课程设计(论文)-单回路控制器的设计
单回路测控仪说明书
单回路测控仪说明书篇一：单回路数显控制仪说明书篇二：单回路控制系统参数整定课程设计报告( XX-- XX年度第2学期)名称：过程控制系统题目：院系：班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：第十七周成绩：日期：XX年6月23日《过程控制系统》课程设计任务书一、目的与要求1．掌握单回路控制系统整定方法； 2．掌握PID参数对控制品质影响规律； 3．运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。
二、主要内容1．学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 2．开发单回路控制系统PID参数整定程序； 3．寻找不同PID参数对控制品质影响规律。
三、进度计划四、设计成果要求1．阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理； 2．完整的、可运行的单回路控制系统PID参数整定程序；3．验证整定的PID参数下的控制效果，给出控制曲线图，同时给出其它PID参数下的控制曲线图，总结不同PID参数对控制品质影响规律。
五、考核方式1．设计报告； 2．设计答辩。
二、设计（实验）正文1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法； 1）经验法内容：经验法实际是一种试凑法，是在生产实践中总结出来的参数整定法，该法在现场中得到了广泛的应用。
利用经验法对系统的参数进行整定时，首先根据经验设置一组调节器参数，然后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程；若调节过程不满足要求，则修改调节器参数，再作阶跃扰动试验，观察调节过程；反复上述试验，直到调节过程满意为止。
实验步骤：(1) 首先将调节器的积分时间Ti置最大，微分时间Td 置最小，根据经验设置比例带δ的数值，完成后将系统投入闭环运行，待系统稳定后作阶跃扰动试验，观察调节过程，若过渡过程有希望的衰减率则可，否则改变比例带δ的值，重复上述试验，直到满意为止；(2) 将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值，由于积分作用的引入导致系统的稳定性下降，因而应将比例带适当增大，一般为纯比例作用的1.2倍。
毕业设计_--单回路控制器的设计
单回路控制器的设计学院：电子工程学院年级：2012级专业：自动化姓名：、学号：20125229指导教师：摘要介绍了以89C51单片机实现的单回路智能控制器的设计思想，由于软件功能丰富，因此这可完成模拟仪表难以或无法完成的复杂调节功能，运算功能的显示功能，它可适用于工业过程中控制诸多领域。
并且分析了51单片机与8255的连接方法，可以用它制成多路扩展的IO口控制器。
该系统将单片机应用到单回路控制系统，实现一个比较简单的单回路PID控制。
关键词单片机单回路智能控制器软件设计 IO扩展 PID控制目录摘要 (2)第1章前言 (1)1.1当前单片机系统的介绍及在单回路控制过程中的应用与前景错误！未定义书签第2章单片机外部设备扩展 (2)2.1单片机最小系统设计 (2)2.1.1 单片机外部存储器的扩展 (2)2.12 看门狗电路、复位电路的设计 (2)2.2I/O接口的扩展 (3)2.2.1.1 I/O扩展概述 (3)2.2.2 89c51与可编程RAM/IO芯片8255的接口 (4)2.3键盘的设计 (4)2.4 LED显示器设计 (5)2.5 数字量模拟量转换 (5)2.5.1 信号采样及转换电路设计 (7)2.6开关量的输入输设计 (8)2.7 单片机串行口扩展设计。
（MAX232与单片机接口设计） (10)结论 (11)参考文献 (12)致谢 (12)第1章前言1．1单回路控制系统的介绍及单片机在单回路控制系统中的应用及前景89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器， VCC：供电电压。
单回路控制系统
执行器 液位过程 检测变送 则 调节器
气开式 + q1 h +
+ -
控制系统的工程考虑
1、方案设计
是整个控制工程设计中最重要的一步，应注意： (1)、合理选择被控量(被控参数)和操纵量(控制参数)
