《机电测控系统》课程教学大纲

《机电测控系统》课程教学大纲课程名称：机电测控系统英文名称：THEMEASUREMENTANDCONTROLSYSYENOFMECHATRONICS开课学期：第二学期课程代码：412410课程类别：专业课程性质：选修课程学时：（28学时+实验4学时）课程学分：（1.5）面向专业：机械工程与自动化教学单位名称：机械电子工程系选用教材：《测控系统原理与设计》孙传友等编著北航出版社.2007年12月第2版（普通高等教育十一五国家级规划教材）主要参考书：1）计算机测试与控制，李行善，北航出版社1990.12）MCS51系列单片机应用系统设计，何立民，北航出版社19903）MCS-51系列单片机实用接口技术，李华，北航出版社19934）计算机控制系统，何克忠等，清华大学出版社19985）自动测试系统集成技术，李行善等，电子工业出版社2004课程性质、目的与任务本课程以机电测控系统的基本结构为基础，结合机械工程及机电产品的应用实际，从系统整体的角度介绍测控系统在机电领域的历史与发展前景，讲述机电测控系统相关的测控通道、主机及接口、测量数据处理、PID控制算法、监控程序设计、抗干扰技术、微机化测控系统设计及实例、测控系统新技术。其主要任务是培养学生：1、树立正确的设计思想，理论联系实际，具备创新精神；2、全面系统地了解微机测控系统的基本组成情况；3、掌握有关微机测控的基本概念、基本理论、基本方法及其在控制中的应用。本课程是机械工程及自动化专业的一门专业课。通过课程学习，使学生了解和掌握机电测控系统的整机原理和总体设计思想、测控算法及抗干扰技术，熟悉机电测控系统的设计方法，培养学生综合运用所学知识进行机电测控系统设计开发的能力。教学基本要求本课程的学习要求学生学过微型计算机应用基础及接口技术，了解机电测控系统的组成和结构，数码的分类，基本汇编编程语言。能够运用嵌入式单片机和相关接口技术设计简单的机电测控系统。并通过课程的实验环节的实际测控系统的设计和训练，使学生具备一定的机电测控系统的设计和开发能力。各章节内容及学时分配绪论（2学时）教学目的通过本部分的学习，要求学生了解机电测控技术在国民经济中的地位和作用，机电测控技术的发展，本课程研究内容。重点掌握机电测控系统的组成情况。教学内容测控系统的地位与作用测控系统微机化的重要意义微机化测控系统的类型和组成本课程的内容与性质考核要求了解：对测控系统有初步印象理解掌握：微机化测控系统的分类及硬件及软件组成测控通道（输入/输出通道）（4学时）教学目的与要求本章课程在对模拟量及开关量的输入与输出通道原理进行简单讲解，并初步讲授微机的接口技术中单元电路的级联问题，如电气特性的相互匹配、信号耦合方式和时序配合等。使学生初步掌握微机测试与控制的基本电路的设计知识和技能。教学内容模拟输入通道模拟输出通道开关量输入/输出通道单元电路的级联设计考核要求了解：测控通道的基本理论。掌握：模拟输入通道、模拟输出通道组成和设计；开关量输入／输出通道组成和设计。主机及其接口（4学时）教学目的与要求在对单片机主机接口进行充分认识的基础上，使学生掌握以ADDA为主的测控系统接口及键盘、显示器等人机接口的硬件构成及程序设计方法。并简单的了解一下常见的串行接口和主线等通信接口。教学内容主机电路测控接口及程序设计人机界面接口及程序设计通信接口考核要求了解：主机电路特点、通信接口掌握：测控接口与人机接口硬件构成与软件程序设计方法测量数据处理（6学时）教学目的与要求本章主要介绍微机测试系统中，微机对原始测量数据进行处理的常规内容及相应的算法。通过本章的介绍使学生掌握测试系统的信号数据处理情况，能准确地消除或减少误差，正确地估计测量精度。教学内容零位和灵敏度的误差校正标度变换非线性校正算法数字滤波考核要求了解：数字量和模拟量的区别理解：测试信号、模拟信号调理与数字处理算法掌握：非线性校正算法和校正数字滤波方法。PID控制算法（4学时）教学目的与要求PID控制算法是工业系统中应用最广的算法，本章在简要讲解PID控制算法的基本原理与程序流程的基础上，令学生掌握几种基本的PID参数确定方法，并掌握数字PID控制方法的工程实现方法。教学内容PID控制原理与程序流程标准PID算法的改进数字PID参数的选择数字PID控制的工程实现考核要求了解：PID控制算法的基本原理理解：数字PID控制的工程实现掌握：扩充临界比例度法与扩充响应曲线法等PID参数整定算法监控程序设计（2学时）教学目的与要求本章对监控程序的功能和组成及各流程进行初步讲解，令学生对计算机监控系统程序设计特点得到初步的认识，为从事计算机控制方面的工作打下一定的基础。教学内容监控程序的功能和组成监控主程序和初始化管理键盘管理显示、中断与时钟管理硬件故障的自检考核要求了解：测控系统监控软件的设计方法抗干扰技术（4学时）教学目的与要求本章讲述测控系统中各类干扰的形成及软硬件的抗干扰方法。通过该课程的学习，使学生掌握抗干扰技术的基本原理、常用方法、以及在工程中的实际应用，为今后从事微机应用系统设计、开发和维修提供必要的基础知识。教学内容噪声干扰的形成硬件抗干扰技术软件抗干扰技术考核要求了解：噪声干扰的形成机理掌握：硬件抗干扰及软件抗干扰的设计方法微机化测控系统设计及实例（2学时）教学目的与要求本章是前述各章内容的综合运用方法，在讲述微机测控系统要点的基础上，结合两个实例，讲述微机化测控系统的设计方法，令学生对前述各章内容得到融会贯通。教学内容设计要求和研制过程总体设计硬件设计软件设计设计实例考核要求了解：测控系统的设计方法实验1.实验目的与任务本课程是机械制造与自动化专业本科阶段的主要专业选修课之一，本课程主要讲授机电测控系统的组成、外围接口、前向后向通道、检测与控制的设计方法、总线技术、抗干扰技术等。使学生对机电测控系统有一个清晰的了解，并从中掌握实际问题的设计方法和设计本领。实验课是本课程重要教学环节，其目的是了解系统控制电路的组成、功能、原理，设计方法，培养学生解决实际问题的能力。2.实验教学基本要求1）了解和掌握机电测控系统的组成及原理2）掌握机电测控系统的设计方法及步骤。3）了解机电测控系统调试及工作过程。3.实验教材或指导书机电测控系统实验指导书（自编）4.实验项目一览表序号实验项目内容提要实验类型学时分配主要仪器设备实验地点1机电测试试验（模拟量）利用实验板上的ADC0809做A/D转换器，编制程序，