《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程教學(xué)大綱

編寫人：XXX審定人：XXX

編制時(shí)間：審定時(shí)間：

一、課程基本信息：

課程名稱計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

英文名稱ComputerControlTechnology

課程編碼

開課單位XX所

□通識(shí)教育必修課程□通識(shí)教育核心課程

課程類別口通識(shí)教育選修課程口學(xué)科基礎(chǔ)平臺(tái)課程

口專業(yè)基礎(chǔ)課程V專業(yè)必修課程口專業(yè)選修課程

課程性質(zhì)J必修口選修

學(xué)分3學(xué)時(shí)44

適用專業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測(cè)等

高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技

先修課程

術(shù)、微機(jī)原理與應(yīng)用、自動(dòng)控制原理、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

后續(xù)課程現(xiàn)代控制理論、過程控制系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)

課程網(wǎng)站

教學(xué)團(tuán)隊(duì)XXX等

課程負(fù)責(zé)人XXX

二、課程描述

木課程跨越多個(gè)學(xué)科方向，包括數(shù)學(xué)相關(guān)內(nèi)容、控制理論和技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技

術(shù)等，是一門理論基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面廣、應(yīng)用性強(qiáng)、對(duì)學(xué)生水平要求較高的課程。控制科學(xué)

和技術(shù)在軍事、航空航天、二業(yè)、農(nóng)業(yè)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。該課程將介紹計(jì)

算機(jī)控制技術(shù)中最基本、最宜要、最成熟的內(nèi)容。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生將鞏固前期所學(xué)的基

礎(chǔ)課程，并能予以深入理解和應(yīng)用，能開拓視野提升使用理論工具分析解決復(fù)雜系統(tǒng)的能力。

Thiscourseincludesmathematics-relatedcontent,controltheoryandcontroltechnology,

electronictechnologyandcomputertechnology,etc.Thiscourseneedsasolidtheoretical

foundationandbroadknowledgesupporting.Thestudentsofthiscourserequiretohaveahigher

levelability.Controltechnologyisusedinthemilitaryfield,aerospacefield,industrialproduction,

agriculturefield,socialandeconomicfields.Thecoursewillintroducethemostbasic,most

important,andthemostmaturepartofcontroltechnology.Throughthiscourse,studentswillbe

morefamiliarwithandcandeeplyunderstoodthefoundationandapplicationofthecoursesearly

learned.Thestudentscanalsobroadentheirknowledgeandatthesametimeenhancetheuseof

iheoreiicaltoolstoanalyzeandsolvecomplexsystems.

三、課程教學(xué)目標(biāo)及其對(duì)畢業(yè)要求的重點(diǎn)支持

計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是研究如何利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件來代替自動(dòng)控制系統(tǒng)中的控制器，

實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)知

識(shí)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法、控制算法、系統(tǒng)的分析方法、工業(yè)控制通信網(wǎng)

絡(luò)、抗干擾設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步的學(xué)習(xí)和研究工業(yè)控制系統(tǒng)創(chuàng)造良

好的條件。同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維能力，樹立理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)觀點(diǎn)和提高綜合分析問

題的能力。為進(jìn)一步學(xué)習(xí)深造以及從事相關(guān)專業(yè)技術(shù)工作、科學(xué)研究工作、管理工作提供重

要的理論基礎(chǔ)和技能。

本課程由緒論、過程輸入輸出通道、現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人、邊緣計(jì)算、自動(dòng)駕駛

汽車技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制算法、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)、現(xiàn)場總線與工業(yè)以太

網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的電磁兼容與抗干擾設(shè)計(jì)和分布式控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容組

成。通過本課程的教學(xué)，不僅使學(xué)生在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)理論和方法方面樹立正確的概念，同

時(shí)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)抽象、邏輯思維的能力，進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)踐是檢驗(yàn)理論的唯一標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)觀。

具體分析如下：

1、培養(yǎng)學(xué)生理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本概念及其在實(shí)際生產(chǎn)生活中的作用，使學(xué)生對(duì)計(jì)

