第一篇：探析PROTEUS的九九乘法表仿真实验设计论文
摘要：根据九九乘法表的要求，确定了实验框图，将系统分为脉冲单元模块、被乘数和乘数产生模块、数据选择模块、数据比较模块、音响提示模块、二进制乘法模块、码制变换模块以及译码显示模块等，并确定了每一功能模块的实现电路。最后采用了PROTEUS软件对所设计的电路进行了仿真，验证了关键设计结果。
关键词：PROTEUS软件；乘法表；仿真实验
数字电子技术是电气信息类专业的专业技术基础课，实践性很强，主要包括组合电路和时序电路两大部分内容，常用的组合电路有加法器、编码器、译码器、数据选择器和数值比较器等，常用的时序电路有计数器、定时器和脉冲电路等。在理论课程结束后，进行一次综合性的电路设计训练能够较好地培养学生运用所学理论知识的能力[1]。九九乘法表实验是一项综合设计性实验，目前能查到的文献均是用FPGA、CPLD或单片机的方法来实现的[2-4]，本文以数字电路为基础，以PROTEUS软件为基本工具，完成了九九乘法表的设计与仿真。
1实验要求
九九乘法表实验是一个综合性实验，目的是培养学生综合运用所学数字电子技术理论知识的能力，因此，实验内容的设置应尽可能涉及数字电子技术所有重要的知识点，基于此，本实验要求实现的功能为：（1）被乘数和乘数可由4个拨码开关设置，手动进行乘法运算并显示；（2）可按常规的九九乘法表方式，依照一定速率自动进行乘法运算并显示；（3）被乘数、乘数和乘积在七段数字显示器上显示；（4）当设置的被乘数和乘数超过9时进行声响提示。
2实验方案
根据设计要求，结合学生已掌握的数字逻辑知识，建立了如图1所示的设计方案。脉冲单元电路产生1Hz的脉冲信号供被乘数和乘数产生电路使用；被乘数和乘数产生电路自动有序地产生被乘数和乘数；数据选择电路用来选择是手动运算还是自动运算；数值比较电路检测被乘数和乘数是否大于9，若大于9，驱动音响提示电路发出声音提示；二进制乘法电路完成被乘数和乘数的乘法运算；码制变换电路将乘法电路输出的二进制数转换为8421BCD码；译码显示电路将被乘数、乘数和乘积在七段数码管上显示。
3实验电路
3.1脉冲单元电路
脉冲单元电路用来产生1Hz的脉冲信号。在数字电子技术中，讲解了两种产生脉冲的方法，一种是用555定时器来产生，另一种是由集成门构成脉冲单元电路。实验时可由学生任选一种方法来完成。
3.2被乘数和乘数产生电路
九九乘法表的特性是被乘数和乘数都从1开始，然后乘数从1到9开始变化，当乘数由9跳回1时，被乘数加1，当被乘数和乘数都为9时，被乘数和乘数都跳回1。在具体实现时，计数器可让学生采用触发器按时序电路设计的方法来设计完成，也可用集成计数芯片（如74160、74161、74163等）来实现。
3.3被乘数和乘数选择电路
被乘数和乘数选择电路用来选择是手动运算还是自动运算，可用2个4位数据选择器74157来完成。
3.4二进制乘法电路
实现二进制乘法电路有多种方案，根据学生已掌握的数字逻辑知识，有两种方案可以选择。一种方案是采用组合逻辑设计方法，电路事先将所有的乘积项全部计算出来，最后进行加法运算，这种方案可用于门电路和加法器（如74LS283）构成；另一种方案是采用时序逻辑设计方法，电路将部分已得到的乘积结果右移，然后与乘积项相加并保存和值，反复迭代上述步骤直到计算出最终乘积，这种方案可用于移位寄存器（如74LS194）和加法器构成。
3.5数值比较及音响提示电路
实验要求当设置的被乘数和乘数超过9时进行声响提示，因此需一个数值比较电路。数值比较电路可用基本门电路按组合电路设计的方法来设计，也可采用中规模集成器件（7485）实现。仿真时注意，PROTEUS软件中调入的报警器BUZZER默认工作电压是12V，若让7485芯片的输出直接驱动，需设置其工作电压，本仿真电路设为0.5V。
3.6译码显示电路
PROTEUS软件中有内含译码功能的4输入端显示数码管，为让学生熟悉译码及显示过程，也可采用7输入端的数码管进行显示，这时就需要译码电路。译码器可让学生采用门电路设计完成，也可用集成译码芯片（如7447、7448等）来实现。
3.7码制变换电路
