《智能控制系统与工程》教案

2/2课程名称智能控制系统与工程序号1授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月2日基本课题1自动控制系统的基本概念课堂类别理论教学目标1.知识目标：掌握智能控制的基本概念、发展历史、应用领域，掌握反馈控制的基本原理。2.技能目标：能区分自动控制系统、智能控制系统和智能机器人。3.素养目标：培养学生探索知识与分析问题的能力。4.课堂思政目标：（不少于总课次的三分之一有课程思政）B激发爱国主义情怀教学重点描述智能控制的基本概念、发展历史、应用领域，以及反馈控制的基本原理解决措施举例和图片、视频展示教学难点描述自动控制、智能控制、人工智能间的关系解决措施类比、绘图分析教学设备设施多媒体、网络通信设备教学方法和手段讲解、讨论、头脑风暴、项目教学法

教学环节教学设计时间分配组织教学1.点名2.思政同学们，今天我们来一起了解都江堰工程，感受中国古代巧妙控制装置所展现出的伟大智慧。都江堰，这一历经两千多年岁月洗礼的伟大水利工程，是中国古代劳动人民智慧的结晶。都江堰主要由鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口这三个部分组成。鱼嘴将岷江分为内江和外江，实现了四六分水的神奇效果，根据不同季节的水量变化自动调节水流分配，保证了成都平原的灌溉和防洪需求。飞沙堰则巧妙地利用水流的漩涡原理，在排沙的同时调节内江的水量，确保了水利工程的长期稳定运行。宝瓶口则像一个精准控制水流的阀门，将江水引入成都平原，为这片土地带来了生机与繁荣。这一设计充分展示了控制的巧妙，也可以看到中国古代劳动人民对祖国大地的深深热爱。他们用自己的智慧和汗水，为了百姓的福祉、国家的稳定，创造了如此伟大的工程。让我们怀着崇敬之心，铭记都江堰工程所代表的中国古代智慧，并为我们的祖先，我们的国家自豪。5分钟复习旧课无分钟导入新课都江堰的超前控制思想5分钟新课教学（可加页）课前预备材料：课中重点知识：初识智能控制智能控制是一门交叉学科，著名美籍华人傅京逊教授1971年首先提出智能控制是人工智能与自动控制的交叉，即二元论。美国学者G.N.Saridis1977年在此基础上引入运筹学，提出了三元论的智能控制概念。什么是智能控制？“智能控制”术语由立昂兹等人于1967年提出，目前没有统一定义。IEEE控制系统协会：智能控制必须具有模拟人类学习和自适应的能力。具有一定智能的控制。一般认为：人工智能融合于自动控制中促成了智能控制。智能控制是现今自动控制的最高层次。因此，在理解智能控制的概念之前，我们现需要理解自动控制和人工智能的概念。二、初识自动控制自动控制技术被大量应用于工农业生产、医疗卫生、环境监测、交通管理、科研开发、军事领域、特别是空间技术和核技术。自动控制技术的广泛应用不仅使各种生产设备、生产过程实现了自动化，提高了生产效率和产品质量，尤其在人类不能直接参与工作的场合，就更离不开自动控制技术了。自动控制技术还为人类探索大自然、利用大自然提供了可能和帮助。什么是自动控制？是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（被控对象）的某个工作状态或参数（被控量）按照预定的规律自动运行。什么是自动控制理论？自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。什么是自动控制系统？能够实现自动控制的系统，一般由控制装置和被控对象组成。4.人工控制VS自动控制偏差的过程。（1）人工控制的恒值水位系统1）将水位的要求值(期望水位值)牢记在大脑中。2）用眼睛和测量工具测量水池实际水位。3）将期望水位与实际水位进行比较、计算、从而得出误差值。4）按照误差的大小和正负性质，由大脑指挥手去正确地调节进水阀门，所谓正确调节，是要按减小误差的方向来调节进水阀门的开度。图1恒值水位系统对于人工控制的系统，如果能找到一个控制装置(也称控制器)来代替人的职能，它就可以变成一个自动控制系统。（2）自动控制的值水位系统1）自动控制是在没有人直接参与的情况下，通过闭环的自动调节作用来消除或减小偏差的过程。2）自动控制的基本任务：在无人直接参与的情况下，只利用控制装置操纵被控对象，使被控制量等于给定值。3）水位自动控制系统控制器控制器气动阀门水流入Q1浮子水箱流出Q2H图2水位自控系统上图是一个液位控制系统原理图。在这里，自动控制器通过比较实际液位与希望液位，并通过调整气动阀门的开度，对误差进行修正，从而保持液位不变。控制任务：维持水箱内水位恒定；控制装置：气动阀门、控制器；受控对象：水箱、供水系统；被控量：水箱内水位的高度；给定值：控制器刻度盘指针标定的预定水位高度；测量装置：浮子；比较装置：控制器刻度盘；干扰：水的流出量和流入量的变化都将破坏水位保持恒定；5.反馈控制原理就是测量、求偏差、实施控制以纠正偏差的过程。简单说，就是检测偏差并纠正。自动控制理论的发展过程1）. 1945年之前，属于控制理论的萌芽期。1945年，美国人伯德（Bode）的“网络分析与放大器的设计”奠定了控制理论的基础，至此进入经典控制理论时期，此时已形成完整的自动控制理论体系。2）. 二十世纪六十年代初。用于导弹、卫星和宇宙飞船上的“控制系统的一般理论”（卡尔曼Kalman）奠定了现代控制理论的基础。现代控制理论主要研究多输入-多输出、多参数系统，高精度复杂系统的控制问题，主要采用的方法是以状态空间模型为基础的状态空间法，提出了最优控制等问题。3）. 七十年代以后，各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂，自动控制理论继续发展，进入了大系统和智能控制时期。例如智能机器人的出现，就是以人工智能、神经网络、信息论、仿生学等为基础的自动控制取得的很大进展。三、初识人工智能人工智能的梦想公元850年，古希腊就有制造机器人帮助人们劳动的神话传说中国三国时期诸葛亮造木牛流马的传说人工智能的萌芽十二世纪末至十三世纪初年间，西班牙的神学家和逻辑学家Romen

Luee试图制造能解决各种问题的通用逻辑机十七世纪法国物理学家和数学家B.Pascal制成了世界上第一台会演算的机械加法器人工智能的近代思想近代人工智能是源于1956年，由美国心理学家、数学家、计算机科学家、信息论学家提出。其目标就是让计算机能够象人一样思考。人工智能产生的标志性事件1997年5月，IBM公司研制的深蓝（DeepBlue）计算机战胜了国际象棋大师卡斯帕洛夫（Kasparov）2016年1月，Google旗下的深度学习团队Deepmind开发的人工智能围棋软件AlphaGo，以5：0战胜了围棋欧洲冠军樊麾。这是人工智能第一次战胜职业围棋手。人工智能的发展进程人工智能的定义定义1智能机器(intelligentmachine)能够在各类环境中自主地或交互地执行各种拟人任务的机器定义2人工智能学科与应用斯坦福大学Nilsson教授提出人工智能是关于知识的科学。v从学科的界定来定义：人工智能（学科）是计算机科学中涉及研究、设计和应用智能机器的一个分支。它的近期主要目标在于研究用机器来模仿和执行人脑的某些智能功能，并开发相关理论和技术。v从人工智能所实现的功能来定义：人工智能（能力）是智能机器所执行的通常与人类智能有关的功能，如判断、推理、证明、识别、感知、理解、设计、思考、规划、学习和问题求解等思维活动。定义3人工智能=会运动+会看懂+会听懂+会思考思考、讨论并回答：什么是自动控制、什么是自动控制系统？自动控制系统和自动控制理论孰先孰后？自动控制系统框图的一般形式？简述反馈控制原理？简述水位控制系统人工控制与自动控制的原理。你认为机器人的智能会超过人类吗？人工智能等同与智能控制吗？简述自动控制、智能控制、人工智能间的关系？70钟课堂小结自动控制的基本概念：自动控制、自动控制原理、自动控制系统、反馈控制原理人工智能的基本概念智能控制的基本概念自动控制、人工智能、智能控制间的关系5分钟布置作业自拟：简述水位控制系统的人工控制和自动控制的工作原理。简述自动控制、智能控制、人工智能间的关系？5分钟教学反思（可加页）天气炎热，教室没有空调，有些风扇坏了，同学们上课的积极性不高。