算機(jī)捽制系統(tǒng)的T程應(yīng)用背景、研究目的及基木概念、問題和解決方法建立基本認(rèn)識(shí)：

2、培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)自動(dòng)化復(fù)雜工程問題進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，完成硬件電路設(shè)計(jì)；

3、培養(yǎng)學(xué)生針對(duì)不同的性能指標(biāo)，在對(duì)系統(tǒng)完成分析及硬件電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)

系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)，改善系統(tǒng)的性能指標(biāo)；

4、培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的思想，并能夠通過合適的手段收集數(shù)據(jù)，能夠運(yùn)用計(jì)算

軟件進(jìn)行系統(tǒng)特性的分析、計(jì)算和仿真。

四、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配

第1章緒論（4學(xué)時(shí)）

1.1計(jì)算機(jī)控制理論的發(fā)展過程

1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的概念

1.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成

1.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的分類

1.4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

1.5計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用的技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)

習(xí)題

第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的總線技術(shù)（2學(xué)時(shí)）

2.1微處理器與微控制器

2.2內(nèi)部總線

2.3外部總線

習(xí)題

第3章人機(jī)機(jī)接口技術(shù)（2學(xué)時(shí)）

3.1獨(dú)立式鍵盤接口設(shè)計(jì)

3.3LED顯示器接口設(shè)計(jì)

3.4段型LCD顯示器接口設(shè)計(jì)

3.5觸摸屏技術(shù)

3.6打印機(jī)接口電路設(shè)計(jì)

習(xí)題

第4章過程輸入輸出通道（6學(xué)時(shí)）

4.1傳感器

4.2變送器

4.3執(zhí)行器

4.4IEEE1451智能變送器標(biāo)準(zhǔn)

4.5量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換與系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校正

4.6采樣和模擬開關(guān)

4.7模擬量輸入通道

4.822位E-A型A-D轉(zhuǎn)換器ADS1213

4.9模擬量輸出通道

4.1012/16位4mA-20mA串行輸入D/A轉(zhuǎn)換器AD5410/AD5420

4.11數(shù)字量輸入輸出通道

習(xí)題

第5章工業(yè)機(jī)器人和智能系統(tǒng)（4學(xué)時(shí)）

5.1工業(yè)機(jī)器人概述

5.2工業(yè)機(jī)器人種類與應(yīng)用領(lǐng)域

5.3工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)與軟硬件組成

5.4智能系統(tǒng)

5.5工業(yè)人工智能

5.5工業(yè)人工智能

5.6智能制造

習(xí)題

第6章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的控制規(guī)律（8學(xué)時(shí)）

6.1被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型與性能指標(biāo)

6.2PID控制

6.3數(shù)字PID算法

6.4PID參數(shù)整定

6.5串級(jí)控制

6.6前饋-反饋控制

習(xí)題

第7章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)（4學(xué)時(shí)）

7.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的組成和功能

7.2實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)

7.3現(xiàn)場控制層的軟件系統(tǒng)平臺(tái)

7.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)軟件的關(guān)鍵技術(shù)

7.5組態(tài)軟件數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.6OPC技術(shù)

7.7Web技術(shù)

7.8常用數(shù)字濾波算法與程序設(shè)計(jì)

7.9標(biāo)度變換與數(shù)據(jù)處理

7.10工業(yè)控制組態(tài)軟件

7.11軟件工程

習(xí)題

第8章現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（4學(xué)時(shí)）

8.1現(xiàn)場總線概述

8.2工業(yè)以太網(wǎng)概述

8.3現(xiàn)場總線簡介

8.4工業(yè)以太網(wǎng)簡介

8.5工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

習(xí)題

第9章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)與信息安全（4學(xué)時(shí)）

9.1電磁兼容技術(shù)

9.2抑制電磁十?dāng)_的隔離技術(shù)

