随动系统设计
基于单片机控制的CCD随动系统设计
谢勇全
（吉首大学物理科学与信息工程学院，湖南吉首 416000）
摘要
通过一种设计方案，包括硬件的介绍和实现，以及控制程序的编写等，介绍了一种基于单片机控制的CCD随动系统。该系统接收到驾驶员手中的方向盘旋转角度信号后，经ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)转换成数字信号后送入单片机，由单片机处理接收到的旋转变压器的信号，发出步进脉冲及方向电平，送入步进电机驱动器，再由步进电机驱动器驱动步进电机旋转，从而使安装在旋转台上的CCD 的方位角随方向盘的旋转而变化。为了获得较好的随动性，控制系统采用AD(Analog-to-Digital，模拟到数字)转换技术，利用单片机对信号处理速度快的特点，使系统拥有更好的实时性能。
关键词：步进电机；旋转变压器；单片机；AT89C51；CCD；随动系统
A CCD Servo System Based on SCM Controlling
Xie Yongquan
(College of Physics Science and Information Engineering Jishou University, Jishou, Hunan 416000)
Abstract
The paper introduces a Single Chip Micyoco controlled CCD servo system of a design project, including introduction and implement of hardware, also with design of control program. After receiving the signal of the rotating angle from the steering wheel, The signal is transformed to the digital signal by ADC and send into the monolithic integrated circuit, the monolithic integrated circuit processing the signal received from the rotary transformer, then send the stepping pulses and direction power level to the driver of stepping motor, Again actuates the machine to revolve by the driver of the stepping motor, Thus causes to the azimuth of CCD installed in the rotating platform along with the steering wheel’s rotat ing. In order to obtain a better Servo character, the control system uses the AD transformation technology, and uses the character of quickly signal processing speed of monolithic integrated circuit, so as to get the better real time characteristic. Keywords: stepping motor; rotate transformer; SCM; AT89C51; CCD; Servo system
目录
第一章绪论 (1)
1.1引言 (1)
1.2基于单片机控制的CCD随动系统研制的目的和意义 (2)
1.3本课题的研究内容 (2)
第二章系统方案选择与论证 (4)
2.1系统需求 (4)
2.2系统总体方案 (4)
2.2.1基于单片机轴角数字转换电路的系统方案 (4)
2.2.2基于轴角数字转换模块轴角数字转换电路的系统方案 (5)
第三章硬件电路设计与实现 (8)
3.1硬件电路的总体规划 (8)
3.2系统端口、引脚分配 (8)
3.3系统中央控制电路 (9)
3.4中央处理电路 (9)
3.4.1 AT89C51简介[3] (9)
3.4.2单片机最小系统 (12)
3.5步进电机 (13)
3.5.1步进电机的结构 (13)
3.5.2步进电机的工作原理 (14)
3.5.3步进电机的分类[5] (15)
3.5.4步进电机的运动 (16)
3.5.5步进电机的定位 (17)
3.6步进电机控制与驱动设计 (18)
3.6.1 L297简介[6] (18)
3.6.2 L298简介[7] (20)
3.6.3步进电机驱动电路连接[8] (21)
3.7正余弦旋转变压器 (22)
3.7.1正余弦变压器原理 (22)
3.7.2正余弦变压器硬件连接电路图 (23)
3.8信号预处理电路连接[9] (24)
3.9 A/D转换部分 (25)
3.9.1 ADC0804简介[10] (25)
3.9.2 ADC时钟频率的产生 (26)
