電氣自動(dòng)化單片機(jī)論文
現(xiàn)在是個(gè)計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)都在高速發(fā)展的時(shí)代，而且越來越受到重視的智能技術(shù)的開發(fā)的速度也在加快增長(zhǎng)。計(jì)算機(jī)的智能化程度在不斷的發(fā)展，應(yīng)用范圍也從原先的相對(duì)單一到后來的多元化發(fā)展。只要你到網(wǎng)上查一查，在海底的深處，是不是有一個(gè)個(gè)白色的東西。接下來小編搜集了電氣自動(dòng)化單片機(jī)論文，僅供大家參考，希望幫助到大家。
篇一：?jiǎn)纹瑱C(jī)在電子技術(shù)中的應(yīng)用分析
摘要：
單片機(jī)是當(dāng)前被運(yùn)用到各個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)技術(shù)產(chǎn)品，隨著當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的增多，單片機(jī)被運(yùn)用到眾多的生產(chǎn)領(lǐng)域中，在一定程度上提升了人們的生活水平和質(zhì)量。就當(dāng)前單片機(jī)的使用情況看，單片機(jī)更多地被運(yùn)用到電子技術(shù)領(lǐng)域中，提升電子領(lǐng)域的發(fā)展程度，例如在儀表儀器中使用單片機(jī)可以提升其智能程度;單片機(jī)在工業(yè)控制中通過自身功能的發(fā)揮，可使工業(yè)控制更加先進(jìn)化。該文從單片機(jī)的概述入手，研究在電子技術(shù)發(fā)展中單片機(jī)運(yùn)用的程度。
關(guān)鍵詞：
單片機(jī)；電子技術(shù)；應(yīng)用研究
20個(gè)世紀(jì)70年代，單片機(jī)得到快速的發(fā)展，形成一個(gè)品種較為全面，功能更加強(qiáng)大的技術(shù)產(chǎn)品，開始在各生產(chǎn)領(lǐng)域中運(yùn)用。隨著近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，單片機(jī)取得更優(yōu)質(zhì)的成果，科技水平更加先進(jìn)，在眾多領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)用，提升這些領(lǐng)域的發(fā)展程度。單片機(jī)現(xiàn)在在電子技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛的使用，如在通信功能、儀表儀器等方面實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)用，促進(jìn)這些企業(yè)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的發(fā)展。同時(shí)，隨著單片機(jī)運(yùn)用程度的增加，應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，其技術(shù)呈現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展趨勢(shì)。
1、單片機(jī)的科學(xué)分析
1.1概述
單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它采用規(guī)模較大的電路技術(shù)將CPU、RAM、ROM以及定時(shí)器等眾多功能集成在一個(gè)硅片上，繼而形成一個(gè)具有完善功能的，微型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片式是1970年左右開始在生產(chǎn)中運(yùn)用，隨著多年技術(shù)的革新和使用程度的加深，當(dāng)前它在汽車電子，醫(yī)療器械，工業(yè)控制以及儀表儀器中得到運(yùn)用。單片式發(fā)展速度較快，由最開始的4位單片機(jī)發(fā)展成8位單片機(jī)，到目前300M具有高速運(yùn)轉(zhuǎn)和處理能力的單片機(jī)。
1.2主要特點(diǎn)
單片機(jī)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分，隨著計(jì)算機(jī)水平的增長(zhǎng)，單片機(jī)也呈現(xiàn)高效革新的態(tài)勢(shì)，且呈現(xiàn)不同用途的，不同型號(hào)的單片機(jī)產(chǎn)品。以AT89S52型號(hào)單片機(jī)為例，單片機(jī)目前重要的`發(fā)展特點(diǎn)有6個(gè)方面。第一，單片機(jī)具有使用方便的特點(diǎn)，單片機(jī)整體體積較小，系統(tǒng)構(gòu)成較為簡(jiǎn)單，整體呈現(xiàn)模塊化;第二，對(duì)環(huán)境的要求較低，單片機(jī)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，可以在不同的環(huán)境得到運(yùn)用;第三，控制能力較強(qiáng)大，單片機(jī)有著較強(qiáng)的科技力量，通過眾多功能的集成，其具有很強(qiáng)的控制功能;第四，功能消耗較低，單片機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候只需要較低的電壓，整體對(duì)功能的消耗低;第五，速度快，單片機(jī)具有極強(qiáng)的處理功能，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)和信息有著極快的處理速度;第六，可靠性高，單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的工作，提升整體系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)能力。
