计算机控制技术与MATLEB仿真结合论文

第一篇：计算机控制技术与MATLEB仿真结合论文

计算机控制系统与MATLEB仿真论文

专业：电气工程及其自动化

年级：电气三班

姓名：张杰

学号：11160321

计算机控制技术与MATLEB仿真结合论文

计算机控制技术是一门以电子技术、自动控制技术、计算机应用技术为基础，以计算机控制技术为核心，综合可编程控制技术、单片机技术、计算机网络技术，从而实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化及机电控制系统的最佳化的专门学科。

计算机控制系统由微型计算机、外部设备、输入输出接口及通道、检测机构和执行机构、被控对象以及相应的软件组成。它的特点是：①计算机控制系统是模拟信号和数字信号的混合系统。②计算机控制系统具有很好的灵活性和适应性。③计算机控制系统可以看成是离散控制系统。④计算机控制系统的控制效率非常的高。⑤计算机具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断能力，可以实现模拟电路不能实现的复杂控制规律。

根据计算机在控制系统中的控制功能和控制目的，可以将计算机控制系统分为以下几种类型。

① 操作指导控制系统，这是一种开环控制过程。其结构简单，控制灵活和安全。缺点是要人工操作，速度受到限制，不适合快速系统的控制和多个对象的控制。它一般用在计算机控制系统的研制初级阶段，或者是用在新的数学模型试验以及新程序的调试阶段。② 直接数字控制系统，是一种闭环控制过程，计算机不仅能完全取代模拟控制器，实现多回路的控制，而且不改变系统的硬件电路，只通过改变程序就能实现复杂的控制规律，如前馈控制、自适应控制、最优控制等。③ 监督计算机控制系统，简称SCC系统。有两种不同的结构形式：一种是SCC+模拟调节器系统；另一种是SCC+DDC系统。监督计算机控制方式的效果，主要取决生产过程的数学模型的优劣，而这个模型一般是针对一个目标函数设定的，如果这个数学模型能使目标函数达到最优，则这种控制方式就能实现最优控制。监督计算机控制系统中SCC计算机输出是控制的最优给定值，不是人为给定的，因此这种控制系统又可以称为给定值控制。④ 分布控制系统，也称为集散控制系统。根据分布控制系统将控制功能分散，用多台计算机分别执行不同的控制任务，把系统分三级管理：分散过程控制级、监督级、管理级。⑤ 计算机集成制造系统，是对企业生产过程和生产管理进行优化的生产管理控制系统。他将企业的计划、采购、生产、销售整个生产过程统一考虑进行优化决策和最优生成过程控制。已达到最高的生产效率和最低的生产成本以及产品质量的高度可靠。

随着生产力及生产规模的发展，对计算机控制系统的要求也逐渐提高。目前，计算机控制系统有如下几个发展趋势。1 集散控制系统

集散控制系统的特点是分散控制、集中管理。从系统结构分析看，集散控制系统由三大基本部分组成，即分散过程控制装置部分、集中操作和管理部分及通信系统部分。在集散控制系统中，一台控制器控制一个回路或若干个回路这样可以避免在采集中计算机控制系统时，若计算机出现问题，将对整个生产装置或整个生产系统带来严重后果的影响。集散控制系统中用一台或几台计算机对全系统进行全面信息管理，这样便于实现生产过程的全局优化。计算机集成制造系统

计算机集成制造系统简称CIMS，是在自动化信息技术以及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将工厂的全部生产环节，包括产品设计、生产规划、生产过程及生产材料和销售等有机地集成起来，统一决策，实现批量生产的总体高效率、高柔性的制造系统。可编程逻辑控制器

可编程逻辑控制器简称PLC，它吸收了微电子技术和微型计算机技术，发展迅速。如今的PLC无一例外地采用微处理器作为主控器，又才用大规模集成电路作为存储器及I/O接口，其性能各方面都达到了比较成熟的地步，在工业界已经普遍应用。智能控制系统

智能控制是在无人干预的情况下能自动地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。智能控制理论的研究和应用是现代控制理论在深度和广度上的拓展。智能控制技术的主要方法有模糊控制、基于知识的专家控制、神经网络控制和集成智能控制等。常用的优化算法有：遗传算法、蚁群算法、免疫算法等。

智能控制主要应用于以下几个方面：

①工业过程中的智能控制

②机械制造中的智能控制

③电力电子学研究领域中的智能控制。

离散系统仿真

离散系统的最广泛应用形式是以数字计算机为控制器的数字控制系统。模拟信号经过采样开关和A/D转换器，按一定的采样周期T转换为数字信号，经计算机或其他数字控制处理后，再经D/A转换器和保持器将数字信号转换为模拟信号来控制被控对象，以实现数字控制。

