计算机控制技术实验系统----实验指导书.doc

TD-ACC+

计 算 机 控 制 技 术
实 验 指 导 书
夏 扬 李敏艳 蒋步军

扬州大学能源与动力工程学院

目 录

第1章 计算机控制技术实验系统简介
1.1 系统概述 1
1.2 系统功能及特点 1
1.3 TD-ACC+教学实验系统构成 4
1.4 SST51系统板的硬件操作环境 6
1.5 SST51系统板与 TD-ACC+系统实验平台的连接 6
第2章 TD－ACC+系统的硬件操作环境
2.1 系统电源 7
2.2 模拟实验平台单元电路 7
第3章 联机软件说明
3.1 联机软件系统概述 18
3.2 Keil C51软件使用说明 18
3.3 虚拟仪器软件使用说明 29
第4章 实验内容
4.1 数字PID控制 33
4.2 大林算法 38
4.3 温度控制实验 44
附录
F.1 数字PID控制程序 50
F.2 大林算法程序 53
F.3 温度控制程序 56

第 1 章 计算机控制技术实验系统简介

1.1 系统概述

“计算机控制技术”实验系统由“TD-ACC+”教学实验系统和“SST51系统板”构成, 其中“TD-ACC+”教学实验系统包含一个模拟实验平台和一组虚拟仪器。该系统为实验教学提供了一块增强型 8051控制机系统板、一套业界著名的 Keil C51集成开发环境、一个开放式的模拟实验平台、一组先进的虚拟仪器。
由“TD-ACC+”教学实验系统和“SST51 系统板”构成的计算机控制技术实验系统的结构框图如下页所示。

1.2 系统功能及特点

1.2.1 灵活的系统结构设计
采用控制计算机、虚拟仪器与模拟实验平台组合式结构设计，系统组合更加灵活。增强型8051控制机、虚拟仪器和模拟实验平台组合可构成基于51指令系统的计算机控制技术教学实验系统。每个模块自成一体，均具备二次开发的能力，既可独立使用，也可互相组合。
1.2.2 完善的开放式硬件模拟实验平台
实验平台提供了各种典型信号源（阶跃信号、方波信号、斜波信号、抛物波信号、正弦波信号）、模拟对象（八组运放单元）、实际对象（步进电机、直流电机、温度单元）和过程通道等单元。各单元相互独立，布局合理，标示清晰，各单元之间的连接以及单元内的元件的选择可由用户以多种方式自行操作，从而极大地提高了实验效率。
1.2.3功能强大的虚拟仪器
系统提供了一组先进的虚拟仪器：双踪超低频数字存储示波器、频率特性分析仪和数字万用表。为用户创造了集设计、构造、测试分析和调试诸功能一体化的实验环境。极大便利了实验过程中对信号的测量、分析等要求。
1.双踪超低频数字存储示波器：实时显示测量波形，可对波形进行测量和存储。每路实时采样率为：16KHz，存储深度：4K，测量精度：2.5mV～30V。
2.X_Y测量：将两路测量信号以X_Y坐标的形式显示，具有刷新和存储功能。
3.频率特性分析仪：具有半自动扫频测量功能。测量完成显示波特图和时域响应波形， 同时具有图形保存功能。正弦信号的幅值为：1V～3V，角频率为0.1 rad/s～1000rad/s。
4.数字万用表：具有电阻（200Ω～2MΩ），电容（0.01uF～100uF），电压（2.5mV～ 30V）的测量功能。

1.3 TD-ACC+教学实验系统构成

“TD-ACC+”教学实验系统，其基本配置包含一个开放式的模拟实验平台和一组先进的虚拟仪器，该实验系统主要构成如下表所列。

控制计算机插座
配备 SST51 系统板
信号源
正弦波、方波、斜波、抛物波、单次阶跃，其幅值和周期均可调
模数转换
由 AD0809 模数转换电路构成
数模转换
由 TLC7528 数模转换电路构成
采样保持
由 LF398 采样保持器和 MC14538 单稳电路构成
运放单元
由 TL084 运算放大器、保护电路、锁零电路构成
反相器单元
由 TL084 运算放大器构成实现信号反相和相加功能
CAN 总线单元
由 SJA1000CAN 总线控制器和收发器构成
PWM 发生单元
将 0～5V 电压转换成脉冲输出
非线性单元
供非线性实验用
辅助单元
供典型环节实验用
驱动单元
由达林顿驱动电路及指示灯构成
真实对象
直流电机、温度单元、步进电机和电烤箱 (选件)
虚拟仪器单元
包括数字存贮示波器、数字万用表和频率特性测量等功能
系统电源
＋5V/2A，±12V/0.2A