码制变换电路用来将8位二进制数转换为BCD码，这个功能采用CPLD或单片机编程是很容易实现的，但考虑到学生所掌握的数字逻辑知识，要求采用硬件电路来完成。74185是一个5位二进制—BCD代码转换器件，本文要求的码制变换电路可用两片74185来构成，但因PROTEUS软件中没有74185的仿真模型，可利用所学知识自行设计一个码制变换电路，转换原理是：对给出的二进制数，算出其对应的十进制位数，设计一个对应位数的BCD加计数器，以给定的二进制数为初值，做减1计数，同时BCD加法计数器做加1计数。当二进制计数器减到0时，停止计数，此时BCD计数器中的值就是转换后的十进制数。
4结语
本实验课题是2015年笔者所申请的一个开放实验项目，学生完成后普遍认为受益匪浅。在具体实施时，在实验任务中只给出设计题目及要求，教师简单讲解组合电路和时序电路设计的基本流程、二进制乘法器原理、码制转换原理以及数码管显示原理等相关知识，由学生自主查阅资料，确定设计方案，设计电路并进行PROTEUS仿真，最后提交一份完整的实验报告。实践证明，通过PROTEUS软件实现虚拟仿真实验具有较强的直观性，此综合实验可巩固和加深学生对数字电子技术理论知识的理解，掌握数字电路综合设计的方法，培养独立分析问题和解决问题的能力及创新实践的能力。
参考文献
[1]周围,于波,韩建.基于Multisim的硬币存钱箱仿真实验设计[J].实验科学与技术,2015,13(5):3-5.[2]傅晓程,阮秉涛,樊伟敏.基于FPGA的九九乘法表实验[J].实验科学与技术,2014,12(3):68-69.[3]邵鸿翔.九九乘法表系统的设计[EB/OL](2012-06-29)[2017-12-01].[4]道客巴巴.单片机应用——九九乘法表判断器[EB/OL](2013-03-16)[2017-11-01].
第二篇：数字电路课程设计四路抢答器附proteus仿真下载
宁波理工学院
数字电路课程设计（论文）
题 目 基于74LS171的竞赛抢答器电路分析
姓名
学号 专业班级 指导教师
学 院 信息科学与工程学院
完成日期 2013年6月6日
I Proteus文件下载地址
：http://pan.baidu.com/share/link?shareid=3232147993&uk=1662325156
摘 要
74LS系列芯片在生活中有广泛的应用。
其中“74”指的是商用器件，与“54”是军用不同，它的适用温度范围为0℃ ～ 70℃；而军用的适用温度范围要广为-55℃～125℃。
LS等是子系列名称。L:低功耗;H:高速;S:肖特基;LS:低功耗消特基;ALS:先进低功耗肖特基;AS:先进肖特基;LS：低功耗消特基
即74LS为商用低功耗肖特基系列。本竞赛抢答器主要用到74LS171芯片。本课题设计是“四人抢答器”。主要是通过本次课程设计掌握四人抢答器电路的设计流程和设计原理图。并学会用proteus做出四人抢答器电路的仿真与分析。且通过这次课程设计学会用不同的芯片设计简单的抢答器电路。
关键词：竞赛抢答器；单周期脉冲信号；74LS171
II
III
第1章
电路介绍
1.1 主要器件介绍
本次实验是以四人抢答电路为例。四人参加比赛，没人一个按钮，其中一人按下按钮后，相应的指示灯点亮，并且之后按下的按钮不起作用。
竞赛抢答器以74LS171四D触发器为核心器件设计四人竞赛抢答电路。74LS171内部包含了四个D触发器，各输入、输出以序号相区别，如下图：
其中CLK端为时钟端，MR为清零端（低电平有效）。
1.2 部分电路设计
按键设置模块，设计为按键悬空是，D0„..D3接地，没有向该端口发送脉冲信号。按键另一端接电源，按键按下，电源脉冲信号送到D0„..D3端口。（R1,R2,R3,R4，R5,R6,R7,R8为330欧姆。R9为100欧姆。）
本次实验难点是其中一人按下按钮后，相应的指示灯点亮，之后按下的按钮不起作用。要起到这样的作用设计了两个“与非”门电路。当按键按下后，最先按下的Q端输出信号为1，那么Q非为0，这里采用“与非”门，即便其余按键按下后，有一个输出信号为0，那么一与非输出为1，这就使得74LS171时钟端被封住了，此后其他输入信号对系统输出不起作用了。输出的信号1在经过与非门输出信号0，它与时钟信号再与非，那么时钟信号输出信号均为1。（这里用到74LS20和74LS00）