离散控制系统在自动控制领域中越来越多地被广泛应用，它具有以下基本特点：

① 以数字计算机为核心组成实际的控制器，可实现复杂的控制要求，控制效果好，并可以通过软件方式改变控制规律，控制方式灵活。② 数字信号传输可有效抑制噪声，提高系统的抗干扰能力。③ 可采用高灵敏度的控制元件，提高系统的控制精度。

④ 可用一台数字计算机实现对几个系统的分时控制，提高设备利用率，经济性好。

⑤ 便于组成功能强大的集散控制系统。

MATLEB语言是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言。它集成度高，使用方便，输入简捷，运算高效，内容丰富，并且很容易有用户自行扩展。与其他计算机语言相比，MATLEB具有以下显著特点。

① MATLEB是一种解释性语言。输入算式即得出结果，无需编译，对每条语句解释后立即执行。若有错误也立即做出反应，便于编程者马上改正。

② 变量的“多功能性”（每个元素都看做复数，每个变量代表一个矩阵）。③ 运算符号的“多功能性”（所有的运算都对矩阵和复数有效）。④ 强大而简易的作图功能（如果数据齐全，只需一条命令即可给出相应的图形）。⑤ 智能化程度高。

⑥ 语言规则与笔算式相似。

⑦ 功能丰富，可扩展性强。MATLEB软件包括基本部分和专业扩展部分。基本部分包括：矩阵的运算和各种变换,代数和超越方程的求解，数学处理和傅里叶变换及数值积分等。

MATLAB仿真在工程上用来完成系统的设计、性能评估、测试等工作。在科学实验上用来进行数学模型、专业模型的模拟，复杂数值计算等工作。在大学，用来完成一些高等数值计算。在经济领域，可以进行数据评价，数值分析和预测等。

MATLAB的PID控制在计算机中的应用

PID控制器结构和算法简单，应用广泛，但参数整定比较复杂，利用MATLAB实现PID参数整定及其仿真的方法，并分析比较比例、积分、微分控制。PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元 P、积分单元 I 和微分单元 D 组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。如比例（P）控制、比例-积分（PI）控制、比例-积分-微分（PID）控制等。

MATLEB仿真PID控制

例1：比例（P）控制：单位负反馈控制系统的开环传递函数Gc（s）=1/(s+1)(2s+1)(5s+1),采用P控制，Kp=0.1,2.0,2.4,3.0,3.5，求单位阶跃响应，并绘制响应曲线。

G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))

kp=2

tou=[0,0.3,0.7,1.5,3]

for i=1:5

G1=tf([kp*tou(i),kp],1)

sys=feedback(G1*G,1)

step(sys)

hold on

end 运行结果为：

G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))

Transfer function:-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 1 >> kp=2

kp =

>> tou=[0,0.3,0.7,1.5,3]

tou =

0

0.3000

0.7000

>> for i=1:5 G1=tf([kp*tou(i),kp],1)sys=feedback(G1*G,1)step(sys)hold on end

Transfer function: 2

Transfer function:-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 3

Transfer function: 0.6 s + 2

Transfer function:

0.6 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8.6 s + 3

Transfer function: 1.4 s + 2

Transfer function:

3.0000

1.5000

1.4 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 9.4 s + 3

Transfer function: 3 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 11 s + 3

Transfer function: 6 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 14 s + 3 图形为：

例2：比例微分（PD）控制:单位负反馈控制系统的开环传递函数Gc（s）=1/(s+1)(2s+1)(5s+1),采用PD控制，Kp=2，微分系统τ=0,0.3,0.7,1.5,3，求单位阶跃响应，并绘制响应曲线。

G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))kp=2 tou=[0,0.3,0.7,1.5,3] for i=1:5 G1=tf([kp*tou(i),kp],1)sys=feedback(G1*G,1)step(sys)hold on end 运行结果：

>> G=tf(1,conv(conv([1,1],[2,1]),[5,1]))

Transfer function:-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 1

>> kp=2

kp =

>> tou=[0,0.3,0.7,1.5,3]

tou =

0

0.3000

0.7000

1.5000

>> for i=1:5 G1=tf([kp*tou(i),kp],1)sys=feedback(G1*G,1)step(sys)hold on end

Transfer function: 2

Transfer function:

3.0000-------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8 s + 3

Transfer function: 0.6 s + 2

Transfer function:

0.6 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 8.6 s + 3

Transfer function: 1.4 s + 2

Transfer function:

1.4 s + 2---------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 9.4 s + 3

Transfer function: 3 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 11 s + 3

Transfer function: 6 s + 2

Transfer function:

s + 2--------------------------10 s^3 + 17 s^2 + 14 s + 3

图形为：

例3绘制离散系统时域响应曲线

num=[1];den=[1 1 1];[numd,dend]=c2dm(num,den,1);dstep(numd,dend)图为：

数字PID控制的现实意义

目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器。不同的控制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的。PID控制器可以用来控制任何可以被测量的并且可以被控制变量。比如，它可以用来控制温度，压强，流量，化学成分，速度等等。一些控制系统把数个PID控制器串联起来，或是链成网络。这样的话，一个主控制器可能会为其他控制输出结果。一个常见的例子是马达的控制。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。但仍不可否认PID也有其固有的缺点：PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时，工作地不是太好。最重要的是，如果PID控制器不能控制复杂过程，无论怎么调参数都没用。虽然有这些缺点，PID控制器是最简单的有时却是最好的控制器。

