《微型计算机控制技术》教案
课程《微型计算机控制技术》电子教案课件(全)
精品课程《微型计算机控制技术》电子教案PPT课件（全）第一章：微型计算机控制技术概述1.1 课程介绍了解《微型计算机控制技术》的课程目标和意义。
掌握课程的主要内容和教学方法。
1.2 微型计算机控制技术基本概念解释微型计算机控制技术的定义。
探讨微型计算机控制技术的发展历程和应用领域。
1.3 微型计算机控制系统组成分析微型计算机控制系统的硬件和软件组成。
了解输入/输出设备、控制器、执行器等主要组成部分的功能。
1.4 微型计算机控制技术的关键技术探讨微型计算机控制技术中的关键技术和算法。
了解数字信号处理、模拟/数字转换、PID控制等核心技术。
第二章：微型计算机控制系统的硬件设计2.1 控制器硬件设计基础分析控制器硬件设计的基本要求和原则。
掌握控制器硬件设计的步骤和注意事项。
2.2 控制器硬件选型了解常用控制器硬件的选择标准。
掌握控制器硬件选型的方法和依据。
2.3 控制器硬件电路设计实例分析具体的控制器硬件电路设计实例。
学习如何设计控制器硬件电路，并进行仿真和测试。
2.4 控制器硬件调试与优化探讨控制器硬件调试和优化的方法和技巧。
学习如何解决控制器硬件设计和实施过程中出现的问题。
第三章：微型计算机控制系统的软件设计3.1 控制器软件设计基础分析控制器软件设计的基本要求和原则。
掌握控制器软件设计的步骤和注意事项。
3.2 控制器软件选型了解常用控制器软件的选择标准。
掌握控制器软件选型的方法和依据。
3.3 控制器软件编程语言介绍常用的控制器软件编程语言。
学习如何选择合适的编程语言进行控制器软件开发。
3.4 控制器软件开发实例分析具体的控制器软件开发实例。
学习如何进行控制器软件开发，并进行调试和优化。
第四章：PID控制算法及其实现4.1 PID控制算法概述解释PID控制算法的定义和原理。
探讨PID控制算法的优点和局限性。
4.2 PID控制算法的数学模型分析PID控制算法的数学模型。
学习如何建立和求解PID控制算法的数学模型。
《微型计算机控制技术》教案
《微型计算机控制技术》教案一、教学目标1. 了解微型计算机控制技术的基本概念、原理和应用。
2. 掌握微型计算机控制系统的组成、工作原理和常用接口。
3. 学会使用微型计算机进行控制程序的编写和调试。
4. 能够分析并解决微型计算机控制技术在实际应用中遇到的问题。
二、教学内容1. 微型计算机控制技术的基本概念1.1 控制技术的分类和发展1.2 微型计算机控制系统的特点和优势2. 微型计算机控制系统的组成2.1 硬件组成：微处理器、输入/输出接口、执行器等2.2 软件组成：系统软件、控制算法、应用程序等3. 微型计算机控制原理3.1 采样与保持技术3.2 模拟量-数字量转换3.3 数字量-模拟量转换3.4 控制算法：PID、模糊控制、神经网络等4. 微型计算机控制系统的应用4.1 工业控制领域：生产线自动化、等4.2 嵌入式系统：家居智能化、汽车电子等4.3 生物医学领域：远程医疗、健康监测等5. 常用接口技术5.1 USB接口5.2串口通信接口5.3以太网接口5.4无线通信接口三、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理、方法和应用。
2. 案例分析法：分析实际应用案例，加深对控制技术原理的理解。
3. 实验法：进行实际操作，掌握微型计算机控制系统的使用和调试。
4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养团队合作能力和解决问题的能力。
四、教学资源1. 教材：《微型计算机控制技术》2. 多媒体课件：讲解微型计算机控制技术的基本概念和原理。
3. 实验设备：微型计算机控制系统实验平台。
4. 在线资源：相关论文、案例、技术文档等。
五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业、实验报告等占总评的40%。
2. 期末考试：闭卷考试，占总评的60%。
3. 综合评价：评价学生在课堂学习、实验操作和问题解决等方面的表现。
六、教学安排1. 课时：共计32课时，其中理论讲授20课时，实验操作10课时，小组讨论2课时。
2. 授课方式：课堂讲授与实验操作相结合，小组讨论与个人作业相结合。
《微型计算机控制技术》教案
第四章键盘及其接口技术4．4 非编码矩阵式键盘1 矩阵式键盘的结构组成矩阵式键盘又叫行列式键盘，是用I/O口线组成的行、列矩阵结构，在每根行线与列线的交叉处，二线不直接相通而是通过一个按键跨接接通。
采用这种矩阵结构只需M根行输出线和N根列输入线，就可连接M×N个按键。
通过键盘扫描程序的行输出与列输入就可确认按键的状态，再通过键盘处理程序便可识别键值。
键盘与CPU的接口可采用并行端口8255A、锁存器或缓冲器一类。
图5-6给出了一种8×8非编码矩阵式键盘的接口电路。
行输出电路由行扫描锁存器74LS273、反相器与行线X0～X7连接组成，列输入电路由三态缓冲器74LS244与列线Y0～Y7以及上拉电阻组成。
X、Y线的每一个交叉处跨接一个键，其键值分别是十进制数的01，02，……，64。
该键盘的接口地址为PORT1。
当键盘中无任何键按下时，所有的行线和列线被断开且相互独立，输入线Y0～Y7列都为高电平；当有任意一键按下时，则该键所在的行线与列线接通，因此，该列线的电平取决于该键所在的行线。
基于此，产生了“行扫描法”与“线反转法”两种识别方法。
行扫描法又称逐行零扫描查询法，即逐行输出行扫描信号“0”，使各行依次为低电平，然后分别读入列数据，检查此（低电平）行中是否有键按下。
如果读得某列线为低电平，则表示此（低电平）行线与此列线的交叉处有键按下，再对该键进行译码计算出键值，然后转入该键的功能子程序入口地址；如果没有任何一根列线为低电平，则说明此(低电平)行没有键按下。