9.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

9.4抗干擾的硬件措施

9.5抗干擾的軟件措施

9.6計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)

9.7計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信息安全

習(xí)題

第10章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例（6學(xué)時(shí)）

10.1基于現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)的DCS控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

10.28通道模擬量輸入智能測(cè)控模塊（8AI）的設(shè)計(jì)

10.38通道熱電偶智能測(cè)控模塊（8TC）的設(shè)計(jì)

10.48通道熱電阻智能測(cè)控模塊（8RTD）的設(shè)計(jì)

10.54通道模擬量輸出智能測(cè)控模塊（4AO）的設(shè)計(jì)

10.616通道數(shù)字量量輸入智能測(cè)控模塊（16DI）的設(shè)計(jì)

10.716通道數(shù)字量輸出智能測(cè)控模塊（16DO）的設(shè)計(jì)

10.88通道脈沖量量輸入智能測(cè)控模塊（8PI）的設(shè)計(jì)

10.9DCS系統(tǒng)可靠性與安全性技術(shù)

習(xí)題

五、教學(xué)方法

在教學(xué)方式上，以目前的授課資源為基礎(chǔ)，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容，積極采用啟發(fā)和研討式

教學(xué)方法，促進(jìn)課堂的生動(dòng)性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和應(yīng)用的積極性，從而提高教學(xué)的

質(zhì)量。

課堂教學(xué)中對(duì)難點(diǎn)與重點(diǎn)內(nèi)容采用循序漸進(jìn)的方法，將基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)際工程應(yīng)用相

結(jié)合，通過實(shí)際案例的分析?、介紹，讓學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路及軟件分析和綜

合設(shè)計(jì)的方法。此外，本課程的教學(xué)內(nèi)容將不斷更新，充分結(jié)合自動(dòng)化學(xué)院的科研課題，引

入一些理論和應(yīng)用的最新研究成果，拓寬學(xué)生的視野，從理論知識(shí)、分析能力、應(yīng)用能力和

解決問題的能力方面不斷豐富教學(xué)內(nèi)容。

六、說明

(1)本課程為自動(dòng)化專業(yè)的主要專業(yè)課之一。本課程的先修課程應(yīng)當(dāng)包括：高等數(shù)學(xué)、

大學(xué)物理、電路、數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)、微機(jī)原理與應(yīng)用、自動(dòng)控制原理、自動(dòng)檢

測(cè)技術(shù)、C語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等。

(2)教學(xué)內(nèi)容要注重理論聯(lián)系實(shí)際，有針對(duì)性地把系統(tǒng)原理與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)合起來；軟件

與硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)合起來。從理論上、技術(shù)上、工程實(shí)現(xiàn)上進(jìn)行全面考慮，加強(qiáng)能力的培養(yǎng)，提

高創(chuàng)新意識(shí)。

(3)采用傳統(tǒng)教學(xué)方法和現(xiàn)代教學(xué)方法相結(jié)合，一方面采用課堂講授、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)三結(jié)

合，另一方面適當(dāng)采用現(xiàn)場教學(xué)、計(jì)算機(jī)、多媒體教學(xué)CAI課件等現(xiàn)代教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生

的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。

(4)每章節(jié)都配合一定數(shù)量的習(xí)題，用于鞏固所學(xué)知識(shí)和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)課

題。配合部分小型課題設(shè)計(jì)，來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力。

七、適用專業(yè)及層次

本課程適用于高等院校本科自動(dòng)化專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，也可用于電子信息

工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、機(jī)械工程及其自動(dòng)化等專業(yè)。

八、推薦教材

(1)面向新工科普通高等教育系列教材

李正軍.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第4版)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022

(2)國家級(jí)“十一五”規(guī)劃教材

李正軍等.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2022

九、參考資料

?劉國榮，梁景凱主編.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)與應(yīng)用(第2版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

?李正軍等編著.現(xiàn)場總線及其應(yīng)用技術(shù)(第2版).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2017.

