1、江西理工大學微機控制技術 課程實驗指導書主審人：蔡改貧 主撰人：、尸 、-前言本課程是自動化、電氣項目及其自動化專業的專業基礎實驗課，通過本課程的學習，使學生 計算機控制系統的結構體系、信號的輸入輸出過程、以及控制器的設計方法、計算機控制系統的 設計及調試等，并簡單的講解組態軟件、通信網絡等內容，為學生畢業后從事微機控制方面的工 作打下堅實的基礎。本實驗主要包括 4 大部分：微機控制的原理及體系結構、過程通道的設計、數字控制器的設 計方法、控制系統的設計與調試，要求學生通過學時和實驗，掌握微型計算機控制系統的基本工 作原理、設計方法等。目錄第一部分 緒論一、本課程實驗的作用與任務二、本課程實驗

2、的基礎知識三、本課程實驗教案項目及要求第二部分 基本實驗指導實驗一步進電機控制實驗實驗二直流電機控制實驗實驗三數字 PID 控制器設計及仿真實驗四最少拍有紋波控制器設計及仿真實驗五最少拍無紋波控制器設計及仿真實驗六大林算法設計及仿真實驗七A/D 轉換器實驗實驗八組態軟件設計第一部分 緒論 本實驗指導書是根據微機控制技術課程實驗教案大綱編寫，適用于電氣項目及其 自動化專業、自動化等專業。一、本課程實驗的作用與任務微機控制技術實驗是計算機學習過程中必不可少的重要實踐環節。通過實驗和設 計，讓學生計算機控制系統中輸入輸出通道的設計、數字程序控制技術、數字控制器的設 計方法、組態軟件的設計以及整個控制

3、系統的設計過程及步驟，使學生在分析問題和解決 問題等方面受到系統科學的訓練，從而提高學生理論聯系實際能力、自主動手能力和創新 能力。二、本課程實驗的基礎知識本課程要求學生掌握計算機的基本工作原理、編程方法、數字控制器的設計方法等基 本知識。學生在學習這門課程之前，必須掌握自動控制原理、微機原理與程序設 計等課程相關內容。三、本課程實驗教案項目及要求序 號實驗項目名稱學 時實驗類別實驗要求實驗類型每組人數主要設備名稱目的和要求1步進電機控 制實驗2專業選修驗證2計算機，實驗 箱掌握數字程 序控制的設 計與步進電 機控制。2直流電機控制 實驗2專業選修驗證2計算機，實驗 箱掌握定時器 產生 PWM

4、 波的原理及 直流電機的 調速控制。3數字PID控制器設計及仿 真2專業必修設計1計算機掌握 PID的 參數整定方 法和控制效 果分析。4最少拍有紋波 控制器的設計 及仿真2專業必修設計1計算機掌握最小拍控 制器的設計步 驟、方法及控 制效果分析。5最少拍無紋波 控制器的設計 及仿真2專業選修設計1計算機掌握最小拍 控制器的設 計步驟、方 法及控制效 果分析。6大林算法設計 及仿真2專業選修設計1計算機掌握大林算 法的設計與 振鈴現象分 析。7A/D轉換器實 驗2專業選修驗證2計算機，實驗 箱掌握數模轉 換的原理及 主要芯片的 使用。8組態軟件應用2專業選修設計1計算機學會組態軟 件的設計。第

5、二部分基本實驗指導實驗一步進電機控制實驗一. 實驗目了解步進電機的工作原理，掌握它的轉動控制方式和調速方法。二. 實驗設備及器件1.IBM PC 機一臺2. DP-51PRO.NET單片機仿真器.編程器.實驗儀三合一綜合開發平臺一臺三. 實驗內容1. 編寫程序，通過單片機的P1 口控制步進電機的控制端，使其按一定的控制方式進行轉動。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，控制步進電機的轉動方向和轉速。3. 觀察不同控制方式下，步進電機轉動時的振動情況和

6、步進角的大小，比較這幾種控制方式的優 缺點。四. 實驗要求學會步進電機的工作原理和控制方法，掌握一些簡單的控制電路和基本的電機基礎知識。J4IBA 皿BOIN 1OUTI(N2(XT2IN 3OCT工IM 4OCJT4N5OfTSIN 6QLT6IN 7OLTTCONBOXCJAXIP|r-15i-iTTTToR92nr comJba tmi"0BI3 COMUV COMA2WMOTOR STEPPERM"+M2步進電機驅動原理五. 實驗步驟1.安裝C10區JP6接口上的短路帽，將C10區J41接口與A2區J61接口的 P10P13對應相連。2. 打開TKStudy仿真器，

7、仿真調試編寫好的軟件程序，觀察步進電機的轉動情況。3. 修改步進電機的控制程序，再次運行程序，比較它們的不同控制效果。六. 實驗預習要求認真預習本書 2.22節的內容，認真按照本實驗的要求提前做好實驗準備工作，閱讀實驗參考程序。七 . 實驗參考程序BA EQUP1.0BBEQU P1.1BCEQU P1.2BDEQU P1.3ORG0000HLJMPMAINORG0100HMAIN:MOVSP,#60HACALLDELAYSMRUN:。電機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。循環轉動MOV R4,#10DELAY1:MOV R5,#250DJNZ R5,$DJNZ R4,DELAY1RETEND八.實驗思考題設計一個完整的步進電機控制程序，使用戶可以通過按鍵控制電機轉動的方向，并且能夠 調節電機轉動的速度。實驗二直流電機控制實驗一. 實驗目的利用PWM控制直流電機的轉動速度。二. 實驗設備及儀器1. IBM PC 機一臺2示波