3.9.3辅助参考电压的产生 (27)
第四章软件系统设计 (29)
4.1应用程序设计原则与方法 (29)
4.1.1程序功能模块化的优点 (29)
4.1.2程序模块的划分 (29)
4.2软件设计理论依据 (30)
4.3各模块的软件设计 (32)
4.3.1初始化模块 (32)
4.3.2主程序模块 (33)
4.3.3单片机控制A/D采样模块 (33)
4.3.4方向控制模块 (34)
4.3.5角度控制模块 (35)
第五章结束语 (36)
致谢 (37)
参考文献 (38)
附录1：系统电路图 (39)
附录2：源程序清单 (41)
第一章绪论
1.1引言
单片机也被称为微控制器，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU(Central Processing Unit，中央处理器)的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成到复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。
单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上计算机以及鼠标等计算机配件中都配有1-2部单片机。而个人计算机中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC(Personal Computer，个人计算机)机和其它计算的综合，甚至比人类的数量还要多。
目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC(Integrated Circuit，集成电路)卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域。
位置随动系统又称伺服系统，主要用于解决位置跟随的控制问题，其根本任务就是通过执行机构实现被控量(输出位置)对给定量(指令位置)的及时和准确跟踪，并要具有足够的控制精度。位置伺服系统应用很广，例如数控机床中的两个轴(y轴和z轴)的驱动；机器人的关节驱动；x-y记录仪中笔的平面位置控制；摄、录像机的磁鼓驱动系统；至于低速控制或对瞬时转速有要求时，也必须采用位置伺服控制，显然，步进电动机适合应用位置控制。
而基于单片机的应用系统，具有体积小、重量轻、性价比高以及可靠性较高等优点，把可以编程控制的单片机应用于CCD随动系统，使其具有较大程度的可改变性，从而可以更好的控制系统的随动性能、降低开发难度和生产成本。
1.2基于单片机控制的CCD随动系统研制的目的和意义
随着随动控制系统的应用日渐广泛，人们对系统的要求也越来越高，如安全性、轻巧性以及性价比等。而通过单片机开发的随动系统，恰好能够满足现实的需要，而且用单片机开发出来的随动系统也具有高稳定性和可以通过编程以进行控制和升级等特性。
其研制的目的和意义：
1、降低随动系统的开发成本和开发难度。
随动系统的开发可以全部在微机上操作，并且可以通过实时的仿真系统来测试系统的正误以及其性能，从而可以提早发现问题并且对所遇到的问题来进行解决，可以省去很多实物仿真的必要性，但当系统调试完毕之后，将还要在实物的基础上进行一定时期的验证，才能最后用于实际的应用。单片机系统已经集成到了一小片硅片上，而且在其外部用到的外围器件大多数也是集成芯片，随着这些集成芯片的广泛普及，其性价比势必也会越来越高，因此该系统将具备较低的开发成本优势。
2、通过应用单片机系统，进一步提高随动系统的稳定性以及可维护性。
该系统应用集成芯片和高稳定性元器件，只有很少一部分是独立原件，而对于集成芯片的诊断和维护也较独立元器件要高出很多，更换也比较简单，因此使该系统具有高稳定性、易诊断、易维护等方面的优势。
3、控制逻辑通过C程序实现，更易于以后系统的升级和维护，也使具备在不同芯片中和系统中可移植性。
系统的控制程序全部采用C语言进行编写，由于C语言具有高效率以及接近汇编，具有更小的体积，这些对于那些只具备较小的存储空间的智能系统来说，控制程序占据更小的内存以及存储空间，追求更高的执行效率是一个很重要，也很受关注的方面。而通过应用C语言，使其能够达到上述要求。而且C语言具有可移植性，在该系统上编写的程序，可以在另外的系统中，如Linux中进行再开发，利于将来产品的升级。
4、通过提高随动系统的性能，从而提高车辆的安全性，使其更加人性化。
车辆在行进中，各个设备，尤其是战车的瞄准仪、测距仪以及其它仪器都需要与方向盘的方向保持良好的一致性，使他们与方向盘仪器保持随动，从而才能更好的提高其在战场环境下的生存能力以及战斗能力。而在高档车辆的照明系统中，也要求大灯和方向盘保持随动，使驾驶员能够看清前进的方向，提高其安全系数，使其更舒适化、人性化。
1.3本课题的研究内容
本文介绍的设计方案是用AT89C51控制的CCD (Charge Coupled Device，电荷耦合器件)随动系统。为了提高车辆（比如装甲战车、坦克、工程车和轿车等）的适时
性和安全性，拟在车辆上装备CCD，要求CCD的方位与驾驶员手中的方向盘保持随动，而CCD安装在由步进电机带动的旋转台上，方向盘上安装测角组件(旋转变压器) ，车辆驾驶过程中，随着方向盘的旋转，旋转变压器发送相应的角度信号传入AD转换模块，AD把旋转变压器传入的模拟信号转换为数字信号后，再送到AT89C51，由
