计算机控制技术课程设计指导

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1、计算机控制技术课程设计指导书 目 录一、目的3二、设计内容3三、设计要求及实现步骤41、过程与分工42、焊接与测试43、板卡初始化和程序编写54、基本功能实现65、扩展功能实现66、报告格式6四、通信协议说明9五、电路原理图11六、元件放置图12八、元件清单16九、技术支持(常见问题解答)18一、目的 考查学生的动手能力、综合分析问题能力、处理问题的能力、沟通能力、团队协作能力，将所学的专业知识和专业技能运用到计算机控制技术课程设计中，在规定的时间内完成电路板的焊接、基本功能的实现和课程设计报告。二、设计内容 计算机控制技术课程设计采用凌阳系列16位单片机为微处理器，构建一个微型的电机控制系统

2、，实现对步进电机的速度和方向控制，并利用串口通信实现上下位通信，实时监控电机的运行状态。在设计过程中，采用自动控制算法(如PID算法或者其他算法)控制电机的运动，对电机的运行过程进行监控。硬件部分采用单片机的最小系统，检测传感器输入信号，输出电机控制信号，并将数据传送到上位机观测电机运行过程，同时接收上位发出的命令和电机的控制内容，控制电机按照要求运行。设计时间为10天时间。三、设计要求及实现步骤1、过程与分工 本课程设计主要是针对计算机控制技术，以3个同学为一个小组，3人共同协作完成课程设计。在设计规定时间内(10天)完成板卡制作和设计报告，每个小组选出一位小组组长，组长安排所在小组的工作进

3、度，并对每位组员进行明确分工，3位组员共同协作完成课程设计。2、焊接与测试设计过程第一个阶段要求完成板卡的焊接，主要过程如下: （1）练习使用烙铁、镊子、钳子等工具。在焊接正式电路板之前，先熟练焊接过程，练习使用烙铁，配合镊子，焊锡焊接电阻、电容等一些常用的元器件。 （2）焊接电源模块器件。首先，使用万用表测试电路板正电源与GND之间是否有短路现象，如发现光板上有短路现象，及时向指导老师报告，更换电路板:然后，认清电源模块器件的类型(电阻、电容、芯片)、放置方向(电解电容的正负极方向、芯片的管脚方向)、摆放位置(见电路原理图和元件放置图);再对电路板电源模块器件进行焊接;最后，使用万用表测试电

4、路板上的电源模块在焊接过程中是否出现短路和断路(虚焊)情况，焊接成功为输出电压正常，电路板电源指示灯亮。 （3）焊接主芯片模块。主芯片模块是凌阳单片机CPU工作模块，包括晶振电路、复位电路、下载电路、锁相环电路。注意主芯片的芯片座管脚方向和下载电路中的74LS244芯片DIP插座的缺口方向。 （4）焊接IO口模块和指示灯模块。IO口模块为输出设备，焊接器件主要是电阻和各种接插件，注意电阻大小和接插件方向:指示灯模块是LED灯，LED灯有正负极，焊接前用万用表量出LED灯的正负极（LED正接万用表时，发出微弱光芒），然后参照电路原理图和制板图，焊接LED。（5）焊接串口模块。串口模块是用串口实现

5、与上位机通信，焊接DB9串口座，贴片电解电容和串口MAX232芯片，先熟悉电解电容的正负极标志，查看电路图上的电容的正负极位置，焊接完成后，先检查电容的正负极是否与电路图保持一致，在确认正确无误的情况下进行上电测试。（6）焊接电机检测信号和控制信号模块。电机检测信号和控制信号模块主要焊接DIP芯片座和输入输出信号接插件，焊接时注意DIP芯片座缺口方向和接插件方向，焊接完成后对74LS245测试，检测芯片的输入输出电压和芯片电压是否正确。3、板卡初始化和程序编写 电路板卡初始化主要包括测试板卡的下载电路、IO口电路和串口电路，实现电路板可以进行程序下载，LED指示灯动态闪烁，IO口输出莫频率的方

6、波信号，上下位机进行串口通信。程序主要包括LED闪烁程序，IO方波程序和串口通信程序。4、基本功能实现基本功能实现包括:（1）电路板能正常工作，输出方波信号，检测输入的方波信号的频率。（2）实现与上位机(PC机)串口通信，通信遵守所给出的通信协议。通信过程中与上位机程序对接，要求电路板串口传送的数据在上位机显示。（3）采用PWM和I/O两种方式驱动外部电机，采用PID算法或其他的算法，控制电机转动方向和转速。（4）通过测试，判断电机最高启动频率和电机运行中最大空载转速（忽略码盘的影响）。5、扩展功能实现扩展功能实现包括:（1） 电路板IO口能输入模拟信号，并对模拟信号采集。（2） 扩展通信协议