电路显示部分为四个发光二极管，串联着四个330欧姆的电阻。
其中清零信号用于赛前清零。清零后四个二极管均熄灭，电路反向输出均为1，时钟端“与”门开启，等待输入信号。
第2章 竞赛抢答电路分析
当按下#1后，D1发光二极管被点亮，同时系统的时钟输入端被锁定。再按其余按键，均无反应。
第3章 总结与展望
本课题设计是“四人抢答器”。主要是通过本次课程设计掌握四人抢答器电路的设计流程和设计原理图。并学会用proteus做出四人抢答器电路的仿真与分析。且通过这次课程设计学会用不同的芯片设计简单的抢答器电路
本次电路设计重在原理图的设计，并研究了制作流程。其难度在于一人按下按钮后，相应的指示灯点亮，之后按下的按钮不起作用。本次实验聪明的利用了与非门电路，有效的解决了这一问题。其次实验运用74LS171芯片，拓展了对74系列其他芯片的了解。本次实验可以很好的拓展，学会利用不同型号的芯片来制作抢答器。实验给我的收获很多，充分的想办法解决问题很是关键，利用缺乏的资源做到相同的效果当是我们学习的目的和解决问题的途径
第三篇：数控仿真探索论文
探索斯沃数控仿真软件课堂教学
王建 裘敏浩 赵传彬
贵州电子信息职业技术学院 贵州 凯里 邮编 556600 摘 要：初学者在数控实习教学过程中易发生安全事故，造成机床和人身伤害。数控加工仿真系统是基于虚拟现实的仿真软件，是利用计算机来模拟实际的加工过程。采用数控仿真软件教学，不仅降低了运行成本，而且给学生更多的练习机会，在各种仿真过程中熟练掌握数控机床的加工生产技术，训练学生实习操作的技能技巧，提高数控教学水平。但数控加工仿真系统是一种模拟软件，它不可能完全代替实训。
关键词：数控技术 仿真软件 数控教学
研究目的：数控技术自问世以来，给世界各国制造业带来了革命性的变化。现在数控技术已成为制造业，特别是先进制造业的核心，也是体现一个国家综合国力水平的重要标志。企业的制造能力、适应市场能力和竞争能力都是建立在数控技术之上。随着我国制造业的蓬勃发展，需要大量掌握现代化制造技术的人才，特别对一线数控技术工人的需求量非常大，这就要求职业学校培养具有高技能的技术人才。但只在课堂上传授理论知识，比较枯燥乏味，学生很少有学习兴趣。因此，探索出一种投入小、见效快、学生容易理解且可以在课堂上操作给学生看的教学模式势在必行。
一、数控教学中应用数控仿真软件在的优点
要学好一门技术就要经过大量的实习实践，而数控技术更是一门实践性强的课程，良好实习环境是数控教学必不可少的条件。而数控实习设备属于的高科技产品，价格高，一台数控车或数控铣至少在10万左右，而一台数控加工中心要30万左右，多则达数百万。而且每个班级基本上都有五六十人左右，实习设备是远远不够的。从数量上和成本安全性上考虑，都不大适合学生的普及性教学和实训。如果数控机床的实训完全按照实操进行，需购置大量设备来满足学生实习，这样投入大、消耗多、成本高，一般学校难以承受，而使用数控加工仿真软件是解决此不足的主要途径，它既能解决实训设备不足、学生实习时间少的问题，又能解决初学者由于对数控系统及操作面板不熟悉而造成的安全问题，提高学生对数控系统操作及控制面板的熟悉度，让学生大胆地通过仿真对所编程序进行验证，使实习的安排达到多样化，提高学生的学习兴趣和编程能力，使数控技术的教学投入少、见效快，是一种经济实用、安全可靠、功能多样的教学辅助工具。
二、在数控教学中的应用数控加工仿真软件方法
在学习数控加工仿真软件前，一般是学生完成了专业基础理论教学（如机械基础，机械制图等）、专业基础实训教学（如钳工，普通车工等）的基础上进行的，仿真教学的目的是充分利用现有的资源，训练学生实习操作的技能技巧。怎样运用好数控加工仿真系统，使其发挥最好效果，具体应做如下几点：
1.在数控教学初期
在教学初期，主要以理论教学为主，学习数控编程的理论知识（如指令格式、编程方法等问题）。但同时在教学中应穿插数控仿真软件的学习，仿真软件主要解决软件的安装及基本的使用问题（如下1-1图）。可先用多媒体将数控仿真软件对学生进行集中训练，使学生对仿真软件的使用有全面的了解，然后让学生上机练习仿真软件的使用。
图1
2.教学中期