MATLEB仿真技术应用范围广泛，涉及科目广，通过学习计算机控制技术使我对MATLEB了解更深，能更好的运用所学的MATLEB。

第二篇：计算机控制技术

《计算机控制技术》课程综述

09热工一班姚跃辉200910610118

计算机控制是自动控制理论与计算机技术相结合而产生的一门新兴学科，计算机控制技术是随着计算机技术的发展而发展起来的。自动控制技术在许多工业领域获得了广泛的应用，但是由于生产工艺日益复杂，控制品质的要求越来越高，简单的控制理论有时无法解决复杂的控制问题。计算机的应用促进了控制理论发展，先进的控制理论和计算机技术相结合推动计算机控制技术不断前进。近年来，随着计算机技术、自动控制技术、检测与传感器技术、网络与通信技术、微电子技术、CRT显示技术、现场总线智能仪表、软件技术以及自控理论的高速发展，计算机控制的技术水平大大提高，计算机控制系统的应用突飞猛进。利用计算机控制技术，人们可以对现场的各种设备进行远程监控，完成常规控制技术无法完成的任务，微型计算机控制已经被广泛地应用于军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域。可以说，21世纪是计算机和控制技术获得重大发展的时代，大到载人航天飞船的研制成功，小到日用的家用电器，甚至计算机控制的家庭主妇机器人，到处可见计算机控制系统的应用。计算机控制技术的发展日新月异，作为现代从事工业控制和智能仪表研究、开发及使用的技术人员，必须不断学习，加快知识更新的速度，才能适应社会的需要，才能在工业控制领域里继续邀游。计算机控制系统是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。被控对象的范围很广，包括各行各业的生产过程、机械装置、交通工具、机器人、实验装置、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具等。控制目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到某种要求，也可以是达到某种最优化目标。

计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机）来实现工业过程自动控制的系统。在计算机控制系统中，由于工业控制机的输入和输出时数字信号，而现场采集到得信号或送到执行机构的信号大多是模拟信号，因此与常规的按偏差控制的闭环负反馈系统相比，计算机控制系统需要有莫属转换器和数模转换器这两个环节。

计算机把通过测量元件、变送单元和模数转换器送来的数字信号，直接反馈到输入端与设定值进行比较，然后根据要求按偏差进行运算，所得到数字量输出信号经过数模转换器送到执行机构，对被控对象进行控制，使被控变量稳定在设

定值上。这种系统称为闭环控制系统。

计算机控制系统由工业控制机和生产过程两大部分组成。工业控制机硬件指计算机本身及外围设备。硬件包括计算机、过程输入输出接口、人机接口、外部存储器等。软件系统是能完成各种功能计算机程序的总和，通常包括系统软件跟应用软件。

（1）数据采集系统

在这种应用中，计算机只承担数据的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。

（2）直接数字控制系统

计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道，作用到被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于，在模拟系统中，信号的传送不需要数字化；而数字系统必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，然后才能驱动执行机构。因为计算机有较强的计算能力，所以控制算法的改变很方便。

微型计算机控制技术是一门跨学科以及应用性、技术性、综合性都很强的专业技术课程，要求具备较强的自动控制理论、微型计算机原理、模拟电子技术、数字电子技术等专业基础知识。通过学习，要求掌握计算机控制系统的控制原理和分析设计方法，具备基本的设计技能，能够设计出简单的计算机控制系统。学习该课程对我们工科专业的学生是十分重要而有用的。

09热工(1)班姚跃辉

第三篇：计算机控制技术

一、填空题

1、所谓自动控制，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。

2、计算机控制系统的工作原理的三个步骤：实时数据采集、实时控制决策、实时控制输出

3、实时性：是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件作出反应的特性。

4、计算机控制系统有哪几种典型类型：OIS、DDC、SCC、DCS、FCS、PLC5、工业计算机有哪些特点：可靠性高、实时性好、环境适应性强、模块化设计，完善的O/I通道、系统扩充性好、系统开放性好、控制软件包功能强。

