《微机控制技术》实验指导书.docx
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《微机控制技术》实验指导书
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、电气项目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。
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、本课程实验教案项目及要求
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》课程实验教案大纲编写，适用于电气项目及其自动化专业、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、本课程实验教案项目及要求
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。
7
A/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.IBMPC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P10～P13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
BAEQUP1.0
BBEQUP1.1
BCEQUP1.2
BDEQUP1.3
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0100H
MAIN:
MOVSP,#60H
ACALLDELAY
SMRUN:
。
电机控制方式为单双八拍
MOVP1,#08H。
A
ACALLDELAY
MOVP1,#0CH。
AB
ACALLDELAY
MOVP1,#04H。
B
ACALLDELAY
MOVP1,#06H。
BC
ACALLDELAY
MOVP1,#02H。
C
ACALLDELAY
MOVP1,#03H。
CD
ACALLDELAY
MOVP1,#01H。
D
ACALLDELAY
MOVP1,#09H。
DA
ACALLDELAY
SJMPSMRUN。
循环转动
DELAY:
。
单步延时程序
MOVR4,#10
DELAY1:
MOVR5,#250
DJNZR5,$
DJNZR4,DELAY1
RET
END
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
1．IBMPC机一台
2．示波器一台
3．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
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。
4．B8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
COUNTERDATA32H
TEMPDATA33H
ORG0000H
AJMPMAIN
ORG000BH
AJMPINTT0
ORG0100H
MAIN:
MOVSP,#60H。
给堆栈指针赋初值
MOVPWMH,#02H
MOVCOUNTER,#01H
MOVPWM,#15H
MOVTMOD,#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
SJMPKSCAN
K1CHECK:
JBP1.1,K1HANDLE。
去抖动,如果按下KEY1,跳转到KEY1处理程序
SJMPK1CHECK
K1HANDLE:
MOVA,PWMH
CJNEA,PWM,K1H0。
判断是否到达上边界
SJMPKSCAN。
是,则不进行任何操作
K1H0:
MOVA,PWMH
INCA
CJNEA,PWM,K1H1。
如果在加1后到达最大值
CLRTR0。
定时器停止
SETBP1.0。
置P1.0为高电平
SJMPK1H2
K1H1:
CJNEA,#02H,K1H2。
如果加1后到达下边界
SETBTR0。
重开定时器
K1H2:
INCPWMH。
增加占空比
SJMPKSCAN
K2CHECK:
JBP1.2,K2HANDLE。
去抖动,如果按下KEY2,跳转到KEY2处理程序
SJMPK2CHECK
K2HANDLE:
MOVA,PWMH
CJNEA,#01H,K2H0。
判断是否到达下边界
SJMPKSCAN。
是,则不进行任何操作
K2H0:
MOVA,PWMH
MOVTEMP,PWM
DECA
CJNEA,#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
SJMPK2H2
K2H1:
DECTEMP
CJNEA,TEMP,K2H2。
如果到达上边界
SETBTR0。
启动定时器
K2H2:
DEDPWMH。
降低占空比
SJMPKSCAN
INTT0:
PUSHPSW。
现场保护
PUSHACC
INCCOUNTER。
计数值加1
MOVA,COUNTER
CJNEA,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:
POPACC。
出栈
POPPSW
RETI
。
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、实验目的
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
Ry
-
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、实验目的
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T＝1s，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>
rTTy
-
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、实验目的
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T＝1s，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>
rTTy
-
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、实验目的
1.掌握大林算法的基本原理与设计方法；
2.掌握振铃现象产生的原因及消除方法；
二、实验设备
计算机一台、MATLAB6.5或7.0软件。
三、实验内容
假定控制对象为：
，采样周期T＝1s，系统闭环传递函数为
，输入信号为单位阶跃函数，要求：
<1）设计大林算法控制器，并求出控制器的输出响应和系统的输出响应；
<2）判断是否存在振铃现象？
若存在，则消除，并求出对应系统输出响应及控制器的输出响应。
四、实验结果分析
要求画出两种情况下控制器输出及系统输出输出响应曲线，对结果进行分析。
五、思考题
试说明振铃现象产生的生的原因及消除方法。
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