2、電子技術(shù)中單片機(jī)的應(yīng)用情況分析
2.1手機(jī)通信中的運(yùn)用
單片機(jī)在電子通訊中得到運(yùn)用，主要體現(xiàn)在手機(jī)語(yǔ)音功能的建設(shè)中，單片機(jī)對(duì)手機(jī)語(yǔ)音信息進(jìn)行識(shí)別，并開展相關(guān)操作。在手機(jī)的音頻入口安置單片機(jī)可以使其收集眾多的音頻信息，系統(tǒng)分辨工作開展之后，向各個(gè)部件下具體的指令和信息，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信息中的手機(jī)操作。
2.2單片機(jī)提升醫(yī)療器械診斷正確性
人們?cè)趯?shí)現(xiàn)溫飽之后，更加關(guān)注自身的健康，對(duì)醫(yī)療水平有著越來越高的需求。但是，在醫(yī)療建設(shè)的過程中總會(huì)出現(xiàn)一些問題，檢測(cè)手段以及消毒水平存在一定的不足，影響整體醫(yī)療建設(shè)的質(zhì)量。單片機(jī)在醫(yī)療器械中得到運(yùn)用之后，大大減少了醫(yī)療問題的出現(xiàn)，使醫(yī)療工作得到一定程度的提升。單片機(jī)的使用增加了醫(yī)療設(shè)備的診療準(zhǔn)確性，提升了診斷的精準(zhǔn)性。同時(shí)，隨著單片機(jī)在醫(yī)療器械中的運(yùn)用，整體醫(yī)療設(shè)備朝著更加智能化、自動(dòng)化的發(fā)展方向前進(jìn)，使醫(yī)療診斷的結(jié)果更加精準(zhǔn)，更好地為人們的健康提供醫(yī)療保障。
2.3單片機(jī)使儀表儀器的使用更加智能化
單片機(jī)因其集成度高等特點(diǎn)被用于儀表儀器的生產(chǎn)，隨著單片機(jī)科研水平的不斷革新，儀表儀器的發(fā)展更加智能化，更加符合當(dāng)前人們的使用需求。同時(shí)，隨著單片機(jī)使用程度的增加，儀表儀器設(shè)備朝著數(shù)字化方向發(fā)展，整體測(cè)試水平較高，儀表儀器控制和處理的功能建設(shè)更加優(yōu)質(zhì)。例如，在航天儀器制造的時(shí)候，使用單片機(jī)這種先進(jìn)的技術(shù)可以使儀器的精準(zhǔn)性和集成性更強(qiáng)，提升航天電子系統(tǒng)的數(shù)字化程度，大大降低航天事故發(fā)生的幾率。
2.4家電中普遍使用單片機(jī)
單片機(jī)不僅在高科技的領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)運(yùn)用，如醫(yī)療器械、儀表儀器等領(lǐng)域，同時(shí)也在日常生活中得到運(yùn)用，例如在家電行業(yè)中。隨著科研水平的發(fā)展，單片機(jī)越來越多地在生活中得到運(yùn)用，提升人們生活的質(zhì)量和幸福感。當(dāng)前人們家庭生活中使用的洗衣機(jī)、微波爐以及電視機(jī)等家電都運(yùn)用了單片機(jī)這項(xiàng)技術(shù)。在電視機(jī)的運(yùn)用中，通過使用單片機(jī)使其系統(tǒng)控制技術(shù)更加先進(jìn)，功能操作更加便捷。例如，人們可以通過遙控器自由切換不同的電視頻道，選擇自己想看的電視節(jié)目。單片機(jī)在微波爐建造中，通過系統(tǒng)信息的處理，可以根據(jù)食材的不同進(jìn)行科學(xué)的、自動(dòng)的選擇工作，主要是選擇加熱時(shí)所需要的溫度和具體時(shí)間。單片機(jī)在洗衣機(jī)的系統(tǒng)控制中，可以根據(jù)衣物的材質(zhì)以及臟污程度進(jìn)行自動(dòng)洗滌，對(duì)洗衣液的使用量、洗滌的強(qiáng)度控制以及詳細(xì)的洗滌時(shí)間有著科學(xué)的控制和選擇。
3、單片機(jī)在未來電子技術(shù)領(lǐng)域中開發(fā)趨勢(shì)分析
隨著社會(huì)生產(chǎn)實(shí)力的增強(qiáng)，科研技術(shù)程度更加深入，單片機(jī)型號(hào)和技能革新的速度會(huì)越來越快，其在電子領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)主要從以下3個(gè)方面進(jìn)行。
3.1對(duì)單片機(jī)程序開發(fā)