接着进行下一行的“0”行扫描与列读入，直到8行全部查完为止，若无键按下则返回。
有时为了快速判断键盘中是否有键按下，也可先将全部行线同时置为低电平，然后检测列线的电平状态，若所有列线均为高电平，则说明键盘中无键按下，立即返回；若要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被控下，然后再如上那样进行逐行扫描。
4．5 编码键盘1 二进制编码器具有优先级的二进制8位编码器CD4532B 的真值表见表5-1。
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入
）
开关量
CRT
接口
显示终端
输
出
操
时
钟
作
通用外部设备
主机、操作台
接口
输入输出通道
检测、变送执
被控对象
行
图1.2
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基本组成 ：硬件部分和软件部分。
各部件功能简介：
主机
接口电路
输出输入通道
硬件部分
外部设备
操作台
被控对象
①主机
组成：中央处理器（CPU）和内存储器(RAM和ROM)组成。
作用：根据输入通道送来的被控对象的状态参数， 进行信息处理、 分析、计算，作出控制决策，通过输出通道发出控制命令。②接口电路
难
点
教
学
介绍、讨论与多媒体
手
段
教学主要内容
年月日
2
时间
分配
（15’）
计算机控制系统的构成原理
（30’）
计算机控制系统硬件组成与软件组成。
（35’）
初步认识微型计算机控制系统分类与装置种类
（5’）
小结
1．计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？
复
2．分析说明图1-3计算机控制系统的硬件组成及其作用。
点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
§1．1计算机控制系统概述
自动控制技术在许多领域里获得了广泛的应用。
自动控制——就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自
动地按照预定的规律运行。
近年来，计算机已成为自动控制技术不可分割的重要组成部分，并为自动控
制技术的发展和应用开辟了广阔的新天地。
§1.1.1计算机控制系统及其组成
微型计算机控制技术实验教案
湖北理工学院《微型计算机控制技术》实验教案教学院（部）电气与电子信息工程学院教 研 室 电气自动化授 课 教 师 皮大能职 称 职 务 副 教 授教 材 名 称 微型计算机控制技术目录实验一A/D转换D/A转换 (2)实验二采样与保持 (6)实验三数字滤波器 (14)实验四积分分离PID控制实验 (19)实验五最小拍控制系统 (26)附录：使用说明 (30)实验一 A/D转换D/A转换实验目的：掌握A/D、D/A转换的工作原理，ADC0809、DAC0832、8255、8253的应用。
重点：A/D、D/A转换中输入、输出各参数间关系。
实验主要仪器与设备：多媒体计算机，TKKL-4型控制理论/计算机控制技术实验箱预备知识：输入、输出接口的基本概念，接口芯片的（端口）地址分配。
熟悉虚拟示波器的调节及应用，实验箱上电压表的使用，各单元电路模块的引线位置及各引线用途，电位器的调节方式。
实验线路原理图：图1－1 A/D、D/A转换电路实验原理：CPU的DPCLK信号与ADC0809单元电路的CLOCK相连作为ADC0809的时钟信号。
ADC0809芯片输入选通地址码A、B、C为“1”状态，选通输入通道IN7。
通过电位器W41给A/D变换器输入-5V～+5V的模拟电压。
8253的2#口用于5ms定时输出OUT2信号启动A/D变换器。
由8255口A为输入方式。
A/D转换的数据通过A口采入计算机，送到显示器上显示，并由数据总线送到D/A变换器0832的输入端。
选用CPU 的地址输入信号IOY0为片选信号(CS)，XIOW信号为写入信号(WR)，D/A变换器的口地址为00H。
调节W41即可改变输入电压，可从显示器上看A/D变换器对应输出的数码，同时这个数码也是D/A 变换器的输入数码。
A/D、D/A转换程序流程：（见图1—2）实验内容及步骤(1)按图1—1接线。
用“短路块”分别将U1单元中的ST与+5V短接；U4单元中的X与+5V，Z与-5V短接。
《微型计算机控制技术》说课课件
《微型计算机控制技术》说课 微型计算机控制技术》
《微型计算机控制技术》说课
主要内容： 主要内容：
一、大纲及教材的确定 二、教学方法 三、学习方法 四及教材的确定
微型计算机控制技术是我国高等工科院校各类工 业电气自动化、计算机控制技术、自动化仪表、 业电气自动化、计算机控制技术、自动化仪表、 测控技术等专业的主干专业课程之一。 测控技术等专业的主干专业课程之一。 学好课要有相当深厚的单片机， 学好课要有相当深厚的单片机，自动控制和数学 基础知识。 基础知识。
《微型计算机控制技术》说课
教材选用的是教育部高等职业教育示范专业规划 教材。该教材知识先进具体、强调应用、 教材。该教材知识先进具体、强调应用、硬件详 软件具体，很适合高职学生特点。 细、软件具体，很适合高职学生特点。
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二、教学方法
主要以板书为主，以课件为辅， 主要以板书为主，以课件为辅，以试验为充
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第八章微型计算机的控制系统设计
同学们已经设计过一次了，就会自己对照本章的 同学们已经设计过一次了， 知识看看哪些方面自己做的较好， 知识看看哪些方面自己做的较好，哪些设计注意 事项没有做好，印象就比较深刻。 事项没有做好，印象就比较深刻。