课程名称智能控制系统与工程序号2授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月4日基本课题2智能控制系统的组成、分类和性能指标课堂类别理论教学目标1.知识目标：掌握智能控制系统的基本类型、控制方法和性能指标，进一步掌握反馈控制的基本原理。2.技能目标：能初步分析智能控制系统，绘制系统框图。3.素养目标：培养学生探索知识与分析问题的能力。4.课堂思政目标：（不少于总课次的三分之一有课程思政）团结协作教学重点描述智能控制系统的基本类型、控制方法和性能指标解决措施对比、类比、绘图分析教学难点描述智能控制系统的性能指标解决措施图示说明、举例说明教学设备设施多媒体、网络通信设备教学方法和手段讲解、讨论、头脑风暴、项目教学法教学环节教学设计时间分配组织教学点名+纪律申明5分钟复习旧课自动控制的基本概念：自动控制、自动控制原理、自动控制系统、反馈控制原理人工智能的基本概念智能控制的基本概念自动控制、人工智能、智能控制间的关系3分钟导入新课智能控制系统的有那些类型？如何判断这些系统的性能优劣？新课教学（可加页）智能控制的定义定义一：智能控制是由智能机器自主地实现其目标的过程。定义二：K.J.奥斯托罗姆则认为，把人类具有的直觉推理和试凑法等智能加以形式化或机器模拟，并用于控制系统的分析与设计中，使之在一定程度上实现控制系统的智能化，这就是智能控制。定义三：智能控制是一类无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标的自动控制。定义四：智能控制实际只是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研制具有仿人智能的工程控制与信息处理系统的一个新兴分支学科。智能控制系统的基本结构自动控制系统一般由被控对象和控制装置构成，控制装置通常由控制器、执行器、传感变送器组成。智能控制系统隶属于自动控制系统，也由以上部分组成，但控制器的智能程度高，计算能力强，结构也更为复杂。因此智能控制系统的控制装置一般由六个部分组成，即执行器、传感器、环境模型（数据库）、感知处理器、判值部件、行为发生器。由于智能算法的应用离不开高性能计算机，所以智能控制系统也一定是计算机控制系统。一般情况下，智能系统结构具有递阶形式。智能控制的特点同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学模型表示的混合控制过程，或者是模仿自然和生物行为机制的计算智能算法。智能控制的核心在高层控制，即组织级。高层控制的任务在于对实际环境或过程进行组织，即决策和规划，实现广义问题求解。智能控制系统的设计重点不在常规控制器上，而在智能机模型或计算智能算法上。智能控制的实现一边要依赖控制硬件、软件和智能的结合，实现控制系统智能化；另一方面要实现自动控制科学与计算机科学、信息科学、系统科学、生命科学、人工智能等相结合，为自动控制提供新思想、新方法和新技术。智能控制是一门边缘交叉学科，是一个新兴的研究领域。智能控制系统的分类（一）自动控制系统的分类按控制方式可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。按元件类型可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等。按系统功能可分为温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等（1）按给定信号的特征划分1.恒值控制系统： 系统任务：c(t)=r(t)r(t)常数 分析设计重点:研究干扰对被控对象的影响,克服扰动液位控制系统，直流电动机调速系统等等。2.随动控制系统： 系统任务：c(t)=r(t)r(t)随机变化 分析设计重点:系统跟踪的快速性，准确性例：跟踪卫星的雷达天线系统3.程序控制系统： 系统任务：c(t)=r(t)r(t)按预先规定时间函数变化 分析设计重点:输出按一定的规律变化例：机械加工中的程序控制机床等等。（2）按系统的数学描述划分1.线性系统当系统各元件输入输出特性是线性特性，系统的状态和性能可以用线性微分（或差分）方程来描述时，则称这种系统为线性系统。2.非线性系统系统中只要存在一个非线性特性的元件，系统就由非线性方程来描述，这种系统称为非线性系统。（3）按信号传递的连续性划分1.连续系统连续系统的特点是系统中各元件的输入信号和输出信号都是时间的连续函数。这类系统的运动状态是用微分方程来描述的。连续系统中各元件传输的信息在工程上称为模拟量，其输入输出一般用r(t)和c(t)表示。2.离散系统控制系统中只要有一处的信号是脉冲序列或数码时，该系统即为离散系统。这种系统的状态和性能一般用差分方程来描述。（4）按系统的输入与输出信号的数量划分1.单变量系统（SISO）2.多变量系统（MIMO）（二）智能控制系统的分类（1）按其作用原理分类1.分层递阶智能控制系统2.专家控制系统3.模糊控制系统4.控制系统5.学习控制系统6.网络控制系统7.多真体控制系统8.复合智能控制系统（2）按照应用场景分类1.智能工厂2.智能电网3.智能家居4.智能楼宇五.控制系统的基本控制方式控制方式：开环控制和闭环控制（1）开环控制定义:控制量与被控量之间只有顺向作用而没有反向联系。例如：交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机开环控制的特点： 结构简单、调整方便、成本低。 给定一个输入，有相应的一个输出。 作用信号是单方向传递的，形成开环。 输出不影响输入。 若系统有外界扰动时，系统输出量不可能有准确的数值，即开环控制精度不高，或抗干扰能力差（2）闭环控制定义：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都叫做闭环控制系统。常用术语：反馈控制系统闭合闭环控制系统 反馈控制原理：被控变量作为反馈信号，与希望值比较得到偏差输入；根据输入偏差大小，调整控制信号；控制信号通过执行器的操作消除偏差，实现控制目标。反馈：输出量经测量后的信号回送到输入端。反馈连接方式有负反馈和正反馈。负反馈：反馈信号的极性与输入信号相反，使被控对象的输出趋向希望值。闭环控制的特点： 由负反馈构成闭环，利用偏差信号进行控制； 抗干扰能力强，精度高； 存在稳定性问题。系统元件参数配合不当，容易产生振荡，使系统不能正常工作； 自动控制理论主要研究闭环系统。六、控制系统的性能指标1.系统分析系统给定，在规定的工作条件下，对它进行分析研究，其中包括稳态性能和动态性能分析，看是否满足要求，以及分析某个参数变化时对上述性能指标的影响，决定如何合理地选取等。2.控制系统要完成一定的控制任务，必须具备一定的性能。通常，要求控制系统的输出量应能实时、准确地按照输入量的规定而变化，并且在两者之间保持稳定的对应关系，对应关系尽量不受任何干扰的影响。对于不同目的的自动控制系统，往往也有不同的具体要求，但就控制系统的基本共性要求，可以归结为以下三个方面。（1）稳定性控制系统的稳定性是指系统在受到外部作用后，其动态过程的振荡倾向和能否恢复平衡状态的能力。由于系统中存在惯性，当其各个参数匹配不好时，将会引起系统输出量的振荡。如果这种振荡是发散的或等幅的，系统就是不稳定或临界稳定的，它们都是没有实际意义的稳定工作状态，控制系统也就失去了工作能力。尽管控制系统振荡常常不可避免，但只有这种振荡随着时间的推移而逐渐减小乃至消失，控制系统才是稳定的，控制系统才有实际的工作能力和使用价值。由此可见，系统稳定是控制系统能够正常工作的首要条件，是对控制系统的首要要求。（2）快速性控制系统响应的快速性是指在系统稳定的前提下，通过系统的自动调节，最终消除因外部作用改变而引起的输出量与给定量之间偏差的快慢程度。快速性一般用调节时间来衡量，调节时间越短，快速性越好，但控制系统的快速性常常与相对稳定性相矛盾。（3）准确性控制系统响应的准确性是指在系统的自动调节过程结束后，其输出量与给定量之间仍然存在的偏差大小，也称稳态精度。准确性一般用稳态误差来衡量，它是评价控制系统工作性能的重要指标，对准确性的最高要求就是稳态误差为零。稳定程度高、动态过程平稳性能好、能够较快地到达系统稳态值、瞬态响应时间短、最终控制精度高、稳态误差小是对控制系统的总体性能要求。但在一个控制系统中，稳、快、准是相互制约的：快速性好，可能引起强烈振荡；改善稳定性又可能会使响应速度变慢、精度降低。因此，对于不同的控制系统，必须根据受控对象的具体情况，对稳、快、准的要求有所侧重。例如，恒值控制系统对准确性的要求较高，随动系统则对快速性的要求较高。思考与讨论：控制装置包括哪些基本元件？用途是什么？智能控制器一般包含哪些部分？智能控制系统和计算机控制系统的关系。讨论下你倾向选择开环控制、闭环控制、复合控制中的哪种自动控制系统。一个自动控制系统应满足哪些基本要求？你觉得什么样性能的自控系统是优秀的？（测试）什么是控制系统正常工作的先决条件？（测试）70钟课堂小结智能控制的定义智能控制系统的一般结构智能控制系统的特点智能控制系统的分类控制系统的基本控制方式控制系统的性能指标5分钟布置作业分析都江堰水利工程的控制原理2分钟教学反思（可加页）通过都江堰水利工程激发学生对控制技术的兴趣，效果较好，课堂讨论充分，但部分同学没有按时完成作业，需要督促。