隨著單片機(jī)自身開發(fā)程度的加深，其在嵌入式系統(tǒng)的建設(shè)中得到越來越全面的運(yùn)用，目前已經(jīng)不在裸機(jī)的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)開發(fā)和使用。單片機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一定程度的自動(dòng)執(zhí)行，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行較強(qiáng)的儲(chǔ)存，科學(xué)處理和傳輸數(shù)據(jù)。單片機(jī)具有較強(qiáng)的環(huán)境使用能力，可以保障計(jì)算機(jī)在不同的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)和數(shù)據(jù)的處理，對(duì)外界的物理參數(shù)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的采集，并對(duì)其進(jìn)行邏輯分析和正確的處理。
3.2優(yōu)化C語(yǔ)言系統(tǒng)程序
C語(yǔ)言有著強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以以簡(jiǎn)易的方式對(duì)編程語(yǔ)言開展編譯、處理等工作，有著強(qiáng)大的編程能力。為了使單片機(jī)在復(fù)雜的計(jì)算數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)正常的使用，提升系統(tǒng)的集成和控制能力，一定要加強(qiáng)C語(yǔ)言在單片機(jī)中的運(yùn)用程度。通過對(duì)C語(yǔ)言更深度的開發(fā)，可以加大單片機(jī)的開發(fā)程度和力度，進(jìn)而拓展單片機(jī)使用和運(yùn)用的范圍和領(lǐng)域。
3.3加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)的研發(fā)
目前，單片機(jī)的制作中使用眾多的通信接口，通過接口的連接可以和計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交流和溝通。可以說，單片機(jī)通過通信接口可以讓通信設(shè)備和計(jì)算機(jī)形成一定的聯(lián)系，可以使雙方進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持，提升設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的使用程度和運(yùn)用程度。為此，要想對(duì)單片機(jī)進(jìn)行深度的開發(fā)，應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和運(yùn)用，提升數(shù)據(jù)連接和傳輸?shù)馁|(zhì)量。
4、結(jié)語(yǔ)
單片機(jī)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展的一個(gè)重要組成部分，隨著計(jì)算機(jī)水平的增長(zhǎng)，單片機(jī)也呈現(xiàn)高效革新的態(tài)勢(shì)，在電子領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高效的運(yùn)用。突出表現(xiàn)在手機(jī)通信中和家庭電器的使用中，提升人們的生活建設(shè)質(zhì)量。同時(shí)，單片機(jī)使儀表儀器的使用更加智能化，提升醫(yī)療器械的診斷正確性。在未來的發(fā)展中，可以通過對(duì)單片機(jī)程序進(jìn)行開發(fā)、優(yōu)化C語(yǔ)言系統(tǒng)程序以及加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)的研發(fā)這3個(gè)方面提升單片機(jī)在電子領(lǐng)域的運(yùn)用程度。
參考文獻(xiàn)
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篇二：項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)與模塊化單片機(jī)課程改革初探
【摘要】
過去的以教師為中心的單片機(jī)課程教學(xué)，由于課程的綜合性太強(qiáng)使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對(duì)很多知識(shí)點(diǎn)難以接受，我們通過對(duì)本門課程項(xiàng)目式和模塊化改革的結(jié)合，合理安排教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)資源，降低初學(xué)者入門門檻，引導(dǎo)學(xué)生以興趣為導(dǎo)向，極大的提高了學(xué)習(xí)者主動(dòng)獲取知識(shí)的意愿，明顯提高了本課程的教學(xué)效果。
【關(guān)鍵詞】
模塊化教學(xué)；項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)；教學(xué)改革