(2)、对象信息的获取和变送 (3)、执行器的选择 (4)、控制器的选择
2、工程设计
包括仪表（微机）选型、控制室和仪表盘设计、供水 供电供气设计、信号系统设计、安全防暴设计等。
被控参数必须具有足够大的灵敏度。 被控参数的选取，必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表
的性能。
（二）控制参数（操纵变量）的选择
以控制质量为依据，通过对过程静态特性、动态特性的 分析，讨论控制参数选择的一般原则。
控制通道克服扰动的能力强，动态响应比扰动通道快。
1、过程静态特性的分析 设单回路控制系统的框图如下图所示：
第三章 单回路控制系统设计
§3-1 概述
1。数学模型的有关概念
数学模型:指过程在各输入量的作用下，其相应输出量变化的函数关 系数学表达式。
干扰:内干扰---调节器的输出量u(t)； 外干扰---其余非控制的输入量。
通道:输入量与输出量间的信号联系。
控制通道--控制作用与被控量间的信号联系；
扰动通道--扰动作用与被控量间的信号联系。
设定值
e 液位控制器 u 执行阀
f (t) q1 液 位 过 程 实 际 液 位
单回路控制系统方案
第五章单回路控制系统设计⏹本章提要1.过程控制系统设计概述2.单回路控制系统方案设计3.单回路控制系统整定4.单回路控制系统投运5.单回路控制系统设计原则应用举例⏹授课内容第一节过程控制系统设计概述单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。
➢单回路反馈控制系统组成方框图：简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
➢过程控制系统设计和应用的两个重要内容：控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。
➢过程控制系统设计的一般要求：●过程控制系统是稳定的，且具有适当的稳定裕度。
●系统应是一个衰减振荡过程，但过渡过程时间要短，余差要小。
➢过程控制系统设计的基本方法：设计方法很多，主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。
➢过程控制系统统设计步骤：●建立被控过程的数学模型●选择控制方案●建立系统方框图●进行系统静态、动态特性分析计算●实验和仿真➢过程控制系统设计的主要内容：控制方案的设计：核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。
●项目设计：包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。
●项目安装和仪表调校●调节器参数项目整定：保证系统运行在最佳状态。
第二节单回路控制系统方案设计1.被控参数的选择➢选取被控参数的一般原则为：选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的，可直接测量的工艺参数为被控参数。
●当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数。
单回路控制系统设计
控制仪表的选择
(1) 仪表的选型——电动单元组合仪表(DDZ) (2) 测温元件与变送器：
热电阻温度计，三线制接法配温度变送器。
(3) 调节阀选型：选气动调节阀，且事故时要求不 要超温！
气关形式，流量特性选择？
(4)调节器: PI或PID。
控制仪表的选择
调节器的正反作用的确定:
由于调节阀为气关方式 因此KV 0 由于冷风量（控制量） 增加炉温（被控量）降 低，K0 0 通常传感器的增益为正 , Km 0
典型最佳调节过程 1 b
a
生产过程中的控制系 统多为恒值调节系统， 评定控制系统性能的常 用指标有稳态误差、最 大超调或超调率、衰减 率和过渡过程时间等。
在过程控制系统中更
多的采用衰减率 来表
示调节系统的稳定度。
工程上通常将 0.75的调节过程当作“典型最佳调节过程”
临界比例度法
一．临界比例度法（Ziegler-Nichols 稳定边界法）
F(s) Gf (s)
C(s)
Y (s) H (s)
系统输出与干扰之间的传递函数为：
C(S)
Gf (S)
F(S) 1 Gc (S)Gv (S)Gp (S)H (S)
假设：G