?(美)庫羅斯，羅斯著，陳鳴.譯計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)試卷及答案卷1

一、填空（每小題3分，共18分）

1、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件主要包括__________________________________

2、PCI局部總線是______________________________________________

3、前饋控制是____________________________________________________

4、實(shí)時(shí)任務(wù)按時(shí)間特性可分為_____________________________________

____________________________________________________________三類。

5、OPC是_________________________________________________

6、自然干擾主要分為________________________________________________

二、簡答題（每小題3分，共18分）

1、簡述工業(yè)機(jī)器人的組成。

2、什么是數(shù)字濾波？

3、現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)是什么？

4、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件故障的自診斷技術(shù)有哪些?

5、機(jī)器人三原則是什么？

6、什么是智能系統(tǒng)？

得分閱卷人

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)（18分）

設(shè)計(jì)ADS1213與STM32F103接口的12位AD轉(zhuǎn)換電路，它能對(duì)四個(gè)差動(dòng)通道的模擬量

(0?5V)進(jìn)行采集。

1.畫出電路圖；

2.寫出程序設(shè)計(jì)步既，編寫AD轉(zhuǎn)換程序；

3.若0?5V對(duì)應(yīng)的溫度測(cè)量范圍為0C?1300℃,寫出溫度與采樣值的函數(shù)表達(dá)式。當(dāng)

采樣值為2500時(shí)，對(duì)應(yīng)的溫度是多少？

得分閱卷人

四、過程輸出通道設(shè)計(jì)(18分)

設(shè)計(jì)AD5420與STM32F103接口的16位DA轉(zhuǎn)換電路。

1.畫出電路圖；

2.寫出程序設(shè)計(jì)的步驟，編寫DA轉(zhuǎn)換程序；

3.若0?60000的數(shù)字量輸入對(duì)應(yīng)4?20mA的輸出，寫出電流I與數(shù)字量D的函數(shù)表達(dá)

式。當(dāng)數(shù)字量D為2000()時(shí)，對(duì)應(yīng)的電流輸出I是多少？

五、模擬量輸入通道設(shè)計(jì)(10分)

采用74HC373八D鎖存器、74HC14反相器、MAX354模擬開關(guān)擴(kuò)展16通道(AIN0?

AINI5)單端模擬量輸入電路，要求：

1.畫出16通道單端模擬量輸入電路圖；

2.寫出通道控制字；

3.如選擇AIN12通道，通道控制字是什么？

得分閱卷人

六、綜合設(shè)計(jì)(18分)

設(shè)有一溫度控制系統(tǒng)，溫度檢測(cè)范圍是()℃到1200C,溫度控制指標(biāo)是

850℃±2℃,用12位AD轉(zhuǎn)換器采集溫度，用12位DA轉(zhuǎn)換器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以調(diào)節(jié)爐溫。

1.寫出PID增量算式；

2.若KP=2.5,KP是比例帶，Ti=0.1分，R是積分時(shí)間，Td=2秒，Td是微分時(shí)間；T=0.2

秒，T是采樣周期，測(cè)量溫度值Y(k尸845,Y(k-1)=852,Y(k-2)=858,求△U(k)；

3.若U(kU尸1900,求U(k)；

4.若輸出電流為4?20mA,計(jì)算U(k)對(duì)應(yīng)的輸出電流；

5.畫出單回路溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

答案：

一、填空

1.【答案】

微處理器或微控制器、存儲(chǔ)器（ROM/RAM）、數(shù)字I/O接口通道、A-D與D-A轉(zhuǎn)換器接口通道、人

機(jī)接口設(shè)備（如顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等）、網(wǎng)絡(luò)通信接口、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和電源等。

2.【答案】

一種高性能的32位或64位地址/數(shù)據(jù)線復(fù)用的總線。

3.【答案】

按擾動(dòng)量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)控制，即當(dāng)影響系統(tǒng)的擾動(dòng)出現(xiàn)時(shí)，按照擾動(dòng)量的大小直接產(chǎn)生校正作用以