AT89C51处理接收到的旋转变压器的信号，发出步进脉冲及方向电平，再让步进电机驱动器来控制步进电机转动方向和转动角度，从而使车辆行进的方向与观察视角保持一致。
在该方案中，要求系统的采样误差不得超过1%，单片机控制步进电机的最小控制精度不得低于2度。
全文开始讲述整个系统的规划设计，以便使整个控制系统的设计有一个较好的
参考标准；接着分析对系统的要求，绘制系统的方框图；进而简要介绍所用器件的
原理和特点，决定选用的器件类型以及计算必要元器件的参数，再确定选用的各个
芯片型号以及元器件型号；在此基础上，再进行硬件系统的整合，同时给出系统的
完整硬件连接电路图。在完成系统的硬件电路设计之后，阐述软件设计理论，再分
模块来进行软件部分的组织，包括各个模块的流程图以及必要的控制程序介绍。接
着是该方案的验证与测试，以使其能够应用到实际中。最后是参考文献和附录。附
录中给出了该系统的完整源程序以及完整的硬件电路图，其中源程序中包括了对程
序逻辑和实现功能简要说明的必要的注释。
第二章系统方案选择与论证
2.1系统需求
本文设计的是基于单片机的CCD随动系统，也即要使随动器件与设备跟随方向信号而保持同步运动。总体的需求就是要实现把测角组件所输出的信号经过预先处理以及AD转换，处理后的数字信号再送到中央处理器中进行处理（角度计算，方向计算），通过计算，把特定数目以及特定顺序的系列脉冲信号送到的步进电机驱动芯片，再由步进电机驱动芯片来驱动步进电机运动。其中的中央处理器可以对AD转换进行控制，使其在系统停止作业时，不进行AD转换，以节省电源和减少功率消耗，节省成本；AD也可以采用自由转换模式，单片机只需随时读取和处理即可。同时也能对步进电机驱动芯片进行控制，实现精度控制以及方向控制等。总体的目的就是要设计一套系统，使其具有良好的随动性、低成本性以及较高的控制精度，并能够广泛应用于各种系统中，具有较好的拓展性和再开发性。
2.2系统总体方案
在充分理解前一节对系统的基本要求以及说明后，我们设计了能够实现其所有功能要求的两套系统方案。
2.2.1基于单片机轴角数字转换电路的系统方案
基于单片机轴角数字转换电路的系统方案方框图如图2.1所示。在本方案中，我们在轴角数字转换电路部分采用分立元件，由旋转变压器送出的信号，先经过由分立组件构成的信号预处理电路，处理后的模拟信号送入AD转换芯片，转换成数字信号之后，再送入单片机进行进一步的处理。旋转变压器的输出信号预先经过处理的目的是进行大信号的缩小，以及对旋转变压器上的多极信号进行预处理后，合并为一路差值信号，便于计算和处理。
经过单片机处理的信号，由单片机的数据口P0输出，先送入集成的步进电机驱动芯片，进行功率放大后，再送入步进电机，使其跟随旋转变压器的方向信号进行转动。
图2.1 基于单片机轴角数字转换电路的系统方案方框图
在基于单片机组成轴角数字转换电路的系统方案中，由自整角机发送来的信号必须经过正余弦变压器转换为含有轴角信息的正余弦角度信号。正余弦变压器可以用电磁式实现，也可以用运算放大电路组成的高精度电子式正余弦变压器实现。由于电磁式变压器采用的磁性材料，具有非线性，导致其精度不可能做得很高，因此，目前多采用电子式正余弦变压器。
电子式正余弦变压器的两路输出为[1]：
0S V KE Sin tSin ωθ= 公式（2.1）
0C V KE Sin tCos ωθ= 公式（2.2）
式中：0E 为正弦、余弦绕组输入电压的最大值；ω为输出信号的载波频率，即激励电压的角频率；θ为转动的机械角度；K 为比例系数。
正余弦变压器输出的信号是以模拟信号表示的机械轴角θ，在数字随动系统中，需将机械轴角θ转换成数字角δ。
00S C V E Sin tSin tg V E Sin tCos ωθθωθ
== 公式（2.3） S C
V arctg V θ= 公式（2.4） 信号S V 、C V 在峰值区间进行同步采样和保持，经AD 转换器后变成与电压成正比的数字量，依据公式(2.4)进行反正切运算，即可解算出数字角δ。
单片机主要完成数据采集、数字角解算、象限判别和输出数字角等功能。
由本方案可以看出，传统的转换电路需要由预处理、取模、象限判决等诸多数字逻辑电路组成相比，基于单片机的轴角数字转换电路具有电路简单、可靠性高等优点。而与基于轴角数字转换模块和光电编码器的转换电路相比，这种电路价格非常低廉。然而，这种电路也存在精度不很高等缺点，只能应用于一些对精度要求不是太高的场合。
2.2.2基于轴角数字转换模块轴角数字转换电路的系统方案
随着现代电子技术的发展，人们对轴角数字转换电路的规范化、模块化、对其要求也越来越高，于是出现了小型固态厚膜或薄膜混合的集成轴角数字转换模块SDC/RDC(Signal Data Converter ，信号数据转换器；Reliability Data Control ，可靠性数据控制)。但是，这种模块体积庞大，略显笨拙。美国ADI 公司又将它发展成一系列单片集成电路，即AD2S8X 系列。AD2S8X 系列是将先进的CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ，互补金属氧化物半导体)逻辑电路
