单片机应用课程设计指导书

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1、课程名称：单片机应用课程代码：074112029适用对象：自动化专业学分/周数：5/5先修课程：单片机原理与接口技术一、课程设计目的：大学本科学生动手能力的培养和提高是大学本科教育的一个重要内容。如何让学生在学好基础知识的同时，迅速掌握应用技术，实验与课程设计环节起着非常重要的作用。本课程设计的目的，是让自动化专业学生通过课程设计，首先建立起单片机应用系统的概念，根据实际的系统设计要求，掌握初步的单片机系统设计方法，从硬件系统和软件系统设计两个方面得到实际的提高，为今后的毕业设计打下良好的基础。二、课程设计描述及要

2、求：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。图1、数字调节器使用图图2、数字调节器硬件系统框图要求：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。4、数字调节器有一路4

3、~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。三、时间安排计划：第15周：周一讲述课程设计任务，数字调节器概念，SPI总线，A/D，D/A。要求学生在第一周完成资料的查阅工作。完成课程设计报告的1、2、3节的撰写。第16周：周一讲述如何使用Protel软件画

4、原理图。检查第15周的资料查询效果。要求学生完成数字调节器原理图的设计。第17周：周一讲述如何使用Protel软件画PCB板图。检查数字调节器原理图。要求学生完成数字调节器PCB板图的设计。第18周：周一讲述数字PID控制算法。检查数字调节器PCB板图。要求学生编写抗积分饱和数字PID程序，编写A/D采集、D/A输出和静态显示程序第19周：要求学生完成课程设计报告的撰写。四、电压转电流电路简介图3电压转电流电路图如图3所示的电路是电压转电流电路的一种，其工作原理为：(1)由运算放大器的工作原理可知：(2)(3)联合

5、公式1、2、3得到：电阻R2两端的电压为：电阻R2两端的电流为：因为运算放大器输入的高阻状态：因此，如果：为1~5V，，则输出电流为4~20mA。五、数字调节器PCB板元件布局简图设计PCB板图时，可以图4的指示摆放元器件。图4数字调节器PCB版图元件建议布局图六、课程设计报告书写格式要求为了培养学生严谨的工作态度，锻炼学生编写文档的能力，要求实验报告包括下面主要部分（即报告大小标题）：目录1、课程设计功能描述2、课程设计分析3、课程设计用资料31、数字调节器介绍3.2、SPI总线简介3.3、74HC595、TLC

6、1543、TLC5615芯片简介3.4、电压转电流电路介绍4、硬件电路原理图设计5、硬件电路PCB板图设计6、数字PID控制算法7.1、抗积分饱和数字PID控制算法原理7.2、抗积分饱和数字PID控制算法流程图7.3、积分饱和数字PID控制算法源程序7、调试运行结果及分析8、课程设计经验教训和心得体会附录1、数字调节器原理图附录2.、数字调节器PCB板图附录3、数字调节器部分源程序（A/D采集、D/A输出，静态显示）注意：1.课程设计报告20页左右打印版。2.格式要求：一级标题：四号（宋体），1.5倍行距，加粗二级

7、标题：小四号（宋体），1.5倍行距，加粗正文：小四号（宋体），1.5倍行距