二、作图题

1、作出计算机控制系统的组成框图

2、作出计算机制导控制系统（OIS）的系统框图

三、问答题

1、计算机总线大致可分为几类？其内部总线又可分为几类？

2、简述smith预估控制的基本思想。

3、常见的工业控制计算机总线体系结构有哪几种？

4、什么是数字滤波？常用的数字滤波有哪些方法？

5、工业控制计算机系统的干扰来源有哪几类？各类干扰又有哪些具体形式？

6、现场总线的定义是什么？

四、论述题

1、论述DCS、FCS各自的含义是什么？

五、计算题

关于PID控制，要求：

1、写出模拟PID控制器的控制规律及其传递函数。

2、推导出位置式数字PID的控制算式。

3、推导出增量式数字PID的控制算式。

关于模糊控制

六、设计题

现要求用80C51单片机处理A、B、C三个输入信号，其中A为0-20V的交流信号，B为0-10mA的直流电流信号，C为0/24V的直流电压开关信号，要求得到A、B信号的幅值及C信号的状态。其中ADC采用ASC0809。请补充必要的电子元器件，并将元器件正确连接（可用网络符号）。

提示：交流信号？整流，开关

第四篇：《计算机控制技术与系统》综合设计论文

综 合 设 计(论文)

`

课 程 : 计算机控制技术与系统

院 系：

专业班级：

学生姓名：

学 号：

指导教师：

二〇一六年五月

华北电力大学综合设计（论文）

摘要

本门课程的第1、2章为绪论和过程通道的内容，讲述了计算机控制系统的基本概念、组成、类型以及模拟量输入/输出通道、开关量输入/输出通道。为培养锻炼我们结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力，老师给出三道综合设计的题目。

首先，设计了微机控制系统具体硬件电路及软件控制逻辑流程框图，实现了储液罐液位超限时报警并切断工质输入/输出通道的功能。然后，给出了热电偶测量信号的冷端温度补偿方式，并画出现场可实现的冷端温度补偿方案的设计简图。最后，分析了已知的现场64点模拟量信号输入采样电路的问题，并作出了改进设计。

关键词：储液罐液位；微机控制；热电偶；冷端温度补偿；模拟量信号；采样电路。

I

华北电力大学综合设计（论文）

目 录 综合设计题1——储液罐液位微机控制系统………………………………………………1 1.1 题目要求……………………………………………………………………………………1 1.2 总体方案……………………………………………………………………………………1 1.3 硬件电路的设计……………………………………………………………………………1 1.3.1 微处理器的最小配置模式………………………………………………………………1 1.3.2 A/D转换电路……………………………………………………………………………3 1.3.3 报警和电磁阀驱动电路…………………………………………………………………3 1.4 软件控制逻辑流程框图………………………………………………………………………4 2综合设计题2——热电偶测量信号的冷端温度补偿………………………………………6 2.1题目要求……………………………………………………………………………………6 2.2 热电偶测温需进行冷端温度补偿的原因…………………………………………………6 2.3 热电偶测量信号的冷端温度补偿方式…………………………………………………6 2.3.1 计算法……………………………………………………………………………………6 2.3.2 冰点槽法…………………………………………………………………………………6 2.3.3 补偿导线法………………………………………………………………………………7 2.3.4 冷端温度补偿器…………………………………………………………………………7 2.3.5 仪表机械零点调整法……………………………………………………………………7 2.4 现场可实现的冷端温度补偿应用方案……………………………………………………7 2.4.1 补偿电桥法………………………………………………………………………………7 2.4.2 晶体管PN结补偿法………………………………………………………………………8 2.4.3 集成电路补偿法…………………………………………………………………………8 3综合设计题3——模拟量信号输入采样电路设计…………………………………………9 3.1题目要求……………………………………………………………………………………9 3.2 采样电路对应的模入信号地址范围………………………………………………………9 3.3 采样译码电路……………………………………………………………………………10 3.3.1 存在的问题………………………………………………………………………………10 3.3.2 解决问题的方法及理由…………………………………………………………………10 3.4 改进设计…………………………………………………………………………………10 总结……………………………………………………………………………………………11 参考文献………………………………………………………………………………………12 致谢……………………………………………………………………………………………1

3II

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1综合设计题1——储液罐液位微机控制系统

1.1题目要求

某现场储液罐工艺流程如下图所示，其中储液罐液位采用微机自动控制，H0为基准液位，Hmax、Hmin分别为储液罐液位的最大值和最小值。正常运行状态下液位H处于基准液位H0附近，当储液罐液位超出Hmax或低于Hmin时系统自动报警，并显示液位高或低报警，同时微机发出控制指令，停止储液罐工质的输入和输出。设计该储液罐液位微机控制系统具体硬件电路（包括AI、DO通道）及软件控制逻辑流程框图。

HmaxH工质入H0基准液位 Hmin工质出

1.2总体方案

本储液罐液位微机控制系统采用以微处理器为核心，配以外围设备[1]以实现监控水位并在紧急情况下报警和采取措施的功能。原理如图1-0所示。

地址锁存器微处理器报警电路液位传感器A/D 转换器电磁阀驱动电路 图1-0 微机控制系统的原理图

1.3硬件电路的设计

1.3.1微处理器的最小模式配置

因上学期学习了微机原理及应用的课程，对8086微处理器的使用较为熟悉，故用之作为本控制系统的核心。

8086最小模式下的引脚功能[2]：

 AD15~AD0(16条)：地址/数据复用线，双向工作。 A19~A16/ S6~S3：地址/状态复用线，输出引脚。

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 BHE/S7：数据高8位允许/状态，输出引脚。 ALE：地址锁存允许，输出引脚。 DEN：数据允许信号，输出引脚。