抵消擾動(dòng)的影響。

4.【答案】

周期性任務(wù)、非周期性任務(wù)、偶發(fā)任務(wù)。

5.【答案】

OLEforProcessControl的簡稱，即用于過程控制的對(duì)象連接與嵌入，是用于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的信

息通信接口技術(shù)。

6.【答案】

宇宙干擾、大氣干擾、雷電干擾和熱噪聲。

二、簡答題

1.【答案】

工.業(yè)機(jī)器人由三大部分六個(gè)子系統(tǒng)組成。這三大部分是機(jī)械部分、傳感部分、控制部分。六個(gè)子系統(tǒng)

是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、感覺系統(tǒng)、機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中傳感部分

包括感覺系統(tǒng)和機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)，控制部分由人機(jī)交互系統(tǒng)和控制系統(tǒng)構(gòu)成，機(jī)械部分則包括驅(qū)動(dòng)系

統(tǒng)和機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

2.【答案】

所謂數(shù)字濾波，是通過一定的計(jì)算程序?qū)Σ蓸有盘?hào)進(jìn)行平滑加工，提高其有用信號(hào)，消除和減少各種

干擾和噪音，以保證計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性。

3.【答案】

現(xiàn)場總線的技術(shù)特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)的開放性；（2）互可操作性與互用性；（3）現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能

自治性；（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；（5）對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。

4.【答案】

（1）CPU的診斷；

（2）FLASH的診斷；

（3）RAM的診斷；

（4）A-D通道的診斷與校正；

（5）D-A通道的診斷。

5.【答案】

第一條原則：機(jī)器人不得危害人類，不可因?yàn)槭韬鑫ｋU(xiǎn)的存在而使人類受到傷害。

第二條原則：機(jī)器人必須服從人類的命令，但當(dāng)命令違反第一條內(nèi)容時(shí)，則不受此限制。

第三條原則：在不違反第一條和第二條的情況下，機(jī)器人必須保護(hù)自己。

6.【答案】

智能系統(tǒng)（IntelligenceSystem）是具有專家解決問題能力的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，能運(yùn)用大量領(lǐng)域?qū)＜宜?/p>

平的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，模擬領(lǐng)域?qū)＜医鉀Q問題的思維過程進(jìn)行推理判斷，有效地處理復(fù)雜問題。智能基于知識(shí),

信息有序化為知識(shí)，智能系統(tǒng)要研究知識(shí)的表示、獲取、發(fā)現(xiàn)、保存、傳播、使用方法：智能存在于系統(tǒng)

中，系統(tǒng)是由部件組成的有序整體，智能系統(tǒng)要研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組織原理協(xié)同策略、進(jìn)化機(jī)制和性能評(píng)價(jià)

等,

三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【答案】

1.ADS1213與STM32F103接口的12位A-D轉(zhuǎn)換電路圖如下：

+5VMAX354

V+N01-AINO

D0-D774HC273JI2V-

-6V-V-N02-AIN1

1DcnQc

AON03-AIN2

2DQ

zAlN04-AIN3

3D4^Q

*A2N05-AIN4

4DQ

-ENN06-AIN5

5DcQ

*COMN07-AIN6

6D/Q

cGNDN08-AIN7

7D■Qr

8)

D-Q

Cvk

^-RMAX354

CHSELG+5V

MI2V-V+N01-AIN8

100

-6V-V-N02-AIN9

AON03-AIN10

AlN04-AINU

A2N05-A1N12

ENN06-AIN13

COMN07-AIN14

rGNDN08-AIN15

2.程序設(shè)計(jì)步驟如F：

①寫指令寄存器，設(shè)置操作模式、操作地址和操作字字節(jié)。

②寫命令寄存器，設(shè)置偏置電壓、基準(zhǔn)電壓、數(shù)據(jù)輸出格式、串行引腳、通道選擇、增益大小等。

③輪詢DRDY輸出。

④從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)。循環(huán)執(zhí)行最后兩步，直至取得所需的數(shù)據(jù)。