该实验系统布局如下图所示：

1.4 SST51系统板的硬件操作环境

“计算机控制技术”实验系统采用组合式结构，即“SST51 系统板”加“模拟实验平台”的形式。 将“SST51系统板”扣在模拟实验平台上便构成以“SST51 系统板”为控制机的计算机控制技术”教学实验系统。系统的部分总线以排针的形式引出，实验时，与实验单元相连可完成相应的实验。系统引出信号线说明见下表所示。
控制计算机系统信号线说明
信号线
说 明
相关的端口地址
A0～A3
系统地址线低四位 (输出)

/IOR、/IOW
I/O 读、写信号 (输出)

IRQ5
――――――

IRQ6
外部 0＃中断请求信号 (输入)

IRQ7
外部 1＃中断请求信号 (输入)

OUT1
P1.7 (输出)

/IOY0

I/O 接口待扩展信号 (输出)
#0600H～#063FH
/IOY1
#0640H～#067FH
/IOY2
#0680H～#06BFH
DIN0～DIN3
4 位数字量输入信号 (输入)
对应 P1 口的低四位 P1.0～P1.3
DOUT0～DOUT3
4 位数字量输出信号 (输出)
对应 P1 口的高四位 P1.4 ～P1.7

注：“/”号表示该信号低电平有效

1.5 SST51系统板与 TD-ACC+系统实验平台的连接
1．将SST51 系统板扣插在 TD-ACC+的模拟实验平台的控制计算机的插槽上。(已插好)
2．与 PC 微机的连接：将TD-ACC+实验系统的串口用随机配备的 RS-232C通讯电缆和 PC机串口相连，完成调试串口的连接；将 TD-ACC+实验系统的 USB口用随机配备的 USB电缆和PC 机 USB口相连，完成虚拟仪器的连接。

第 2 章 TD－ACC+系统的硬件操作环境

2.1 系统电源

TD-ACC+系统采用三路高效开关电源作为系统工作和实验的电源，其主要 技术指标为：
1．输入电压：AC165～260V
2．输出电压/电流：+5V/2A，+12V/0.2A，-12V/0.2A
3．输出功率：15W
4．效率：≥75%
5．稳压性能：电压调整率≤0.2%，负载调整率≤0.5%，纹波系数≤0.5%
6．工作环境温度：－5℃～40℃。

2.2 模拟实验平台单元电路

1．控制计算机扩展单元
用户可根据需要选配i386EX系统板或SST51系统板，此时控制计算机单元的各信号线均具有实际意义，可支持基于80X86的计算机控制技术或基于51单片机的计算机控制技术实验教学，至于插座上的各管脚定义，在相应的系统板的用户手册中有详细的介绍。
2．信号源
其原理见图2-1，图中画“○”的信号已以排针或锥孔引出，以下的各单元均如此。
此单元可产生重复的阶跃、斜坡、抛物波三种典型信号，且信号的幅值、频率通过多圈电位器可以进行调节。为了使运算放大器为零初始状态并且积分漂移不致累加增多，设置了锁零电路，其原理是将运放单元的反馈阻抗短路，此时场效应管K30A的DS端导通。
信号源单元的“S”端为信号发生器的方波输出端，当“S”与“ST”短接时有锁零操作(S 端的方波信号非零时不锁，为零时锁)，此时拨动波形选择开关，“OUT”端可产生三种信号：方波、斜波和抛物波；当“ST”端与“S”端断开，而与“+5V”短接时，无锁零操作，“0UT”端无信号输出，“S”端仍然产生方波信号。文中所提到的短接可用板上现成的短路块短接。值得注意的是，由于锁零操作的存在，所以产生的斜坡、抛物波的运放也锁零，若信号发生器的信号周期过长或信号幅度过大，斜坡，抛物波曲线后部将变平。图中的“S1”为毛刺信号发生端，是在方波信号的基础上微分得到的，数字滤波实验使用时，可将S1和NC短接，毛刺信号从NC端输出。

