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1、青岛大学毕业设计本科毕业论文(设计) 题 目： 基于单片机的电子钟设计学 院： 机电工程学院专 业： 机械工程及自动化姓 名： 公 安指导教师： 杨 倩 2016年5月 8日基于STC89C52单片机的电子钟设计 The Design of Electronic Clock based on STC89C52 Micro-controller 摘要 电子钟主要是利用数字电路来实现时、分、秒计时显示的电气装置，相对于传统的机械钟，它显示的方式更为直观、可读性高。因其摒弃了传统的机械驱动模式，故而使用寿命更持久；而相对于石英钟的机芯驱动，电子钟计时更加准确。因此电子钟广泛应用于城市的公共场所，以及
2、机场、车站、码头等地。目前国际上比较有名的电子钟品牌有：techno Line电子钟、01TIME品牌电子钟、漳州吉美电子钟等。本设计 关键词： 虚拟仪器LabVIEW控制工程基础 实验系统AbstractVirtual instrument has the features of low cost, operability and a high degree of automation. This paper has done some thorough study about the virtual experiment system in the Basis of Control Eng
3、ineering based on LabVIEW. Specifically, it describes the experiment development process of series correction, parallel correction, composite correction and the tip control of XY plotter. This paper aims to enable the students to have a better understanding of the system compensation module in exper
4、iments based on LabVIEW, which shows the control process of the system intuitionistically with its friendly interface and convenient operation. Keywords:Virtual instrumentLabVIEWMechanical Engineering Control Experiment system目录摘要1第1章 绪论11.1 课题的提出及意义11.2国内外虚拟实验系统开发现状和发展趋势11.3 本文的主要研究内容2第2章基于LABVIEW的
5、系统串联校正42.1校正原理42.1.1 串联超前校正原理42.1.2 串联滞后校正原理42.1.3 串联滞后超前校正的原理52.2 程序子VI汇总62.3 串联校正系统的建立62.3.1 建立一个新的VI62.3.2 建立程序框图72.3.3 整理程序框图和前面板11第3章 基于LABVIEW的系统并联校正153.1 程序设计的子VI汇总153.2 并联校正系统的建立153.2.1 建立一个子VI153.2.2 建立系统程序框图163.2.3整理前面板和程序框图17第4章 基于LABVIEW的系统顺馈校正214.1 程序设计的子VI汇总214.2 顺馈校正系统的建立224.2.1 建立vi2
6、24.2.2 程序框图的建立224.2.3整理前面板和程序框图24第5章 基于LABVIEW的XY绘图仪笔尖的控制285.1程序设计的子VI汇总285.2 模拟X-Y绘图仪笔尖控制系统的建立285.2.3 建立一个子vi285.2.3 程序框图的建立285.2.3整理前面板和程序框图32第6章 虚拟实验平台的建立356.1 主界面程序框图的设计356.2 主界面前面板的设计36第7章 设计工作总结37谢 辞38参考文献39青岛大学毕业设计(论文)第1章 绪论1.1 课题的提出及意义控制在机电加工中起着非常重要的作用，自动控制原理作为机械专业和自动化专业学生的专业基础课程，要求学生对控制系统的分
7、析和设计有一定的掌握。实验教学法在工科专业课程的学习中应用广泛，自动控制原理作为一门比较抽象的专业基础课程，在学习的过程中离不开实验。通过实验，学生可以更为直观的理解所学习的课程，并且掌握的更加深刻。实验的重要性已经基本上得到了广泛的共识，但是由于经费，场地等条件的限制，很多院校都无法提供传统实验方式所需要的条件。这种情况下，虚拟实验的优越性就体现出来了。虚拟实验是借助于图形/图像、仿真和虚拟现实等技术在计算机上所营造的可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环节1。虚拟实验是以软件替代硬件, 在软件中将各种实验仪器以可视化器件的形式表现。这样，学生和老师都可以摆脱传统实
8、验繁重的设备以及繁琐的操作步骤，仅仅通过鼠标和键盘就可以完成实验。虚拟实验可以较为有效的解决学校硬件设备不足，教学时间过短的问题，可以以一种新的教学方式来激发学生的学习兴趣，还能缓解院校经费不足，设备老化陈旧等问题，在很多情况下可以直接替代传统实验。因此虚拟实验系统开发对于提高教学质量、培养专业型人才有着巨大的促进作用。就机械控制的虚拟实验方面，主要是对于虚拟仪器 (Virtual Instrumentation，VI)和网络技术的综合应用。虚拟仪器的组成包括硬件和软件两个基本要素。硬件是基础，软件是核心。目前流行的软件开发环境主要有两类:一类是用传统的编程语言，如Visual C+、Visu