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第九章介绍应用实例
板书利于系统讲授知识的来龙去脉， 板书利于系统讲授知识的来龙去脉， 课件信息量大，加之图片则更形象直观， 课件信息量大，加之图片则更形象直观， 实验有利于知识的深化， 实验有利于知识的深化， 三者相互补充，相互促进。 三者相互补充，相互促进。
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三、学习方法
针对高职学生具有一定的自学能力和分析问题能 但学习主动性和自觉性差的特点， 力，但学习主动性和自觉性差的特点，上课一定 要调动其听课状态，讲课深入浅出， 要调动其听课状态，讲课深入浅出，紧紧抓住知 识要点，不能平铺直叙。 识要点，不能平铺直叙。
《微型计算机控制技术》教案3
第二章 模拟量输入与输出通道2.4模拟量输出通道引言 模拟量输出通道的任务--把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的;模拟量输出通道(称为D/A 通道或AO 通道)构成--一般是由接口电路、数/模转换器(简称D/A 或DAC)和电压/电流变换器等;模拟量输出通道基本构成--多D/A 结构（图2-1(a)）和共享D/A 结构（图中2-1(b)） 特点：1、一路输出通道使用一个D/A 转换器2、 D/A 转换器芯片内部一般都带有数据锁存器3、 D/A 转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用4、 结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立5、 缺点是所需D/A 转换器芯片较多特点： 1、多路输出通道共用一个D/A 转换器2、每一路通道都配有一个采样保持放大器3、 D/A 转换器只起数字到模拟信号的转换作用4、采样保持器实现模拟信号保持功能5、节省D/A 转换器，但电路复杂，精度差，可靠低、占用主机时间2.5 D/A 转换器2.5.1 工作原理与性能指标 1、D/A 转换器工作原理假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。
根据电流定律，有：V I I 4REF 2322⨯==由于开关 BS 3 ~ BS 0 的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。
因此，可以得到通式：考虑到放大器反相端为虚地，故：对于 n 位 D/A 转换器，它的输出电压V OUT 与输入二进制数B( D n-1~ D 0) 的关系式可写成：2．D/A 转换器的性能指标D/A 转换器性能指标是衡量芯片质量的重要参数，也是选用D/A 芯片型号的依据。
主要性能指标有：（1）分辨率（2）转换精度（3）偏移量误差（4）稳定时间（1）分辨率分辨率--是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应输出模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位数，数字量位数越多，分辨率也就越高 。
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第五章显示器及其接口技术引言在计算机控制中，显示装置是一个重要组成部分，主要用来显示生产过程的工艺状况与运行结果，以便于现场工作人员的正确操作。
常用的显示器件有显示记录仪、发光二极管显示器LED、液晶显示器LCD、大屏幕显示器和图形显示器终端CRT。
显示记录仪--是以模拟方式连续显示和记录过程参数的动态变化，但其价格都很贵，在目前的计算机控制系统中已很少采用。
LED数码管--由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高等优点，目前已被微型计算机控制系统及智能化仪表广泛采用。
LCD--则以其功耗极低的特点，占据了从电子表到计算器，从袖珍仪表到便携式微型计算机等应用场合。
CRT终端--CRT终端以其图文并茂的直观生动画面，可以显示生产过程中的各种画面及报表，如生产流程图、显示报警图、趋势曲线图、状态和回路查询图等,在很多微型计算机控制系统中，特别在DDC，SCC以及DCS控制系统中，大都采用CRT操作台进行监视和控制。
在小型控制装置和数字化仪器仪表中，往往只要几个简单的数字显示或字符状态便可满足现场的需求，而显示数码的LED因其成本低廉、配置灵活，与计算机接口方便等特点在小型微机控制系统中得到极为广泛的应用。
5．1 LED 显示器5.1.1工作原理LED（发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写）是利用PN结把电能转换成光能的固体发光器件，根据制造材料的不同可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光来。
LED的伏安特性类似于普通二极管，正向压降约为2伏左右，工作电流一般在10 -20mA之间较为合适。
LED显示器有多种结构形式，单段的圆形或方形LED常用来显示设备的运行状态，8段LED可以显示各种数字和字符，所以也称为LED数码管，其外形如图所示。
8段LED在控制系统中应用最为广泛，其接口电路也具有普遍借鉴性。
因此，我们介绍8段LED数码管显示器。
8段LED显示器的结构与工作原理如图所示。
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《微型计算机控制技术》教案一、教学目标1. 理解微型计算机控制技术的基本概念。
2. 掌握微型计算机控制系统的组成及工作原理。
3. 学会使用微型计算机进行控制程序的编写与调试。
