《二阶电压跟踪控制系统课程设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《二阶电压跟踪控制系统课程设计报告（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、二阶环节电压跟踪控制系统的设计指导老师：凌睿重庆大学自动化学院2016 年 9 月目录一、序言 3二、设计步骤42.1 确定基本设计目标 42.2 确定基本实现方案42.2.1 搭建二阶环节42.2.2 电路输出跟踪阶跃信号42.2.3 设计键盘人机交互接口42.2.4 精度要求4三、硬件设计53.1 总体硬件设计53.2 dac0832 介绍63.3 tlc549 介绍73.4 LCD12864液晶显示屏93.5 4*4键盘介绍113.6 二阶环节模块11三、软件设计123.1 主流程图：133.2 中断程序历程图143.3 按键值子程序历程图：153.4判断按键功能子程序流程图：163.5
2、 AD和DA转换子程序流程图： 173.6 pid控制子程序流程图18四、心得体会19五、参考文献21六、附录21一、序自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基 础的自动调节原理，主要用于工业控制。为了实现各种复杂的控制任务，首先要将被控制对 象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机的整体，这就是自动控制系统。在自 动控制系统中，被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量，它可以要求保持 为某一恒定值，例如温度、压力或飞行轨迹等；而控制装置则是对被控对象施加控制作用的 相关机构的总体，它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制，但最基本的一
3、种是基 于反馈控制原理的反馈控制系统。下图是单回路闭环控制系统的框图。变送器（含测量元件）对被控量C进行测量，并将其 变换为电信号，经A/D转换为数字信号后反馈给控制器。控制器将反馈信号与给定值R进 行比较，并根据指定的控制规律产生相应的控制信号，经 D/A 转换后作用于被控对象，使 被控量与给定值保持一致。二、设计步骤2.1 确定基本设计目标仔细研读了设计任务书后，我们确认了本次课程设计需要实现的基本任务目标有：（1）搭建一个二阶环节；（2）lcd 能够显示期望值与实际值。（3）要求设计人机交互接口，参数可随时设置；（4）控制精度W5%，调节时间W5秒。2.2 确定基本实现方案对比任务书的要
4、求，我们讨论得出了要完成各个基本设计任务的初步实现方案：2.2.1 搭建二阶环节本次课程设计中，由实验室提供二阶环节系统装置。2.2.2 电路输出跟踪阶跃信号我们采用实验箱上的4X4键盘作为系统输入，实验箱读取按键后，得到一个给定值，系统 通过A/D读取二阶环节的电压并与给定值比较，采取控制并将输出值通过D/A送给二阶环 节。整个过程中需要用的读键程序、D/A、A/D转换程序、LED显示程序、滤波程序、控制 计算程序等。2.2.3 设计键盘人机交互接口由于任务要求信号参数可通过人机交互接口设置，我们讨论后设计在LED上显示输入的信 息。通过 4X 4 键盘输入控制信号。按键设置为0到9十个按键
5、加上负号、小数点和 确认这三个按键。2.2.4 精度要求对于精度W5%，调节时间W25秒的设计要求，我们决定在软件调试时通过修改各参数来 完成。三、硬件设计3.1总体硬件设计本次课程设计中最为重要的硬件设计任务是信号数据采集系统的搭建。数据采集系统是由单 片机和硬件接口电路组成，硬件接口电路主要由采样保持器、A/D转换电路、输入接口电路、 D/A转换电路、控制逻辑电路输出接口电路等组成。其工作过程是：由机接收电路模拟信号, 将模拟信号送到采样保持电路进行采样；当单片机启动A/D转换电路转换时，采样保持电 路处于保持状态，并把信号送给A/D转换电路实现模拟量到数字量的转换；A/D转换结束 后，将
6、送出一结束信号，该信号可产生已中断请求或供单片机查询，同时采样/保持电路进 入采样状态，单片机由输入接口电路读取模拟信号并进行一次转换数据。当单片机向 D/A 转换电路输出数据时，D/A转换电路输出一个与输出数据对应的模拟电压。硬件电路就是选 取合适的电子器件和芯片，设计成满足系统速度、精度和可靠性等技术要求的电路接口，使 单片计算机能按要求完成上述工作过程。其次，按键键盘功能设计也是重要的，不同的键盘设计带给编程的难度是不同的，具体功能 的体现也是有差别的。总体硬件连接图和系统框图如下：3.2 dac0832 介绍DAC0832 是双列直插式 8 位 D/A 转换器。能完成数字量输入到模拟量
7、（电流）输出的转换。 图 1-1 和图 1-2 分别为 DAC0832 的引脚图和内部结构图。其主要参数如下：分辨率为 8 位， 转换时间为1“S,满量程误差为1LSB,参考电压为（+10-10）V,供电电源为（+5+15）V, 逻辑电平输入与TTL兼容。从图1-1中可见，在DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器 称为输入寄存器，它的允许锁存信号为ILE,第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信 号也称为通道控制信号 /XFER。H I sbDIOloutl 1)111)12Rfl1)13VielI141)15ILE1)16WR2MSBDICSXfei6914DACO832当ILE为高电平
8、，片选信号/CS和写信号/WR1为低电平时，输入寄存器控制信号为1, 这种情况下,输入寄存器的输出随输入而变化。此后,当 /WR1 由低电平变高时,控制信 号成为低电平，此时，数据被锁存到输入寄存器中，这样输入寄存器的输出端不再随外部数 据 DB 的变化而变化。 对第二级锁存来说，传送控制信号 /XFER 和写信号 /WR2 同时为 低电平时，二级锁存控制信号为高电平，8 位的 DAC 寄存器的输出随输入而变化，此后， 当/WR2由低电平变高时，控制信号变为低电平，于是将输入寄存器的信息锁存至ODAC寄 存器中。其余各引脚的功能定义如下： 、DI7DIO : 8位的数据输入端，DI7为最高位。