9、al Basic等;另一类是用图形化编程语言，如LabVIEW、Matlab 等。与传统的编程语言相比，图形化编程语言具有着更良好的人机交流界面，更方便学生的学习和应用。就图形编程语言方面，Matlab 的虚拟实验系统可以用软件仿真实际硬件的大部分功能。可以解决目前机械控制实验中的一些问题，并在一定程度上提高了目前“机械工程控制基础”的教学效果。但是，由于Matlab 的局限性无法达到锻炼学生动手能力和硬件调试能力的目的。另外，应用Matlab 软件仿真必须对软件有足够的了解和认识，不利于低年级学生的应用。所以，实验效果并不是很理想。1.2国内外虚拟实验系统开发现状和发展趋势随着虚拟仪器技术以
10、及网络的飞速发展，虚拟实验的应用越来越广泛了，而虚拟实验室的建立则成了虚拟实验系统发展的主流方向。“虚拟实验室(virtual lab) ”的概念是于1989年由美国弗吉尼亚大学(University of Virginia)的教授威廉沃尔夫(William Wolf)率先提出的，它详细描绘了基于网络的虚拟实验室环境，致力于构筑一个综合了各类工具和技术的信息化、网络化的集成环境，在这个环境里， 用户可以有效地利用世界上的各种数据、信息、仪器设备及人力等资源2。美国作为首先提出虚拟仪器概念的国家，在雄厚财力的保障下在，该领域的研究已处于领先地位3。其中，虚拟仪器系统及图形编程语言己成为理工科学生
11、的一门必修课，具有相当高的普及程度4。国外的一些大学己组建了具有智能化特征的虚拟实验室。通过网上虚拟实验室，能够在网络中仿真实训现场“身临其境”的观察实验现象。其中较有代表性的如卡内基梅隆大学的IrYdium化学实验室、牛津大学的化学vL、Ruhr大学网络虚拟实验室、汉诺威大学的虚拟自动化工作平台等5。目前在国内，只有部分高校初步建立了虚拟实验室（如图1-1和1-2）。例如：清华大学利用虚拟实验仪器构建了汽车发动机检测系统；华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用；四川联合大学基于虚拟仪器的设计思路，研制了航空电台二线综合测试仪；中山大学、上海交通大学
12、、武汉理工大学等一批高校也开发了一批虚拟仪器系统用于教学和科研6。其中中山大学基于LabVIEW和ELVIS建立了一批虚拟仪器系统用于进行数字温度控制实验、机械运动实验等；上海交大仪器科学与工程系结合PXI、GPIB、ELVIS和LabVIEW进行关于视觉系统的设计与实现的科研；武汉理工大学自动化学院基于MATLAB语言的系统校正方法的仿真研究等。图1-1 中山大学虚拟实验室图1-2 上海交大虚拟实验室1.3 本文的主要研究内容 在Lab VIEW环境下创建一个机械工程控制基础的虚拟实验平台。其中包括以下三个实验模块：(1)系统串联校正模拟实验。通过给定三个不同的原系统，分析系统性能，设计串联
13、校正装置，使系统满足一定性能指标要求。通过3个案例能够体现滞后校正，超前校正和滞后超前三种串联校正形式的特点。使学生对各种校正形式和相关参数的影响有更深刻的认识。(2)系统反馈校正模拟实验。(3)系统复合校正模拟实验。(4)X-Y绘图仪记录笔位置控制系统设计。第2章基于LabVIEW的系统串联校正2.1校正原理校正是指在系统中增加新的环节，以改善系统的性能，实质是在原有系统中增加合适的校正装置，引进新的零点、极点以改变原系统的系统Bode图的形状，使其满足系统性能指标要求。校正是控制系统设计的基本技术，控制系统的设计一般都需通过校正这一步骤才能最终完成。控制系统的设计本质上是寻找合适的校正装置
14、。2.1.1 串联超前校正原理为了获得最大的相位超前量，应使校正后的幅值穿越频率，从而使校正网络在处产生的超前相位弥补校正前系统相位稳定欲度的不足，这就是超前校正的原理。超前校正的作用在于提高系统的相对稳定性和响应的快速性，但对稳定性能改善不大。超前校正环节传递函数模型为 (2-1)如图2-1，其中。其中以原系统增益K,衰减因子和系统的时间常数T作为输入控件，以系统校正前后的传递函数、BODE图和阶跃响应图等为输出控件。通过相应的输出控件，可以直观的看出校正后系统的性能指标是否满足要求，若不满足，则需重新调整输入值，直至满足条件为止。从而使学生在实验过程中加深了对所学知识的理解，提高了动手能力
15、并锻炼了学生们发现问题、分析问题和解决问题的能力。图2-1 超前校正2.1.2 串联滞后校正原理滞后校正的基本原理是利用滞后校正环节的高频幅值衰减特性，使校正后系统的幅值穿越频率（截止频率）下降，借助于校正前系统在该幅值穿越频率处得相位，使系统获得足够的相位裕度。滞后校正环节可以看作为是一个低通滤波器（信号的低频部分通过，高频部分被衰减）。滞后校正的主要作用在于，在基本不影响原有动态性能的前提下，提高系统的开环放大系数，从而显著改善稳态性能。滞后校正环节传递函数模型为 (2-2)如图2-2，其中。其中以原系统增益K,参数和系统的时间常数T作为输入控件，以系统校正前后的传递函数、BODE图和阶跃响应图等为输出控件。通过相应的输出控件，直观的看出校正后系统的性能指标是否满足要求，若不满足，则需重新调整输入值，直至满足条