4. 能够分析并解决微型计算机控制技术在实际应用中遇到的问题。
二、教学内容1. 微型计算机控制技术概述微型计算机控制技术的定义微型计算机控制技术的发展历程微型计算机控制技术的应用领域2. 微型计算机控制系统组成控制器执行器传感器输入/输出设备3. 微型计算机控制原理控制算法反馈控制与开环控制PID控制4. 控制程序编写与调试编程语言选择（如C、C++、Python等）控制算法实现程序调试与优化5. 微型计算机控制技术应用案例分析温度控制系统模糊控制系统步进电机控制系统三、教学方法1. 讲授法：讲解微型计算机控制技术的基本概念、原理及应用。
2. 实践法：引导学生动手编写控制程序，并进行调试与优化。
3. 案例分析法：分析实际应用案例，帮助学生更好地理解控制技术。
四、教学资源1. 教材：《微型计算机控制技术》2. 课件：PowerPoint3. 编程环境：如Keil、MATLAB等4. 实验设备：微型计算机、控制器、执行器、传感器等五、教学评价1. 平时成绩：考察学生的出勤、课堂表现、作业完成情况。
2. 实践成绩：评估学生在实验过程中的操作技能、程序编写与调试能力。
3. 期末考试：考查学生对微型计算机控制技术的掌握程度。
六、教学安排1. 第1-2周：微型计算机控制技术概述及发展历程2. 第3-4周：微型计算机控制系统组成及工作原理3. 第5-6周：微型计算机控制原理与控制算法4. 第7-8周：控制程序编写与调试方法5. 第9-10周：微型计算机控制技术应用案例分析七、教学重点与难点1. 教学重点：微型计算机控制技术的基本概念与原理微型计算机控制系统的组成控制程序的编写与调试方法微型计算机控制技术在实际应用中的案例分析2. 教学难点：控制算法的实现与优化实验设备的使用与调试案例分析中的关键技术八、教学过程1. 课堂讲解：结合教材、课件，讲解微型计算机控制技术的基本概念、原理及应用。
《微型计算机控制技术》教案
第二章 模拟量输入与输出通道§2.3 A ／D 转换器作用：将模拟量转换成数字量。
常用A ／D 转换器有：计数器式、双积分式和逐次逼近式。
一、A ／D 转换器原理 1、计数器式A ／D 转换器 原理框图如图。
组成：计数器、D ／A 转换器及比较器 工作过程：特点：结构简单，价格便宜，但转换速度比较慢。
2、逐次逼近式A ／D 转换器 原理框图如图。
组成：逐次逼近寄存器SAR 、D ／A 转换器、比较器、时序（时钟）及置数选择逻辑。
工作过程：（略） SAR 中设定位如果Ui ≥UO ，应予保留； 如果Ui<UO ，应予清除。
例：四位A ／D 转换器，输入模拟电压U i =0.65V 。
量化单位转换过程如图：3、双积分式A/D 转换器方法：测量模拟输入电压向电容充电的固定时间及在已知标准电压下放电所需的时间。
V 0 V i0.5V(1000) 0.75V(1100) 0.625V (1010) 0.6875V(1011)V i v q 0625.0161214===双积分式A／D转换器组成框图。
工作过程：优点：消除干扰和电源噪声的能力强，精度高；缺点：转换速度慢。
适用场合：在信号变化缓慢，模拟量输入速率要求较低，转换精度要求较高，且现场干扰较严重的情况下使用。
二、A／D转换器的主要技术参数l．分辨率分辨率越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏。
分辩率：指能使转换后数字量变化1的最小模拟输入量。
n位二进制数最低位具有的权值就是它的分辨率。
2．量程量程是指所能转换的电压范围。
如5V、10V等。
3．转换精度转换精度是指转换后所得结果相对于实际值的准确度。
有绝对精度和相对精度。
绝对精度常用数字量的位数表示。
相对精度用相对于满量程的百分比表示。
如8位A／D转换器，满量程为10V。
绝对精度为1/2×10/28=±19.5mV，相对精度为l／28×100％≈0.39％。
《微型计算机控制技术》教案1
第1章: 绪论随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
§1．1 计算机控制系统概述自动控制技术在许多领域里获得了广泛的应用。
自动控制——就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
近年来，计算机已成为自动控制技术不可分割的重要组成部分，并为自动控制技术的发展和应用开辟了广阔的新天地。
§1.1.1计算机控制系统及其组成1．计算机控制系统计算机控制系统——利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
（1）计算机控制系统的工作原理典型的计算机控制系统，如图1．1。
图 1.1在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出是数字信号，因此需要有A／D转换器和D／A转换器。
从本质上看，计算机控制系统的工作原理可归纳1为以下三个步骤：①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。
②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。
③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
上述过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象及时作出处理。
（2）在线方式和离线方式在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
（3）实时的含义实时——指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。
《微型计算机控制技术》教案5