7、，如制定用于其他系统的协议设定，如温度侧量、压力测量等。（3） 电机控制过程中采用复杂的PID算法或其他的算法，动态的调节电机的速度和方向，并给出测试数据或测试结果。6、报告格式报告在课程设计完成后提交电子文档和打印纸质文档，报告内容包括:1、课程设计的思路和设计说明。2、设计过程中方案(软件方面或者硬件方面)的比较，论证。3、程序流程图。程序算法中所用到的物理公式或者数学公式要详细说明。4、问题解决过程。在设计和调试过程中出现的主要问题如何解决的，没有解决的问题说明现象和原因。5、提交测试数据或者测试结果，给出分析结论。6、每个小组提交一份报告，报告内容中注明个人完成的内容。报告格式要求如下

8、:1、封面部分: 计算机控制技术课程设计居中，加黑，未体，二号 小组名称一一加黑，宋体，三号(小组名称由各个小组拟定。) 小组成员加黑，宋体，三号 完成日期一加黑，宋休，三号 实例:计算机控制技术课程设计 联合小组xxx xxx xxx学号l学号2学号32005.06. 202、标题部分: 计算机控制技术课程设计居中，加黑，宋体，三号(标题1) 原理左对齐，加黑，宋体，小三号(标题2) 方案比较左对齐，加黑，宋体，四号(标题3)3、页眉:重庆邮电学院自动化学院计算机控制技术课程设计一一宋体五号4、正文部分采用小四号宋体字，全角中文标点，英文和数字一律采用半角。正文每页28行，1. 25倍行距，

9、每行32-35个汉字。所有页面设置为:（A4纸)。5,页码部分为:第几页共多少页这种格式一一宋体 五号7、插入图片和表格部分:流程图和表格中的字体、数字一一宋体 五号四、通信协议说明1、协议格式 Start，Length, Command, D0, D1，Dn, Checksum2、协议内容 Start=0x15 (21) 0xAA (170);表示数据错误。 0x55 (85):表示数据正确。3、命令格式上位机发送Command=0x3C(60)，表示设置电机方向和速度，其中dl ,d2表示电机速度，低位在前，高位在后(电机速度1000r/min ) 。0x15，0x07，0x3C, 0,

10、dl，d2, CheckSum:表示通知电机正转。0x15，0x07, 0x3C, 1，dl，d2, CheckSum:表示通知电机反转。单片机回送只表示收到数据正确或错误，即回送:0x15 (21)，0x04 (5)，0x3C (60)，0x55 (85)，0x55 (85):下位机收到数据正确0x15 (21)，0x04 (5)，0x3C (60)，0xAA (170)，0x00 (0):下位机收到数据错误 上位机发送Command=0x3D (61)，表示随机发送一组数据给下位机，下位机将收到的数据完整的返还给上位机。例: 0x15 (21)，0x09 (9)，0x3D (6l)，1，2

11、，3, 4，5，0x96(150) 表示上位机发送数据为:1, 2, 3, 4, 5这5个数据。 下位机返还: 0x15 (21)，0x09 (9)，0x3D(61)，1, 2, 3, 4, 5, 0x96(150)，通过上位机观察，可知道通讯是否正常。4、上位机发送:0x15 (21)，0x05, 0x3E (62)，1, 0xA7(l67)。表示通知下位机开始传送电机转速数据。 下位机回送:0x15, 0x06, 0x3E(62)，d0, dl, CheckSun。用两个字节表示 电机速度，低位在前，高位在后。 如果下位机回送:0x15 (21)，0x05 (5)，0x3E (62)，0x

12、AA (170)，0xFE (254)。 表示下位机收到数据错误。5、上位机发送:0x15 (21)，0x05, 0x3E(62，0, 0xA8(168)，表示通知下位机停止传送电机转速数据。 单片机回送只表示收到数据正确或错误，即回送: 0x15 (21)，0x05 (5)，Ox3E (62，0x55 (85)，0x53 (83):下位机收到数据正确 0x15(21)，0x05(5)，0x3E (62)，0xAA(170)，0xFE (254):下位机收到数据错误。五、电路原理图六、元件放置图七、电机说明 设计中采用的电机型号为K2BYG016,驱动器为KD-201型步进电机驱动器。KD-2

13、01步进电机驱动器采用双极性双全桥电路。最大驱动电流2A/相。最大驱动电压为直流40V。 电机K2BYG016接线说明: 红 棕 黄 绿 白 黑 A B 空 空 KD-201型步进电机驱动器驱动二相步进电机。控制信号与内部实现光电隔离。整半步可自由设定、电流可调。主要供42BYG相电流小于2A，使用电压小于40V的混合式步进电机驱动使用。技术规格: 1、供电电源:直流最大40V。 2、适用电机:39BYG, 42BYG, 57BYG, 85BYG, 86BYG等二相混合式系列电机。 3、驱动电流:每相最大驱动电流为2A。 4.驱动形式:恒流斩波。 5、分配方式:整步(2-2)分配，半步(2-1