f
(S
)
K Tf s
f
1
干扰通道的影响
C(S)
1
• Kf
F(S) 1 Gc (S)Gv (S)Gp (S)H (S) Tf s 1
干扰通道的影响
干扰进入位置对控制质量的影响
F(s)
Gf (s)
R(s) E(s)
U (s)
Q(s)
GC (s)
Gv (s)
C(s) Gp (s)
除氧器水位单回路控制系统设计
课程设计陈说之阿布丰王创作( 2014-- 2015年度第二学期)名称：控制装置及仪表课程设计题目：除氧器水位单回路控制系统设计院系：自动化系班级： 1204班学号： 201209010313 学生姓名：沈一鸣指导教师：韦根源老师设计周数：一周成绩：日期： 2015年 6月 26日《控制装置与仪表》课程设计任务书一、目的与要求认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程.1．了解过程控制方案的原理图暗示方法（SAMA图）.2．掌握数字调节器KMM的组态方法,熟悉KMM的面板把持、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法.3．初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程.二、主要内容1．按选题的控制要求,进行控制战略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图暗示出来.2．组态设计2．1KMM组态设计以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图,由组态图填写KMM的各组态数据表.2．2组态实现在法式写入器输入数据,将输入法式写入EPROM芯片中.3．控制对象模拟及过程信号的收集根据控制对象特性,以线性集成运算放年夜器为主构成反馈运算回路,模拟控制对象的特性.将定值和过程变量送入工业信号转换装置中,以便进行观察和记录.4．系统调试设计要求进行静态调试.静态调试是指系统与生产现场相连时的调试.由于生产过程已经处于运行或试运行阶段,此时应以观察为主,当涉及到必需的系统修改时,应做好充沛的准备及平安办法,以免影响正常生产,更不允许造成系统或设备故障.静态调试一般包括以下内容：ｌ）观察过程参数显示是否正常、执行机构把持是否正常；２）检查控制系统逻辑是否正确,并在适那时候投入自动运行；３）对控制回路进行在线整定；４）当系统存在较年夜问题时,如需进行控制结构修改、增加测点等,要重新组态下装.三、进度计划设计内容分工参考：小组每人均介入控制方案的设计,了解方案的KMM仪表实现方法、实验系统组成、系统调试和数据记录的过程.在此基础上小组成员可作如下具体分工：预习KMM 法式写入器使用并具体进行EPROM芯片的制作（2人）；设计实验接线原理图,进行实验接线并熟悉掌握KMM面板功能及数据设定器使用（1-2人）；确定记录信号并利用工业控制信号转换设备进行记录信号的组态和实验曲线的打印工作（1人）.四、设计（实验）功效要求1．完成系统SAMA图和KMM组态图,附出控制系统的调试曲线和控制参数.2．对系统设计过程进行总结,完成并打印设计陈说.五、考核方式1．每人学习、理解设计书内容,小组讨论设计题目,确定个人分工.完成控制对象模拟的电路设计图；控制战略设计方案、组态图、列写出KMM数据表；需记录的曲线及接线图.在上实验室前,每人手写出自己的工作内容.（20分）2．实验室部份：按设计内容进行法式写入、模拟控制对象的运放回路接线、记录曲线接线及组态.控制回路调试、PI参数整定、静态曲线记录打印；设计结果现场辩论.（60分）3．撰写设计陈说.根据分工内容允许有偏重.要求格式规范,内容详实,有原创性.（20分）六、选题参考0 天燃气压力控制系统（设计书中实例）（控制系统特点：单回路控制方案；有自平衡能力正的被控对象）1 除氧器水位单回路控制系统设计（提示：单回路控制方案；无自平衡能力正的被控对象）2 炉膛压力系统死区控制系统设计（提示：单回路PID死区控制方案；有自平衡能力负的被控对象）3 过热汽温串级控制系统设计（提示：串级控制方案；主、付对象均为有自平衡能力负的被控对象） 4 锅炉给水三冲量控制系统设计（提示：串级三冲量控制方案；被控对象为无自平衡能力正的被控对象） 5 风煤比值控制系统设计（提示：比值控制方案；被控对象设为有自平衡能力正的被控对象）6 主汽压力前馈控制系统设计（提示：单回路前馈控制方案；被控对象为有自平衡能力正的被控对象）学生姓名：指导教师：韦根原2014年6月23日除氧器水位单回路控制系统设计一、课程设计(综合实验)的目的与要求1．