A-D轉(zhuǎn)換程序首先進(jìn)行GPIO的初始化，ADS1213初始化，然后調(diào)用發(fā)送一個(gè)字節(jié)命令函數(shù)，寫指令

寄存器，最后再調(diào)用讀取轉(zhuǎn)化結(jié)果函數(shù)，將轉(zhuǎn)化后的結(jié)果賦值給ADValucH、ADValucMfflADValueLH

個(gè)全局變量。使用到的子函數(shù)如下：

(I)STM32的GPIO初始化函數(shù)

/怦k*************************X*************************************************

〃STM32的GPIO初始化，入口參數(shù)無，出口參數(shù)無。

voidGPIO_Configuration(void)

(

GPIO_InilTypeDefGPIO_InilStruc(ure;

/*PA1和PA4浮空輸入*/

GPIOJnitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_l|GPIO_Pin_4;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPlO_Mode_IN_FLOATING;

GPIO_Init(GPIOA.&GPIOJnitStructure);

/*PA2PA3PA5推挽輸出*/

GPIO_InilSlructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_5;

GPIO_InitStructurc.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO」nit(GPIOA,&GPIO_InitStructure);

(2)發(fā)送一個(gè)字節(jié)命令函數(shù)

〃向ADS1213發(fā)送一個(gè)字節(jié)命令，入口參數(shù)：一個(gè)字節(jié)，出口參數(shù)無。

voidADS1213_WRCmd(u8command){

u8number=0x08;

while(number—){

if(command&0x80){

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);

}else{

GPIO_RcsetBits(GPIOA,GPIO_Pin_3);

1

ADS1213_SCLK();〃一個(gè)時(shí)鐘周期脈沖

command?=1;

return;

(3)讀轉(zhuǎn)化結(jié)果函數(shù)

/?***!§!*********************X*************************************************

〃從ADS1213讀取?個(gè)字節(jié)，入口參數(shù)無，出口參數(shù)?個(gè)字節(jié)。

〃*抬*************************X*************************************************

ii8ADS1213_RDData(void){

u8value=0,number=0x()8:

ul6variable;

while(numhcr—){

value?=1;

ADS1213_SCLK();〃一個(gè)時(shí)鐘周期脈沖

variable=GPIOA->IDR;

if(variable&0x0008){

value|=0x01;

}else{

value&=(-0x01);

1

return(value);

(4)ADS1213初始化函數(shù)

〃*?*************************x*************************************************

〃對(duì)ADSI2I3進(jìn)行初始化，入口參數(shù)無，出口參數(shù)無。

〃***********************************************彌***********************

voidADS1213」nit(void)

(

GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);//CS端置0

while(!(GPIOA->IDR&GPIO_Pin_l));

while(GPIOA->IDR&GPIO_Pin_l);

delay」us⑻；ADS1213_WRCmd(0x641；//寫

INSR寄存器，準(zhǔn)備操作32位CMR

delay」us(10):

ADS12l3_WRCmd(0x52);〃寫CMR3寄存器，單極性，串行數(shù)據(jù)從SDOUT輸出

ADSI213_WRCmd(0x00);〃寫CMR2寄存器，正常操作

ADS1213_WRCmd(0x81);〃寫CMR1寄存器，增強(qiáng)模式率16

ADSI213_WRCmd(0x00);〃寫CMR0寄存器與CMR1寄存器決定采樣精度和數(shù)據(jù)

〃輸出速率有效分辨率為21位IDATA=976Hz,

〃每次轉(zhuǎn)換時(shí)間約為1ms

return;

(5)讀取轉(zhuǎn)化結(jié)果函數(shù)

〃*?***************************************************************************

〃從ADS1213讀取轉(zhuǎn)化結(jié)果，入口參數(shù)無，出口參數(shù)無。

〃*?***************************************************************************

voidADS1213_RD_Result(void){

while(!(GPIOA->IDR&GPIO_Pin_l));

while(GPIOA->IDR&GPIO_Pin_l);

delay_lus(8);