经过初期的软件学习后，学生基本掌握了数控机床面板及数控仿真软件的操作方法，数控教学应将理论与仿真有机结合起来，理论教学以编程方法和工艺为主，而仿真训练主要进行程序的输入、校验等练习，同时让学生了解不同数控系统（如下几图：1法拉克、2西门子、3广数、4华中等操作系统）的操作方式，将理论与实践结合起来。
图2法拉克
图3西门子
图4广州数控
图5华中数控
3.教学后期
数控加工仿真软件只是一种模拟教学软件，是对加工过程的模拟，并非真实的加工过程，它不可能完全代替教学，尤其是数控加工实训。在数控教学中，往往由于过分依赖仿真系统，而忽视了机床加工练习。因为仿真软件与实际机床有着本质的区别，仿真软件无法替代学生在机床上加工时的真实感受，特别在切削用量的选择方面。因此，教学后期要合理安排时间，将仿真训练与实际数控机床操作训练有机结合，尽量让学生在机床上进行零件的加工训练，而仿真软件此时只是对程序验证的工具，学生可先在仿真系统上将零件模拟加工出来，然后再上机床实际加工，这样可以保证程序的正确性，减少在加工的过程中因程序问题而造成的安全事故。
华中数控仿真模拟“数控铣”加工零件示意图
华中数控仿真模拟“数控车”加工零件示意图
总结：把数控仿真软件用于数控教学中，将有利于改进教学方法，提高教学水平。但同时要正确处理仿真与实际操作的关系，不能用仿真软件完全代替数控实习，应合理安排仿真与实际操作的时间。
教育是高投入、高产出的行业，如何利用现有的资源和设备，以最少的成本，培养具有现代化数控技术应用和开发能力的新型数控车（铣）加工中心人才，将是职业教育探索的方向。
作者简介：王建 男 贵州电子信息职业技术学院助教 研究方向：机械类专业基础课程教学、研究
第四篇：Proteus在电子实践教学课程中应用的研究论文
[摘要]本文介绍了PROTEUS软件在实践教学中的重要作用，阐述了该仿真软件的优势，通过实例说明虚拟仿真在电子设计方面的应用。
[关键词]Proteus 软件 仿真 实践教学
一、前言
伴随着计算机技术的迅猛发展虚拟仿真实验室应运而生，将计算机仿真技术引入电子线路课程设计教学之中，是对传统实践教学和电子电路设计的重大突破。先在计算机上进行虚拟设计、仿真，然后将结果应用到实际电路之中，既降低了设计成本，又缩短了整个设计的周期，从而提高了效率。作为传统实验的重要补充，虚拟实验丰富了实践性教学的手段，有利于现代实验教学观念的更新。例如，对于嵌入式系统开发的爱好者而言，往往没有足够的资金购买昂贵的开发板来进行开发，这时可以选择通过软件仿真来学习嵌入式系统开发。Proteus 是目前最好的能够虚拟嵌入式系统开发中常用的处理器和外围器件的EDA 工具。另外，仿真技术在电子线路课程设计中的应用提高了学生综合分析电路的能力和开发设计的能力，为今后更高层次的设计和实践打下基础。
二、PROTEUS 软件简介
PROTEUS软件由Labcenter公司开发，是目前世界上最先进、最完整的嵌入式系统设计与仿真平台，可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能，是目前唯一能够对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具。微控制器系统相关的仿真需建立编译和调试环境，可选择Keil C51uVision2 软件。该软件支持众多不同公司的芯片，集编辑、编译和程序仿真等于一体，同时还支持PLM、汇编和C语言的程序设计。它的界面友好易学，在调试程序、软件仿真方面有很强大的功能。
Proteus VSM的核心是ProSPICE，这是一个组合了SPICE3f5模拟仿真器核和基于快速事件驱动的数字仿真器的混合的仿真系统, SPICE 内核的使用使您能采用数目众多的供应厂商提供的SPICE 模型, 目前该软件包包含有约6500个模型。Proteus VSM包含大量的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪、函数发生器、数字信号波型发生器、时钟计数器、虚拟终端以及简单的电压计、电流计。此外仿真器能通过色点来显示每个管脚的状况，这点在单步调试I/O 码时绝对非常有用。
