电气工程及其自动化专业
计算机控制课程设计指导书及任务书
盐城工学院电气工程学院
2011.09
一、课程设计任务及要求
１、根据设计题目要求正确选择控制方案，查阅参考资料；
2、确定计算机控制系统的总体结构，根据系统性能指标的要求设计硬件电路，计算其参数；
3、根据硬件电路，设计计算机控制系统的软件。 4、编制完整的设计说明书、设计小结。 注：具体题目设计要求见各设计题目。
二、课程设计参考题目
（一）基于单片机步进电机控制系统设计
步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲，步进电机就转一个角度，因此非常适合单片机控制。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，电机则转过一个步距角，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行控制的，但此种控制方法工作方式单一且难于实现人机交互，当步进电机的参数发生变化时，需要重新进行控制器的设计。而由传统的触发器构成的控制系统具有控制电路复杂、控制精度低、生产成本高等缺点。为了克服传统控制器的缺点，满足工业生产新的控制要求，在此设计一种以单片机为核心的新型控制器。
设计任务：
(1)为用户使用方便，需要实现人机交互，有正转、反转控制功能。 (2)实现步进电机的转速显示。 (3)要求有足够的控制精度。 （二）计算机温度控制系统的设计 设计任务：
1、要求锅炉温度保持在95-100℃，最高温度不得超过100℃，最低温度不能低于95℃；
2、温度控制采用数字控制算法，参数检测值不能保证在所要求温度范围时，进行报警；
3、由加热元件实现加温；
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4、对锅炉的温度参数进行检测并要求实时显示锅炉温度，显示位数4位； 5、温度参数由传感器进行检测，经变送器处理后，转换成0～5V标准信号，送A/D转换器进行A/D转换，计算机每隔一定时间采样一次，采满5次后进行中值滤波，经数据变换后，显示参数的实际值； 6、以LED数码管实现显示；
7、将温度检测值与给定值进行比较，得到偏差，将偏差经数字PID运算得到输出控制值，经D/A芯片进行D/A转换后输出控制电压或电流，以控制锅炉温度； 8、从P1口各引脚输出报警信号，点亮发光二极管，实现报警。 （三）炼钢厂炼钢炉温度控制系统的设计 设计任务：
1、利用MCS-51系列单片机实现对温度的控制，以实现对炼钢炉温度的控制。控制温度默认的设定温度为上限设定温度。低于或等于下限温度时加热，高于或等于上限温度时保温，设定时上限比下限大50℃；
2、输入通道部分由高温测量仪及其与单片机的接口部分组成，完成对温度信号的采集和转换工作；
3、输出通道采用单片集成可控硅驱动元件作为对输出的驱动和控制； 4、显示电路采用LED数码管，通过显示温度对炼钢炉温度进行实时监控； 5、设计电路实现控制炼钢炉温度范围，当参数检测值超过所要求温度范围时，进行报警，从输出口各引脚输出报警信号，点亮发光二极管，实现报警。 （四）医疗激光器功率控制系统设计 设计任务：
1、利用51系列单片机实现对激光器发射功率的控制，以实现改变激光器发射功率等级的目的；
2、为达到配合LED或LCD和用户之间进行交互，完成键盘电路设计及程序设计； 3、为达到改变激光器的功率等级，完成数字电位器的驱动设计；
4、为实现检测激光器所在环境的温度，完成数字温度计如DS1820的程序设计； 5、为用以显示功率等级、定时参数以及温度变化等参数，完成口线方式驱动接口的程序设计；
6、达到高温报警及定时控制，完成报警单元的程序设计。
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（五）交流双速电梯单片机控制系统设计 设计任务：
1、以交流接触器控制的电机主拖动系统；
2、外呼内选系统，外部呼叫系统和指示以及轿厢内选层和指示系统；
3、平层换速系统，电梯快车到达指示楼层之前，切换为慢速并到达平层位置停车； 4、轿厢状态指示系统，随时显示轿厢所在位置； 5、开关门控制系统，实现平层开门、关门行车等；
6、安全保护系统，含有上下限位、消防、满载、门电锁等功能；
7、操作控制系统，含有消防、检修、上下慢车、司机或自动行驶、上下方向控制、直驶操作等。
（六）单片机温湿度控制系统设计
温湿度是自然界中和人类打交道最多的两个物理参数，无论是在生产实验场所，还是在居住休闲场所，温湿度的采集或控制都十分频繁和重要。 设计任务：
（1）显示部分的第1到4位数码管显示出温度值，分辨率为0.01度，2位小数，如38.01度。
（2）可以用按键设置温度报警值。测量温度到了设定温度后，温度指示LED灯关掉，高于设定温度1度时报警LED灯打开，断电后能保存温度设定值。 （3）第5，6位数码管显示出湿度值，分辨率为1%H。可以用按键设置湿度报警值，按1度增加，测量湿度到了设定值后，湿度指示LED灯关掉，高于设定湿度5度时报警LED灯打开，断电后能保存温度设定值。
（4）温度低于设定值时，输出加热控制信号；湿度大于设定值时，输出降湿控制信号。
（七）称重控制系统设计 设计任务：
1、利用单片机实现对程序和数据的控制，达到满足要求的输出； 2、选用传感器实现对压力的测量；
3、选用测量放大器将传感器的输出结果放大；
4、A/D转换电路可以采用AD574A等转换芯片，实现对计算机采样值的A/D转
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换，显示参数的实际值；
5、可利用如8279可编程键盘/显示控制器芯片实现键盘输入和显示部分； 6、可以采用如8255芯片实现系统硬件的输出接口； 7、数据显示电路采用两位共阳极数码管显示器显示。 (八) 压电位移工作台单片机控制系统设计 设计任务：
1、利用单片机实现对场效应管的导通和截止的控制，以实现压电位移的开关功能； 2、实现单片机和压电应变片的连接控制，设计外围电路和应变片高压电路之间的接口；
3、实现数据信号的采集，设计A/D芯片与单片机的连接； 4、实现单片机控制的开关功能，设计单片机控制应变片的程序； 5、实现数据采集，设计A/D转换器处理程序模块。 (九) 数字位置随动系统的设计 技术参数和设计任务：
1、利用51系列单片机实现对全数字位置随动系统的控制； 2、数字键输入PID参数和阶跃给定值的大小；
3、功能键作为PID参数和阶跃给定值的写入命令及点动和复位信号； 4、主电路采用三相零式反并联接法，实现直流伺服电机的可逆运行；
5、位置检测采用光电码盘位置信号转换为与转角成比例的双时钟脉冲，经电平变换和鉴相后，驱动双时钟输入的可逆计数器；
6、为防止干扰进入计算机并完成电平匹配和旋转方向鉴别，加入光电隔离和鉴相电路；
7、为实现系统快速性好、超调小和无静差的控制要求，本设计采用了积分分离式的PID控制算法。
（十）单片机恒温箱温度控制系统的设计 技术指标与设计任务：
1、利用51系列单片机实现对温度的控制，实现保持恒温箱在最高温度为200℃； 2、可预置恒温箱温度，烘干过程恒温控制，温度控制误差小于±2℃； 3、预置时显示设定温度，恒温时显示实时温度，显示精确到0.1℃；
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