课程名称智能控制系统与工程序号3授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月5日基本课题智能控制系统的仿真编程基础课堂类别实验教学目标知识目标：单片机基础编程2.技能目标：（1）掌握单片机的基本结构（2）掌握使用Keil为单片机编程（3）掌握使用Proteus设计单片机控制电路3.素养目标：通过仿真实践，培养对智能控制系统的运行、调试、维护能力。课堂思政目标：教学重点描述单片机的基本结构、Keil和Proteus的使用解决措施演示教学难点描述单片机的编程解决措施结合软件进行模拟演示教学设备设施多媒体教学方法和手段教学方法：任务引导教学法，根据教学内容，在课堂上给学生下发学习任务。教学手段：多媒体教学，在有限的时间内尽可能多的向学生传达知识，优化教学过程，提升教学效率。教学环节教学设计时间分配组织教学云课堂签到，提醒学生签到后将手机放入手机袋中3分钟复习旧课1.计算机控制系统的概念2.计算机控制系统的分类和结构3.计算机控制系统和智能控制系统的关系10分钟导入新课Q：请同学回忆一下，在以往的课程中，是否学习过计算机系统？如果学过，是什么？A：单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域广泛应用。因此本课程将以已经学过的经典的51单片机为例，学习搭建智能控制系统需要用到的仿真软件的使用方法，便于开展后续的学习。10分钟新课教学（可加页）一.51单片机的基本结构（20分钟）51单片机是指兼容IntelMCS-51体系架构的一系列单片机，而51是它的一个通俗的简称。全球有众多的半导体厂商推出了无数款这系列的单片机，如Atmel的AT89C52，NXP的P89V51，宏晶科技的STC89C52等等，具体型号虽然千差万别，但它们的基本原理和操作都是一样的，程序的开发环境也都是一样的。1.单片机的最小系统单片机最小系统也称为单片机最小应用系统，是指用最少的原件组成的单片机可以工作的系统。包括了电源、晶振和复位电路3要素。（1）电源电子设备都需要电源，例如家用电器手电筒就需要电源，目前主流的单片机的电源分别为5V和3.5V这两个标准，课程中所学习的51单片机通常需要的电源等级为5V。（2）晶振又称为晶体振荡器，它是要处于不停振荡的状态，为单片机系统提供基准时钟信号，类似于部队训练的时候喊口令的人，单片机内部所有的工作都是以这个时钟信号为步调基准来进行工作的。（3）复位电路单片机的复位一般分为3种情况：上电复位、手动复位和程序自动复位。2.单片机的封装图51单片机的封装图和实物图分别如图1和图2所示。从图中可以看出，单片机一共有40个引脚，标号顺序如图所示，一般情况下，这种双列直插封装的芯片，左上角为1，逆时针旋转引脚号依次增加，一直到右上角是最大脚位。引脚介绍：（1）电源引脚：Vcc（40脚）：电源端，接+5V电源。Vss(GND)（20脚）：接地端，接+5V电源地端（2）外接晶体引脚：XTAL1和XTAL289C51内部有一个振荡器和时钟产生电路。XTAL1（19脚）：

片内振荡电路反相放大器输入XTAL2（18脚）：片内振荡电路反相放大器输出当采用内部时钟时,片外连接石英晶体和微调电容，产生原始的振荡脉冲信号。采用外部时钟时,XTAL1输入外部时钟脉冲信号,XTAL2悬空.图151单片机封装图图251单片机实物图（3）控制信号引脚：RST、ALE、PSEN、EARST(9脚):复位信号输入端，高电平有效。保持两个机器周期高电平时,完成复位操作。ALE/PROG(30脚):地址锁存允许输出端/编程脉冲输入端，正常时：连续输出振荡器频率的1/6正脉冲信号。访问片外存储器时：作为锁存P0口低8位地址的控制信号。对8751片内ROM编程写入时：作为编程脉冲输入端。PSEN(29脚):外部程序存储器读选通输出信号，访问片外ROM时,输出负脉冲作为读ROM选通。常连接到片外ROM芯片的输出允许端（OE）作外部ROM的读选通信号。EA/Vpp(31脚):外部程序存储器地址使能输入/编程电压输入端。平常接“1”时，CPU访问片内4KB的ROM，当地址超4KB时，自动转向片外ROM中的程序。当接“0”时，CPU只访问片外ROM。第2功能Vpp对8051编程时，编程电压输入端。（4）输入/输出端口引脚P0、P1、P2、P34个8位的并行输入/输出端口，共32个引脚。作为通用输入/输出端口。准双向口:

