单片机应用课程设计报告.doc

专业课程设计报告 题目：单片机应用课程设计报告 系 别 信息工程系 专业班级 000 学生姓名 000 学 号 000 指导教师 000 目录 1.课程设计功能描述 3 2.课程设计分析 4 3.课程设计相关资料 5 3.1数字调节器介绍 5 3.2 SPI总线介绍 7 3.3 4HC595、TLC1543、TLC5615芯片简介 10 3.4电压转电流电路介绍 17 4.硬件电路路设计 18 5.硬件电路PCB版图设计 19 6.数字PID控制算法 20 6.1、抗积分饱和数字PID控制算法原理 21 6.2、抗积分饱和数字PID控制算法流程图 22 6.3、积分饱和数字PID控制算法源程序 22 7. 调试运行结果及分析 25 8. 课程设计经验教训和心得体会 25 附录1 数字调节器部分源程序（A/D采集、D/A输出，静态显示） 27 附录2 数字调节器PCB板图 31 附录3 数字调节器原理图 32 1.课程设计功能描述 数字调节器主要由微处理器、模拟i输人输出通道、数字量输人输出通道、键盘及显示器、通信模块、电撅及固化软件等几大部分组成。从功能上可分为一般数字调节器和可编程数字调节器。一般数字调节器功能相对比较固定。可编程数字调节器可通过过程语言 (POL)“组态”调节器的功能。 图1.1、数字调节器使用图 设计一个用于过程控制的通用数字调节器。数字调节器接收变送器提供的标准的4~20mA反馈信号，与标准的4~20mA给定值或直接设置的给定值进行比较，对其误差进行数字PID运算，输出标准的4~20mA控制信号给执行机构。 数字调节器有以下显著特点: (1)硬件功能软件化，运算功能丰富。数字调节器有许多运算模块和控制模块，用户根据需要选用部分模块进行组态，可以实现各种运算处理和复杂控制.除了具有模拟式调节器PND 运算等一切控制功能外，还可以实现串级控制、比值控制、前馈控制、选择性控制、自适应控制、非线性控制等.因此，可编程调节器的运算控制功能大大高于常规的模拟调节器。 (2)网络化、信息化。数字调节器具有数字通信功能，可与局部操作站相连，也可以通过数据总线与上位机相连，形成集散控制系统。 (3)可靠性高，维护方便。数字调节器具有一定的自诊断功能.能及时发现故障，采取保护措施。数字调节器的许多功能都是用软件实现的.使得电路结构简化。同时由于调节器电路元器件高度集成化，从而使得数字调节器可靠性很高。 (4)涌用性强.操作方便。教字调节器在外特性上与电动调节器兼容，替代方便。调节器的PID参数设定可通过面板操作进行，不需调节内部部件。而自整定调节器不需 2.课程设计分析 模拟量输入通道： 将多个模拟量输入信号分别转换为CPU所接受的数字量。 多路模拟开关将多个模拟量输入信号分别连接到采样／保持器。 采样／保持器具有暂时存储模拟输入信号的作用 A／D转换器的作用是将模拟信号转换为相应的数字量。 利用D／A转换器与电压比较器，按逐位比较原理来实现模／数转换的 要求： 1）、数字调节器采用8位静态LED显示：高四位显示给定 值或参数名，低四位显示反馈值或参数值。 2）、数字调节器采用4个按键的组合进行参数设置和控制。 3）、数字调节器有一路4~20mA的输入端：用于在串级控制 时接收上一级的给定信号。 图2.1、数字调节器硬件系统框图 4）、数字调节器有一路4~20mA的输出端：用于输出控制器的控制信号给执行机构。 5）、数字调节器采用485通讯：可以与上位机进行组态通讯。 6）、数字调节器采用抗积分饱和数字PID控制算法。 7）、数字调节器采用DC12V供电，采用10位A/D转换器 TLC1543， 采用10位D/A传感器TLC5615，采用74HC595进行静态显示的设计。 3.课程设计相关资料 　3.1数字调节器介绍 　 用数字技术和微电子技术实现闭环控制的调节器，又称数字调节仪表，是数字控制器的一种。它接受来自生产过程的测量信号，由内部的数字电路或微处理机作数字处理，按一定调节规律产生输出数字信号或模拟信号驱动执行器，完成对生产过程的闭环控制。 　　数字调节器是20世纪70年代在模拟调节仪表的基础上采用数字技术和微电子技术发展起来的新型调节器。由于采用集成电路和大规模集成电路，它与微型计算机十分相似，只是在功能上以过程调节为主。 3.1.1数字调节器基本原理 数字调节器由软件和硬件两大部分组成。硬件部分包括主调节器、过程输人通道、过程输出通道、人机界面和