与高精度、双极性线性电路相结合，以BiCMOSII 工艺制作的跟踪式单片集成电路。用户可根据需要选择相应的模块类型。目前我国自主研制的轴角数字转换模块以中船重工集团的ZSZ/XSZ 系列为代表，性能基本与国外产品相当。以下以AD2S82A 为例介绍基于轴角数字转换模块的轴角数字转换电路之系统方案原理。
图2.2是基于轴角数字转换模块轴角数字转换电路的系统方案方框图。
图2.2 基于轴角数字转换模块轴角数字转换电路的系统方案方框图[2]
AD2S82A 内部主要由高速数字式正余弦乘法器、误差放大器、相敏解调器、积分器、VCO （V oltage Controlled Oscillator ，压控振荡器）和可逆计数器等组成。其输入的正余弦信号也可分别用公式(2.1)和公式(2.2)来表示，其中θ为待转换的轴角。
假定可逆计数器现时的代码值是δ，高速数位式正余弦乘法器将S V 乘以Cos δ，C V 乘以Sin δ，两信号再经误差放大器相减后得到：
000()KE Sin tSin Cos KE Sin tCos Sin KE Sin tSin ωθδωθδωθδ-=- 公式（2.5）
经相敏解调器、积分器、压控振荡器和可逆计数器形成一个死循环回路系统使()Sin θδ-趋近于零。当这一过程完成时，可逆计数器的代码值δ就相当于轴角θ。
在该电路中，由粗精两套旋转变压器将轴角信号转换成为交流电信号，然后分别经两套SDC/RDC 模块将交流信号转换成数字信号，再通过数据处理模块进行精粗组合、数据纠错等，最后将数据送到单片机，经单片机处理后，由单片机的数据口PX （单片机的任意一个数据口）输出，其输出先送入集成的步进电机驱动芯片，进行功率放大后，驱动步进电机跟随旋转变压器的信号变化而进行随动。与单信道相比，双
信道电路增加了成本，但是，由于其静态误差仅为单信道的1/n（n为速比），其转换精度大大提高。因此，双信道的轴角数字转换电路性价比较高，广泛用于航空、航天、航海等各种控制系统中，尤其是在工作环境较恶劣的情况下。
综合两套方案，我们可以看出：基于单片机轴角数字转换电路的系统方案中，电路结构也简单，容易实现，而且也易于进行控制，有着明显的成本优势，但是精度不是很高。而在基于轴角数字转换模块轴角数字转换电路的系统方案中，电路结构比较复杂，较易实现，外围独立器件用得比较少，大量应用了集成芯片，精度比较高。
在这里，我们通过综合系统的实际需求以及两套方案的特点和性能，我们选择第一套方案作为本文的整个系统方案，并来实现整个系统。
第三章硬件电路设计与实现
在前一章，我们已经对系统的需求进行了认真的分析，而且根据其要求，选择了两套整体设计方案，而且通过各个方案的介绍，了解到各自的优缺点后，再根据系统的实际需求，从中选定了一种可行的整体设计方案。
本章的任务就是在选定整个系统设计方案的基础上，分别对硬件部分进行设计。主要分为两个步骤，第一部分：系统硬件各部分原理说明，第二部分：相应的外部电路设计与连接以及系统各硬件部分电路图的绘制。
3.1硬件电路的总体规划
在上一章中，我们采用的是如下的系统硬件结构：
图 3.1 硬件电路系统方框图
由于该系统要求采样误差不得高于1%，所以，我们选用的AD芯片，其采样输出至少要在8位以上，在此，我们就采用8位的AD转换芯片ADC0804。而又要求步进精度不得低于2度，所以我们采用双极性两相步进电机和相应的驱动电路。
3.2系统端口、引脚分配
根据硬件电路的规划，（1）外接晶振连接XTAL1和XTAL2,复位电路连接到RST 端。(2) 旋转变压器采用正余弦旋转变压器，其两对输出端（Z1、Z2为一对，Z3、Z4为一对）分别接到两个运算放大电路。(3)经运算放大器处理后，两个运算放大器的输出端AD0和AD1分别送入到ADC0804的VIN+端，以便ADC0804对信号进行模数转换，然后再送入到单片机。一个ADC0804的八根数据线DB0-DB7连接到89C51单片机的P1.0-P1.7，/WR连接到/INTR，使ADC0804以自由转换模式工作；而另一个ADC0804的DB0-DB7连接到89C51单片机的P2.0-P2.7，/WR也连接到/INTR，同样使ADC0804以自由转换模式工作。两个ADC0804的CLKIN和CLKR均到外部电路，其中该电路的时钟脉冲信号是通过ADC自身电路外接元器件产生的。在CPU上总共需占用16个数据
口。(3)步进电机驱动采用L297加L298形式，经过处理后的时钟脉冲由P0.3输出，送到L297的Clock,因为P0口是地址和数据复用端口，所以为了使任何时候P0口输出的数据信号均有效，必须外接上拉电阻，采用10K 的电阻连接电源即可；另外，为了对步进电机驱动进行控制，L297的Reset 、ENABLE 、Full 以及CW 分别连接到CPU 的P3.4-P3.0。总共占用单片机的5个数据端口。（4）采用二相四拍的步进电机，需要一个步进电机，需要4根驱动信号，分别连接在L298的输出口的OUT1-OUT4。
根据上面的信号线的分析，总共需要21根信号引线。但是，由于89C51总共40引脚，除去电源、复位、晶振、ALE 、PSEN 等，有33根可以利用的信号线。完全可以再不进行口扩展的情况下进行本方案的设计与实现。
3.3系统中央控制电路
通过以上分析，我们可以画出该系统的基本控制电路图，由于系统的工作需要最基本的单片机最小系统的支持，所以图中包括了单片机最小系统以及其他电气连接。整个中央控制电路硬件电路图如图3.2所示。 C210P X1L297Clock