“單片機(jī)技術(shù)”課程在本科院校里是電子信息類專業(yè)的必修課程，這門課程是以電子技術(shù)基礎(chǔ)，編程語(yǔ)言，計(jì)算機(jī)理論等知識(shí)為基礎(chǔ)的一門專業(yè)性和應(yīng)用性很強(qiáng)的綜合性課程�；谝陨咸攸c(diǎn)，對(duì)于初學(xué)者來說對(duì)單片機(jī)的理論知識(shí)的正確把握往往感覺比較吃力，給初學(xué)者造成學(xué)習(xí)困難。但是經(jīng)過我們多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，這類有很強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)用性的課程，以項(xiàng)目式教學(xué)更能推動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)模塊化的教學(xué)設(shè)計(jì)更能降低初學(xué)者入門的門檻。兩者相結(jié)合教學(xué)方法的采用對(duì)本門課程的教學(xué)效果提升明顯.
1、單片機(jī)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法
以往的單片機(jī)教學(xué)模式是以教師為中心，老師在課堂上按照教材，或者教學(xué)大綱按部就班的講授理論原理和知識(shí)點(diǎn)；以課堂教學(xué)為中心，學(xué)生學(xué)習(xí)為被動(dòng)接受，由于知識(shí)點(diǎn)綜合性比較強(qiáng)，理論太深?yuàn)W使得學(xué)生往往學(xué)習(xí)興趣不高，同時(shí)缺乏動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，教學(xué)效果一般不夠理想。以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的.教學(xué)法是學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，以實(shí)踐應(yīng)用為根本目標(biāo)，圍繞具體的項(xiàng)目構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容體系，通過師生共同參與完成一個(gè)具體的項(xiàng)目而展開的教學(xué)活動(dòng)。注重的不是最終的結(jié)果，而是項(xiàng)目完成的過程，在項(xiàng)目的教學(xué)實(shí)施過程中，學(xué)生按需學(xué)習(xí)，親身實(shí)踐，學(xué)生在項(xiàng)目的實(shí)踐過程中，理解知識(shí)和掌握技能，學(xué)習(xí)成為一個(gè)參與的創(chuàng)造實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。引進(jìn)單片機(jī)項(xiàng)目教學(xué)方式打破了原有的教學(xué)組織安排，以項(xiàng)目的開發(fā)步驟作為教學(xué)內(nèi)容，將課程的內(nèi)容分解為一個(gè)個(gè)小項(xiàng)目，從項(xiàng)目引入到項(xiàng)目解析再到任務(wù)分解然后到知識(shí)點(diǎn)講解最后知識(shí)點(diǎn)應(yīng)用，將原教學(xué)方案里單片機(jī)的知識(shí)點(diǎn)穿插到具體項(xiàng)目開發(fā)的過程中。這里面包含了軟、硬平臺(tái)搭建到項(xiàng)目展開再到項(xiàng)目完成的一系列教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，按照這種方法我們將以往教學(xué)體系中的知識(shí)內(nèi)容變化為若干個(gè)工程項(xiàng)目，然后圍繞著這些工程項(xiàng)目任務(wù)的展開同時(shí)開展教學(xué)，讓學(xué)生以具體工作目標(biāo)的展開來進(jìn)行教學(xué)環(huán)節(jié)的工作。有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新能力，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在這整個(gè)過程中，學(xué)生能很好的把握課程的知識(shí)要求，在體驗(yàn)創(chuàng)新與探索的過程中，又培養(yǎng)了學(xué)生們的分析解決問題的能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等。
2、模塊化的單片機(jī)教學(xué)方法