图2-1
3．正弦波
本电路由两部分构成：信号发生器及调幅部分，如图2-2所示。

图 2-2
第一部分：由信号发生器、裆位开关、驱动电路和数码管组成。信号发生器产生3V的正弦波，数码管显示当前的频率值。
第二部分：主要是由运放构成的比例和滤波电路。通过调节调幅电位器，可对第一部分产生的原始正弦波的幅值进行调整(±10V之间)，从而达到调幅的目的。因为这两部分各自独立，所以可以实现调幅和调频互不干扰。
图中“失真”电位器是调整正弦波的失真度，“偏移”电位器是调整正弦渡的正负对称性。
信号频率调节方法：调节“调频”电位器，数码管实时显示数字此时输出信号的频率=数码管显示值×挡位值，例如：数码显示20，档位是×10Hz，此时信号的频率应当是20×10Hz=200Hz。数码管的显示范围：0l～100，“00”表示100。
4．采样保持器单元
图 2-3
采样保持单元由两片采样器LF398以及一片MC14538单稳电路构成。其中“IN”为采样保持器输入，“OUT”为输出，输入输出电平范围为±12V。“PU”为控制端，用逻辑电平控制，高电平采样，低电平保持，采样时间约为10μS。采样保持器用于模拟系统采样，其输出给A/D器件时，可以缩小因A/D器件转换时间（约100μS）带来的误差。
5．单次阶跃
本系统的单次阶跃信号发生器是由一个单节拍脉冲电路来实现的，通过一个 22K多圈电位器可以调节输出阶跃信号的幅值。

图 2-4
6．运放单元
本系统配备了一组单元化了的运放电路，用以实现各种形式以及各种阶次的模拟电路。其电路原理图如下：
该单元把实验常用的电阻、电容一端接在运放的输入端，另一端可以根据实验需要用短路 块灵活方便地把所需的元件接入运放单元中，具有极高的实验接线效率和实验成功率；同时也 在运放的输入输出端留有圆孔插座，用户可以选择其它的元件来自己扩展实验。下面就运放单 元的使用，举一简单的例子加以说明。
以比例环节为例，传传递函数 G(S)= K = Rf/R0 = 200K/100K = 2
(1) 阶跃信号的产生：参照图2-1接线，将信号源单元的“ST”端(插针)与“＋5V”端(插针)用“短路块”短接，使模拟电路中的场效应管夹断(每个运放单元均设置了锁零场效应管)，这时各运放处于无锁零控制的工作状态。按图2-4连接阶跃信号单元，按动按钮，可产生单次阶跃信号，用示波器单元的表笔测量并观察“Y”端的输出波形，调节电位器，使幅值为2V，信号周期受按钮接触的时间控制。

图 2-5

(2) 选择相应的运放单元，用短路块短接100K(R0=100K)的输入电阻。
(3) 在该运放单元的“IN”和“OUT”之间选择200K(Rf=200K)的电阻，用短路块将其接入。注意反馈支路上其它阻容元件应断开。同样的道理，若搭接积分环节，用“短路块”将所需的电容短接，这样就可构成简单的积分环节。对于其它的环节，接法可参照以上说明，在此不再赘述。
(4) 将阶跃信号加到该运放单元的输入端，按动按钮，用示波器单元的“CH1”和“CH2”路表笔观察阶跃信号的波形Ui及运放单元的输出端(OUT)波形U0。调整Rf或R0的阻值，使其放大倍数改变。响应曲线如图2-6所示。(Ui指输入信号；Uo指输出信号)。
图2-6
说明：各运放单元原理相同，只是输入、反馈电阻的阻值不同(参照附录)，用户可以根据自己的需要进行选择使用。为了方便实验接线，每个单元也增加了过渡插孔和“GND”(地)插孔。
7．辅助单元
该单元作为运放反馈电路，根据实验的要求可以和运放组合构成比例、比例积分、比例微分、比例积分微分环节。这些环节的构成只需使用锥体导线和短路块，接线方便又快捷。

图 2-7
8．反相器
实现信号的等幅反相功能。

图 2-8
9．数模转换单元
数模转换单元采用 TLC7528 芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出数模转换器。其主要参数如下：转换时间100ns，满量程误差1/2 LSB，参考电压-10V～+10V，供电电压+5V～+15V，输入逻辑电平与TTL兼容。输入数字范围为00H～FFH，80H对应于0V，输出电压为-5V～+4.96V。TDACC＋教学系统中的TLC7528，其输入数字量的八位数据线、写线和通道选择控制线已接至控制计算机的总线上。片选线预留出待实验中连接到相应的I/O片选上，具体如图2-9。此单元结合系统板，用于计算机控制技术实验中。