第三章数字量输入与输出通道在微机控制系统中，除了要处理模拟量信号以外，还要处理另一类数字信号，包括开关信号、脉冲信号。
它们是以二进制的逻辑“1”和“0”或电平的高和低出现的。
如开关触点的闭合和断开，指示灯的亮和灭，继电器或接触器的吸合和释放，马达的启动和停止，晶闸管的通和断，阀门的打开和关闭，仪器仪表的BCD 码，以及脉冲信号的计数和定时等等。
§3．1 数字量输入通道简介一、数字量输入通道（DI 通道）的任务--是把生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式。
二、数字输入信号分三类：编码数字、开关量、脉冲列。
数字量输入常见的有：拨码开关设置控制给定值或控制参数，用绝对编码的编码器检测位置，用光电脉冲编码器检测速度，用按钮或转换开关控制系统的启停或选择工作状态，在生产现场用行程开关反映生产设备的运行状态三、数字量输入通道的结构：①直接和并行接口电路的输入口连接。
②加光电隔离电路，数字输入信号经光电隔离后再接到接口的端口上。
可提高信号的可靠性。
③采用软件计数法，将脉冲信号加到并行接口的一个输入端，用查询方式或中断方式对输入脉冲计数。
④接口电路外加硬件计数器，如使用可编程计数器／定时器8253。
电平转换电路：把触点的通断转换成高电平或低电平。
常用电平转换电路：信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进行A/D 转换，但对通道中可能引入的各种干扰必须采取相应的技术措施，即在外部信号与单片机之间要设置输入信号调理电路。
§3．2 光电耦合隔离技术光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图所示。
它们的原理是相同的，即都是通过电-光-电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。
例如在现场传感器与A/D转换器或D/A转换器与现场执行器之间的模拟信号的线性传送，可用光耦的这种线性区对模拟信号进行隔离。
现以最简单的三极管型光电耦合隔离器为例来说明它的结构原理，如图所示。
计算机控制技术教案《微型计算机控制技术》
青岛大学教案学院：自动化工程学院教研室：控制系课程名称：微型计算机控制技术任课教师：丁军航1.课程性质：该课程是青岛大学自动化专业、电气工程及其自动化专业的主干专业课程，也是电子信息工程、计算机应用等专业的选修课，理论性、应用性、实践性和综合性强。
2.学习目的和要求目的:通过本课程的学习，使学生掌握计算机控制系统的理论与技术，受到较好的工程实践基本训练，具有分析、设计、开发和研究计算机控制系统的基本能力。
要求:（1）了解计算机控制系统的组成、接口和过程通道设计的基本知识；（2）掌握数字程序控制的基本原理和程序编制；（3）掌握常规及复杂控制策略、应用程序设计与实现技术；（4）学会计算机控制系统的硬件、软件设计与研制方法；（5）初步了解分散型测控网络技术和现场总线技术。
3.选用教材与课程地位（1）本课程选用的教材，由本课程组编写，是国家级“十一五”规划教材，由机械工业出版社2007 年6 月出版（2）本课程曾选用的教材，也由本课程组编写，2002 年获全国高等学校优秀教材二等奖。
由清华大学出版社出版，先后印刷21 次，发行量近12 万册，被许多高校选作教材，在国内产生了很大影响。
（2）本课程于2004 年被评为山东省精品课程。
4.内容简介全书共分9 章。
第1 章是绪论，介绍了计算机控制系统及其组成、计算机控制系统的典型型式、计算机控制系统的发展概况和趋势；第2 章讨论了计算机控制系统的硬件设计技术；第3 章讨论了数字控制技术，重点介绍了逐点比较法插补原理、多轴步进驱动控制技术和多轴伺服驱动控制技术；第4 章讨论了常规及复杂控制技术，主要介绍了数字控制器的各种控制算法；第5 章讨论了现代控制技术，主要介绍了采用状态空间的输出反馈设计法、极点配置设计法、最优化设计法；第6 章讨论了先进控制技术，重点介绍了模糊控制技术、神经网络控制技术、专家控制技术和预测控制技术；第7 章计算机控制系统的软件设计技术；第8 章讨论了分布式测控网络技术；第9 章讨论了计算机控制系统的设计原则、步骤和工程实现，并给出了设计实例。
微型计算机控制技术教学设计 (2)
微型计算机控制技术教学设计一、前言微型计算机控制技术是现代电子信息技术的重要组成部分，对于现代工程技术人才的培养至关重要。
本文以计算机专业的微型计算机控制技术课程为例，探讨如何进行教学设计。
二、教学目标本课程的主要目标是培养学生的实际动手能力和综合运用能力。
具体的教学目标如下：1.掌握微型计算机及其周边设备的基本原理和结构；2.熟悉微型计算机的软硬件环境以及相关的开发工具和技术；3.学习并掌握微型计算机控制系统的设计流程和方法；4.具备独立设计、实现、调试和测试微型计算机控制系统的能力。
三、教学内容1.微型计算机及其周边设备的基本原理和结构；2.微型计算机的软硬件环境以及相关的开发工具和技术；3.微型计算机控制系统的设计流程和方法；4.实际应用案例的分析和研究。
四、教学方法本课程采用以问题为导向的教学方法，注重培养学生的自主学习能力和实践能力。
教学方法如下：1.课堂讲授：教师针对所学内容进行讲解和思路引导；2.实验教学：学生独立完成相关实验，并进行实验报告和结果分析；3.课题研究：学生自主选择相关课题，并进行研究和汇报。
五、教学资源本课程的教学资源包括以下方面：1.教材：适合本课程教学的教材；2.实验设备：提供充足、全面的实验设备；3.软件工具：提供免费、易用的相关软件工具；4.实验文档：提供详细的实验操作指导和实验报告要求。
六、教学评价本课程的教学评价主要有以下几个方面：1.实验报告评价：评价学生的实验能力、数据分析能力、实验操作规范性等；2.课程设计评价：评价学生的课程设计能力、方案的完善性和合理性；3.课堂表现评价：评价学生的听课态度、参与度和作业表现等。