作输入时要先对锁存器写“1”。默认启动初始化为高电平。二.使用Keil编程（20分钟）课本中采用的是汇编语言进行编程，汇编语言是任何一种用于电子计算机、微处理器、微控制器或其他可编程器件的低级语言，亦称为符号语言。在汇编语言中，用助记符代替机器指令的操作码，用地址符号或标号代替指令或操作数的地址。在不同的设备中，汇编语言对应着不同的机器语言指令集，通过汇编过程转换成机器指令。因为汇编语言只是将机器语言做了简单编译，所以并没有根本上解决机器语言的特定性，所以汇编语言和机器自身的编程环境息息相关，推广和移植很难，但是还是保持了机器语言优秀的执行效率，因为他的可阅读性和简便性，汇编语言到现在依然是常用的编程语言之一。

汇编语言不像其他大多数的程序设计语言一样被广泛用于程序设计。在今天的实际应用中，它通常被应用在底层，硬件操作和高要求的程序优化的场合。因此我们使用同学们已经学习过的C语言进行编程，使用的工具就是Keil。1.Keil的安装下载源文件，双击打开，单击欢迎页面的NEXT的按钮，弹出LicenseAgreement对话框，在“IagreetoallthetermsoftheprecedingLicenseAgreement”前打勾，然后单击NEXT按钮，弹出FolderSelection对话框，默认安装路径，单击NEXT，弹出CustomerInformation对话框，输入相关信息，单击NEXT就会自动安装软件，最后单击Finish即可。2.Keil的使用在Keil中新建工程，写入程序的步骤如下：打开Keil软件，单击Project选择NewVisionProject，然后出现一个新建工程页面，单击保存生成.uvproj的文件，下次就可以直接双击文件打开了，保存后弹出对话框选择单片机型号，可以选择Intel公司的80/87C52，单击“OK”，选择“是”，工程就新建好了。要建立编写代码的文件，单击File中的new选项，新建一个文件，Save这个文件并保存为.c类型（直接加后缀拓展即可），然后在Group中右键AddFilestoGroup‘SourceGroup1’···，选中刚刚保存的.c文件，就可以开始编程了。三.Proteus的使用（20分钟）Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是比较好的仿真单片机及外围器件的工具。在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。如图3所示。图3Proteus原理图仿真演示60分钟课堂小结（1）掌握单片机的基本结构（2）掌握使用Keil为单片机编程（3）掌握使用Proteus设计单片机控制电路5分钟布置作业安装Keil和Proteus两个软件，并学会新建工程。2分钟教学反思（可加页）由于本班学生之前学习的单片机是STM32，与51的仿真软件有些区别，所以部分同学在操作仿真软件时会遇到困难，效率不高，需要进一步练习。

课程名称智能控制系统与工程序号4授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月9日基本课题§2数字量输入输出通道课堂类别理论教学目标知识目标：过程通道的基本概念与组成，数字量输入通道结构2.技能目标：（1）了解过程输入通道的基本概念（2）了解生产过程的信息分类（3）掌握数字量输入通道的结构3.素养目标：通过对计算机控制系统认知学习，培养智能控制技术的运用能力。课堂思政目标：E培养艰苦奋斗的精神教学重点描述基本开关量输入电路解决措施分析、图示说明教学难点描述输入信号调理电路解决措施讲解教学设备设施多媒体教学方法和手段教学方法：任务引导教学法，根据教学内容，在课堂上给学生下发学习任务。教学手段：多媒体教学，在有限的时间内尽可能多的向学生传达知识，优化教学过程，提升教学效率。教学环节教学设计时间分配组织教学1.云课堂签到，提醒学生签到后将手机放入手机袋中2.思政：数字量只有两种明确的状态，高电平和低电平，对应着“是”与“否”、“开”与“关”。这可以类比为在生活中我们需要做出清晰的判断。面对选择时，我们不能模棱两可，而要像数字量输入通道准确地识别信号一样，明确自己的目标和价值观，做出果断的决策。一旦做出决定，就如同数字量输出通道输出明确的信号一样，坚定地采取行动，不犹豫不决。然后果断勇敢的性格，离不开平时的艰苦奋斗的意志磨练。3分钟复习旧课Q1：单片机的最小系统由哪基本部分构成？A1：单片机最小系统也称为单片机最小应用系统，是指用最少的原件组成的单片机可以工作的系统。包括了电源、晶振和复位电路3要素。（1）电源电子设备都需要电源，例如家用电器手电筒就需要电源，目前主流的单片机的电源分别为5V和3.5V这两个标准，课程中所学习的51单片机通常需要的电源等级为5V。（2）晶振又称为晶体振荡器，它是要处于不停振荡的状态，为单片机系统提供基准时钟信号，类似于部队训练的时候喊口令的人，单片机内部所有的工作都是以这个时钟信号为步调基准来进行工作的。（3）复位电路单片机的复位一般分为3种情况：上电复位、手动复位和程序自动复位。Q2：上节课安装了两个软件，分别是Keil和Proteus，请问它们分别是用来做什么的？A2：Keil用于编写51单片机的程序，并生成HEX文件，Proteus用于原理图的仿真。10分钟导入新课要在微型计算机控制系统中实现对工业对象和生产过程的控制，就要将对象的各种状态参数，经过测量按照计算机要求的方式送入微型计算机。计算机经过计算、处理之后，将结果以数字量的形式输出，然后经过相应的一系列输出变换，使输出量变成适合控制工业对象的量，因此在计算机和工业对象之间，必须设置信息的传递和变换装置。这个装置就叫做输入输出通道，他们在微机和工业对象之间起着连接纽带和桥梁的作用。在工业现场，输入输出的信息既有模拟量，又有数字量，所以输入输出通道包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道。本节课将围绕数字量输入通道进行讲解。10分钟新课教学（可加页）一.过程通道的相关概念（20分钟）定义：在计算机控制系统中，为了实现计算机对生产过程的控制，必须在计算机和生产过程之间设置信息传递和变换的连接通道。这个通道称之为过程通道。过程通道与计算机和生产过程之间的关系如图1所示。图1过程通道与计算机和生产过程的关系示意图分类：根据信号相对于计算机的流向，可将过程通道分为前向通道和后向通道。前向通道（输入通道）：根据现场输入信号类型（如模拟电压大信号/小信号、数字信号等）的不同，具体可能包括传感器（信息源头）、信号放大电路、采样保持器、信号调理电路、ADC，或开关量输入、频率测量接口等。后向通道（输出通道）：根据现场被控对象的具体要求，通常有DAC、开关量输出、功率驱动接口等。二.生产过程的信息分类（20分钟）从图1可以看出，生产过程与过程通道之间的信息交换包括输入模拟量、输入数字量、输出模拟量、输出数字量四种：输入的模拟量：变送器输出的电信号，如压力、流量、温度、液位等；输入的开关量：设备的启停状态、阀门开关状态等，指两种状态的过程量；输出的模拟量：控制指令，送往执行机构；输出的数字量：设备启停指令、指示灯的控制指令等。因此可以将生产过程的信息分类分为以下四类：（1）模拟量输入通道（AI）（2）模拟量输出通道（AO）（3）数字量输入通道（DI）（4）数字量输出通道（DO）思考：输入和输出的主语是谁，即是针对于谁而言的？三.数字量输入通道的结构（20分钟）根据生产过程的信息分类，数字量输入通道为DI，通过它把现场的开关信号传递给计算机，用于计算机显示设备运行状态和进行顺序控制。现场的开关信号包括开关的“闭合”与“断开”两种状态，通常“闭合”对应于数字逻辑量“1”，“断开”对应于数字逻辑量“0”，如电机的启动和停止两种状态，阀门的全开和全关两种状态等。思考：现场的开关信号如何才能送至计算机呢？过程中需要信号转换和接口设计，通过信号转换将开关量转换为逻辑量，通过接口设计分时读取不同的开关量。数字量输入通道DI的一般结构如图2所示。图2DI的一般结构如图2所示，生产过程中的开关量信息首先进入输入调理电路，输入调理是指来自现场的开关量信号，大多是开关触点的形式，为了将外部的数字信号送入计算机，必须将现场的开关量进行转换，同时防止现场的各种干扰进入计算机，必须采取隔离措施，这个过程就称为输入调理。输入调理电路有很多种，通过调理电路可以将开关量与计算机的一位数字量对应起来，常见的有光电隔离转换和继电器隔离转换两种，如图3所示。图3输入调理电路当开关量通过输入调理电路转换为数字量信息后，进入输入缓冲器，通过缓冲器可以实现多个数字量与计算机的联系。常用的缓冲器芯片有74LS244、74LS245等。74LS244的分装图如图4所示。图474LS244封装图图574LS138封装图地址译码器：计算机通常与多个外部芯片相连，通过地址译码器可以选择相对应的芯片。常用的地址译码器有74LS138，即3-8译码器。封装图如图5所示。3-8译码器的真值表如表1所示。表174LS138译码器真值表60分钟课堂小结（1）了解过程输入通道的基本概念（2）了解生产过程的信息分类（3）掌握数字量输入通道的结构5分钟布置作业在输入输出过程通道中添加必要的电路或器件，并保证过程通道的正常工作状态。2分钟教学反思（可加页）本次课的内容比较基础，也不复杂，学生掌握的情况较好。