图 2-9
10．模数转换单元
模数单元采用ADC0809芯片，主要包括多路模拟开关和A/D转换器两部分。其主要特点为：单电源供电、工作时钟CLOCK最高可达到1200KHz、8位分辨率、8个单端模拟输入端(IN0～IN7)、TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。

图 2-10
通过三端地址码A、B、C多路开关可选通8路模拟输入的任何一路进行A/D变换。其中IN0对地接500欧电阻，构成温度控制实验中的温度传感器专用输入通道；IN1～IN5的模拟量输入允许范围：0V～4.98V，对应数字量00H～FFH，2.5V对应80H；IN6和IN7两路由于接了上拉电阻，所以模拟量输入允许范围：-5V～+4.96V，对应数字量00H～FFH，0V对应80H。TD－ACC＋教学系统中的ADC0809芯片，其输出八位数据线以及CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK(1MHz)上。其它控制线根据实验要求可另外连接（A、B、| C、STR、/OE、EOC、IN0～IN7)。如图2-10所示。此单元结合系统板，用于计算机控制技术实验中。

11．非线性
供死区非线性和间隙非线性模拟电路插接电阻用。

图 2-11
12．电源
提供±12V/0.2A，＋5V/2A，－5V/0.2A，供系统和用户使用。

图 2-12
13．温度单元
由7805芯片产生+5V的稳定电压并和一个24欧姆的假负载电阻构成一个供电回路。由于回路处于重载状态，所以通过控制1(+)端电压的有无可使7805芯片发热状况得以改变。7805芯片的温度在这里是用热敏电阻来测量的，由此就可以对该单元实现温度的闭环控制了。由于7805裸露在外散热迅速，所以实验控制的最佳温度为 50～70℃。

图 2-13
14．驱动单元
由达林顿驱动电路及输出指示灯构成。驱动控制信号输入端A～D为低电平时，E 为高电平时，其对应达林顿管输出A'～/E'高电平将被拉低(相应指示灯亮)，在公共端+12V 驱动下，可完成对DC12V负载的驱动功能（注意：负载不要过大），其原理如图2-14

图 2-14
15．电机单元
电机调速单元由DC12V、1.1W直流电机、小磁钢、霍尔测速电路及输出构成。本单元用于直流电机闭环调速，贴在直流风扇背面的小磁钢能随风扇一起旋转，每当经过底部霍尔元件上方时，对应霍尔输出由高电平变为低电平，形成一个脉冲，且相应指示灯闪亮。风扇电源输入排针(1，2)可用排线转接到驱动单元输出的+12V和A'排针上，控制信号可加在A处，反馈信号由霍尔输出排针(HR)引出。(风扇红线1为正极接+12V，黑线2为负极接A'，最高转速不超过4300n/min)，其原理如图2-15。

图 2-15
16．虚拟仪器单元

图 2-16
(1) 示波器
本单元替代了计控、自控实验中使用的长余辉型示波器。启动集成软件中的示波器功能将在PC机上显示被测波形。CH1、CH2 对应波形衰减倍数为10、5、2、1、0.5、0.2、0.1。
(2) 电阻/电容测量
本单元替代了数字万用表,用来测量电阻(200Ω～2ΩM)、电容值(0.001uf～10uf)。“+”、“－”排孔(表笔)是用来插被测电阻或电容元件。当测量电压值时用示波器单元的“CH1”路作为电压值的测量表笔，将“CH2”接地。启动集成软件中的万用表功能，所测的电阻值、电容值、电压值将在PC机屏幕上显示。
(3) 频率特性测量
系统提供正弦信号，由“SIN”端输出，加至被测对象的输入端，“SL”为对象锁零控制端。结合上位机软件，可完成频率特性的测量。具体软件操作详见第三章系统集成操作软件说明。小按钮为虚拟仪器的复位键。
17．CAN总线单元
实验单元中的CAN总线控制器SJA1000的部分信号线已连到控制计算机中，如上图所示，实验时，只需将画“○”的信号线进行相应的连接即可。此单元结合系统板，用于计算机控制技术实验中。