七、总结本文探讨了微型计算机控制技术教学设计的相关内容，包括教学目标、教学内容、教学方法、教学资源和教学评价等方面。
通过合理的教学设计和实施，可以达到培养学生实际操作能力和掌握相关知识技能的目的，从而满足当今社会对于电子信息技术人才的需求。
课程《微型计算机控制技术》电子教案课件
课程《微型计算机控制技术》电子教案课件第一章：微型计算机控制技术概述1.1 课程介绍让学生了解微型计算机控制技术的基本概念、发展和应用领域。
介绍微型计算机控制技术的基本原理和组成部分。
1.2 微型计算机控制系统的组成讲解微型计算机控制系统的硬件和软件组成部分。
介绍控制器、执行器、传感器和接口等基本元素的功能和作用。
1.3 微型计算机控制技术的应用领域分析微型计算机控制技术在工业、医疗、家居等领域的应用案例。
探讨微型计算机控制技术的未来发展前景。
第二章：微控制器基础2.1 微控制器简介让学生了解微控制器的定义、特点和分类。
介绍常见微控制器的品牌和型号。
2.2 微控制器的结构和原理讲解微控制器的基本结构和组成部分。
介绍微控制器的时钟、寄存器、定时器、中断等关键特性。
2.3 微控制器的编程和应用介绍微控制器的编程语言和编程方法。
通过实例分析微控制器在实际应用中的编程和实践技巧。
第三章：微型计算机控制算法3.1 控制算法概述让学生了解控制算法的定义、作用和分类。
介绍常见控制算法的原理和特点。
3.2 比例-积分-微分控制算法（PID）讲解PID控制算法的原理和数学模型。
分析PID控制算法在实际应用中的优缺点和调整方法。
3.3 现代控制算法简介介绍现代控制算法如模糊控制、神经网络控制、自适应控制等。
探讨现代控制算法在微型计算机控制中的应用和优势。
第四章：接口技术4.1 接口概述让学生了解接口的定义和作用。
讲解接口的基本原理和分类。
4.2 数字/模拟接口介绍数字/模拟接口的功能和应用。
讲解数字/模拟接口的电路设计和编程实现。
4.3 串行通信接口讲解串行通信接口的原理和协议。
分析串行通信接口在微型计算机控制中的应用和实例。
第五章：微型计算机控制系统的实践应用5.1 控制系统的设计与实现讲解微型计算机控制系统的设计流程和原则。
分析控制系统中的硬件选择、软件设计和系统调试等环节。
5.2 温度控制系统实例通过温度控制系统实例分析微型计算机控制技术的应用。
课程《微型计算机控制技术》电子教案课件
课程《微型计算机控制技术》电子教案课件第一章：微型计算机控制技术概述1.1 课程简介1.2 微型计算机控制技术的定义与发展1.3 微型计算机控制系统的组成与结构1.4 微型计算机控制技术的应用领域第二章：微控制器基础2.1 微控制器的概念与特点2.2 常见微控制器介绍2.3 微控制器的内部结构与工作原理2.4 微控制器的编程与应用第三章：模拟量输入输出接口技术3.1 模拟量输入输出接口的概念与作用3.2 模拟量输入输出接口的电路设计3.3 模拟量输入输出接口的编程实现3.4 案例分析：模拟量输入输出接口在实际中的应用第四章：数字量输入输出接口技术4.1 数字量输入输出接口的概念与作用4.2 数字量输入输出接口的电路设计4.3 数字量输入输出接口的编程实现4.4 案例分析：数字量输入输出接口在实际中的应用第五章：通信接口技术5.1 通信接口的概念与作用5.2 常见通信接口技术介绍5.3 通信接口的电路设计5.4 通信接口的编程实现第六章：微控制器编程基础6.1 编程语言的选择与使用6.2 微控制器编程的基本概念6.3 常用编程指令与语法6.4 编程实例：实现一个简单的微控制器程序第七章：中断与定时器7.1 中断系统的工作原理与编程7.2 定时器/计数器的工作原理与编程7.3 中断与定时器在实际应用中的案例分析7.4 编程实例：使用中断与定时器实现一个波形发生器第八章：微控制器与外部设备接口技术8.1 并行接口与串行接口的概念与作用8.2 常见外部设备接口技术介绍8.3 外部设备接口的电路设计8.4 外部设备接口的编程实现第九章：微控制器在工业控制系统中的应用9.1 工业控制系统的概念与组成9.2 微控制器在工业控制系统中的应用案例9.3 工业控制系统中常见问题与解决方案9.4 编程实例：使用微控制器实现一个简单的工业控制系统第十章：微控制器在嵌入式系统中的应用10.1 嵌入式系统的概念与组成10.2 微控制器在嵌入式系统中的应用案例10.3 嵌入式系统设计与开发流程10.4 编程实例：使用微控制器实现一个嵌入式系统重点和难点解析一、微型计算机控制技术的定义与发展难点解析：理解微型计算机控制技术的基本原理及其发展过程中的技术创新。
《微型计算机控制技术》教案3.1
第四章键盘及其接口技术引言在计算机控制系统中，除了与生产过程进行信息传递的过程输入输出设备以外，还有与操作人员进行信息交换的常规输入设备和输出设备。
键盘是一种最常用的输入设备,它是一组按键的集合，从功能上可分为数字键和功能键两种，作用是输入数据与命令，查询和控制系统的工作状态，实现简单的人机对话。
键盘接口电路可分为编码键盘和非编码键盘两种类型。
编码键盘采用硬件编码电路来实现键的编码，每按下一个键，键盘便能自动产生按键代码。
编码键盘主要有BCD码键盘、ASCII码键盘等类型。
非编码键盘仅提供按键的通或断状态, 按键代码的产生与识别由软件完成。
编码键盘的特点是使用方便，键盘码产生速度快，占用CPU时间少，但对按键的检测与消除抖动干扰是靠硬件电路来完成的，因而硬件电路复杂、成本高。
而非编码键盘硬件电路简单，成本低，但占用CPU的时间较长。
4．1键盘的抖动干扰由于机械触点的弹性振动，按键在按下时不会马上稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开，因而在按键闭合和断开的瞬间均会出现一连串的抖动，这称为按键的抖动干扰，其产生的波形如图所示，当按键按下时会产生前沿抖动，当按键弹起时会产生后沿抖动。