9、器一臺3. DP 51PRO.NET單片機仿真器、編程器、實驗儀三合一綜合開發平臺一臺.實驗內容學習如何控制直流電機。PWM功率驅動電路如下:直流電機驅動原理圖如上圖中，只要 ZDJ-A的電壓比ZDJ-B的電壓高，電機就正轉。如果ZDJ-B的電壓比ZDJ-A 的電壓高，電機就反轉。改變 PWM 的占空比就可改變電機轉速。四實驗要求利用定時器輸出 PWM 波的程序，用 D1 區的按鍵 KEY1 與 KEY2 改變 PWM 的占空比來控 制直流電機的轉速。五實驗步驟1 用導線連接 A2區的P11與D1區J53接口的KEY1。2用導線連接 A2區的P12與D1區J53接口的KEY2。3用導線連接 A

10、2區的P10與B8區J78接口的ZDJ-A。4. B8區J78接口的ZDJ-B連接到 C1區的GND。5. 短接B8區JP18的電機電源跳線六.實驗預習要求認真預習本節實驗內容，理解電機驅動電路的原理，按照實驗的要求提前做好實驗準備工作。七. 實驗參考程序。高電平脈沖的個數。 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。定時器 0在模式 2下工作。定時器每200us產生一次溢出。自動重裝的值。使能定時器 0中斷。使能總中斷。開始計時。掃描 KEY1,。掃描KEY2,如果按KEY2,跳轉到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 ,如果按下A,PWMHA,PWM,K1H0。判斷是否到達上邊界KSCAN。是 ,則不進行任何操作A,PWMHAA,PWM,K1H1。如果在加 1后到達最大值TR0。定時器停止P1.0。置P1.0為高電平K1H2A,#02H,K1H2。如果加 1 后到達下邊界TR0。重開定時器PWMH。增加占空比KSCANP1.2,K2HANDLE。去抖動 , 如果按下K2C

13、HECKA,PWMHA,#01H,K2H0。判斷是否到達下邊界KSCAN。是 ,則不進行任何操作A,PWMHTEMP,PWMAA,#01H,K2H1。如果在減 1 后到達下邊界TR0。定時器停止P1.0。P1.0為低電平K2H2TEMPA,TEMP,K2H2。如果到達上邊界TR0。啟動定時器PWMH。降低占空比KSCANPSW?，F場保護ACCKEY1, 跳轉到 KEY1 處理程序KEY2, 跳轉到 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。計數值加1。如果等于高電平脈沖數。P1.0變為低電平。如果等于周期數。計數器復位。置P1.0為高電平。出棧END八實驗思考題請編寫一段實現電機正反轉的程序。實驗三數字PID控制器設計一、實驗目的1. 熟悉MATLAS編程及Simulink工作環境;2. 掌握比例、積分、微分環節對控制系統性能的影響;3. 掌握利用擴充臨界比例度法和試湊法整定PID參數。、實驗設備計算機一臺、MATLAB6.5或7.0軟件。、實驗內容如下圖，假定控制對象為,要求在 Simulink工作環境下分別采用臨界比例度法和試湊法設計PID控制器，其中輸

15、入r為單位階躍函數。臨界比例度法: 選擇一個合適的采樣周期 T,控制器作純比例 KP控制；TS和臨界振蕩增益KS;調整KP的值，使得系統出現臨界振蕩，記下相應的臨界振蕩周期選擇控制度為1.05，根據控制表，求得 T、KP、TI、TD ;試湊法：根據先比例、再積分、后微分的原則依次調整比例、積分、微分的參數，使得系統響應滿足要求。四、實驗結果分析求出兩種方法對應的 PID參數，并畫出輸出響應曲線，對結果進行分析。五、思考題試分析比例、積分、微分對控制系統性能的影響。實驗四最少怕有紋波控制器設計及仿真一、實驗目的1.掌握最少怕有紋波控制器設計及仿真技術；2掌握Simulink環境下仿真的技術和 M

16、atlab編程仿真技術。二、實驗設備計算機一臺、MATLAB6.5或7.0軟件。三、實驗內容、曰 旳一如下圖，假疋控制對象為：,H(s為零階保持器，米樣周期T =1s,試：針對單位速度輸入設計最少怕有紋波控制器，畫出控制器和系統輸出波形；r b . / T y rD(z/ H(s>Ik-G(s卓>>四、實驗結果分析要求畫出Simulink環境下仿真結構圖，求出最少拍有紋波控制器，并畫出輸出響應曲線， 對結果進行分析。五、實驗預習要求認真按照本實驗的要求提前做好實驗準備工作，進行理論設計計算并用MATLAB編寫仿真程序。六、思考題有紋波具體體現在哪里？產生的原因是什么？附加實驗

17、：本實驗在完成 Simulink仿真的基礎上，進行 MATLAB編程仿真。實驗五最少怕無紋波控制器設計及仿真、實驗目的1掌握最少怕無紋波控制器設計及仿真技術；2掌握Simulink環境下仿真的技術和Matlab編程仿真技術。、實驗設備計算機一臺、MATLAB6.5或7.0軟件。、實驗內容如下圖，假定控制對象為：|，H(s為零階保持器，米樣周期T = 1s,試針對單位速度輸入設計最少怕無紋波控制器，畫出控制器和系統輸出波形;四、實驗結果分析要求畫出Simulink環境下仿真結構圖，求出最少拍無紋波控制器，并畫出輸出響應曲線, 對結果進行分析。五、思考題試比較有紋波和無紋波控制器的區別。附加實驗：本實驗在完成Simulink仿真的基礎上，進行 MA