图 2-17
18．PWM发生单元
PWM发生电路将IN端输入的0～5V电压，转换为脉宽变化的脉冲，由OUT端输出。

图 2-18
第 3 章 联机软件说明

3.1 联机软件系统概述

Keil C51集成开发环境作为实验系统设计、调试、开发的工具。提供了多种调试、运行程序的方法，提供单步、断点、全速运行程序，可观察寄存器区、ROM 变量区、RAM变量 区、Xdata变量。支持汇编语言和 C语言的源语言混合调试。
系统还集成了一组功能强大的数字化虚拟仪器软件，用于自动控制原理和计算机控制实验时对时域曲线的实时测量和分析、频率特性分析、X_Y测量和阻容/电压值测量等。取代了过去落后的测量方法，为构建现代化的实验室提供了高性价比的实验设备。

3.2 Keil C51软件使用说明

安装完 Keil C51软件后， 双击 Keil C51快捷图标就可以进入 Keil C51集成开发环境， 如图3-1所示。各种调试命令、菜单命令都集成在这个开发环境中。

图 3-1 μVision2 操作界面
菜单栏提供各种操作菜单如：编辑器操作、工作维护、开发工具设置、程序调试、窗体选择和操作等。工具栏和快捷键可以快速执行μVision2 命令。

3.2.1 文件菜单和文件命令
文件菜单和文件命令见表3-1
表3-1 文件菜单和文件命令

3.2.2 编辑菜单和编辑器命令
编辑菜单和编辑器命令见表3-2
表3-2 编辑菜单和编辑器命令

3.2.3 视图菜单
视图菜单见表3.2-3
表 3.2-3 视图菜单

3.2.4 工程菜单和工程命令
工程菜单和工程命令见表 3.2-4
表3.2-4 工程菜单和工程命令

3.2.5 调试菜单和调试命令
调试菜单和调试命令见表3.2-5

表3.2-5 调试菜单和调试命令

3.2.5 新建工程
keil c51的windows版的软件，都是要建立一个工程文件，不管你是汇编的，还是C的，都需要一个文件来存储工程的相关信息。没有工程文件，将不能进行编译。按如下步骤来建立一个新的工程
1)点击菜单project，选择new project：

2)然后选择你要保存的路径，输入工程文件的名字，比如保存到keil目录里，工程文件的名字为test。如下图所示，然后点击保存。

3)这时会弹出一个对话框，要求你选择单片机的型号，你可以根据你使用的单片机来选择，keil c51几乎支持所有的51核的单片机，如图所示，这里选择试验箱对应的“SST”公司的“SST89E554RC”的芯片，右边一栏是对这个单片机的基本的说明，然后点击确定。

4)这时要新建一个源程序文件，建立一个汇编或C文件，如果你已经有源程序文件，可以忽略这一步。点击菜单File→New：

5)输入源程序后，选择菜单File→SAVE：

6)选择你要保存的路径，在文件名里输入文件名，注意一定要输入扩展名，如果是C程序文件，扩展名为.c，如果是汇编文件，扩展名为.a51，那么我们这里是要存储一个c源程序文件，所以输入.c扩展名，保存为test.c的名字，也可以保存为其他名字，点击保存。

7)向工程中添加文件，点击Target 1前面的+号，展开里面的内容source Group1：
---->
8)用右键点击Sourece Group 1(注意用鼠标的右键，而不是左键)，将弹出一个菜单，选择Add Files to Guoup'Source Group 1'。

9)选择需要的文件，如刚才新建的文件test.c，或者以前已经存在的源文件，本实验的源程序存放位置为C:\TangDu\example51_c\Acc…文件夹中。根据实验指导书的文件名来加载相应的源程序！

文件类型选择C Source file(*.c)。因为我们的是c程序文件，所以选择该类型，如果是汇编文件，就选择asm source file。如果是目标文件，选择Object file，如果是库文件，选择Library file。最后点击Add。点击add之后，窗口不会消失，(如果要添加多个文件，可以不断添加)，添加完毕此时再点击Close关闭该窗口。
10)这时在source group 1 里就有test.c文件，如图：

3.2.6 工程设置
工程建立好以后，还要对工程进行进一步的设置，以满足要求，上面我们增加了test.c的文件。接下来要进行一些设置，
11)用鼠标右键(注意用右键)点击左边的Target 1，会出现一个菜单，选择Options for Target 'Target 1'：