这是所有机械触点式按键在状态输出时的共性问题，抖动的时间长短取决于按键的机械特性与操作状态，一般为10~100ms，此为键处理设计时要考虑的一个重要参数。
4.2 抖动干扰的消除按键的抖动会造成按一次键产生的开关状态被CPU误读几次。
为了使CPU能正确地读取按键状态，必须在按键闭合或断开时，消除产生的前沿或后沿抖动，去抖动的方法有硬件方法和软件方法两种。
1．硬件方法硬件方法是设计一个滤波延时电路或单稳态电路等硬件电路来避开按键的抖动时间。
图是由R2和C组成的滤波延时消抖电路，设置在按键S与CPU数据线Di之间。
按键S未按下时，电容两端电压为0，即与非门输入Vi为0，输出Vo为1。
当S按下时，由于C两端电压不能突变，充电电压Vi在充电时间内未达到与非门的开启电压，门的输出Vo将不会改变，直到充电电压Vi大于门的开启电压时，与非门的输出Vo才变为0，这段充电延迟时间取决于R1、R2和C值的大小，电路设计时只要使之大于或等于100ms即可避开按键抖动的影响。
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第1章: 绪论随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统。
近几年来，计算机技术、自动控制技术、检测与传感技术、CRT显示技术、通信与网络技术、微电子技术的高速发展，促进了计算机控制技术水平的提高。
本章主要介绍计算机控制系统及其组成、工业控制机的组成结构及特点、计算机控制系统的发展概况和趋势。
§1．1 计算机控制系统概述自动控制技术在许多领域里获得了广泛的应用。
自动控制——就是在没有人直接参与的情况下，通过控制器使生产过程自动地按照预定的规律运行。
近年来，计算机已成为自动控制技术不可分割的重要组成部分，并为自动控制技术的发展和应用开辟了广阔的新天地。
§1.1.1计算机控制系统及其组成1．计算机控制系统计算机控制系统——利用计算机来实现生产过程自动控制的系统。
（1）计算机控制系统的工作原理典型的计算机控制系统，如图1．1。
图 1.1在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出是数字信号，因此需要有A／D转换器和D／A转换器。
从本质上看，计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量的瞬时值进行检测和输入。
②实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。
③实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
上述过程不断重复，使整个系统按照一定的品质指标进行工作，并对被控量和设备本身的异常现象及时作出处理。
（2）在线方式和离线方式在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式称为在线方式或联机方式；生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式称为离线方式或脱机方式。
（3）实时的含义实时——指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成，超出了这个时间，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。
实时的概念不能脱离具体过程，一个在线的系统不一定是一个实时系统，但一个实时控制系统必定是在线系统。
2.计算机控制系统的组成典型的过程计算机控制系统如图1.2。
以微型计算机为核心的过程控行图1.2基本组成：硬件部分和软件部分。
各部件功能简介：硬件部分 ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧被控对象操作台外部设备输出输入通道接口电路主机①主机组成：中央处理器（CPU ）和内存储器(RAM 和ROM)组成。
作用：根据输入通道送来的被控对象的状态参数，进行信息处理、分析、计算，作出控制决策，通过输出通道发出控制命令。
②接口电路作用：主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换时，通过接口电路的协调工作，实现信息的传送。
③过程输入/输出通道作用：主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。
输入/输出通道分为模拟量输入通道、模拟量输出通道、开关量输入通道、开关量输出通道。
④外部设备外部设备按功能可分成三类：输入设备、输出设备和外存储器。
常用的输入设备有键盘、磁盘驱动器、纸带输入机等，输入设备主要用来输入程序和数据。
常用的输出设备有显示器、打印机、绘图仪等。
输出设备主要用来把各种信息和数据以曲线、字符、 数字等形式提供给操作人员，以便及时了解控制过程。
外存储器有磁盘、磁带等，主要用来存储程序和数据。
⑤操作台一般操作台有（CRT ）显示器或(LED)数码显示器，用以显示系统运行的状态；有功能键，以便操作人员输入或修改控制参数和发送命令。
软件部分软件是指计算机中使用的所有程序的总称。
软件通常又可分为系统软件和应用软件。
（l）系统软件系统软件：给用户使用维护和管理计算机专门设计的一类程序，它具有一定的通用性。
组成：操作系统、语言加工系统、诊断系统。
1．操作系统操作系统：就是对计算机本身进行管理和控制的一种软件。
计算机自身系统中的所有硬件和软件统称为资源。
从功能上看，可把操作系统看作是资源的管理系统，实现对处理器、内存、设备以及信息的管理，例如对上述资源的分配、控制、调度和回收等。
2．语言加工系统语言加工系统就是将用户编写的源程序转换成计算机能够执行的机器代码（目的程序）。