任何復(fù)雜的系統(tǒng)都是由具有完整基本功能的功能模塊電路組成，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)也是如此，一般由cpu系統(tǒng)、中斷系統(tǒng)、I/O口等。同時(shí)任何復(fù)雜的電路系統(tǒng)都可以分解為多個(gè)具備單一功能的模塊電路，按照這個(gè)思路，學(xué)習(xí)單片機(jī)系統(tǒng)我們也可以從單片機(jī)的功能模塊電路入手，我們根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，和學(xué)習(xí)單片的一般原理的方法，機(jī)將單片機(jī)教學(xué)模塊分成幾個(gè)部分，這里面每個(gè)部分有自己的專用模塊[3]。比如程序功能部分、硬件部分；在對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)部分進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，將單片機(jī)的各個(gè)功能模塊以獨(dú)立的原理圖形式出現(xiàn)，我們把單片機(jī)個(gè)硬件按功能分為了鍵盤模塊、數(shù)碼管顯示模塊、傳感器控制模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、通信模塊等幾大模塊，如圖1。各個(gè)模塊通過面包板上預(yù)留的連接器與系統(tǒng)主板進(jìn)行連接，然后用排線組合成所需要的系統(tǒng)。在教學(xué)過程中，要不斷收集遇到的各種硬件功能模塊電路，弄清它們的工作原理、性能及特性、特定的功能及使用方法，把系統(tǒng)化整為零，建立起自己的硬件模塊庫(kù)。指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)搜集、分析別人的設(shè)計(jì)案例、論文和相關(guān)書籍中的功能模塊電路，不斷地充實(shí)自己的功能模塊電路庫(kù)，日積月累，學(xué)生就會(huì)覺得自己的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力越來越強(qiáng)。最后在進(jìn)行模塊分解時(shí)，各模塊功能盡可能專一，聯(lián)系盡可能簡(jiǎn)單，使模塊獨(dú)立性強(qiáng)，方便教學(xué)實(shí)用的模塊。
3、總結(jié)
新興本院校定位應(yīng)用型教學(xué)型高校，以培應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才為目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上的以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)法教學(xué)和模塊化教學(xué)為主線，以實(shí)際應(yīng)用為培養(yǎng)為目標(biāo)的“單片機(jī)技術(shù)”課程教學(xué)改革思路，按照這個(gè)方式能使學(xué)生在項(xiàng)目模塊化的環(huán)節(jié)中一步一個(gè)臺(tái)階。此教學(xué)法脫離了枯燥無(wú)味的說教模式，使學(xué)生在具體的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的工作環(huán)境里輕松自在的狀態(tài)來投入到學(xué)習(xí)中，思維能力、動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力都有了明顯提高，模塊化學(xué)習(xí)過程中所積累的各種電路系統(tǒng)模塊也促進(jìn)構(gòu)建成學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新實(shí)踐、參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練的重要模塊庫(kù)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和成就感。法國(guó)文化教育學(xué)家斯普朗格曾言：教育的最終目的不是傳授已有的東西，而是要把人的創(chuàng)造力量誘導(dǎo)出來。本課程的教學(xué)改革正是朝著這個(gè)方向前進(jìn)。
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篇三：談單片機(jī)的過程控制綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
摘要：
以STCl2C5A60S2單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于單片機(jī)的低成本過程控制綜合實(shí)驗(yàn)，闡述了過程控制綜合實(shí)驗(yàn)整體設(shè)計(jì)，及單片機(jī)控制板各個(gè)功能的硬件設(shè)計(jì)與軟件開發(fā)，對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的特點(diǎn)進(jìn)行了描述。實(shí)踐表明，通過綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，讓學(xué)生從底層設(shè)計(jì)并實(shí)踐反饋控制系統(tǒng)，強(qiáng)化和提高了學(xué)生的動(dòng)手能力與綜合實(shí)踐能力。
關(guān)鍵詞：
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);單片機(jī);過程控制;系統(tǒng)設(shè)計(jì)