Proteus VSM最主要的特点是它能把微处理器软件作用在处理器上并和连接该微处理器的任何模拟和数字器件协同仿真。微处理器模型和其它器件的模型一道驻留在原理设计中，它仿真执行目标码，就像在真正的单片机系统上。如果程序代码向一个外设口写, 电路中逻辑电平会相应变化，如果电路改变了微处理器管脚的状态，这些也可以在您的程序代码中看到，如同真实系统一样。
PROTEUS VSM FOR ARM/LPC2000 包含做PHILIPS 公司LPC2000 系列设计仿真所需的一切。支持ARM和THUMB 指令集。支持片上外设：GPIO, timers, RTC, UARTS, SPI, I2C, MAM,PLL, ADC and watchdog timer 等。支持VIC 中断子系统。在3G 的PC 环境下可以做10MIPS 的仿真。可以装载ELF/DWARF2 格式文件进行源码调试。可以利用IAR Embedded Workbench 和KeilUV3 与PROTEUS 进行联调。这个软件包包括: ISIS 原理图输入系统。PROSPICE 交互式仿真引擎。LPC2000 系列处理器模型。ARM7TDMI 和ARM7TDMI－S 内核模型。可以用高级图形仿真工具来做基于图表的仿真。由PROTEUS VSM仿真通过的设计可以直接导入到ARES 中进行PCB 设计。
三、PROTEUS 软件仿真的优势
采用Proteus 仿真软件进行虚拟实验, 具有比较明显的优势,如涉及到的电子元件丰富、实验内容全面、硬件投入少、实验过程中安全、损耗小、与工程实践最为接近等。
1．电子元件丰富，内容全面
Proteus软件提供了数千种元器件，它能实验的内容包括软件部分的汇编、C 等语言的调试过程,也包括硬件接口电路中的大部分类型。对同一类功能的接口电路, 可以采用不同的硬件来搭建完成, 可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。该软件可以加快电路系统开发的速度，节约开发成本，提高开发效率。
2．硬件投入少，经济优势明显
Proteus 所提供的元件库中, 大部分可以直接用于接口电路的搭建, 同时该软件所提供的仪表, 不管在质量还是数量上, 都是可靠和经济的。如果在实验教学中投入这样的真实的仪器仪表, 仅仪表的维护来讲, 其工作量也是比较大的。因此采用软件的方式进行教学, 其经济优势是比较明显的。
3．接近实践，提高解决实际工程问题的能力
采用仿真软件后, 学习的投入变得比较的小, 而实际工程问题的研究, 也可以先在软件环境中模拟通过, 再进行硬件的投入,这样处理, 不仅省时省力, 也可以节省因方案不正确所造成的硬件投入的浪费。最后将仿真调试成功的电路移植到一个具体的硬件电路中进行测试。将仿真软件和具体的工程实践如何结合起来, 利于对工程实践过程的了解和学习。
4．实验过程中安全，仪器多、损耗小
采用Proteus 仿真软件进行的实验教学,可以将大量教学信息直接地表现出来,节约大量昂贵的实验仪器费用,调动学生的学习积极性和主动性,为实践性教学设计过程带来了很大的灵活性,并且打破了空间和时间的限制,避免真实实验或操作所带来的各种危险,则不存在因操作不当而造成的元器件和仪器仪表的损毁, 也涉及到仪器仪表等工作时所造成的能源消耗的问题。
5．采用多媒体教学，丰富了实践性教学的手段
在教学上虚拟实验采用局域网多媒体教学，通过局域网实现教师机对学生机同步演示电路图并讲解其原理，学生根据电路原理图在虚拟实验系统提供的元件库中找到相应的虚拟元件。实验完成后将数据输入到电子实验报告系统中，自动生成实验报告，教师再通过主机将每位学生的实验报告收上来进而完成整个实验教学。
四、教学实例
1．在Proteus 软件平台中绘制原理图
Proteus 软件绘制原理图先从软件包的器件库里取出所需的元件符号并在绘图区布局好, 同时编辑好元件的参数, 接着进行连线, 添加必要的网络标号等步骤。
2．编写程序
(1)对于汇编语言，可直接在Proteus软件平台编写、编译程序，再把产生HEX 文件导入到AT89C51中。
(2)也可打开第三方软件Keil Vision3, 新建项目, 选择微处理芯片, 然后编写程序, 编译源程序。产生HEX 文件, 并选中Use Proteus VSM Simulator。该温控电路主要程序如下：