认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程.2．了解过程控制方案的原理图暗示方法（SAMA图）.3．掌握数字调节器KMM的组态方法,熟悉KMM的面板把持、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法.4．初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程.二、设计（实验）正文1. 由控制要求画出控制流程图.对如上图所示的除氧器水位单回路控制系统,要求对除氧器进行单变量定值控制.除氧器水位经水位变送器丈量后,由KMM模入通道送至调节器中.调节器输出AO1经A/D转换通道控制调节阀,控制除氧器内水位.控制要求：当调节器的给定值SP和丈量值PV之偏差超越给定的监视值（15%）时,调节器自动切换至手动（M）方式.在偏差允许的范围内（15%）,允许切入自动（A）方式.2. 确定对可编法式调节器的要求.控制系统要求一路模拟量输入（模入）通道输入压力信号,一路模拟量输出（模出）通道输出控制信号控制压力调节阀.而KMM具有5路模入通道、3路模出通道（其中第一路模出通道AO1可另外同时输出一路4～20mA电流信号）,可满足本系统控制要求.3. 设计控制原理图（SAMA图）.根据控制对象的特性和控制要求,进行惯例的控制系统设计.SAMA图如下：4. 绘制KMM 组态图并填写KMM 控制数据表KMM 组态图： 表格数据：PPAR315%PPAR40.0KMM组态通过填入以下数据表格实现.①基本数据表PROM管理编号：作芯片记号,指定一个四位数.调节器类型：0－1PID(A/M)1；1－PID(C/A/M)；2－2PID(A/M)；3－2PID(C/A/M).上位计算机控制系统：0－无通信；1－有通信（无上位机）；2－有通信（有上位机）. 上位机故障时切换状态：0－MAN方式；1－AUTO方式.②输入处置数据表输入使用：0－不用；1－用.按工程显示小数点位置：0－无小数；1－1位小数；2－2位小数；3－三位小数. 开平方处置：0－直线；0－开平方处置.开方小信号切除：给AI1～AI5设定的开方信号切除值.传感器故障诊断：0－无诊断；1－诊断.③PID数据表（PID 把持类型：0－惯例PID ；1－微分先行PID.PV 跟踪：定值跟踪功能,0－无；1－有.⑤可变变量表)百分型数据：缺省值为0.0；给定范围为：-699.0～799.9%. 时间型数据：缺省值为0.00min ；给定范围为：0.00～99.99min.⑥输出处置数据表规定模拟输出信号和数字输出信号从哪个模块引出.⑦运算模块数据表用来规定模块的类型及模块相互之间的连接.）5. 掌握KMM 法式写入器的使用方法并用法式写入器将数据写入EPROM 中.法式写入器具有制作可编程调节器的用户PROM 所需要的全部功能,还能够打印出法式的内容并具有法式写入器自己的自诊断功能.根据数据表中所填写的代码和数据用KMM 法式写入器进行编程.法式写入器的具体使用方法拜会附录中说明.按表格次第逐项输入数据.法式输入并检查修改完毕后,按“WRIT ”、 “ENT ”键,将法式写入EPROM 中.写入法式后的EPROM 移插到KMM 调节器的用户EPROM 中,即可进行整机和系统调试工作. 6. 按控制系统模拟线路原理图接线.由运算放年夜器构成的反馈网络模拟控制对象特性,构成控制系统的模拟控制回路.系统原理接线图如下图所示：图4 模拟控制回路接线图模拟的控制对象采纳由两个线性运算放年夜器构成的一阶滞后反馈环节串联构成,以加年夜对象的滞后时间.控制回路中丈量值和设定值信号分别送入工业控制信号转换器中的A/D 模拟量输入通道中进行显示和记录.运算放年夜器构成的是一阶滞后特性的反馈回路.运放的反馈网络是电阻和电容的并联,等效阻抗sC R R sC R s C R Z f f f f f f f f +=+⨯=111,输入网络的等效阻抗11R Z =,这个放年夜器构成的闭环特性传递函数sC R R R Z Z s W f f f f +==1/)(11,设定1R R f =,则sC R s W f f +=11)(.