1、1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
2、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2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
3、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
4、 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
5、 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。3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
6、 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4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
7、， 阅读实验参考程序。七.实验参考程序BA EQU P1.0BB EQU P1.1BC EQU P1.2BD EQU P1.3ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN:MOV SP,#60HACALL DELAYSMRUN: ;电机控制方式为单双八拍MOV P1,#08H ;AACALL DELAYMOV P1,#0CH ;ABACALL DELAYMOV P1,#04H ;BACALL DELAYMOV P1,#06H ;BCACALL DELAYMOV P1,#02H ;CACALL DELAYMOV P1,#03H ;CDACALL DELAYMOV P1,#01H
8、 ;DACALL DELAYMOV P1,#09H ;DAACALL DELAY5SJMP SMRUN ;循环转动DELAY: ;单步延时程序MOV R4,#10DELAY1: MOV R5,#250DJNZ R5,$DJNZ R4,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
9、制直流电机。PWM 功率驱动电路如下：6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-
10、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：PWMH DATA 30H ;高电平脉冲的个数PWM DATA 31H ;PWM 周期COUNTER DATA 32HTEMP DATA 33HORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP INTT07ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60H ;给堆栈指针赋初值MOV PWMH,#02HMOV COUNTER,#01HMOV
11、PWM,#15HMOV TMOD,#02H ;定时器 0 在模式 2 下工作MOV TL0,#38H ;定时器每 200us 产生一次溢出MOV TH0,#38H ;自动重装的值SETB ET0 ;使能定时器 0 中断SETB EA ;使能总中断SETB TR0 ;开始计时KSCAN:JNB P1.1,K1CHECK ;扫描 KEY1,JNB P1.2,K2CHECK ;扫描 KEY2,如果按 KEY2,跳转到 KEY2 处理程序SJMP KSCANK1CHECK:JB P1.1,K1HANDLE ;去抖动,如果按下 KEY1,跳转到 KEY1 处理程序SJMP K1CHECKK1HANDLE
12、:MOV A,PWMHCJNE A,PWM,K1H0 ;判断是否到达上边界SJMP KSCAN ;是,则不进行任何操作K1H0:MOV A,PWMHINC ACJNE A,PWM,K1H1 ;如果在加 1 后到达最大值CLR TR0 ;定时器停止SETB P1.0 ;置 P1.0 为高电平SJMP K1H2K1H1:CJNE A,#02H,K1H2 ;如果加 1 后到达下边界SETB TR0 ;重开定时器K1H2:INC PWMH ;增加占空比SJMP KSCANK2CHECK:JB P1.2,K2HANDLE ;去抖动,如果按下 KEY2,跳转到 KEY2 处理程序SJMP K2CHECKK
13、2HANDLE:MOV A,PWMHCJNE A,#01H,K2H0 ;判断是否到达下边界SJMP KSCAN ;是,则不进行任何操作K2H0:8MOV A,PWMHMOV TEMP,PWMDEC ACJNE A,#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SJMP K2H2K2H1:DEC TEMPCJNE A,TEMP,K2H2 ;如果到达上边界SETB TR0 ;启动定时器K2H2:DED PWMH ;降低占空比SJMP KSCANINTT0:PUSH PSW ;现场保护PUSH ACCINC COUNTER ;计数值加
14、1MOV A,COUNTERCJNE A,PWM,INTT01 ;如果等于高电平脉冲数CLR P1.0 ;P1.0 变为低电平INTT01:CJNE A,PWM,INTT02 ;如果等于周期数MOV COUNTER,#01H ;计数器复位SETB P1.0 ;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。9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 P
15、ID 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)12()1(ssG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。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
16、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。PID )12()(ss10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：)1(0)sG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；r T T y-四、实验结果分析
17、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。D(z) G(s)H(s)11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
18、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)1(0)sG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；。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。D(z) G(s)H(s)12实验六 大林算法设计及仿真一、试验目的 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T1s，系统闭环传递函数)1()(46.1sesGs为 ，输入信号为单位阶跃函数，要求：12)(se（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。