课程名称智能控制系统与工程序号5授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月11日基本课题数字量输入程序设计课堂类别实验教学目标知识目标：数字量输入程序设计2.技能目标：（1）掌握数字量输入通道的相关概念（2）掌握Keil及Proteus的使用3.素养目标：通过对计算机控制系统认知学习，培养智能控制技术的运用能力。课堂思政目标：F.要在增强综合素质上下功夫教学重点描述Keil及Proteus的使用解决措施演示教学难点描述编程语言解决措施讲解教学设备设施多媒体、Keil、Proteus教学方法和手段教学方法：任务引导教学法，根据教学内容，在课堂上给学生下发学习任务。教学手段：多媒体教学，在有限的时间内尽可能多的向学生传达知识，优化教学过程，提升教学效率。教学环节教学设计时间分配组织教学云课堂签到，提醒学生签到后将手机放入手机袋中思政教学：工匠精神在进行项目需求分析时，需要全方面考虑问题，内心要平静，眼光放长远，能够较好的完成一个项目需要具备工匠精神。工匠精神在我国源远流长，战国时期的《庄子》中便记载了游刃有余的“庖丁解牛”，庖丁是一位技艺高超的宰牛厨工，他为此不厌其烦的练习宰牛并将宰牛做到了极致，同时也对自己的手艺怀有一种绝对的自尊和自信，这便是一种早期的“工匠精神”。随着社会的发展、生产力的提高，一些与现代生活不相适应的老手艺、老工匠逐渐被机械化生产所替代，但工匠精神永不过时。在新时代下，“工匠精神”可解读为四重涵义：敬业。中华民族历来有“敬业乐群”“忠于职守”的传统，敬业是中国人的传统美德，也是当今社会主义核心价值观的基本要求之一。精益。精益就是精益求精，是从业者对每件产品、每道工序都凝神聚力、精益求精、追求极致的职业品质。专注。专注就是内心笃定而着眼于细节的耐心、执着、坚持的精神，这是一切“大国工匠”所必须具备的精神特质。创新。新时代下“工匠精神”还包括着追求突破、追求革新的创新内蕴。3分钟复习旧课Q1：请问Keil和Proteus这两个软件，分别是什么作用？A1：Keil用于编写51单片机的程序，并生成HEX文件，Proteus用于原理图的仿真。Q2：数字量通常是指哪些状态量？A2：设备的启停状态、阀门开关状态等。10分钟导入新课本节课以按钮和脉冲序列为例，使用Keil和Proteus软件，进行数字量输入程序设计的实验。10分钟新课教学（可加页）一、实验目的1.掌握按钮开关状态输入方法。2.掌握脉冲信号输入方法。二、实验器材安装有Protues和Keil软件的电脑。三、实验内容1.按钮开关状态输入1）功能需求给出两个按钮，分别命名为SB1和SB2，给出一个LED照明灯。当按下按钮SB1时，LED点亮，当按下按钮SB2时，LED熄灭。分析：（1）在本实验中，数字量即按钮的闭合与关断状态，需要思考一个问题，那就是当按钮按下即开关闭合时，如何将该开关量状态转换为数字量的逻辑高电平“1”，当按钮释放即开关断开时，如何将该开关量状态转为数字量的逻辑低电平“0”的问题。这也就是输入调理的内容，为了简化实验过程，此时不考虑电气隔离环节，可以将接入电源和上拉电阻，以及接地环节接通，如图1所示。（2）还有一个需要思考的问题是LED灯接入电路中的方式，根据实验功能的要求，当按钮SB1按下时，通常我们希望微机输出高电平“1”从而驱动LED的导通，根据LED的单向导电性，应该将LED的阳极与计算机相连，阴极与地相连，然而这种方式并不可取，因为微机的输出高电平有限，通常为5V左右，功率较低，因此考虑将LED的阳极与电源相连，阴极与微机输出口相连如图1所示，当SB1按下时微机输出低电平“0”，LED导通，当SB2按下时微机输出高电平“1”，LED截止，从而实现本实验的功能要求。2）控制电路图1按钮控制LED灯实验原理接线图在Proteus中，本实验原理接线图如图1所示，从图1可以看出，数字量输入通道为80C51单片机的右侧部分，包含了有电源，上拉电阻R2和R3，按钮SB1和SB2，接地装置，当按钮SB1按下时，将低电平送入P2.0口，当SB2按下时，将低电平送入P2.1口，当两个按钮都不按下时，电源通过上拉电阻将高电平分别送入P2.0和P2.1口。80C51单片机的左侧部分为LED灯接线图，LED阴极与P1.0口相接，阳极通过电阻R1与电源相连。3）参考程序程序分析：当SB1按下时，P2.0=0，LED点亮，则P1.0=0；当SB2按下时，P2.0=0，LED熄灭，则P1.0=1；由于单片机需要随时读取P2端口的状态，因此在程序中还需要加入循环来保证运行的效果。使用Keil编程，参考程序如下：#include

<reg52.h>

sbit

P10

=

P1^0;

sbit

P20

=

P2^0;

sbit

P21

=

P2^1;

void

main()

{

bit

X0;

bit

X1;

bit

Y0

=

1;

while

(1)

{

//

数据采集

X0

=

P20;

X1

=

P21;

//

数据处理

if

(X0

==

0)

{

Y0

=

0;

}

if

(X1

==

0)

{

Y0

=

1;

}

//

控制输出

P10

=

Y0;