ADS1213_WRCmd(0xA0);

dclay_lus(10);

ADValueH=ADS1213_RDData();

ADValueM=ADS1213_RDData();

ADValueL=ADS1213_RDData();

return;

(6)產(chǎn)生ADS1213所需的一個(gè)時(shí)鐘周期函數(shù)

I長水*木*木*木木*木*木****水*木**木木**K*****************木*木*木木木木*木*木木**木木***木木木木木木木木*木**

〃產(chǎn)生ADS1213所需的一個(gè)時(shí)鐘周期，入口參數(shù)無，出口參數(shù)無。

//本行本***本木木本木本木木本木木木木本木木木本木木木K木本本木本木木木本本本本本本本木本本本字本本木率**木字木木木木木木木本東木本本本木本卞**本水本

voidADSI213_SCLK(void){

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);

delay_lus⑸；〃時(shí)鐘高電平約511s

GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);

delay.lus(5);〃時(shí)鐘低電平約5us

return;

,2

3.由題意可知：A)=0℃,A“=1300℃,M?-2-1-4()95U

由標(biāo)度變換公式可知：

M

Av=(Am-Ao)+Ao=x(13(X)-0)+0

4095

Nx

即4=--xl300o

4095

當(dāng)采樣值為2500時(shí)，此時(shí)的溫度4二生型x1300=793.65℃。

4()95

四、過程輸出通道設(shè)計(jì)

【答案】

1.AD5420與STM32F103的連接電路圖如下:

STM32I-103AD5420

DV0cAVDDO+I5V

PA1FAULT〔OUT

PA2SDINBOOST

PA3SDORSET

PA4SCLKREFOLT

PA5CLEARREFIN

PA6LATCH

SELECT

GND

2.程序設(shè)計(jì)的步驟如下：

①通過控制寄存器進(jìn)行軟件復(fù)位。

②寫控制寄存器。設(shè)置是否啟用外部電流設(shè)置電阻、是否啟用數(shù)字壓擺率控制、是否啟用菊花鏈模

式、電流輸出范圍，并使能輸出，

③寫數(shù)據(jù)寄存器。設(shè)置要輸出的電流大小。

④不再需要電流輸出時(shí)，寫控制寄存器，關(guān)閉輸出功能。

D-A轉(zhuǎn)換程序首先對(duì)STM32的GPIO進(jìn)行初始化，并使AD5420復(fù)位，然后調(diào)用設(shè)置電流值函數(shù)，對(duì)

AD5420輸出的電流值進(jìn)行設(shè)置，最后調(diào)用關(guān)閉輸出函數(shù)，關(guān)閉AD5420的輸出。使用到的子函數(shù)如下：

(1)STM32的GPIO初始化函數(shù)

II木*木木木木*木*木木*木*木木木*木木木木*木*木木***木*木***木木*木*木木木******木***木木*求*本***木木*木***木木木木木木

〃STM32的GPIO初始化，入口參數(shù)無，出口參數(shù)無。

II***本本木木本木木木木木木木本亭本本木木木木木木亭本*本***亭本*本本木木本木本本*木*木本*本本字本本率字***本字東本木本木木*本本木木本木本本

voidAD5420_GPIO_init(void)

(

GPIO_InitTypcDcfGPIO」nitStruclure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//PORTA時(shí)鐘使能

//PA2->SDIN,PA4->SCLK,PA5->CLEAR,PA6->LATCH

GPIO」nitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6;

GPIO」niiSlruclure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Ou(_PP;〃復(fù)用推挽輸出

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIOJnit(GPIOA,&GPIO_InitStructure);〃初始化GPIO

//PA1->FAULT,PA3->SDO

GPIO」ni【Slruclure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_l|GPIO_Pin_3;