因此,这是一个滞后时间ff C R T =的一阶滞后环节.设计实验中选取K R R f 1001==,μ47=f C ,计算得这个滞后环节的滞后时间s T 7.4=.因滞后时间较小,设计中将这样的两个环节串联而成.7. 进行控制参数调整,对控制系统各项功能进行模拟测试并记录定值扰动控制曲线.（1） 上电准备.（2） 通电.使调节器通电,初上电,调节器先处于“联锁手动”方式.（3） 运行数据简直认.用“数据设定器”来确认,对运行所必需的控制数据、可变参数等是否被设定在规定值.需要时可进行数据的设定变更（4）按控制面板上的R（Reset,复位）按钮,解除“联锁方式”后,调节器可进行输出把持、方式切换等正常的运行把持.（5）组态工业控制信号转换设备的显示画面,以便记录调试曲线.（6）通过“数据设定器”进行PI参数的调整,使控制品质到达控制要求（衰减率为75%-90%）.记录定值扰动10%时的静态过程曲线.（7）打印过程曲线图3 除氧器综合剖面图1—加热器来水进口; 2—至凝结器排气口; 3—喷口;4—汽源管; 5—耙管设计实验陈说自动化1101 EPROM编号姓名：段贵金专业、班级：学号： 2 同组人余有名陶王东郭铮设计名称除氧器水位单回路控制系统设计三、课程设计（综合实验）总结或结论本周的控制装置及仪表的课程设计给我留下的印象非常深刻,虽然课表上安插的时间是一周,但因为我们班是第一组,所以是留给我们的时间只有周一的下午和晚上.时间如此紧迫让我找到了备战考试的感觉,正因为如此所以学习效率较高,做好了事先的准备工作,比力顺利的完成了实验.在这个过程中我巩固了之前学习的理论知识,接触到了新的实验方法,熬炼了入手能力,让我受益匪浅.我们小组选择的题目是除氧器水位单回路控制系统设计,通过设计又复习了一下过程控制方案用SAMA图暗示原理图的方法,进一步掌握了数字调节器KMM的组态方法,组态图的绘制,各个组态元件模块的功能.熟悉了KMM的面板把持、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法,以及如何将法式烧制到EPROM.另外,对除氧器水位调节控制有了一个比力系统的了解.再次熟悉了CAE2000系统的把持.在本次课程设计中,我是我们小组的组长,主要负责的任务是KMM组态图绘制理解,以及组态数据表的建立,和数据写入EPROM工作.因为KMM数据写入器的使用是新的内容,因此相比较力难一些,在实验把持前,通过预习,我对组态图有了深刻的理解,对其中各个功能模块也再次进行了研究,另外对系统的接线,和整个系统设计也年夜概熟悉了一下,并交给我们小组的其它成员负责.做实验确当天,两个同学负责联线和检查,我和另一个同学负责KMM法式写入.所有数据表我们已经提前填写好了,在和旧的芯片核对之后确认没有问题.输入法式和写芯片的过程在老师的指导下也进行的比力顺利.在后来的参数调节过程中,因为比例带的初值设置的太年夜招致反应过慢,后来在我们整个小组的努力下最终做好了整定.本次实验让我体会到了团队合作的力量,在PID参数调节过程中,又复习了参数对系统性能的影响.总而言之,本次课程设计对我来说还是相当有收获的.通过本次课程设计,有一点给我的感触很深,我们已经拥有了一定的学习能力,但在遇到问题之后解决问题的能力非常欠缺.一方面是我们对知识掌握的不够灵活透彻,更主要的是我们没有养成良好的习惯,遇到问题就只会问老师,却不会拿着万用表看看是哪里出问题了.在以后的实验或是工作中,我一定要灵活运用所学到的知识,做到耐心细致而且要坚持一贯严谨认真的态度.在遇到困难时,要积极思考,复查每个环节,逐个突破,找到原因,寻求解决方案.最后,感谢韦老师的耐心指导和帮手.四、参考文献[1] 王秀霞韦根源主编《控制仪表与装置试验及课程设计指导书》华北电力年夜学 2006年4月[2] 吴勤勤主编《控制仪表及装置》.化学工业出书社第三版[3] 金以慧主编方崇智审校《过程控制》清华年夜学初版 1993年4月。
一种单回路控制器的设计
一种单回路控制器的设计程来星;刘宁【摘要】TL494是一个固定频率的脉冲宽度调制电路,以此元件为核心器件,在其周围加上滤波电路及RC放电回路构成一个单回路控制器。
该单回路控制器的主要作用是把脉冲宽度变化的信号转换成与脉冲宽度成正比的直流信号,从而实现闭环单回路控制功能。