}

}

需注意，程序编译无误后需生成HEX文件，导入Proteus原理仿真的51单片机中，才可以正常运行。2.脉冲信号输入1）功能需求通过单片机的P1.0输入脉冲信号，P2口输出脉冲数。脉冲数应该和计数器上的显示一致。分析：脉冲信号本身就是由“0”和“1”组成的数字信号，因此不需要经过电路调理即可直接进行输入。计数的判断依据是当前一时刻脉冲为“0”，后一时刻脉冲为“1”时，说明产生一次脉冲，计数+1，否则均不计数。2）控制电路Proteus中电路原理如图2所示。图2Proteus原理图3）参考程序#include

<reg52.h>

sbit

P10

=

P1^0;

void

main()

{

bit

PULSE

=

0;

bit

PULSE_OLD

=

0;

unsigned

char

COUNT

=

0;

while

(1)

{

//

数据采集

PULSE_OLD

=

PULSE;

PULSE

=

P10;

//

数据处理

if

(PULSE

==

1

&&

PULSE_OLD

==

0)

{

COUNT++;

}

//

控制输出

P2

=

COUNT;

}

}

3.思考题请完善数字量输入过程通道，添加光电隔离电路和输入缓冲电路，并思考这些电路的作用。60分钟课堂小结1.按钮开关状态输入2.脉冲信号输入5分钟布置作业完成实验后，分享实验收获。2分钟教学反思（可加页）本次实验的基本任务较为简单，大部分同学已经输了掌握了仿真软件的使用，能顺利完成任务，部分同学能完善数字量输入过程通道。

课程名称智能控制系统与工程序号6授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月12日基本课题数字量输出程序设计课堂类别实验教学目标知识目标：PWM调光2.技能目标：（1）掌握数字量输出通道的结构。（2）掌握常见的输出驱动电路结构。（3）掌握PWM调光原理。（4）掌握PWM调光的电路结构和程序编写。3.素养目标：通过对计算机控制系统认知学习，培养计算计机控制技术的运用能力。教学重点描述掌握数字量输出通道的结构PWM调光原理解决措施详细讲解教学难点描述PWM调光的电路结构和程序编写解决措施结合软件进行模拟演示教学设备设施安装有Proteus、Keil软件的计算机教学方法和手段教学方法：任务引导教学法，根据教学内容，在课堂上给学生下发学习任务。教学手段：多媒体教学，在有限的时间内尽可能多的向学生传达知识，优化教学过程，提升教学效率。教学环节教学设计时间分配组织教学云课堂签到，提醒学生签到后将手机放入手机袋中2分钟复习旧课过程输出通道概述将微机的控制命令或控制量进行转换并传给执行机构的信号路径与器件，称为过程输出通道与接口。2、数字量输出通道数字量输出通道简称DO通道，它的任务是把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。8分钟导入新课发布本次实验任务，提出实验要求，强调实验目标和重点。2分钟新课教学（可加页）一、实验目的1）掌握数字量输出通道的结构。2）掌握常见的输出驱动电路结构。3）掌握PWM调光原理。4）掌握PWM调光的电路结构和程序编写。二、实验器材安装有Protues和Keil软件的电脑。三、实验内容1.PWM调光1）功能需求利用单片机产生PWM信号控制三极管导通，对LED进行调光。分析：（1）LED是一个二极管，它可以实现快速开关。它的开关速度可以高达微利以上。是任何发光器件所无法比拟的。因此，只要把电源改成脉冲恒流源，用改变脉冲宽度的方法，就可以改变其亮度。这种方去称为脉宽调制（PWM）调光法。（2）假如脉冲的周期为tpwm，脉冲宽度为ton，那么其工作比D（或称为占空比）就是ton/tpwm。改变恒流源脉冲的工作比就可以改变LED的亮度。占空比10%，亮度低；占空比50%，亮度中；占空比90%，亮度高。（3）调光比则是按下面的方法计算：Foper=工作频率；Fpwm=调光频率；调光比率=Foper/Fpwm，（其实也就是调光的最低有效占空比）比如Foper=100khz;Fpwm=200Hz，则调光比为：100k/200=500;这个指标在很多驱动芯片的规格书里会说明的。（4）通断循环周期与负载对开关状态变化的响应时间相比必须足够短。要想取得调光灯（但保持点亮）的效果，必须提高调制频率。在其他PWM应用场合也有同样的要求。通常调制频率为1kHz到200kHz之间。开关保持断开，灯熄灭；开关保持接通，灯全亮；开关切换断开和接通，灯亮度介于全亮和熄灭之间。2）参考电路图1PWM调光3）参考程序#include<reg51.h>#include<math.h>sbitPWM=P1^0;unsignedcharu=0;unsignedcharc=0;voiddelay(){inti,j;for(i=0;i<5;i++){for(j=0;j<50;j++);}}sbitUP=P3^4;sbitDOWN=P3^5;voidmain(){TMOD=0x02;TH0=0xF0;TL0=0xF0;TR0=1;EA=1;ET0=1;while(1){if(UP==0){delay();if(u<100){u++;}}if(DOWN==0){delay();if(u>0){u--;}}}}voidtimer0()interrupt1{if(u==0){PWM=0;}elseif(u>=100){PWM=1;}else{if(c<100){c++;}else{c=0;}if(c<=u){PWM=1;}else{PWM=0;}}}2.思考题功能需求：（1）请添加光电隔离电路和输出锁存电路。（2）添加两个按钮，一个的功能为让LED完全点亮，一个的功能为让LED完全熄灭。69分钟教学场所6S管理指导学生整理训练设备，做好教学场所卫生，培养学生良好的职业素养。2分钟课堂小结（1）掌握数字量输出通道的结构。（2）掌握常见的输出驱动电路结构。（3）掌握PWM调光原理。（4）掌握PWM调光的电路结构和程序编写。5分钟布置作业完成实验后，分享实验收获。2分钟教学反思（可加页）让同学们针对仿真实验提前预习之后，编程效率有所提高