12)会出现对工程设置的对话框，这个对话框可谓非常复杂，共有8个页面，绝大部份设置项取默认值就行了。

①设置对话框中的 Target 页面
Xtal (Mhz)：是设置你的单片机的工作的频率。
Memory Model用于设置RAM使用情况，有三个选择项，Small是所有变量都在单片机的内部 RAM 中；Compact 是可以使用一页外部扩展 RAM，而Larget则是可以使用全部外部的扩展 RAM。Code Model用于设置 ROM 空间的使用，同样也有三个选择项，即Small模式，只用低于 2K的程序空间；Compact 模式，单个函数的代码量不能超过2K，整个程序可以使用64K程序空间；Larget模式，可用全部64K空间。
Use on-chip ROM 选择项，确认是否仅使用片内ROM（注意：选中该项并不会影响最终生成的目标代码量）；
Operating 项是操作系统选择，Keil提供了两种操作系统：Rtx tiny 和 Rtx full，关于操作系统是另外一个很大的话题了，通常我们不使用任何操作系统，即使用该项的默认值：None（不使用任何操作系统）；
Off Chip Code memory 用以确定系统扩展 ROM 的地址范围，Off Chip xData memory 组用于确定系统扩展 RAM 的地址范围，这些选择项必须根据所用硬件来决定，由于该例是单片应用，未进行任何扩展，所以均不重新选择，按默认值设置。
Code Banking：是使用Code Banking技术。keil可以支持程序代码超过64k的情况，最大可以有2兆的程序代码。如果你的代码超过64k，那么就要使用Code Banking技术，以支持更多的程序空间。Code Banking是一个高级的技术，支持自动的Bank的切换，是建立一个大型系统的需要，比如你要在单片机里实现汉字字库，实现汉字输入法，都要用到该技术。在这里不选中它。
②设置对话框中的 OutPut 页面

这里面也有多个选择项，其中 Creat Hex file用于生成可执行代码文件（可以用编程器写入单片机芯片的 HEX 格式文件，文件的扩展名为.HEX），默认情况下该项未被选中，如果要写片做硬件实验，就必须选中该项，这一点是初学者易疏忽的，在此特别提醒注意。选中 Debug information 将会产生调试信息，这些信息用于调试，如果需要对程序进行调试，应当选中该项。Browse information 是产生浏览信息，该信息可以用菜单 view->Browse来查看，这里取默认值。按钮“Select Folder for objects”是用来选择最终的目标文件所在的文件夹，默认是与工程文件在同一个文件夹中。Name of Executable 用于指定最终生成的目标文件的名字，默认与工程的名字相同，这两项一般不需要更改。
工程设置对话框中的其它各页面与 C51 编译选项A51 的汇编选项、BL51 连接器的连接选项等用法有关，这里均取默认值，不作任何修改。
设置完成后按确认返回主界面，工程文件建立、设置完毕。
3.2.7 编译、连接
在设置好工程后，即可进行编译、连接。选择菜单 Project->Build target，对当前工程进行连接，如果当前文件已修改，软件会先对该文件进行编译，然后再连接以产生目标代码；如果选择 Rebuild All target files 将会对当前工程中的所有文件重新进行编译然后再连接，确保最终生产的目标代码是最新的，而 Translate … .项则仅对该文件进行编译，不进行连接。
以上操作也可以通过工具栏按钮直接进行。下图是有关编译、设置的工具栏按钮，从左到右分别是：编译、编译连接、全部重建、停止编译和对工程进行设置。

编译、连接工具栏
编译过程中的信息将出现在输出窗口中的 Build 页中，如果源程序中有语法错误，会有错误报告出现，双击该行，可以定位到出错的位置，对源程序反复修改之后，最终会得到下图所示的结果，提示获生成了hex的文件，该文件即可被编程器读入并写到芯片中，同时还产生了一些其它相关的文件，可被用于 Keil 的仿真与调试，这时可以进入下一步调试的工作。

编译、连接正确后的信息
3.2.8 常用调试命令
在对工程成功地进行汇编、 连接以后，按 Ctrl+F5 或者使用菜单 Debug->Start/Stop Debug Session 即可进入调试状态，Keil 内建了一个仿真 CPU用来模拟执行程序，该仿真 CPU功能强大，可以在没有硬件和仿真机的情况下进行程序的调试，下面将要学的就是该模拟调试功能。不过在学习之前必须明确，模拟毕竟只是模拟，与真实的硬件执行程序肯定还是有区别的，其中最明显的就是时序，软件模拟是不可能和真实的硬件具有相同的时序的，具体的表现就是程序执行的速度和各人使用的计算机有关，计算机性能越好，运行速度越快。
进入调试状态后，界面与编缉状态相比有明显的变化，Debug 菜单项中原来不能用的命令现在已可以使用了，工具栏会多出一个用于运行和调试的工具条，如下图所示，Debug 菜单上的大部份命令可以在此找到对应的快捷按钮，从左到右依次是复位、运行、暂停、单步、过程单步、执行完当前子程序、运行到当前行、下一状态、打开跟踪、观察跟踪、反汇编窗口、观察窗口、代码作用范围分析、1＃串行窗口、内存窗口、性能分析、工具按钮等命令。