 DT/R：数据发送/接收控制信号，输出引脚。=1发送（=0接收）

 M/IO：存储器/IO设备控制信号，输出引脚。=1访问存储器（=0访问I/O设备） RD：读信号，输出引脚。低电平有效，表示将执行读操作。 WR：写信号，输出引脚。低电平有效，表示将执行写操作。 READY：存储器或I/O端口准备就绪信号，输入引脚。=1，准备就绪  RESET：复位信号，输入引脚。至少要维持4个T的高电平才有效。 MN/MX：工作模式选择信号，输入引脚。=1最小模式（=0最大模式）

8086微处理器需要运用分时复用技术，故需要增加地址锁存器，I/O设备的选择需要译码电路（使用3-8译码器）。连线如图1-1所示。

U1212224***319RESETAD[0..15]READYA[16..19]INTA/QS1INTRALE/QS0HOLD/GT1BHEHLDA/GT0DT/R/S1TESTDEN/S2NMIRDMN/MXWR/LOCKCLKM/IO/S08086PROGRAM=yunxing.EXESRCFILE=yunxing.ASMAD[0..15]AD[16..19]ALEBHE1DT/RDENRDWRM/IO25342726322928A[0..19]U2AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD73478***D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74HC373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72A05A16A29A312A415A516A619A7U3U16A12A13A14123ABCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7***097Y0Y1Y2AD8AD9AD10AD11AD12AD13AD14AD***718111D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74HC373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72A85A96A109A1112A1215A1316A1419A15A15645E1E2E374HC138U4AD163AD174AD187AD198BHE1***D0D1D2D3D4D5D6D7OELE74HC373Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q72A165A176A189A19BHE12151619 图1-1 CPU8086的地址锁存、译码电路

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1.3.2 A/D转换电路

本门课程具体学习了ADC0809芯片的功能及接线并用之做过A/D转换技术的实验，但是基于Proteus软件元件库中不具有其的仿真模式，故使用与其相差无几的ADC0808仿真。

ADC0808的引脚功能：  IN0~IN7：8路模拟量输入端。

 OUT1~OUT8：8位数字量输出端。

 AL：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

 START：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0808复位，下降沿启动A/D转换）。

 EOC：A/D转换结束信号，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。

 VREF（+）和VREF（-）：参考电压输入端。 Vcc：主电源输入端5V。 GND：接地。

 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。

液位传感器输出4-20mA的电流，通过一个250Ω的电阻将之转化为1-5V的电压，并输入INT0端口，此模拟信号由ADC0808转换为数字信号并送入8086做相关处理。连线如图1-2所示。（输出端OUT8为最低位，与8086连接时需注意。）

传感器输出4-20mAU1026272812345A0A1A2252423221216IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADD AADD BADD CALEVREF(+)VREF(-)ADC0808CLOCKSTARTEOCOUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT***51417AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0U10(CLOCK)U6:A12WR3R7250R110k74HC02U6:B456RDY074HC02OE9 图1-2 ADC0808的引脚接线电路

1.3.3报警和电磁阀驱动电路

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本门课程具体学习了74LS374构成的开关量输出通道，故使用其仿真。74LS374的引脚功能：  D0~D7：数据输入端。

 OE：三态允许控制端（低电平有效）。

 CP：时钟输入端，其接收到脉冲上升沿时，Q随D而变。 Q0~Q7：输出端。

采用常开式电磁阀控制工质入和工质出，水位超限的时候，两个继电器的常开触点闭合即线圈通电使电磁阀关闭，达到切断阀门的目的。水位超下限，点亮黄灯报警；水位超上限，则点亮红灯报警。连线如图1-3所示。

D3DIODERL25VD4DIODERL15V输入电磁阀线圈输出电磁阀线圈OUT0R31kQ1NPNOUT1R41kQ2NPNB112VB212VU5WRM/IOORAD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD73478***U7D0D1D2D3D4D5D6D7OECLK74LS37474LS02Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7256912151619OUT0OUT1OUT2OUT3OUT2OUT3高位报警低位报警D1LED-REDD2LED-YELLOWU8:A21Y13R5100R6100 图1-3 ADC0808的引脚接线电路

1.4软件控制逻辑流程框图

设以储液罐的底部为基准，则底部和顶部的高度对应着差压变送器输出的4-20mA电流信号，即1-5V电压信号。根据液位高度与输出电流成线性关系，可求出Hmax、Hmin对应的Umax、Umin。又根据公式N=256*U/Uref（Uref=+5V，U=模拟量，N=十进制数字量），可求出Umax、Umin对应的Dmax、Dmin。具体的流程图如图1-4所示。