【期刊名称】《黑龙江科技信息》【年(卷),期】2012(000)026【总页数】1页(P3-3)【关键词】脉宽调制;TL494;单回路控制【作者】程来星;刘宁【作者单位】黄石职业技术学院,湖北黄石435005;黄石职业技术学院,湖北黄石435005【正文语种】中文【中图分类】TN86单回路控制器的型号有许多种，但它们一般都具有以下共同特点：数字量和模拟量可以混合使用，输入和输出信号采用国际统一标准的模拟信号；外形结构、安装方式、正面操作面板的设置、操作及显示方式都与模拟控制器相似，使习惯于模拟控制器的人员容易掌握；用户程序编制采用“面向过程语言”；调节器外部采用硬接线，与模拟控制器兼容；具有数据通信功能；具有自诊断的功能。
单回路控制器现已广泛地用于冶金、化工、石油、电力等工业自动化中[1]。
TL494是一种频率固定的脉冲宽度控制器，它是美国德克萨斯州仪器公司生产的一种电压驱动型脉宽调制控制集成电路，片上集成完整的脉冲宽度调制控制电路，片上的振荡器可以工作在主动模式和被动模式，它集成误差放大器，内置5.0V基准电压，可调整的死区时间控制，输出晶体管输出和灌入电流可达500mA，输出控制可用于推挽式和单端式[2]。
TL494是16脚双列直插式（DIP封装）集成电路。
TL494各管脚功能[3]：1脚：误差比较放大器1的同相输入端。
2脚：误差比较放大器1的反相输入端。
3脚：控制比较放大器和误差比较放大器的公共输出端，当3脚的电平变高时，TL494送出的驱动脉冲宽度变窄，当3脚电平低时，驱动脉冲宽度变宽。
4脚：死区电平的控制端，从4脚加入死区控制电压可对驱动脉冲的最大宽度进行控制，使其最大不超过180度，这样可以保护开关电源电路中的三极管。
单回路控制课程设计
单回路控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单回路控制的基本概念，掌握其工作原理及数学模型。
2. 学生能描述单回路控制系统的组成部分，并解释各部分的作用和相互关系。
3. 学生能运用控制理论知识，分析单回路控制系统的稳定性、快速性和准确性。
技能目标：1. 学生具备使用模拟或数字工具搭建单回路控制系统的能力。
2. 学生能够运用所学知识，针对具体问题设计简单的单回路控制系统。
3. 学生能够通过实验或仿真，对单回路控制系统进行调试和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生面对工程问题时的批判性思维和解决问题的自信心。
2. 增强学生的团队合作意识，培养他们在团队中有效沟通和协作的能力。
3. 引导学生认识到单回路控制在工业生产和社会生活中的重要性，激发他们对自动化技术的兴趣和热爱。
课程性质分析：本课程属于自动化及控制学科，理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
学生特点分析：学生为高中年级，具备一定的物理、数学基础，对新鲜事物充满好奇，动手能力强，但可能缺乏系统性的工程思维。
教学要求：结合学生特点，通过案例教学、实验操作和小组讨论等多种教学手段，使学生能够将理论知识与实际应用相结合，提高分析问题和解决问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估的实施。
二、教学内容1. 引言：介绍控制系统的基本概念，单回路控制系统的定义及其在工程中的应用。
教材章节：第一章，第一节2. 单回路控制系统的组成：- 控制器：原理、分类及特性- 被控对象：传递函数、数学模型- 传感器和执行器：工作原理、性能指标教材章节：第一章，第二节3. 单回路控制系统的数学模型：- 传递函数、差分方程- 系统稳定性分析教材章节：第二章，第一节4. 单回路控制系统的性能指标：- 稳定性、快速性、准确性- 性能指标的影响因素教材章节：第二章，第二节5. 单回路控制系统的设计：- 控制器设计：PID控制原理、参数整定方法- 系统仿真与优化教材章节：第三章，第一节6. 实践操作：- 搭建模拟单回路控制系统- 系统调试与性能分析教材章节：第三章，第二节7. 案例分析：- 分析实际工程中的单回路控制系统案例- 总结设计经验，提高问题解决能力教材章节：第四章教学内容安排和进度：共计8课时，按照上述教学内容逐步展开，每课时涵盖一个或多个内容，保证教学内容的科学性和系统性。