14、)分配，可自由选择。使用方法: 1、电压在小于10V时电源正极接E低、负极接地。 电压在大于10V时电源正极接E高、负极接地。 2、电流可按使用电机的相电流需要匹配调整。 3, A, A接二相电机A相线圈的头和尾，B, B接二相电机B相线圈头和尾。线圈的头和尾是相对而言，改变任一线圈的头和尾就会改变电机的转向。四位拨动开关的使用:1、开关1为方向设定，内控时可按需要自由设定。在外控时必须在正的位置。2、开关2为走步讯号设定，当开关拨向内时电机转动，这是为内部讯号驱动电机，当由外部讯号控制时，应拨向外的位置。3、开关3为电机半步/整步设定，可根据用户需要自由设定。4、开关4为定向开关，在正常使用

15、时，应处在关的位置，如拨向NO时，则电机定固定的一相线圈通电，则电机不动，也不受控制。按线插座的使用说明: 1、电源接线: 、E高:当驱动电压大于l0V时，正极接此座，使用时最大不能大于40V, 以防损坏模块。 、E低:当驱动电压小于10V时，正极接此座。 、地:驱动电压E高、E低的的负极接此座。 、A A:接电机A相线圈的二根引线。 、B B:接电机8相线圈的二根引线。 2,控制信号接线: 、CP:接控制器发给步进电机的走步脉冲信号线。 、CW:接控制器发给步进电机的走步方向信号线。 、VP:接CP和CW信号的负极，即逻辑电路电源的负极、本驱动器内部设计接收信号为RTTL电平，即5V电平，如

16、其它逻辑电平信号需要接限流电阻，否则可能损坏光祸元件。 内部结构说明图当TTL电平控制时:即逻辑电平为5V外部R=0如逻辑电源为12V 外部R=510如逻辑电源为24V 外部R=1.5k八、元件清单Part TypeDesignatorFootprintDescription0.1C90805Capacitor0.1C80805Capacitor0.1C120805Capacitor0.1C50805Capacitor0.1C70805Capacitor0.1C40805Capacitor0.1C60805Capacitor0.1C30805Capacitor0.1C100805Capacit

17、or0.1C110805Capacitor0.1uFC250805Capacitor0.1uFC190805Capacitor1.5KR408051.5KR208051.5KR108051.5KR308051KR608051uC201206Electrolytic Capacitor1uC221206Electrolytic Capacitor1uC211206Electrolytic Capacitor1uC231206Electrolytic Capacitor3.3KR1208053.3KR1308053.3KR1108053.3KR3308053.3VZ1SMD_DIODE1Zener

18、 Diode10KR8080510KR10080510KR9080510uFC150805Capacitor20PC180805Capacitor20PC170805Capacitor32.768KX132.768KCrystal33R31080533R32080533R29080533R30080574ALS245U4DIP-2074HC244U7DIP-2074LVC14U6DIP-14100R140805100R150805100R280805100R160805100R190805100R180805100R200805100R170805100R220805100R210805100

19、R240805100R230805100R250805100R270805100R260805220u/16VC13CAP2Electrolytic Capacitor220u/16VC14CAP2Electrolytic Capacitor500PC240805Capacitor3300PC160805CapacitorAS2830-3.3U2TO-220_1DB9DB1DB9RA/FEZ_PROBEJ2SIP-5ConnectorHEADER 5X2SW2IDC10HEADER 5X2SW1IDC10KEYSW3KEYLEDD5LEDXLEDD4LEDXLEDD6LEDXLEDD7LEDX

20、MAX232CPEU5SO-16MOTORJ1SIP6ConnectorPOWERD3LEDXSFBJ3SIP-3ConnectorSPCE061A(PLCC84)U3PLCC84(DIP)USB-HHEAD1USB-H九、技术支持(常见问题解答)Q1:如何使用烙铁焊接贴片电阻和电容?A1:采用烙铁和镊子一起动作，镊子主要控制贴片电阻和电容的位置并固定。Q2:如何知道电阻大小?A2:电阻上数字代表电阻阻值，如下: 301=300欧 计算公式:30 101=300欧 300=30欧 计算公式:30 100=30 欧Q3:如何知道电容极性?A3:查看电容的两端颜色是否一致，一致则为无极性电容，不一

21、致为极性电容，出现黑色的一端或者出现“”状的为正极。Q4:检测电路板短路和断路?A4:用万用表检测地线和电源线是否短路，数据线或者控制线是否与电源或者地线串接，传接即为短路。上电过程中如发现电源芯片温度很高，则有可能发生电源短路，应关闭电源，查找原因。查看电路图，所有芯片的电源应该短路在一起，否则为断路，更换电路板或者将电源短接。Q5:如何知道LED灯极性?A5 ; LED可以用万用表点亮，当LED灯正极接万用表正极，负极接负极时，LED灯发出微弱的光芒，反之则不会发光，焊接时，LED正极连接到电阻一端，负极连接到单片机工IOA口端。Q6:程序下载到电路板失败?A6:编译器的程序方式不对，在IED编译环境下选择EZ-PROB模式:电路板上的跳线不对，在EMU1跳线端应该脚2和脚3短接，下载调试模式。脚1和脚2短接为自动工作模式。Q7:串口通信始终发送不对?A7:下位机串口程序不符合通信协议规范;单片机程序中没有对单片机初始化(watchdog设置，串口中断设置等)。调试串口通信使用串口通信助手等软件进行调试。