GPIO」nitStructure.GPIO_Mode二GPIO_Mode」N_FLOATING;〃模擬輸入

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO」nit(GPIOA,&GPIOJnitStructure);〃初始化GPIO

(2)AD5420復(fù)位函數(shù)

〃****************************************************************************

〃使AD5420復(fù)位，入口參數(shù)無，出口參數(shù)無。

voidAD5420_Reset(void)

(

GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_5);//CLEAR置低電平

GPIO_ResetBits(GPlOA,GPIO_Pin_6);//LATCH拉低

WriteByle(0x56);〃復(fù)位寄存器

WriteByte(OxFF);//無效

WriteByte(OxFF);〃最低位有效

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);〃LATCH拉高

dclay_us(50);

)

(3)AD5420初始化函數(shù)

〃進(jìn)行初始化設(shè)置，入口參數(shù)無，出口參數(shù)無。

II****************************************************************************

voidAD5420_Ini((void)

(

GPIO_ResetBi(s(GPIOA,GPIO_Pin_6);//LATCH拉低

WritcByte(0x55);〃控制寄存器

WriteByte(OxlO);〃不啟用外部電流設(shè)置電阻，使能輸出

WriteByte(OxO5);〃不啟用數(shù)字壓擺率控制，不啟用菊花鏈模式，

〃電流輸出范圍4~20mA

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);//LATCH拉高

}

(4)設(shè)置電流值函數(shù)

II*木率木**本亭木木木木木木亭***本***本*亭本本*本******木木本本木本本木木本木木木*本本本亭本本本本本本本字****亭亭不本本木木本木*字

//對(duì)AD5420設(shè)置電流值(16位)，入口參數(shù)：16位無符號(hào)數(shù)，出口參數(shù)無。

//*****************************************************興**********************

voidAD5420_Update_Data(u16data)//AD5420設(shè)置電流

(

u8h_byte,l_byte;

h_byte=(char)(data?8);

l_byte=(char)data;

GPIO_ResetBits(GPIOA.GPIO_Pin_6);//LATCH拉低

WritcByte(OxOl);〃數(shù)據(jù)寄存器

WritcByte(h_bytc);

WriteByte(l_byte);

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);//LATCH拉高

)

(5)關(guān)閉輸出函數(shù)

II****************************************************************************

//AD5420關(guān)閉輸出，入口參數(shù)無，出口參數(shù)無。

II****************************************************************************

voidAD5420_Close(void)

GPI0_ResetBits(GPI0A,GPI0_Pin_6);//LATCH拉低

WriteByte(0x55);〃控制寄存器

WriteByte(OxOO);〃關(guān)閉輸出

WritcByte(Ox(X));〃無效

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6);//LATCH拉高

)

(6)寫一個(gè)字節(jié)函數(shù)

//********求*****************小************************************************木

〃向AD5420月一個(gè)字節(jié)，入口參數(shù)：要寫入的字節(jié)，出口參數(shù)：無

〃****************************************************************************

□8WritcBytc(u8TxData)

(

118i;

for(i=0;i<8;i++)

I

GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);〃拉低時(shí)鐘

if(TxData&Ox8O)

(

GPIO_SetBi(s(GPIOA.GPIO_Pin_2);//SDIN置1

}

else

GPIO_ResetBits(GPIOA,GPIO_Pin_2);//SDIN置0

}

delay_us(2);〃建4數(shù)據(jù)

GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_4);〃拉高時(shí)鐘

dclay_us(2);〃穩(wěn)定數(shù)據(jù)

TxData?=l;

3.由題意可知：A)=4〃2A,A,?=2.0/ttA,Nm=6(XXX)。

電流I與數(shù)字量D的函數(shù)表達(dá)式為：

Av=—(An-A))+Ao=—x(20-4)+4,

N,「)60(XX)')

M

即4=—―X16+4。

60(XX)

20000

當(dāng)采樣值是20000時(shí)，此時(shí)的電流A<=-——x16+4=