课程名称智能控制系统与工程序号7授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月14日基本课题执行器电动机控制接口技术课堂类别讲授教学目标知识目标：常用执行器、执行电机的控制接口技术2.技能目标：1）掌握常用执行器的基本操作技能2）能够硬件、软件结合控制直流电机、步进电机3.素养目标：通过对计算机控制系统认知学习，培养计算机控制技术的运用能力。课堂思政目标：C.要在加强品德修养上下功夫教学重点描述常用执行器和执行电动机的接口电路，以及正反转控制方法解决措施讲解，列框图教学难点描述步进电机的控制原理解决措施分析讲解教学设备设施多媒体教学方法和手段教学方法：任务引导教学法，根据教学内容，在课堂上给学生下发学习任务。教学手段：多媒体教学，在有限的时间内尽可能多的向学生传达知识，优化教学过程，提升教学效率。教学环节教学设计时间分配组织教学云课堂签到，提醒学生签到后将手机放入手机袋中思政：执行电机通常不是孤立存在的，它需要通过接口与其他部件紧密配合，才能发挥出强大的功能。这就如同我们在生活中，没有人能够独自成功，我们都需要与他人协作，共同追求目标。协作，是一种力量的汇聚。就像执行电机的各个部件通过接口协同工作，我们在团队中也应该发挥各自的优势，相互支持、相互补充。每个人都有自己的特长和闪光点，当我们将这些优势结合起来时，就能产生巨大的能量，克服各种困难和挑战。在学习中，我们可以组成学习小组，共同探讨问题、分享知识，互相帮助、共同进步。在班级活动中，我们齐心协力，为了班级的荣誉而奋斗。将来在工作中，积极与他人合作，学会倾听他人的意见和建议，尊重他人的个性和差异。只有这样，我们才能在团队中发挥出自己的最大价值，共同创造美好的未来。3分钟复习旧课在微机控制系统中，执行器接受来自控制器的控制信号，把微机发出的控制信号转换为被控对象的相应动作，使控制过程按照规定的要求进行，因此执行器是微机控制系统中重要的组成部分。5分钟导入新课本节课的内容有：伺服电机、步进电机和电磁阀。重点掌握：伺服电机、步进电机10分钟新课教学（可加页）1.伺服电机伺服电机又称为执行电动机，它具有服从控制信号要求而动作的功能，能把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。(1)直流伺服电动机直流伺服电动机用于直流伺服系统中，作为执行元件。它有电磁式和永磁式之分。直流伺服电动机的工作原理与一般直流电机相同。（2）交流伺服电动机交流伺服电机的任务是把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。交流伺服电动机的工作原理与交流感应电动机相同。1）无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低；2）定子绕组散热比较方便；3）惯量小，易于提高系统的快速性；4）适应于高速大力矩工作状态；5）同功率下有较小的体积和重量。2.步进电机图1步进电机原理图步进电机实际上是一个数字／角度转换器，也是一个串行的数／模转换器。三相步进电机的结构原理，如图1所示。从图1可以看出，三相步进电机的定子上有６个等分的磁极Ａ，Ａ′，Ｂ，Ｂ′，Ｃ，Ｃ′，相对的两个磁极组成一组，分别构成Ａ—Ａ′相，Ｂ—B′相，Ｃ—Ｃ′相，相邻两个磁极间的夹角为60°。步进电机控制系统原理典型的微型机控制步进电机系统原理图如图2所示。微型机的主要作用是把并行二进制码转换成串行脉冲序列，并实现方向控制，每当步进电机得到一个脉冲，便沿着转向控制线信号所确定的方向转动一步。在允许负载下，知道初始位置，根据步距角的大小和实际走的数，便可得到步进电机的最终位置。（1）脉冲序列的生成微型机控制步进电机系统中，是由计算机产生一序列脉冲波的。首先用软件输出一个高电平，再利用延时程序延时一段时间，而后输出低电平，再延时一段时间，就形成了脉冲波。高、低电平延时的长短由步进电机的工作频率决定，这个脉冲波通过接口电路后，由驱动电路将功率放大，然后去驱动步进电机。（2）方向控制步进电机常用的有三相、四相、五相、六相步进电机４种，本书以三相步进电机为例分析步进的方向是如何进行控制的，其他三种原理类似。三相步进电机的工作方式有三种：单三拍、双三拍、三相六拍，正向转动的通电顺序如下：1）单三拍→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ2）双三拍→ＡＢ→ＢＣ→ＣＡ→ＡＢ3）三相六拍→Ａ→ＡＢ→Ｂ→ＢＣ→Ｃ→ＣＡ→Ａ例如用8255A控制三相步进电机时，可用PC0，PC1，PC2分别接至步进电机的A，B，C三相绕组。根据选定的步进电机及控制方式，写出相应的控制方式的控制模型。按控制模型的顺序，编制发送脉冲序列的程序，即可控制步进电机正（或反）转。对于三相步进电机的三种控制方式的正方向控制模型分别列表如下：步进电机控制程序设计（1）步进电机与微型机接口由于步进电机的驱动电流比较大，所以微型机与步进电机的连接都需要专门的接口电路及驱动电路。接口电路可以是锁存器，也可以是可编程接口芯片，如8255，8155等。驱动器可用大功率复合管也可以是专门的驱动器。图4步进电机控制电路（2）步进电机控制程序设计以8031型单片机控制步进电机为例，如图3所示。步进电机的驱动脉冲由8031型单片机编程实现，通过8255的A端口的PA0，PA1，PA2送出，驱动步进电机的A，B，C三相通过8255的B口读取起／停、正／反转控制信号，S1闭合表示允许电动机起动，S2闭合表示控制电动机正转。3.电磁阀电磁阀是常用的电动执行器之一，其结构简单、价格低廉，结构如图4所示，它是利用线圈通电后，产生电磁吸力提升活动铁芯，带动阀塞运动控制气体或液体流通、通断。电动调节阀也是电磁阀的一个类型，其基本结构由电动执行机构和调节阀两大部分组成，电动调节阀是以电动机为动力元件，将控制器输出信号转换为阀门开度，它是一种连续动作的执行器，如图3所示。图4电磁阀结构原理图65分钟课堂小结步进电机的控制方式5分钟布置作业搭建过程通道与接口，实现直流电机正反转完善步进电机的输出通道，控制步进电机以四相八拍的模式运转2分钟教学反思（可加页）应注重上课过程中与学生的互动交流

课程名称智能控制系统与工程序号8授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月18日基本课题步进电动机驱动程序设计课堂类别实验教学目标知识目标：步进电机驱动程序设计2.技能目标：1）理解用单片机控制步进电机的基本电路2）掌握步进电机的控制方法3.素养目标：通过对计算机控制系统认知学习，培养计算机控制技术的运用能力。课堂思政目标：无教学重点描述步进电机的控制方式解决措施讲解、复习教学难点描述控制程序的编写解决措施学生独立思考解决教学设备设施多媒体教学方法和手段教学方法：任务引导教学法，根据教学内容，在课堂上给学生下发学习任务。教学手段：多媒体教学，在有限的时间内尽可能多的向学生传达知识，优化教学过程，提升教学效率。教学环节教学设计时间分配组织教学云课堂签到，提醒学生签到后将手机放入手机袋中3分钟复习旧课步进电机的控制：（1）脉冲序列的生成微型机控制步进电机系统中，是由计算机产生一序列脉冲波的。首先用软件输出一个高电平，再利用延时程序延时一段时间，而后输出低电平，再延时一段时间，就形成了脉冲波。高、低电平延时的长短由步进电机的工作频率决定，这个脉冲波通过接口电路后，由驱动电路将功率放大，然后去驱动步进电机。（2）方向控制步进电机常用的有三相、四相、五相、六相步进电机４种，本书以三相步进电机为例分析步进的方向是如何进行控制的，其他三种原理类似。三相步进电机的工作方式有三种：单三拍、双三拍、三相六拍，正向转动的通电顺序如下：1）单三拍→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ2）双三拍→ＡＢ→ＢＣ→ＣＡ→ＡＢ3）三相六拍→Ａ→ＡＢ→Ｂ→ＢＣ→Ｃ→ＣＡ→Ａ5分钟导入新课课堂内容：1）在Protues中制作单片机控制步进电机的基本电路；2）调试电路，确保能够正确工作；3）确定步进电机的步进工作模式；4）绘制程序流程图；5）进行在线仿真调试，直至满足要求；6）输入程序，改变程序中的步进工作模式参数，观察并记录步进电机的变化。10分钟新课教学（可加页）一、实验目的1）掌握常用执行器的工作原理。2）掌握步进电机的工作原理。3）掌握四相反应式步进电机的控制方法。二、实验器材安装有Protues和Keil软件的电脑。三、实验内容1.四相单四拍控制1）需求采用单片机以四相单四拍的方式控制步进电机运行。当按下按钮时，步进电机转动90度。2）参考电路3）参考程序

#include

<reg51.h>

sbit

PIN_KEY

=

P2^0;

void

main()

{

unsigned

char

phase

=

0;

unsigned

char

status[]

=

{①,

②,③,④};

bit

key

=

1;

bit

key_old

=

1;

while

(1)