语言加工系统主要由编辑程序、编译程序、连接、装配程序、调试程序、及子程序库组成：(1) 编辑程序：建立源程序文件的过程就是由编辑程序完成的。
该程序可对一个程序进行插入、增补、删除、修改、移动等编辑加工，并且在磁盘上建立源程序文件。
(2) 编译程序：将源程序“翻译”成机器代码。
(3)连接、装配程序：使用连接、装配程序可将不同语言编写的不同的程序模块的源程序连接起来，成为一个完整的可运行的绝对地址目标程序。
(4)调试程序：调试程序用来检查源程序是否符合程序设计者的设计意图。
(5)子程序库：为了用户编程方便，系统软件中都提供了子程序库。
了解这些子程序的功能和调用条件之后，就可直接在程序中调用它们3．诊断系统诊断系统是用于维修计算机的软件。
（2）应用软件应用软件：是用户为了完成特定的任务而编写的各种程序的总称。
包括：控制程序、数据采集及处理程序、巡回检测程序和数据管理程序等。
①控制程序：主要实现对系统的调节和控制，它根据各种控制算法和被控对象的具体情况来编写，控制程序的主要目标是满足系统的性能指标。
②数据采集及处理程序：包括：数据可靠性检查程序——用来检查是可靠输入数据还是故障数据；A／D转换及采样程序；数字滤波程序——用来滤除干扰造成的错误数据或不宜使用的数据；线性化处理程序——对检测元件或变送器的非线性特性用软件进行补偿。
③巡回检测程序：包括：数据采集程序——完成数据的采集和处理；越限报警程序——用于在生产中某些量超过限定值时报警；事故预告程序——根据限定值，检查被控量的变化趋势，若有可能超过限定值，则发出事故预告信号；画面显示程序——用图、表在CRT上形象地反映生产状况。
④数据管理程序这部分程序用于生产管理，主要包括：统计报表程序；产品销售、生产调度及库存管理程序；产值利润预测程序等。
3.工业控制机的特点①可靠性高和可维修性好。
②环境适应性强。
③控制的实时性。
④完善的输入输出通道。
⑤丰富的软件。
⑥适当的计算机精度和运算速度。
§1.1.2 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统大致可分为以下几种典型的形式。
1．操作指导控制系统操作指导控制系统的构成如图1．3。
系统功能：数据采集、数据处理、给出操作指导信息。
图1.3系统优点：结构简单，控制灵活和安全。
缺点：要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
该控制系统属于开环控制结构。
2．直接数字控制系统直接数字控制（Direct Digital Control，简称DDC）系统的构成如图 1．4。
工作过程：（略）DDC系统属于计算机闭环控制系统。
图 1.4系统优点：要求实时性好、可靠性高和适应性强；一台计算机可控制几个或几十个回路。
3．监督控制系统监督控制 SCC（Supervisory Computer Control）。
监督控制系统的结构形式，如图 1． 5。
工作过程：（略）监督控制系统的两种结构形式，如图。
图 1.5（l ）SCC 加上模拟调节器的控制系统当SCC 微型机出现故障时，可由模拟调节器独立完成操作。
（2）SCC 加上DDC 的分级控制系统这实际上是一个分级控制系统，SCC 可采用高档微型机，它与DDC 之间通过接口进行信息联系。
4．分散型控制系统分散型控制系统（Distributed Control System －DCS ）。
系统特点：采用分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调的设计原则，把系统从上到下分为分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级，形成分级分布式控制，其结构如图1．6。
图1.6集中操作监控级工程师 操作站操作员 操作站监 控 计算机网 间 联接器现 场 控制站PLC智 能 调节器其它测 控装置通信联络综级分级过程控制级5．现场总线控制系统现场总统控制系统（Fieldbus Control System—FCS）是新一代分布式控制结构。
DCS结构模式为：“操作站——控制站——现场仪表”三层结构，系统成本较高，而且各厂商的DCS有各自的标准，不能互联。
FCS结构模式为：“工作站——现场总线智能仪表”二层结构，FCS用二层结构完成了DCS中的三层结构功能，降低了成本，提高了可靠性，国际标准统一后，可实现真正的开放式互连系统结构。
系统结构如图1．7。
系统工作过程：（略）图1．7§1.2计算机控制系统的发展概况及趋势1946年世界上第一台电子计算机ENICA正式使用以来，电子计算机在世界各国得到了极大的重视和迅速的发展。
计算机控制技术的发展离不开自动控制理论和计算机技术的发展，本节回顾一下计算机控制系统的发展概况，并讨论计算机控制系统的发展趋势。
§1.2.1计算机控制系统的发展概况1．计算机控制技术的发展过程计算机技术的发展，我们可按以下四个阶段来描述其发展过程：（1）开创时期（1955～1962年）（2）直接数字控制时期（1962～1967年）（3）小型计算机时期（1967～1972年）（4）微型计算机时期（1972年～至今）2．计算机控制理论的发展过程（1）采样定理（2）差分方程（3）Z变换法（4）状态空间理论（5）最优控制与随机控制（6）代数系统理论（7）系统辨识与自适应控制§1.2.2计算机控制系统的发展趋势1．推广应用成熟的先进技术（1）普及应用可编程序控制器（PLC）（2）广泛使用智能调节器名师精编优秀教案（3）采用新型的 DCS和 FCS2．大力研究和发展智能控制系统当前最流行的控制系统有：（1）分级递阶智能控制系统（2）模糊控制系统（3）专家控制系统（4）学习控制系统（5）神经控制系统随着多媒体计算机和人工智能计算机的发展，应用自动控制理论和智能控制技术来实现先进的计算机控制系统，必将大大推动科学技术的进步和提高工业自动化系统的水平。