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开始读取ADC0808转换的数字量DD<=DminYESNO关闭继电器熄灭黄灯读取ADC0808转换的数字量DD>=DmaxYESNONOD<=DminYES启动继电器点亮黄灯启动继电器点亮红灯图1-4 软件流程图

读取ADC0808转换的数字量DYESD>=DmaxNO关闭继电器熄灭红灯

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2综合设计题2——热电偶测量信号的冷端温度补偿

2.1题目要求

生产现场有一温度信号T，采用热电偶测量，并将该测量信号由电缆送至模拟量输入通道（AI），如下图所示。解答以下问题：

1）该热电偶测量信号的冷端温度补偿方式可采用哪几种方法？原理是什么？

2）设计该热电偶测量信号对应的几种现场可实现的冷端温度补偿应用方案，并画出设计简图。

现场测温点T冷端热电偶信号电缆AI 通道

2.2热电偶测温需进行冷端温度补偿的原因

由热电偶的测温原理可知，产生的热电势E（t，t0）不仅随热端t变化，同时也要受到t0的影响。一般情况下，热电偶的冷端温度并不固定，而是随室温变化，这样就使E也随室温变化。因此，要求对热电偶的冷端温度进行补偿，以减小冷端温度变化所引起的信号测量误差[3]。

2.3热电偶测量信号的冷端温度补偿方式

2.3.1计算法

根据中间温度定律，有：E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0）。可用室温计测出环境温度t0，从分度表中查取E（t0，0）的值，然后加上热电势E（t，t0）的值，得到E（t，0）的值，反查分度表即可得到准确的被测温度t的值。

此方法人工进行冷端补偿，在测温现场使用很不方便，因此只适用于实验室。可利用热电偶信号采集卡，并依靠软件编程实现计算机对冷端的自动补偿。把热电势信号通过补偿导线与采集卡的输入端子连接，端子附近安装有热敏电阻，计算机采集各路热电势信号E（t，t0）和热敏电阻信号，根据热敏电阻信号可得到E（t0，0），则能够求出E（t，0）的值。

2.3.2冰点槽法

将热电偶的冷端置于冰水混合物中，使其温度保持为恒定的0℃（在实验室条件下，通常把冷端放在盛有绝缘油的试管中，然后再将其放入装满冰水混合物的保温容器中）。这时候热电势为E（t，0），可直接从分度表中查取温度t值。

这是精度很高的参比端温度处理方法，仅限于在实验室中的精确测量和检定热电偶时使用。

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2.3.3补偿导线法

为了使冷端温度保持恒定，可将热电极做的很长，使冷端连同测量仪表一起放置到恒温或温度波动比较小的地方。但这种方法使安装使用不方便，而且可能耗费许多贵重的金属材料。因此，一般使用被称为补偿导线的连接线将冷端延伸出来，这种导线在一定温度范围内（0～150℃）具有和所连接的热电偶相同的热电性能。若是用廉价金属制成的热电偶，则可用其本身的材料作为补偿导线。

2.3.4冷端温度补偿器

不平衡电桥（即冷端温度补偿器）由电阻R1、R2、R3和RCu组成，其中R1=R2=R3=1Ω，RCu是由温度系数较大的铜线绕制而成的补偿电阻。此桥串联在热电偶测量回路中，冷端与RCu感受相同的温度，在20℃下RCu=1Ω即电桥平衡。当冷端温度变化时，RCu随之改变，破坏了电桥平衡，产生的不平衡电压△U与热电势相叠加，一起送入测量仪表。如限流电阻RS的数值选择合适，可使△U在一定温度范围内基本上能补偿冷端温度变化而引起的热电势变化值。

2.3.5仪表机械零点调整法

预先测量出冷端温度，可直接将仪表机械零点从0处调到t0处，这相当于预先给仪表输入电势E（t0，0），使得接入热电偶后，仪表的输入电势为E（t，0）= E（t，t0）+ E（t0，0），此时仪表指示值即为热端温度t。

这种方法一般用于对精确度要求不高的场合，并且适用条件为冷端温度比较恒定和仪表机械零点调整方便。

2.4现场可实现的冷端温度补偿应用方案

2.4.1补偿电桥法

连接如图2-1所示。

现场测温点T冷端热电偶放大AI 通道ER图2-1 补偿电桥电路图

原理： 2.2.4中有详细说明，在此不再赘述。

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2.4.2晶体管PN结补偿法

连接如图2-2所示。

现场测温点T热电偶放大冷端温度补偿电路AI 通道PN结

图2-2 晶体管PN结电路图

原理：当恒定电流正向流过PN结时，其管压降与温度成线性关系，正向电压随温度上升而下降，此管压降可在一定范围内补偿热点势的变化值[4]。

2.4.3集成电路补偿法

连接如图2-3所示。

热电偶T冷端图2-3 集成电路图

集成测温芯片

原理：随着集成IC的飞速发展，出现了专门针对热电偶的串行模数转换器，它能独立完成信号放大、冷端补偿、线性化、A/D转换及SPI串口数字化输出功能，如MAX6675等。