XTAL2AD1_DB5SW1AD1_DB2AD1_DB1AD2_DB3
VCC L297en AD2_DB6
CPUReset VCC AT89C51
9181929
30
3112345678212223242526272810
11
12
13
14
151617
3938373635343332RST
XTAL2XTAL1PSEN ALE/PROG EA/VPP
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.0/A8P2.1/A9
P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WR P3.7/RD P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7AD2_DB4
R45
10k
L297Reset C31n AD2_DB5
AD1_DB7XTAL1AD2_DB1
AD2_DB7AD1_DB3VCC R1710k U2A
74LS1412L297CW AD2_DB0
XTAL1L297Full R181k C110P CPUReset AD1_DB6XTAL2AD1_DB4AD2_DB2
AD1_DB0
图 3.2 中央处理器部分硬件电路图
3.4中央处理电路
3.4.1 AT89C51简介[3]
AT89C51为ATMEL 公司推出的Flash 单片机，采用CMOS 工艺，来源于8051而优于8051系列，并且内部含有Flash 内存的单片机，在工业、交通、仪器仪表、自动生产
过程、航空、运输、汽车、家电等领域均获得较大的运用。其硬件资源包括：
1、4KBflash的内部程序内存；
2、128B的内部随机存储器；
3、8位的CPU，多功能的I/O端口：P0、P1、P2、P3口的第二功能；
4、16位定时器/计数器；
5、全双工异步串行通信端口；
6、具有多个中断源；
7、片内的闪速程序内存；
8、复位系统；
9、系统的节电工作方式。
图3.3 AT89C51引脚图
根据图3.3的AT89C51的引脚图，下面分别叙述这些引脚的功能:
1、电源端VCC。
2、电源地GND。
3、外接晶振引脚XTALl、XTAL2。
XTALl为片内振荡器反向放大器的输入端，当采用外部振荡时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端；XTAL2为上述放大器的输出端，采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。
4、控制或其它电源复用引脚RST、ALE/PROG、PSEN、EA/VPP。
①RST：复位输入端。当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。
②ALE/PROG：当访问外部内存时，ALE的输出用于锁存地址的低位字节。在不对外部内存进行访问的时候，ALE仍然以不变的频率周期性地出现正脉冲信号。因此，它可作为对外输出的时钟，或用于定时目的。在访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲；在对FLASH内存编程时，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如果需要的话，通过对专用寄存器(SFR)区中的D0位置1，可禁止ALE操作。该位置1后，只有执行MOVX指令或MOVC指令期间，ALE才会启动。另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应该设定禁止，ALE无效。
③PSEN：程序存储允许输出信号，是外部程序内存的读选通信号。当AT89C51由外部程序内存取指令(或常数)时，每个机器周期两次PSEN有效(即输出两个脉冲)。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。
④EA/VPP：外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序内存(其地址范围为地址：0000H-FFFFH)，则EA必须保持低电平(接到GND)。然而，保密位LBI被编程，复位时在内部锁存EA端状态。当EA保持高电平(接VCC)，CPU则执行内部程序内存中的程序。在FLASH内存编程期间，该引脚也用于施加+12V的编程允许电源VPP(如果选用+l2V编程)。
5、输入/输出引脚：P0.0~P0.7、Pl.0~P1.7、P2.0~P2.7、P3.0~P3.7。
①P0口(P0.0-P0.7)：P0是一个8位漏极开路型双向I/O口。作为输出端口时，每位以吸收电流的方式驱动8个TTL电平输入，对端口写1时，又可作为高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它分时多路转换的地址(低八位)/数据总线，在访问期间启动了内部的上拉电阻。在FLASH编程期间，P0端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。验证时要求外接上拉电阻。
