简易自动控制原理实验系统设计

示。在主程序中主要完成串口和ADC 寄存器的初始化，初始化完成后启动片内ADC 的第一次转换，随即系统进入等待中断状态，若接收到停止信号，系统马上停止。当系统响应到串行接收数据中断，通过接收的数值对ADC 转换的通道和采集速度进行相应的修改，当修改完成后立即返回主程序。当ADC 每次转换完成相应标志位置位，程序跳转到ADC 转换并完成中断运行。此时系统读取转换的数值并处理，随即通过串口将该数据发送给上位机。当串口数据发送完成后起动延时； 另外当延时完成后，系统将ADC 转换起动标志位置位，然后进行下一次转换。下位机程序运行的整个过程中，系统通过中断方式完成，具有响应及时、提高单片机处理内部和外部事件能力的优点。

图4 下位机程序流程图　　2. 4 上位机前面板设计

系统采用LabVIEW 开发平台制作上位机软件，即在PC 机上设计出虚拟示波器。系统虚拟示波器上位机软件界面如图5 所示。从图5 可知，上位机具有串口参数调节、数据波形显示、数据存储、数据回放、以及采样通道及速率选择等功能。虚拟示波器在波形显示过程中，用户可根据个人喜好对曲线颜色、数据采集速率和通道等参数的进行设置。同时在实验过程中，可以点击波形存储按钮对接收到的数据以TXT 或其他格式的文件存储在PC 机硬盘或其他外部磁盘中。用户可根据需要随时通过数据回放按钮选择文件查看数据波形或者将数据文件提供给Matlab 和Exel 等数据处理软件进行分析处理，使用非常灵活方便。

图5 上位机前面板界面图

3 实验结果及分析

系统设计完成后，对典型二阶震荡环节进行实验，实验系统模拟电路连接如图6 所示。

图6 二阶振荡环节模拟电路图

图6 所示模拟电路的拉氏运算电路如图7 所示。

图7 二阶振荡环节拉氏运算电路

　　将图7 所示电路进行频域分析有：

式1 中参数为R1 = R2 = R3 = R7 = R8 = 200K,R4 = 10K,R5 = R6 = 100K,C1 = 1uF,C2 = 10uF; 对上式进行拉氏变换可得出系统输出响应函数为：

在MATLAB 中进行仿真，可以得到其阶跃响应曲线，如如图8 所示：

图8 二阶振荡环节阶跃作用下输出仿真波形

图9 为简易自动控制原理实验系统二阶振荡环节在单位阶跃作用下的输出波形，通过对比可知实验波形与图8 所示的仿真波形基本一致，说明实验系统能很好的实现自动控制原理实验功能，达到设计目的。

图9 二阶振荡环节在阶跃信号作用输出波形图

4 结束语

一种简易的自动控制原理实验平台由双单片机AT89S52、ATmega16、LM741 等硬件电路和下位机系统及由LabVIEW 开发的上位机软件构成。系统充分利用AT89S52 和ATmega16 单片机软硬件资源，方便快捷地实现信号产生和数据采集，PC 机通过LabVIEW 开发平台方便的进行数据采集、监控、分析、处理、存储和打印输出。该实验系统具有电路简单、使用灵活方便和扩展性强等特点，可以广泛地应用于高校自动控制原理实验室，方便学生开展实验，从而有效地降低实验成本和节约实验室资源。