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单回路控制器的设计学院：电子工程学院年级：2012级专业：自动化姓名：、学号：20125229指导教师：摘要介绍了以89C51单片机实现的单回路智能控制器的设计思想，由于软件功能丰富，因此这可完成模拟仪表难以或无法完成的复杂调节功能，运算功能的显示功能，它可适用于工业过程中控制诸多领域。
并且分析了51单片机与8255的连接方法，可以用它制成多路扩展的IO口控制器。
该系统将单片机应用到单回路控制系统，实现一个比较简单的单回路PID控制。
关键词单片机单回路智能控制器软件设计 IO扩展 PID控制目录摘要 (2)第1章前言 (1)1.1当前单片机系统的介绍及在单回路控制过程中的应用与前景错误！未定义书签第2章单片机外部设备扩展 (2)2.1单片机最小系统设计 (2)2.1.1 单片机外部存储器的扩展 (2)2.12 看门狗电路、复位电路的设计 (2)2.2I/O接口的扩展 (3)2.2.1.1 I/O扩展概述 (3)2.2.2 89c51与可编程RAM/IO芯片8255的接口 (4)2.3键盘的设计 (4)2.4 LED显示器设计 (5)2.5 数字量模拟量转换 (5)2.5.1 信号采样及转换电路设计 (7)2.6开关量的输入输设计 (8)2.7 单片机串行口扩展设计。
（MAX232与单片机接口设计） (10)结论 (11)参考文献 (12)致谢 (12)第1章前言1．1单回路控制系统的介绍及单片机在单回路控制系统中的应用及前景89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器， VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的低八位。
在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。
P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
RST：复位输入。
当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
结构特点8位CPU片内振荡器和时钟电路；32根I/O线；外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器。
第2章单片机外部设备扩展2．1单片机最小系统设计2. 11 单片机外部存储器在由单片机构成的微型计算机系统中,由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰,造成程序的跑飞,而陷入死循环,程序的正常运行被打断,由单片机控制的系统无法继续工作,会造成整个系统的陷入停滞状态,发生不可预料的后果,所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑,便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片,俗称"看门狗".看门狗电路电路的应用,使单片机可以在无人状态下实现连续工作,其工作原理是:看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机的自动复位.2.1.2单片机看门狗、复位电路的设计SP706REN芯片应用于看门狗复位电路中，可以实现电源模块在受到死机的情况下而自动发出复位脉冲，从而使电源电路可以在无人状态下实现连续工作。
由SP706REN等芯片构成的电源看门狗复位电路模块实现的电源电路复位功能，/MR脚/WDO脚之通过NPN8050相连，基极连接外电路，当主控板需要下载程序时，外部通过三极管/MR、/WDO脚相连通，致使看门狗电路失效，使之不产生复位脉冲，以免对下载程序时对电路产生干扰。
VCC脚为看门狗电路芯片的VDD5V输入电压，电源失效检测功能未被用到，因此PFI管脚直接连到GND。
看门狗电路一般有一个输入叫喂狗，一个输出到MCU的REST端，MCU正常工作时候，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给WDI清零，如果超过规定时间不喂狗，WDI定时超过，就会给出一个复位信号到MCU，使MCU复位。
由3HL4、3R23、3R35串联而成介入3.3V的电路中，两电阻之间接WDI脚。
2．2 I/O接口的扩展2.2.1.1 I/O扩展概述I/O (输入/输出)接口是MCS-51与外设交换数字信息的桥梁。