******************************************
DAT BIT P2.0;数据通信口
WDLSB DATA 30H;读出的温度低字节
WDMSB DATA 31H;读出的温度高字节
MAIN: MOV SP,#60H
MOV P2,#0FFH
MOV R2,#8
MOV R0,#40H;
OVER: MOV @R0,#00H;清显示缓冲
INC R0
DJNZ R2,OVER
MOV TMOD,#21H;T0=16B Counter,T1=8B autoload
MOV TH1,#0FDH;串口波特率9600@11.0592M
MOV TL1,#0FDH
MOV SCON,#50H;串口方式1: 8,N,1MOV PCON,#00H
MOV TH0,#LOW(65535-10000)
MOV TL0,#HIGH(65535-10000)
SETB EA
SETB ET0
SETB TR1
SETB TR0
LOOP: LCALL DSWD;调用读出DS18B20温度程序
SJMP LOOP;读出DS18B20温度程序
DSWD:
CLR EA
LCALL RSTSNR
JNB F0,KEND;如果没有应答，返回主程序
MOV R0,#0CCH
LCALL SEND_BYTE;跳过ROM匹配
MOV R0,#44H;发出温度转换命令
LCALL SEND_BYTE
SETB EA
MOV P1,#00001111B
MOV 48H,#1;延时75ms以上准备读
SS2: MOV 49H,#25
5SS1: MOV 4AH,#255
SS0: DJNZ 4AH,SS0
DJNZ 49H,SS1
DJNZ 48H,SS
2MOV P1,#11111100B
CLR EA
LCALL RSTSNR
JNB F0,KEND
MOV R0,#0CCH;跳过ROM匹配
LCALL SEND_BYTE
MOV R0,#0BEH;发出读温度命令
LCALL SEND_BYTE
LCALL READ_BYTE
MOV WDLSB,A
LCALL READ_BYTE
MOV WDMSB,A
LCALL TRANS12
KEND: SETB EA
RET
******************************************
3．电路的调试与仿真
对于汇编语言程序可直接在Proteus平台编译、仿真和调试程序，如果采用第三方软件Keil编程（C语言或汇编语言）可按照以下步骤进行仿真调试。
(1)打开Proteus 绘制电路图, 在AT89C51 中导入在Keil平台中编译出的HEX 文件,选中Use Remote Debug Monitor。
(2)在Keil 中选择调试,可顺序和单步运行程序, 调出Proteus ISIS 界面, 在Debug 菜单下选择Virtual Terminal, 打开虚拟终端, 在键盘上按键, 在虚拟终端窗口中就会显示相应的字符，调节虚拟的温度传感器（DS18B20）温度，就可在数码管中显示准确的温度值。
五、结束语
Proteus仿真与传统的实验教学相比,虚拟实验教学方法效率更高、互动性更好。传统实验是在实验箱进行，实验室提供的仪器和实验箱上提供的元件有限，只能完成一些常规实验。而在虚拟实验平台上提供了大量的虚拟仪器和电子元件供学生使用,这样就可以在虚拟实验教学过程中激发学生的创造性，这是传统实验教学无法比拟的。
参考文献：
[1]许文斌.proteus 软件在单片机系统仿真实验教学中的应用[J].商业经济，2006，(3).[2]代启化.proteus 在单片机电路系统设计中的应用[J].自动化与仪器仪表，2006，(6).[3]周润景，张丽娜.基于Proteus 的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京航空航天大学出版社，2006.5.
第五篇：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。
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