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3综合设计题3——模拟量信号输入采样电路设计

3.1题目要求

现场64点模拟量信号输入采样电路如下图所示，整个电路由四个AD7506（A、B、C、D）芯片构成，每个AD7506芯片可接入16点现场模拟量信号。解答下列问题：

1）根据图中译码电路，给出A、B、C、D四个AD7506采样电路对应的模入信号地址范围； 2）分析该采样译码电路存在哪些问题，要解决这些问题应当补充哪些信号，为什么？ 3）该采样电路若要实现对每路模入信号采样地址唯

一、不出现与其他I/O接口或存储器地址重叠问题，应如何改进设计？请在图中补充画出具体译码电路接线。（I/O接口译码的地址线为8位：A7-A0）。

3.2采样电路对应的模入信号地址范围

由图可知，通过地址信号A5-A0的译码选通实现对四片AD7506芯片的开关控制，其中地址信号A4、A5用来实现片选控制，假设A7、A6均为0，则得到以下结果：

A : 00000000B-00001111B(A5、A4均为0时，芯片A被选通。)B : 00010000B-00011111B(A5为0而A4为1时，芯片B被选通。)C : 00100000B-00101111B(A5为1而A4为0时，芯片C被选通。)

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D : 00110000B-00111111B(A5、A4均为1时，芯片D被选通。)3.3采样译码电路

3.3.1存在的问题

该电路只考虑了对地址信号的译码选通，没有考虑CPU的其余控制信号，例如R/W、I/O等信号，实际译码电路设计中CPU的这些控制信号也应涵盖到。

还有，此电路仅仅考虑按照所给I/O地址进行的译码电路设计，其中电路在译码选通过程中是否会与系统中其他I/O地址或存储器地址发生冲突尚未考虑。地址线为8位即A7-A0，但输入采样电路中只使用了6位地址线即A5-A0，则会出现地址重叠的现象。

3.3.2解决问题的方法及理由

考虑CPU的其余控制信号，加入WR和M/IO。要解决地址重叠问题，应当补充A7和A6信号，因为用全译码法做片外译码可避免地址重叠[5]。

——

——3.4改进设计

S15S14A1514VCCVDDVSSOUTA3A2A1A0S15S141514BVCCVDDVSSOUTA3A2A1A0S00S00ENEN—Y0—Y1—Y2—Y3—Y4译—Y5码器—Y6—Y7G1—G2A—G2B CBAVCCWRM/IOA7A6A5A4A3A2A1A03 – 8 AD7506CAD7506S15S14S0.........1514.........VCCVDDVSSOUTA3A2A1A0S15S14D1514VCCVDDVSSOUTA3A2A1A0AD7506ENAD7506.........0S0.........0EN

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总结

通过本次完成综合设计的作业，我对所学课程内容的理解和掌握有所加深，尤其是对于过程通道的使用和设计。

由于题目需要结合实际的工程情况，而现有阶段我还没有条件获得现场经验，所以在完成过程中遇到了许多困难。但是通过查阅文献、相关资料以及组织素材，我不仅仅获得了解题的思路，更是了解了当下较为实用新兴的技术，不再只局限于课本上的有限知识。

总而言之，从一开始的毫无头绪、步步为难，到圆满结束的欢欣雀跃，我收获良多也感慨良多。我渐渐能够运用所学课程的基本理论和设计方法，根据工程问题和实际应用任务的要求，进行方案的基础设计和简单评估。

除此之外，人生第一次正式地撰写论文，有着种种陌生感，中间也碰过不少壁，最终还是找到相应的规范，成功地完成了本篇论文。

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参考文献

[1] 令朝霞．计算机液位控制系统的设计[J]．机械工程与自动化，2011,04:140-141． [2] 马平，姚万业，王炳谦编著．微机原理及应用[M]．北京：中国电力出版社，2002． [3] 常太华，苏杰编著．过程参数检测及仪表[M]．北京：中国电力出版社，2009． [4] 包晔峰，单明东，杨可，蒋永锋．基于PN结的热电偶补偿电路设计[J]．电子测量技术，2010,11:10-13.[5] 李大中，周黎辉，焦嵩鸣编著．计算机控制技术与系统[M]．北京：中国电力出版社，2009．

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致谢

刚拿到综合设计题的时候，真的不知道该从何下手。在李老师耐心的讲解下，打开了思路也找到了正确的方向，在与同学大量的讨论下，解决了在细节处遇到的困难，才完成了自己的综合设计论文。