②P1口(Pl.0-Pl.7)：P1是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流)4个TTL电平。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可作输入口。作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(I IL)。对FLASH编程和验证时，Pl端口接收低8位地址。
③P2口(P2.0-P2.7)：P2是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O口。P2的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流)4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(I IL)。在访问外部内存和16位地址的外部数据存储器(如执行MOVX @DPTR 指令)时，P2口输出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX @RI指令)时，P2口引脚上的内容(就是专用寄存器(SFR)区中的PZ寄存器的内容)，在整个访问期间不会改变。在对FLASH编程和程序验证期间，P2口也接收高位地址和一些控制信号。
④P3口(P3.0-3.7)：P3是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P3的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端
口拉到高电位，这时可作为输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(I IL)。
在AT89C51中，P3口还用作一些专门功能，见表3.1。
表3.1 P3口的引脚与兼用表
在对FLASH编程或程序验证时，P3还接收一些控制信号。根据89C51内部的资源以及端口、引脚说明，AT89C51完全可以适用于CCD随动系统的控制。
3.4.2单片机最小系统
对51系列单片机来说，为了使单片机正常工作，至少需要一个最小系统。在51系列单片机中，单片机芯片+晶振电路+复位电路，便组成了一个最小系统。但是一般我们在设计中总是喜欢把按键输入、显示输出等加到上述电路中，成为小系统。因为在设计中，并不需要键盘和显示器等外围器件，只要求设计达到随动的要求即可，所以在此，最小系统只包括单片机、晶振电路和复位电路。应用C51系列单片机设计并制作一个单片机最小系统，达到如下基本要求：
1、具有上电复位和手动复位功能。
2、使用单片机片内程序内存。
3、为了达到较高的精度、速度以及稳定性，晶振频率选用12MHZ，晶振电路中选用的电容C1、C2均为10p。而在复位电路中，R17、R18选用阻值都为10K，电容为10u。
连接好相应的引脚，并仿真测试复位是否正常。最终所构成的最小系统硬件电路图如图3.4所示：
R1710k XTAL1C210P VCC AT89C51
9181929
30
31123456782122
23
24
25
26
27
28
10
11
12
13
14
15
16
17
3938373635343332RST
XTAL2XTAL1PSEN ALE/PROG EA/VPP
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P2.0/A8P2.1/A9
P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXD P3.1/TXD P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WR P3.7/RD P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7XTAL1CPUReset C310u XTAL2R181k X1VCC C110P U2A 74LS1412CPUReset SW1
XTAL2
图 3.4 单片机最小系统硬件电路图
3.5步进电机
3.5.1步进电机的结构
步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电组件，它实质上是一种多相或单相同步电动机。单相步进电动机由单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途是作为微小功率驱动，例如用于驱动机械式电子手表的指针。多相步进电动机由多相方波脉冲驱动，用途很广。步进电机一般都是指多相步进电动机，使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转变为多相脉冲信号，再经功率放大后分别送入电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度(称为步距角)。正常运行情况下，步进电动机转过的角度与脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量输入，所以特别适合微机控制。