“過程控制”“計(jì)算機(jī)控制”“微機(jī)原理”和“檢測(cè)技術(shù)”是我院自動(dòng)化專業(yè)的必修課程，是理論性、設(shè)計(jì)性、實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)方向課，與實(shí)際控制工程聯(lián)系緊密。學(xué)生在這些課程的學(xué)習(xí)過程中，實(shí)驗(yàn)都是針對(duì)本門課程的內(nèi)容進(jìn)行，還有很多是演示實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)。在實(shí)際工作中，控制系統(tǒng)一般都是這幾方面內(nèi)容的綜合應(yīng)用，而學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中缺乏對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，因此在教學(xué)過程中應(yīng)將控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和實(shí)際計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相結(jié)合，通過理論知識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)的有機(jī)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中控制問題的能力。為了達(dá)到這一教學(xué)目標(biāo)，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室開設(shè)了自動(dòng)化綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)，從控制器設(shè)計(jì)開始，每一步都由學(xué)生獨(dú)立完成，實(shí)現(xiàn)水箱液位控制。學(xué)生要完成設(shè)計(jì)單片機(jī)控制器電路，繪制原理圖與印制板圖，編寫調(diào)試控制程序，設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)控畫面等內(nèi)容。從學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果看，學(xué)生完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)后，提高了學(xué)習(xí)興趣與實(shí)踐技能，對(duì)控制系統(tǒng)有了更清楚的了解。
1、系統(tǒng)功能及組成
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)為單回路控制系統(tǒng)，水箱內(nèi)水位為被控對(duì)象，水泵抽水到水箱，水箱底部放水，當(dāng)抽水與放水達(dá)到平衡，水箱水位保持平衡。投入式水位傳感器測(cè)量水箱水位值，將當(dāng)前水位反饋到單片機(jī)控制器，在控制器內(nèi)與設(shè)定值比較，控制器根據(jù)二者的差值，采用某種控制算法，輸出控制量改變變頻器輸出頻率，即改變水泵的抽水量，最終讓水箱水位保持在設(shè)定值。上位機(jī)運(yùn)行組態(tài)軟件，與單片機(jī)控制器通信，可以動(dòng)態(tài)顯示畫面與控制曲線，還可以修改水位設(shè)定值與控制參數(shù)。控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以單片機(jī)為核心，外接數(shù)碼顯示電路、按鍵電路、通信電路及輸入輸出電路等。單片機(jī)采用宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)STCl2C5A60S2/AD，該單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)是指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，并內(nèi)置10位A/D轉(zhuǎn)換電路，可直接在用戶系統(tǒng)上用ISP在線下載方式，將用戶程序下載進(jìn)STC單片機(jī)運(yùn)行，這樣可省去編程器和仿真器、降低實(shí)驗(yàn)成本.2.2水位信號(hào)輸入電路與控制信號(hào)輸出電路水位測(cè)量采用的是二線制投入式液位變送器，輸出4～20mA電流信號(hào)，工作電壓為24V。采用5V轉(zhuǎn)24V的1W電源模塊為變送器提供24。
2控制器硬件電路設(shè)計(jì)
