEY1。2用导线连接A2区的P12与D1区J53接口的KEY2。3用导线连接A2区的P10与B8区J78接口的ZDJ-A。4B8区J78接口的ZDJ-B连接到C1区的GND。5短接B8区JP18的电机电源跳线六实验预习要求认真预习本节实验内容，理解电机驱动电路的原理，按照实验的要求提前做好实验准备工作。七实验参考程序 汇编程序：PWMHDATA30H;高电平脉冲的个数PWMDATA31H;PWM周期COUNTERDATA32HTEMPDATA33HORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPINTT0ORG0100HMAIN:MOVSP,#60H;给堆栈指针赋初值MOVPWMH,#02HMOVCOUNTER,#01HMOVPWM,#15HMOVTMOD,#02H;定时器0在模式2下工作MOVTL0,#38H;定时器每200us产生一次溢出MOVTH0,#38H;自动重装的值SETBET0;使能定时器0中断SETBEA;使能总中断SETBTR0;开始计时KSCAN:JNBP1.1,K1CHECK;扫描KEY1,JNBP1.2,K2CHECK;扫描KEY2,如果按KEY2,跳转到KEY2处理程序SJMPKSCANK1CHECK:JBP1.1,K1HANDLE;去抖动,如果按下KEY1,跳转到KEY1处理程序SJMPK1CHECKK1HANDLE:MOVA,PWMHCJNEA,PWM,K1H0;判断是否到达上边界SJMPKSCAN ;是,则不进行任何操作K1H0:MOVA,PWMHINCACJNEA,PWM,K1H1;如果在加1后到达最大值CLR TR0;定时器停止SETBP1.0;置P1.0为高电平SJMPK1H2K1H1:CJNEA,#02H,K1H2;如果加1后到达下边界SETBTR0;重开定时器K1H2:INC PWMH;增加占空比SJMPKSCANK2CHECK:JBP1.2,K2HANDLE;去抖动,如果按下KEY2,跳转到KEY2处理程序SJMPK2CHECKK2HANDLE:MOVA,PWMHCJNEA,#01H,K2H0;判断是否到达下边界SJMPKSCAN;是,则不进行任何操作K2H0:MOVA,PWMHMOVTEMP,PWMDECACJNEA,#01H,K2H1;如果在减1后到达下边界CLRTR0 ;定时器停止CLRP1.0;P1.0为低电平SJMPK2H2K2H1:DECTEMPCJNEA,TEMP,K2H2;如果到达上边界SETB TR0;启动定时器K2H2:DED PWMH;降低占空比SJMPKSCANINTT0:PUSHPSW;现场保护PUSHACCINC COUNTER;计数值加1MOVA,COUNTERCJNEA,PWM,INTT01;如果等于高电平脉冲数CLRP1.0;P1.0变为低电平INTT01:CJNEA,PWM,INTT02;如果等于周期数MOVCOUNTER,#01H;计数器复位SETBP1.0;置P1.0为高电平INTT02:POP ACC;出栈POP PSWRETI;END八实验思考题请编写一段实现电机正反转的程序。实验三 数字PID控制器设计一、试验目的 1. 熟悉MATLAS编程及Simulink工作环境；2. 掌握比例、积分、微分环节对控制系统性能的影响；3. 掌握利用扩充临界比例度法和试凑法整定PID参数。二、实验设备 计算机一台、MATLAB6.5或7.0软件。 三、实验内容 如下图，假定控制对象为：，要求在Simulink工作环境下分别采用临界比例度法和试凑法设计PID控制器，其中输入r为单位阶跃函数。PID R y -临界比例度法：选择一个合适的采样周期T，控制器作纯比例KP控制；调整KP的值，使得系统出现临界振荡，记下相应的临界振荡周期TS和临界振荡增益KS；选择控制度为1.05，根据控制表，求得T、KP、TI、TD；试凑法：根据先比例、再积分、后微分的原则依次调整比例、积分、微分的参数，使得系统响应满足要求。四、实验结果分析求出两种方法对应的PID参数，并画出输出响应曲线，对结果进行分析。五、思考题试分析比例、积分、微分对控制系统性能的影响。实验四 最少怕有纹波控制器设计及仿真一、试验目的 1. 掌握最少怕有纹波控制器设计及仿真技术；2.掌握Simulink环境下仿真的技术和Matlab编程仿真技术。二、实验设备 计算机一台、MATLAB6.5或7.0软件。 三、实验内容 如下图，假定控制对象为：，H(s)为零阶保持器，采样周期T1s，试：针对单位速度输入设计最少怕有纹波控制器，画出控制器和系统输出波形；H(s)G(s)D(z) r T T y -四、实验结果分析要求画出Simulink环境下仿真结构图，求出最少拍有纹波控制器，并画出输出响应曲线，对结果进行分析。五、实验预习要求 认真按照本实验的要求提前做好实验准备工作，进行理论设计计算并用MATLAB编写仿真程序。六、思考题有纹波具体体现在哪里？产生的原因是什么？附加实验：本实验在完成Simulink仿真的基础上，进行MATLAB编程仿真。 实验五 最少怕无纹波控制器设计及仿真一、试验目的 1.掌握最少怕无纹波控制器设计及仿真技术；2.掌握Simulink环境下仿真的技术和Matlab编程仿真技术。二、实验设备 计算机一台、MATLAB6.5或7.0软件。 三、实验内容 如下图，假定控制对象为：，H(s)为零阶保持器，采样周期T1s，试针对单位速度输入设计最少怕无纹波控制器，画出控制器和系统输出波形；。H(s)G(s)D(z) r T T y -四、实验结果分析要求画出Simulink环境下仿真结构图，求出最少拍无纹波控制器，并画出输出响应曲线，对结果进行分析。五、思考题 试比较有纹波和无纹波控制器的区别。附加实验：本实验在完成Simulink仿真的基础上，进行MATLAB编程仿真。 实验六 大林算法设计及仿真一、试验目的 1. 掌握大林