单片机综合实验

通信工程学院自动化系 主讲人：李新波
一、工业控制简介、需求及解决办法
二、步进电机的单片机控制方法
三、计算机控制系统中的恒温箱控制方 法
四、实验说明
一、工业控制简介、需求及 解决办法
工业控制的目的
从专业上讲: 就是工业生产中的各种参数为控制目的，实现 各种过程控制。 从社会学上来讲: 在整个工业生产中,尽量减少人力的操作,而能 充分利用动物以外的能源与各种资讯来进行生产 工作,即称为工业自动化生产,而使工业能进行自 动生产之过程称为工业自动化。
主要任务：
1. AD采样 – 需并行总线完成对AD0809操作；
2. 离散PID计算 – 内部运算得到输出占空比， P I D参数需整 定； 3. 占空比输出控制 – 单片机内部定时器操作，定时器中断中完 成输出操作。
其他还可完成的任务：
1. 驱动1602显示 AD采样值、计算得到的占空比数值；
2. 将AD采样值通过串口发送至电脑，可形成曲线，用于参数
ia
AB
BA
AB
BA
t
8 AB BA
图6-7
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4）单、双八拍工作方式
ia
A AB B BA A AB B BA
t
ib
t 图 6-10 A AB B BA A AB B BA
图6-9
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经典H桥原理
常见H桥驱动电路
步进电机
步进电机是一种可以替代位置伺服系统的低 成本驱动方案，是一种特殊的直流电机。步进电机 的主要优势在于它们无需位置反馈就能实现精确的 位置控制，从而大大降低了位置控制系统的成本。
伺服系统固有的“零跟踪”误差 易于连接到数字控制器 固有的高扭矩/位置增益，可实现优异的保持扭矩 即使未通电，电机也能提供有限的保持扭矩 热量由定子产生，因此易于散热 同步运行可实现精确的开环速度控制
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步进电机的单片机驱动电路
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八位达林顿管驱动电路ULN2803、ULN2804
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三、计算机控制系统中的恒 温箱控制办法
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1、ADC0809
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2、执行器—固态继电器
固态继电器（Solid State Relay,缩写SSR）是
由微电子电路，分立电子器件，电力电子功率器件组成的无触点开关。用隔离器 件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到 直接驱动大电流负载。 优点： （1）高寿命，高可靠：固态继电器没有机械零部件，由固体器件完成触点功能， 由于没有运动的零部件，因此能在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继 电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。 （2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好：固态继电器的输入电压范围较宽， 驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。 （3）快速转换：固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微 秒。 （4）电磁干扰小：固态继电器没有输入“线圈”，没有触点燃弧和回跳，因而减 少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通， 零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。
工业控制的任务
2.过程控制--指以温度、压力、流量、液位和
成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。
组成结构如下图：
工业控制的任务
1. 检测（模拟量输入）--> 2. 检测（开关量输入）--> 需隔离） AD转换 数字量输入（DI，
3. 控制（动态模拟量输出）--> DA转换
4. 控制（开关量输出）--> 数字量输出 （DO， 继电器驱动、步进电机驱动等）
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ADC0809的逻辑结构
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系统总线
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构造系统总线
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MCS-51与ADC0809的接口
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宏名 CBYTE DBYTE PBYTE XBYTE CWORD DWORD PWORD XWORD
含义 以字节形式对code区寻址 以字节形式对data区寻址 以字节形式对pdata区寻址 以字节形式对xdata区寻址 以字形式对code区寻址 以字形式对data区寻址 以字形式对pdata区寻址 以字形式对xdata区寻址
实验三 1602显示实验
连线：将138译码器的Y3端接入到LCD模块的CS端； 用跳线帽或杜邦线将LCD模块的+5V插孔和BG+短接； 将1602正确插入。
扩展：
1. 编写程序显示学号姓
名；
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实验四 ADC0809实验
连线：将138译码器的Y4端接入到AD转换模块的CS端； 将LCD模块的第三个插孔接入到AD模块的IN7通道； 将PA口的四个端口接入到驱动模块。
扩展：
1. 调速；
2. 编写并测试“双四拍” 以及“单双八拍”
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实验二 直流电机驱动实验
连线：将P1.7接入到直流电机单元的MT-上； 将霍尔元件的输入口H-OUT接到驱动单元上 扩展： 1. 调速；
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步进电机的工作原理
N
SS i
N
图6-4
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1）不通电状态
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2）单四拍工作状态
ia
A
B
A
B
t
ib
t
A B A B
图6-5
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图6-6
3）双四拍工作状态
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固态继电器（恒温）的控制方法
1.PWM信号以一定频率驱动固态继电器，为1时继电器输出导
通，电热丝得220V市电；为0时电热丝不加热。
2.改变PWM信号的占空比，可动态调整电热丝的加热效果。
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3.控制器—51单片机
这些函数原型放在absacc.h文件中。使用时须用预处理命令 把该头文件包含到文件中，形式为：#include <absacc.h>。
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例： #include <absacc.h> /*将绝对地址头文件包含在文件中*/ #include <reg52.h> /*将寄存器头文件包含在文件中*/ void main(void) { unsigned char var1; unsigned int var2; var1=XBYTE[0x0005]; /*XBYTE[0x0005]访问片外RAM的0005 字节单元*/ var2=XWORD[0x0002]; /*XWORD[0x0002]访问片外RAM的 000字单元*/ ...... while(1); }
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（2）C51扩展关键字_at_
使用_at_对指定的存储器空间的绝对地址进行访问，格 式如下： [存储器类型] 数据类型说明符 变量名 _at_ 地址 常数； 其中： 存储器类型为data、bdata、idata、pdata等C51能识 别的数据类型，如省略则按存储模式规定的默认存储 器类型确定变量的存储器区域； 数据类型为C51支持的数据类型。 地址常数用于指定变量的绝对地址，必须位于有效的 存储器空间之内； 强调：使用_at_定义的变量必须为全局变量。
整定。
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四、实验说明
板上提供资源
最小系统SST89E58RD晶振、复位电路
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板上提供的硬件资源
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【例】通过_at_实现绝对地址的访问。 void main(void) { data unsigned char x1 _at_ 0x40; /*在data区中定 义字节变量x1,它的地址为40H*/ xdata unsigned char x2 _at_ 0x2000; /*在xdata区 中定义字变量x2,它的地址为2000H*/ x1=0xff; x2=0x12; ...... while(1); }
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模数转换单元
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驱动单元
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实验一 步进电机驱动实验
连线：将P1.2 P1.3 P1.4 P1.5接入到驱动器的A B C D上； 将驱动器的A` B` C` D`接入到步进点击单元的A B C D上