另外，感谢老师给予我这样一次机会，使我在结课前的的最后一段时间里，在压力的驱使下，尽可能多地学习一些实践应用知识，提高独立思考的能力。

最后，感谢所有在这个综合设计期间给予我帮助的人。

第五篇：11级计算机控制技术论文

郑州交通职业学院

计算机控制技术论文

论文题目 信号恢复系统的设计

所属系别 信息工程系 专业班级 11级电子信息工程技术一班 姓

名 学

号 指导教师

撰写日期 2012 年 12 月

.1.引言

计算机与网络技术的高速发展，特别是面向对象技术的出现，使得C++的软件开发得到了迅速普及。信号的采样与恢复、采样定理的仿真。通过产生一个连续时间信号并生成其频谱，然后对该连续信号抽样，并对采样后的频谱进行分析，最后通过设计低通滤波器滤出抽样所得频谱中多个周期中的一个周期频谱，并显示恢复后的时域连续信号。实验中，原连续信号的频谱由于无法实现真正的连续，所以通过扩大采样点的数目来代替，理论上当采样点数无穷多的时候即可实现连续，基于此尽可能增加采样点数并以此来产生连续信号的频谱。信号采样过程中，通过采样点的不同控制采样频率实现大于或小于二倍最高连续信号的频率，从而可以很好的验证采样定理。信号恢复，滤波器的参数需要很好的设置，以实现将抽样后的信号进行滤波恢复原连续信号。

一 设计目的与要求

1.1、设计目的

1.对连续信号进行采样，在满足采样定理和不满足采用定理两种情况下对连续信号和采样信号进行FFT频谱分析。

2.从采样信号中恢复原信号，对不同采样频率下的恢复信号进行比较分析。

1.2、设计要求

设有一信号Xa(t)=EXP-1000|t|,计算傅立叶变换，分析其频谱，并在精度为1/1000的条件下，分别取采样频率为F=5000Hz,F=1000Hz,绘出对应的采样信号的时域信号波形频谱图。

实现信号时域分析和频谱分析以及滤波器等有关Matlab函数。写好总结、程序、图表、原理、结果分析。

二、设计原理

本次论文设计主要涉及采样定理、傅里叶变换、信号时域分析和频谱分析的相关内容的相关知识。

.2.2.1、傅里叶变换

(1)对于一个非周期函数f（t），如果在（－∞，＋∞）满足下列条件： ①、f（t）在任一有限区间上满足狄利克雷条件；

②、f（t）在（－∞，＋∞）上绝对可积（如下积分收敛），则有下式的傅立叶积分成立：

(2)f(t)满足傅立叶积分定理条件时，下图①式的积分运算称为f(t)的傅立叶变换，②式的积分运算叫做F(ω)的傅立叶逆变换。F(ω)叫做f(t)的象函数，f(t)叫做 F(ω)的象原函数。

(3)傅里叶变换在数字信号处理中的意义

傅立叶变换是数字信号处理领域一种很重要的算法。傅立叶变换将原来难以处理的时域信号转换成了易于分析的频域信号（信号的频谱），可以利用一些工具对这些频域信号进行处理、加工。最后还可以利用傅立叶反变换将这些频域信号转换成时域信号。

本次论文设计用到的是快速傅里叶变换（FFT），快速傅氏变换（FFT），是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。用matlab软件应用快速傅里叶变换（FFT）算法编一段程序可以很方便地对时域信号进行采样和频谱分析，对数字信号处理和分析提供了极大的便利，在实际应用中有广泛的指导意义。

.3.三、实验仿真及恢复

1、仿真结果

图1.指数信号采样与频谱

2、采样信号的恢复

将采样信号恢复成原信号，可以用低通滤波器。低通滤波器的截止频率fc应当满足n.实验中采用低通滤波器原理图如图2.3所示

图2.滤波电路

采样信号的恢复后的信号的波形和频谱，如图2.4所示.由于条件有限图形不算清晰，所使用的仪器有待改进。

.4.图3.恢复后的信号和频谱

可传输函数G(jw)理想低通滤波器不是真的将原模拟信号恢复出来，这只是一种理想恢复。

因为

理想低通滤波的输入与输出

四、仿真结果分析

通过对比不同采样频率下的信号恢复图，我们不难看到，当采样频率不满足采样

.5.定理的要求时，得到的频谱图出现了严重的失真，而当采样频率满足大于信号最高截止频率的2倍时，得到的频谱即是原连续信号频谱的周期延拓，这个实验结果，验证了信号采样定理的正确性。

五、总结

这次设计我们对以前所学过的理论知识，通过进一步的学习，有了更深的了解，本次设计是用matlab软件编一段程序对信号进行采样和频谱分析，通过本次设计，我们学会了很多东西。使我们对采样定理的一些基本公式得到了进一步巩固。在整个设计过程中，查阅了很多相关知识，从这些书籍中我们受益良多。在学习MATLAB知识的基础之上，又进一步熟悉了MATLAB的各函数功能，同时学会利用MATLAB实现模拟信号的时域、频域间的变换，达到了实验的最初目的，其次，在掌握了数字信号处理理论知识的前提下，我还学会如何将理论与实践更好的结合，以及熟练的将理论知识应用于实践。

.6.