對(duì)于硬件部分，要求學(xué)生會(huì)用電路圖設(shè)計(jì)軟件AltiumDesigner繪制電路原理圖和印制板圖，因?yàn)闀r(shí)間限制，學(xué)生只要基本會(huì)使用軟件即可，最終電路板使用的是統(tǒng)一的電路版。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)要求單片機(jī)控制器由學(xué)生動(dòng)手焊接調(diào)試，每屆學(xué)生使用的都是自己焊接調(diào)試的電路板，因此單片機(jī)控制器硬件設(shè)計(jì)以簡(jiǎn)單、低成本為目標(biāo)。2.1程序下載與通信電路因?yàn)楝F(xiàn)在PC機(jī)主板一般沒有集成串口，因此采用了串口－USB接口轉(zhuǎn)換器PL2303。PL2303芯片可提供一個(gè)全雙工異步串行通信裝置與USB功能接口便利連接的解決方案。這樣設(shè)計(jì)使控制器與上位機(jī)之間只需要一條USB線就可以完成單片機(jī)程序下載與通信的功能，還能利用USB口的5V電源為控制板提供電源而不再需要外部提供電源，變送器輸出的電流信號(hào)流過一個(gè)200Ω的電阻變換為電壓信號(hào)接到單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換引腳。水泵抽水量由變頻器輸出頻率控制，變頻器輸出頻率可以由控制板輸出電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了精簡(jiǎn)電路，沒有采用片外D/A轉(zhuǎn)換器，而是用單片機(jī)輸出脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)，片外采用跟隨器將PWM信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)�？刂破鞲鶕�(jù)控制算法計(jì)算的輸出量改變PWM波的占空比，跟隨器輸出值隨占空比的變化而改變。跟隨器采用單5V電源，輸出給變頻器電壓信號(hào)可在0～3.5V變化，雖然沒有達(dá)到5V，但變頻器輸出頻率改變范圍已滿足實(shí)驗(yàn)需要，2.3LED顯示電路控制板用4位LED數(shù)碼管，顯示當(dāng)前水位值、設(shè)定水位值和控制參數(shù)等。為了節(jié)省I/O口，LED顯示采用8位串入并出移位寄存器74LS164，4片級(jí)聯(lián)，只需2位I/O口，按時(shí)序要求輸出4位顯示碼，就可實(shí)現(xiàn)4位8段LED顯示的'靜態(tài)顯示2.4按鍵及指示燈控制板還設(shè)計(jì)有6位按鍵與4位LED指示燈，用以完成設(shè)定值修改、參數(shù)設(shè)置、顯示切換和狀態(tài)指示等功能。
3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3.1單片機(jī)控制器程序
單片機(jī)控制板軟件使用C語(yǔ)言編程，采用模塊化設(shè)計(jì)，包括通信模塊、A/D測(cè)量模塊、PWM輸出模塊、顯示模塊、按鍵處理模塊和控制算法模塊等。主程序流程圖如圖5所示。實(shí)驗(yàn)并不要求學(xué)生編寫完整的程序，但控制算法和水位采樣值的標(biāo)度變換程序要求學(xué)生完成，控制算法基本要求是采用PID算法。程序的模板和其他各部分模塊程序提供給學(xué)生，由學(xué)生最終完成整個(gè)程序的整合與調(diào)試，有能力的同學(xué)還可以編寫其他控制算法的程序和增加手自動(dòng)切換等功能。
3.2上位機(jī)組態(tài)
為了清楚顯示控制過程以了解控制效果，要求學(xué)生在上位PC機(jī)上用組態(tài)軟件“組態(tài)王”實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控畫面。畫面要求較為簡(jiǎn)單：
1)能用動(dòng)畫及數(shù)字實(shí)時(shí)顯示水位值；
2)能顯示水位的給定值及數(shù)字顯示控制器的P、I、D參數(shù)值，這些參數(shù)均能在操作界面中進(jìn)行修改；
3)給定值和測(cè)量值的實(shí)時(shí)記錄曲線，用來記錄和顯示控制過程中被控變量的水位設(shè)定值和實(shí)時(shí)水位值的變化過程。上位機(jī)與單片機(jī)控制板采用Modbus通信協(xié)議進(jìn)行通信，在控制板通信程序中實(shí)現(xiàn)了Mod-bus通信協(xié)議中讀多寄存器(功能碼3)和寫多寄存器(功能碼16)的功能。在組態(tài)王軟件中，定義設(shè)備時(shí)選擇［PLC］－［莫迪康］－［ModbusＲTU］－［COM］即可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與控制板的通信。
4、結(jié)束語(yǔ)
該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生從底層起設(shè)計(jì)反饋控制系統(tǒng)，從電路設(shè)計(jì)，電路板焊接，單片機(jī)程序編程調(diào)試到上位機(jī)組態(tài)軟件的使用，讓學(xué)生對(duì)反饋控制系統(tǒng)有較全面清楚的了解。實(shí)踐表明，該綜合實(shí)驗(yàn)對(duì)加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力、知識(shí)和技術(shù)的應(yīng)用能力、盡快適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)能力大有幫助。
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