{

key_old

=

key;

key

=

PIN_KEY;

if

(key_old

==⑤

&&

key

==

⑥)

{

phase++;

if

(phase

>=

4)

{

phase

=

0;

}

}

P1

=

status[phase];

}

}

2.四相八拍控制要求：改进程序，使步进电机以四相八拍的规律运行，并将定子绕组的状态数据填下在下面的表格里。表格1四相八拍状态数据表送出数据（16进制）送出数据（2进制）定子绕组各相通电状态0xFE1111,1110A相通电0xFC1111,1100AB相通电思考题：1.补充接口和驱动电路；2.添加反转功能。能力提升：改进控制程序，让电机连续运转起来吧！65分钟课堂小结步进电机驱动程序设计5分钟布置作业分享实验收获2分钟教学反思（可加页）1班的实验完成情况较好，2班仍然有部分同学无法仿真成功，需要进行针对性的辅导。

课程名称智能控制系统与工程序号9授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月19日基本课题步进电动机驱动程序设计课堂类别实验教学目标知识目标：直流电机驱动程序设计2.技能目标：1）理解用单片机控制直流电机的基本接口电路2）掌握直流电机的控制方法3.素养目标：通过对计算机控制系统认知学习，培养计算机控制技术的运用能力。课堂思政目标：无教学重点描述步进电机的控制方式解决措施讲解、复习教学难点描述控制程序的编写解决措施学生独立思考解决教学设备设施多媒体教学方法和手段教学方法：任务引导教学法，根据教学内容，在课堂上给学生下发学习任务。教学手段：多媒体教学，在有限的时间内尽可能多的向学生传达知识，优化教学过程，提升教学效率。教学环节教学设计时间分配组织教学云课堂签到，提醒学生签到后将手机放入手机袋中3分钟复习旧课步进电机的控制：（1）脉冲序列的生成微型机控制步进电机系统中，是由计算机产生一序列脉冲波的。首先用软件输出一个高电平，再利用延时程序延时一段时间，而后输出低电平，再延时一段时间，就形成了脉冲波。高、低电平延时的长短由步进电机的工作频率决定，这个脉冲波通过接口电路后，由驱动电路将功率放大，然后去驱动步进电机。（2）方向控制步进电机常用的有三相、四相、五相、六相步进电机４种，本书以三相步进电机为例分析步进的方向是如何进行控制的，其他三种原理类似。三相步进电机的工作方式有三种：单三拍、双三拍、三相六拍，正向转动的通电顺序如下：1）单三拍→Ａ→Ｂ→Ｃ→Ａ2）双三拍→ＡＢ→ＢＣ→ＣＡ→ＡＢ3）三相六拍→Ａ→ＡＢ→Ｂ→ＢＣ→Ｃ→ＣＡ→Ａ5分钟导入新课课堂内容：1）在Protues中制作单片机控制直流电机的基本电路；2）调试电路，确保能够正确工作；3）添加接口电路和外围器件，使直流电机能实现正反转功能；4）进行在线仿真调试，直至满足要求。10分钟新课教学（可加页）一、实验目的1）掌握直流伺服电机调速原理。2）掌握开环脉冲调速系统的基本电气结构。3）掌握直流电动机控制程序的设计方法。二、实验器材安装有Protues和Keil软件的电脑。三、实验内容1.直流电动机脉冲调速系统1）需求采用单片机控制直流伺服电机的启停和正反转。2）参考电路FigureSEQFigure\*ARABIC1直流电动机脉冲调速简化系统注：2N5550是功率晶体管。拨动开关：SW-SPDT直流电动机：MOTOR-DC。光电隔离开关：OPTOCOUPLER-NPN3）参考程序#include<reg51.h>sbitPWM=P1^0;//占空比#defineR0.9//PWM波频率#defineF50//PWM波周期#defineT(1.0/F)//晶振频率#defineFOSC12000000.0//高电平计数值#defineHI((T*R)/(12.0/FOSC))//低电平计数值#defineLO((T*(1.0-R))/(12.0/FOSC))voidmain(){ TMOD=0x01; while(1) { PWM=1; TH0=(65536-HI)/256; TL0=(65536-HI); TF0=0; TR0=1; while(!TF0); PWM=0; TH0=(65536-LO)/256; TL0=(65536-LO); TF0=0; TR0=1; while(!TF0); }}

2.思考题1）拨动开关控制电机正反转；修改程序中的占空比（标红部分），观察电动机转速变化。2）添加按钮等电气元件并修改程序，实现电动机的正反转启停控制。65分钟课堂小结直流电机正反转设计5分钟布置作业分享实验收获2分钟教学反思（可加页）搭建修改仿真控制系统的速度有所提高。

课程名称智能控制系统与工程序号10授课教师授课时数2学时执行情况授课班级授课日期Z[122060201-122060202]班2024年9月23日基本课题模拟量输入通道结构课堂类别理论教学目标知识目标：掌握模拟量输入通道的一般结构；掌握模拟信号到数字信号的转换过程；掌握A/D转换器的基本概念。2.技能目标：能应用ADC0809设计计算机控制系统的模拟量输入通道。3.素养目标：通过对计算机控制系统认知学习，培养计算机控制技术的运用能力。课堂思政目标：D.要在增长知识见识上下功夫教学重点描述模拟量输入通道的一般结构解决措施讲解，列框图教学难点描述模拟信号到数字信号的转换过程解决措施类比举例教学设备设施多媒体教学方法和手段教学方法：任务引导教学法，根据教学内容，在课堂上给学生下发学习任务。教学手段：多媒体教学，在有限的时间内尽可能多的向学生传达知识，优化教学过程，提升教学效率。教学环节教学设计时间分配组织教学云课堂签到，提醒学生签到后将手机放入手机袋中思政：D.要在增长知识见识上下功夫模拟量输入通道能够敏锐地感知连续变化的模拟信号，这可以类比为我们在生活中要保持敏锐的感知力，对周围的环境变化、他人的需求以及新的机遇有及时的察觉。就像模拟量输入通道不断接收外部信号一样，在生活中，我们也应该注重积累知识、经验和智慧，增长见识，主动去发现和把握生活中的各种可能性，不断开拓自己的视野和发展空间。3分钟复习旧课Q：数字量输入信号通常有哪些？A：电机的启动与否，开关的闭合等。Q：数字量输入通道通常由哪几部分构成？A：调理电路、缓冲器、地址译码器。10分钟导入新课如果传感器输入控制器的信号是模拟信号，而计算机只能接受数字信号，那该怎么办呢？10分钟新课教学一.模拟量输入通道的一般结构在工业生产过程中，被测参数如压力、流量、温度、液面高度等，一般都是随时间连续变换的非电物理量，通过传感器或敏感元件等检测元件和变送器，把它们转换为模拟电流或电压。由于计算机只能识别数字量，故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转换为相应的数字信号才能送入计算机。模拟量输入通道的任务，就是要把从控制对象检测到的模拟信号，变换成二进制数字信号，经接口送入计算机。模拟量输入通道根据具体应用的不同，可以分为单路模拟量输入通道和多路模拟量输入通道两种，单路模拟量输入通道如图1所示，多路模拟量输入通道如图2所示。图1单路模拟量输入通道图2多路模拟量输入通道外界各种非电参量通过检测元件或变送器转换为模拟电流或电压，由于检测元件、测量电路及变换原理的不同，传感器或变送器输出的电信号也