调试工具栏
程序调试，必须明确两个重要的概念，即单步执行与全速运行。全速执行是指一行程序执行完以后紧接着执行下一行程序，中间不停止，这样程序执行的速度很快，并可以看到该段程序执行的总体效果，即最终结果正确还是错误，但如果程序有错，则难以确认错误出现在哪些程序行。单步执行是每次执行一行程序，执行完该行程序以后即停止，等待命令执行下一行程序，此时可以观察该行程序执行完以后得到的结果，是否与我们写该行程序所想要得到的结果相同，借此可以找到程序中问题所在。程序调试中，这两种运行方式都要用到。
使用菜单STEP 或相应的命令按钮或使用快捷键F11可以单步执行程序，使用菜单 STEP OVER 或功能键 F10 可以以过程单步形式执行命令，所谓过程单步，是指将汇编语言中的子程序或高级语言中的函数作为一个语句来全速执行。
按下 F11 键，可以看到源程序窗口的左边出现了一个黄色调试箭头，指向源程序的第一行，如下图所示。每按一次F11，即执行该箭头所指程序行，然后箭头指向下一行，当箭头指向 LCALL DELAY 行时，再次按下 F11，会发现，箭头指向了延时子程序 DELAY 的第一行。不断按 F11 键，即可逐步执行延时子程序。

通过单步执行程序，可以找出一些问题的所在，但是仅依靠单步执行来查错有时是困难的，或虽能查出错误但效率很低，为此必须辅之以其它的方法，如本例中的延时程序是通过将 D2： DJNZ R6,D2 这一行程序执行六万多次来达到延时的目的，如果用按 F11 六万多次的方法来执行完该程序行，显然不合适，为此，可以采取以下一些方法：第一，用鼠标在子程序的最后一行（ret）点一下，把光标定位于该行，然后用菜单 Debug->Run to Cursor line（执行到光标所在行） ，即可全速执行完黄色箭头与光标之间的程序行。第二，在进入该子程序后，使用菜单 Debug->Step Out of Current Function（单步执行到该函数外） ，使用该命令后，即全速执行完调试光标所在的子程序或子函数并指向主程序中的下一行程序（这里是JMP LOOP 行）。第三，在开始调试的，按 F10 而非 F11，程序也将单步执行，不同的是，执行到 lcall delay 行时，按下 F10 键，调试光标不进入子程序的内部，而是全速执行完该子程序，然后直接指向下一行“JMP LOOP” 。灵活应用这几种方法，可以大大提高查错的效率
3.2.7 断点设置
程序调试时，一些程序行必须满足一定的条件才能被执行到（如程序中某变量达到一定的值、按键被按下、串口接收到数据、有中断产生等） ，这些条件往往是异步发生或难以预先设定的，这类问题使用单步执行的方法是很难调试的，这时就要使用到程序调试中的另一种非常重要的方法——断点设置。 断点设置的方法有多种， 常用的是在某一程序行设置断点，设置好断点后可以全速运行程序，一旦执行到该程序行即停止，可在此观察有关变量值，以确定问题所在。在程序行设置/移除断点的方法是将光标定位于需要设置断点的程序行，使用菜单 Debug->Insert/Remove BreakPoint 设置或移除断点（也可以用鼠标在该行双击实现同样的功能）；Debug->Enable/Disable Breakpoint 是开启或暂停光标所在行的断点功能；Debug->Disable All Breakpoint 暂停所有断点；Debug->Kill All BreakPoint 清除所有的断点设置。这些功能也可以用工具条上的快捷按钮进行设置。

3.3 虚拟仪器软件使用说明
虚拟仪器软件集成了一组功能强大的数字化虚拟仪器界面，具有双踪超低频数字存贮示波器(用于时域曲线的实时测量和分析)、频率特性分析、X_Y 测量、阻容/电压值测量等。
3.3.1 示波器(时域测量)