步进电机有专用的驱动器驱动，而驱动器的输出由脉冲信号和方向电平控制。每一个脉冲使步进电机转动一个固定的角度，这个角度称为步进角。脉冲个数决定旋转角度，脉冲频率决定旋转速度，方向电平决定旋转方向。因此，通过脉冲数量和方向电平的控制能比较精确地控制步进电机的旋转角度和方向。
目前常用的步进电动机有三类:
1、反应式步进电动机：它的结构简单，生产成本低，步距角可以做得很小，但动态性能相对较差。
2、永磁式步进电动机：它的出力大，动态性能好，但步距角一般比较大。
3、混合式步进电动机：它综合了反应式和永磁式两者的优点，步距角小，出力大，动态性能好，是各方面性能都较好的一类步进电动机。它也可称为永磁感应式
步进电动机。
步进电机的一些特点[4]:
1、一般步进电机的精度为步进角的3%-5%，且不累积(精度为100%)。
2、步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点。一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
3、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率( 或速度) 的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
4、步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。
3.5.2步进电机的工作原理
现以反应式步进电动机为例说明其工作原理。下面是一个四相八拍反应式步进电动机的结构示意图(图3.5)。铁心上有八个形状相同的大齿，相邻两个大齿之间的夹角为45度。每个大齿上都套有一个线圈。径向相对的两个线圈串联起来成为一相绕组。各个大齿内表面上又有若干个均匀分布的小齿。四相反应式步进电动机的转子是一个圆柱形铁心，外表面上沿圆周方向均匀地布满了小齿。转子小齿的齿距和定子小齿是相同的。设计时应使转子齿数能被二整除而不能被相数整除。当某一根绕组通电而转子可自由旋转时，该相两个大齿下的各个小齿将吸引相近的转子小齿，使电动机转动到转子小齿与该相定子小齿对齐的位置。因此当A相通电，磁拉力使A相大齿与转子小齿1对齐；当A'D相通电时，磁拉力使A相大齿与'D相大齿同时吸引转子小齿1，将转子小齿1处于A相、'
D相中间。如此循环，实现转子按照时序转动。
图3.5 步进电机结构原理示意图
3.5.3步进电机的分类[5]
步进电机可以分为2相、4相、5相等。如图3.6所示。比较常用的是2相的步进电机，其中包括两组具有中间抽头的线圈，A 、Com1 和A 为一组,B 、Com2 和B 为另一组。2相6线式步进电机，其连接就是A 、Com1、A 、B 、Com2 和B ；而2相5线式步进电机就是将其中的Com1和Com2连接。另外，4相步进电机是由4组线圈组成，5相步进电机由5组线圈所构成。
为了提高步进电机的精度和稳定性，可以把步进电机细分运转，由电气控制方式把每一步距分N 为小步完成。由于此系统是一个随动系统，要求实时性好、定位准确和稳定性好，所以要求步进电机启动频率比较大。
图 3.6 步进电机的分类示意图
若转子上有N 个齿，则其齿间距θ为：
θ=转子齿间距=360N
公式（3.1） 而步进角度为δ:
22P
θδ==?转子间间距相数 公式（3.2） 在本方案中，选用2相50齿步进电机，则有：
3607.250θ==
公式（3.3）
7.2 1.822δ==?
公式（3.4） 3.5.4步进电机的运动
简单的讲，步进电机的运动是靠定子线圈激磁后，将临近转子上的相异磁极吸引过来实现的。因此，线圈排列的顺序，以及激磁信号的顺序就很重要。以2相式步进电机为例，其驱动信号有1相驱动、2相驱动与1-2相驱动三种。本文采用的是2相驱动，如图3.7所示。
图 3.7 两相驱动信号示意图
2相驱动是在任何时候，有两组线圈同时被激磁，因此，其所产生的力矩比1相和1-2相驱动都大。其信号依次如图3.8所示。
图3.8 两相驱动信号示意图
总共有4种不同的信号，呈现周期性的变化，在AT89C51中，若要产生这种信号，可以首先输出“00110011B ”，即“33H ”。经过小段时间的延迟，让步进电机有足够的时间来建立磁场和运动，再以“RL A”或 “RR A ”指令将“00110011B ”左移（或右移），使之变为“01100110B ”（或“10011001B ”），再输出即可，由PORTX 输出的流程图如图3.9所示。
图 3.9 PORTX输出流程图
3.5.5步进电机的定位
打开个人计算机，计算机上的软驱会动一下，连接该计算机的外围设备，也会有所反应。不管是动一下、闪一下或是反应一下，都是RESET动作，让所有设备归为一定的状态。步进电机是一种数字输出设备，则这种设备在使用之前必须归零或定位，才能精确地使用。同样的驱动信号，如果一开始步进电机的转子位置不对，则可能发生如下两种非预期状态：
1、先顺时钟转再逆时针转；
2、先抖动，顺时钟转再逆时针转。
对于上述非预期状态的产生，最简单的防止方法就是在步进电机开始运动之前，先送出一组信号，换言之，若是1相和2相驱动，则依次送出4个驱动信号；若是1-2相驱动，则依次送出8个驱动信号，即可正确地抓住此步进电机的位置，这称之为定位或归零。本方案中采用的是2相驱动，为了实现精确定位，必须在步进电机开始运动