I/O扩展也属于系统扩展的一部分。
真正用作I/O口线的只有P1口的8位I/O线和P3口的某些位线。
在多数应用系统中，MCS-51单片机都需要外扩I/O 接口电路。
图1-1 单片机扩展芯片2.2.1.2 I/O接口的功能A1121A1019A922A823A71A62A53A44A35A26A17A08O717O616O515O414O313O211O110O09OE/Vp p20VCC24GND12CE18C62732I/O接口电路应满足以下要求：1.实现和不同外设的速度匹配大多数的外设的速度很慢，无法和µs量级的单片机速度相比。
单片机只有在确认外设已为数据传送做好准备的前提下才能进行I/O操作。
想知道外设是否准备好，需I/O接口电路与外设之间传送状态信息。
2. 输出数据锁存由于单片机工作速度快，数据在数据总线上保留的时间十分短暂，无法满足慢速外设的数据接收。
I/O电路应具有数据锁存器，以保证接收设备接收。
3. 输入数据三态缓冲输入设备向单片机输入数据时，但数据总线上面可能“挂”有多个数据源，为不发生冲突，只允许当前正在进行数据传送的数据源使用数据总线，其余的应处于隔离状态。
2.2.2 89c51与可编程RAM/IO芯片8255H的接口89C51 与8255 连接控制线就两根(CS线归到地址里去了) :即RD和WR ,可直接相连接。
多个8255 的RD , WR并接后接89C51 RD , WR。
值得注意的是,程序中必须采用MOVX 指令,才能使RD , WR这两根线上的电平发生变化,产生读、写控制功能。
其特点: (1) CPU 采用了89C51 芯片,利用了其内部的4KE2PROM 程序存储器, 省掉了8031 所必须的地址锁存器芯片(74LS373) ;(2) 利用89C51 P1 口与两个8255 数据总线连接,不存在地址与数据混同;(3) 利用89C51 P2 口的引脚P210 和P211 与8255 地址线A0 、A1 相连, 8255 两片选线( CS) 接P212 和P213 ,通过软件轮流使P212 和P213 为低电平,达到片选的目的;(4) 读、写控制线与8255 直接相连,在软件中只要使用MOVX 指令,即可使其发生变化.2.3键盘的设计51单片机也可以用扩展I/O的独立式按键接口电路，可以采用8255扩展I/O口，把按键当做外部RAM某一工作单元的位来对待，通过读片外RAM的方法，识别按键的工作状态。
各按键开关均采用了上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各I/O口线有确定的高电平。
在本设计中1×4矩阵键盘通过8255A扩展I/O口与89c51的接口相连，键盘采用编程扫描方式工作，8255的PC口低四位输出逐行扫描信号，均为低电平有效。
8255的A0，A1端分别接于地址线A0、A1上，CS#片选与p2.7相连，WR#、RD#分别与单片机的WR#和RD#相连。
2.4 LCD显示器设计液晶显示器（LCD）具有功耗低、体积小、重量轻等许多其它显示器无法比拟的优点，YM12864是一种图形点阵液晶显示器，它主要采用动态驱动原理由行驱动一控制器和列驱动器两部分组成了128（列）×64（行）的全点阵液晶显示。
与CPU接口采用5条位控制总线和8位并行数据总线输入输出，内部有显示数据锁存器，自带上电复位电路。
12864A与89C51单片机接口电路如图所示。
该图采用直接访问方式，单片机P0口直接与液晶显示模块的数据口相接，P2.0控制RS寄存器选择，P2.1口用于控制R/W读写选择，P2.2与P2.3分别控制液晶左右半屏选择；E信号由89c51对12864A图形液晶显示器模块的电路连接。
电路图中LCD电源控制端VLCD是用来调节显示屏灰度的，调节该端的电压，可改变显示屏字符、图形的颜色深浅。
显示开/关触发器的作用就是控制显示驱动输出的电平以控制显示屏的开关，在触发器输出全部为非选择波形，显示屏呈不显示状态，在触发器输出为“开”电平时，显示数据所锁存器被控制，显示驱动输出受显示驱动数据总线上数据控制，显示屏呈显示状态。
2.5数字量与模拟量转换2. 5.1 模拟量输入通道的设计DAC0832芯片是具有两个输入数据寄存器的8位DAC，它能直接与51单片机相连接，WR2：写信号2，低电平有效。
IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。