1.图形及参数显示说明

图形显示可同时显示两路波形或只显示一路波形，用鼠标拖动或键盘方向键移动游标可测量出对应的时间间隔、频率及各自的幅值，且各自幅值的参数与对应波形的颜色一致。
2.按钮功能介绍
(1) 时间档位选择框

用来改变时间轴的范围，显示数据为当前时间轴每格表示的时间值。点击数据显示框可弹出右图所示列表框，供用户选择合适的时间挡。

按钮用来选择当前显示时间档的后一个档(如1s)， 按钮用来选择当前显示时间档的前一个档(如200ms)。
(2) 电压选择框
点击该组控件中CH1、CH2 旁边的选择框，打对勾表示该路波形显示，否则不显示。点击对应的颜色框，可弹出颜色选择对话框，供用户选择该路波形的显示颜色。
显示框显示的数据为该路波形当前的电压档，即纵向每格代表的电压值。点击按钮，数据显示框可弹出下图所示列表框，供用户选择合适的电压挡。

数据显示框右边的 按钮用来选择当前显示电压档的后一个档(如2v)，
按钮用来选择当前显示电压档的前一个档（如 500mv）。
(3) ：选中该选择框表示显示游标及对应的测量值，否则只显示波形。
(4)：启动时域波形数据采集并显示波形。
(5)：停止时域波形数据采集，此时显示的波形对应最后采集到的数据。
(6)：将当前显示的波形保存为位图文件。
(7)：点击图标下面的网址，可登录唐都网站。
3.3.2 X_Y 测量

1. 图形及参数显示说明
图形显示区显示CH1、CH2两路波形的电压关系，以CH1为横轴，CH2为纵轴。用鼠标拖动或键盘方向键移动游标可测量出曲线与游标交点处对应的电压值。
2. 按钮功能
(1) 电压
显示框显示的数据为该路波形当前的电压档，即纵向每格代表的电压值。点击数据显示框可弹出右图所示列表框，供用户选择合适的电压挡。

数据显示框右边的按钮用来选择当前显示电压档的后一个档(如2v)，按钮用来选择当前显示电压档的前一个档(如500mv)。
(2) ：选中该选择框显示游标及对应的测量值，否则只显示波形。
(3) ：启动 X-Y 测量数据采集并显示波形。
(4) ：停止 X-Y 测量数据采集。
(5) ：清屏。
(6) ：保存，将当次采集到的前20000个点对应的波形保存为位图件。
3.3.3 万用表界面
主界面如下：

1. 测量结果输出
电容的测量结果用橙色显示，电阻的测量结果用绿色显示，电压的测量结果用蓝色显示。
2. 测量方式
该显示框中指示当前的测量方式，点击可进行测量方式的选择。测量时必须选择正确的测量方式，否则不能得到正确的测量结果。
3. 测量范围
(1) 电容测量范围：0.01uF～100uF

(2) 电阻测量范围：200Ω～2MΩ
(3) 电压测量范围：2.5mV～30V
如果测量结果显示为“1.”，则所测量的值超出万用表的最大测量范围，如果测量结果显示为“0.”，则所测量的值超出万用表的最小测量范围。

4. ：开始测量，选择合适的测量方式及测量范围，点击该按钮，按钮变灰，开始进行测量并显示测量结果，然后按钮变为有效，可重新进行测量。

5. ：停止测量。
第 4 章 实验内容

4.1 数字PID控制
4.1.1 实验目的
1．了解PID控制器参数对系统性能的影响。
2．学习凑试法整定PID控制器参数。
3．掌握积分分离PID控制规律。
4.1.2 实验设备
PC 机一台，TD-ACC+ 实验系统一套，SST51系统板一块
4.1.3 实验原理和内容
在模拟调节系统中，PID算法表达式为

在计算机控制系统中，离散的数字PID算法可以表示为位置式PID控制算式，或增量式PID控制算式。
位置式PID控制算式为

式中， T：采样周期，k：采样序号，
u (k)：第k次控制器输出，
e (k)：第k次采样误差值，e (k－1)：第(k－1)次采样误差值
Kp：比例增益， TI：积分时间， TD： 微分时间

图4.1-1是一个典型的PID闭环控制系统方框图，被控对象传递函数

实验硬件电路原理及接线图可设计成如图