9、（2）、 IOUT1 ：模拟电流输出端 1，当 DAC 寄存器中数据 全为 1 时，输出电流最大，当 DAC 寄存器中数据全为0时，输出电流为0。（3）、IOUT2 :模拟电流输出端2, IOUT2与IOUT1 的和为一个常数，即IOUT1 + IOUT2 =常数。（4）、RFB :反馈电阻引出端，DAC0832 内部已经有反馈电阻，所以 RFB 端可以直接接至外部运算放大器的输出端， 这样相当于 将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。 （5）、 VREF :参考电压输入端 此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它决定0至255的数字量转化出来的模 拟量电 压值的幅度，VREF范围
10、为（+10-10）V。VREF端与D/A内部T形电阻网络相连。（6）、 Vcc :芯片供电电压，范围为（+5 15）V。（7）、 AGND :模拟量地，即模拟电路接地端。（8）、 DGND :数字量地。DAC0832可处于三种不同的工作方式：1、 直通方式：当ILE接高电平， U ，-和都接数字地时， DAC处于直通方式，8位数字量一旦 到达DI7DI0输入端，就立即加到8位D/A转换器, 被转换成模拟量。例如在构成波形发生器的场合，就要用至这种方式，即把要产生基本波形 的数据存在ROM中，连续取出送到DAC去转换成电压信号。2、单缓冲方式 ：只要把两个寄存器中的任何一个接成直通方式，而用另一
11、个锁存器数据， DAC就可处于单缓冲工作方式。一般的做法是将2WR和XFER都接地，使DAC寄存器处于直通方式，另外把ILE接高电平，CS接端口地址译码信号，1WR接CPU的WR信号，这样就可以通过一条MOVX指令，选中该端口， 使CS和1WR有效，启动D/A转换。双缓冲方式：主要在以下两种情况下需要用双缓冲方式的D/A转换。需在程序的控制下，先把转换的数据输入输入缓存器，然后在某个时刻再启动D/A转换。这样，可先选 中CS端口，把数据写入输入寄存器；再选中XFER端口，把输入寄存器内容写入DAC寄 存器，实现D/A转换。在需要同步进行D/A转换的多路DAC系统中，采用双缓冲方式， 可以在不同
12、的时刻把要转换的数据打入各DAC的输入寄存器，然后由一个转换命令同时启 动多个DAC转换。先用3条输出指令选择3个端口，分别将数据写入各DAC的输入寄器，当数据准备就绪后，再执行一次写操作，使卜卜卡变低同时选通3个D/A的DAC寄 存器，实现同步转换。3.3 tlc549 介绍TLC549是TI公司生产的一种低价位、高性能的8位A/D转换器，采用了 CMOS工艺， 它以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换，其转换速度小于17us，最大转换速率为40000HZ, 4MHZ典型内部系统时钟，电源为3V至6V。它能方便地采用三线串行接口方 式与各种微处理器连接，构成各种廉价的测控应用系统。VRE
13、FUjAD模块REFAN KEFGDVCC3.3VCC3.3aLKATcs V匚DJ TLC549CPh I? |4 Is |1 I? |ft.prmnRnrLnr-严严号节F汁 Stupid .亡卿|* tCycB C| | MSB 饬 *1 |II4-Hl-ZStataConversion Data BMSB当/CS变为低电平后，TLC549芯片被选中，同时前次转换结果的最高有效位MSB（A7）自DATA OUT端输出，接着要求自I/O CLOCK端输入8个外部时钟信号，前7个 I/O CLOCK信号的作用，是配合TLC549输出前次转换结果的A6-A0位，并为本次转换 做准备：在第4个I
14、/O CLOCK信号由高至低的跳变之后，片内采样/保持电路对输入模拟 量采样开始，第8个I/O CLOCK信号的下降沿使片内采样/保持电路进入保持状态并启动 A/D开始转换。转换时间为36个系统时钟周期，最大为17us。直到A/D转换完成前的这 段时间内，TLC549的控制逻辑要求：或者/CS保持高电平，或者I/O CLOCK时钟端保持 36个系统时钟周期的低电平。由此可见，在自TLC549的I/O CLOCK端输入8个外部时 钟信号期间需要完成以下工作：读入前次A/D转换结果；对本次转换的输入模拟信号采样 并保持；启动本次A/D转换开始。时序图如下：1 2 a 协 b w I? h.nnnn
15、rinnnr-?tEU(Cl F E4mpl 占宀 一*Cjf&ijEi Biue Not A.)3.4 LCD12864 液晶显示屏带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内 部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128X64, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128 个 16*8 点 ASCII 字符 集.利用该模块灵活的接口方 式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示 8X4 行 16X16 点 阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方 案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多， 且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。LCD12864液晶管脚号管脚名称电平管脚功能描述