之前送出“1000”、“0100”、“0010”、“0001”这四个驱动信号。
教学系统设计何克抗--网络版
第一章: 名词解释: 1.教学系统设计:教学系统设计是以促进学习者的学习为根本目的，运用系统方法，将学习理论与教学理论等理论转化成对教学目标、教学容、教学方法和教学策略、教学评价等环节进行具体计划，创设有效的教与学系统的过程或程序。教学系统设计是以解决教学问题、优化学习为目的的特殊的设计活动，既具有设计学科的一般性质，又必须遵循教学的基本规律。 2.系统方法:系统方法就是运用系统的思想、观点，研究和处理各种复杂的系统问题而形成的方法，即按照事物本身的系统性把对象放在系统的形式中加以考察的方法。 3.教学系统设计过程模式：教学系统设计过程模式研究是在教学设计的实践中逐渐形成的一套程序化的步骤，其实质说明做什么，怎样去做，是教学系统设计学科研究的主要容，研究者们从不同的视野提出了不同的模式。 填空： 1.教学系统设计的特征; (1)教学系统设计是应用系统方法研究、探索教与学系统中各要素之间及要素与整体之间的本质联系。 (2)教学系统设计的研究对象是不同层次的学与教的系统 (3)教学系统的目的是将学习理论和教学理论等基础理论的原理和方法转换成解决教学实际问题的方案。 2.教学系统设计的发展经历了思想萌芽、理论形成、学科建立等阶段。 （1）20世纪50年代~60年代初期的程序教学、行为目标理论在教学实践中的应用孕育了教学设计理论体系的思想 （2）20世纪60年代末期，由于教学系统方法的形成及其在各层次教学系统设计中的应用，使教学系统设计的理论与方法体系得以建立； （3）20世纪70年代以来，认知心理学、系统科学等相关理论的研究、技术在教育中的应用研究等成果被吸引到教学系统设计中，使教学设计理论和方法得到进一步发展，进而逐渐发展成为一门独立的学科。 3.教学系统设计的特点： （1）教学系统设计的系统系 （2）教学系统设计的理论性与创造性 （3）教学系统设计过程的计划性与灵活性 （4）教学系统设计的具体性 4.教学系统的意义 （1）有利于教学理论与实践的结合 （2）有利于教学工作的科学化，能够促进青年教师的快速增长 （3）有利于科学思维习惯和能力的培养 （4）有利于现代教育技术应用的不断深化，促进教育技术的发展 5.教学系统设计的学科性质 （1）教学系统设计是一门应用性很强的桥梁性学科 教学系统设计为了追求教学效果的最优化，不仅关心如何教，更关心学生如何学，因此在系统分析、解决教学问题的过程中，注意把人类对教与学及传播学的研究成果和我理论综合应用于教学实践活动，是连接基础理论与实践的桥梁。 （2）教学系统设计是一门方法论性质的学科 教学系统设计的根本任务是寻求解决数学问题的方案，因此，教学系统设计的研究对象不是教学系统的性质，而是教学问题的解决方法和寻求解决方法的方法。
(完整版)光学系统设计(一)答案
光学系统设计（一） 参考答案及评分标准 20 分） 二、填空题（本大题14小题。每空1分，共20 分） 21.球心处、顶点处、齐明点处（r n n n L '+=） 22.%100y y y q z ?''-'=' 23.0 24.球差 25.冕牌、火石 26.?ννν?2111-=、?ννν?2 122--= 27.两面的公共球心处、两面的公共球心处 28.阿贝常数、C F D D n n 1n --= ν 29.畸变 30.圆 31.0 32.二级光谱 33.f 00052.0L FCD '='? 34.EFFL 三、名词解释（本大题共5 小题。每小题2 分，共 10 分） 35．像差：实际光学系统所成的像和近轴区所成的像之间的差异称为像差。 评分标准：主要意思正确得2分。 36．子午场曲：某一视场的子午像点相对于高斯像面的距离称为子午像面弯曲，简称子午场曲。 评分标准：答对主要意思得2分。 37．二级光谱：如果光学系统已对两种色光校正了位置色差，这两种色光的公共像点相对于第三种色光的像点位置仍有差异，该差异称为二级光谱。 评分标准：答对主要意思得2分。 38.色球差：F 光的球差和C 光的球差之差，称为色球差，该差值也等于边缘光和近轴光色差之差。 评分标准：答对得2分。 39．渐晕：轴外点成像光束的宽度较轴上点成像光束的宽度要小，造成像平面边缘部分照度要比像平面中心部分照度低的现象，称为渐晕。 评分标准：答对主要意思得2分。
四、简答题（本大题共 6 小题。每小题 5 分，共30 分） 40．一物体的峰-谷比（peak to valley ）是λ23.0，问是否满足Rayleigh 条件？ 答：满足Rayleigh 条件，因为根据Rayleigh 判断，实际波面和参考波面之间的最大波像差(峰谷比)不超过0.25λ时，此波面可看作是无缺陷的成像质量较好。 评分标准：答对主要意思得5分。 41．在七种几何像差中，仅与孔径有关的像差有哪些？仅与视场有关的像差有哪些？与视场和孔径都有关系的又有哪些？ 答：仅与孔径有关的像差有：球差、位置色差；仅与视场有关的像差有：像散、场曲、畸变、倍率色差；与视场和孔径都有关系的有：彗差 评分标准：第一问中每个答案正确得1分，第二问中每个答案正确得0.5分，第三问中每个答案正确得1分。 42．一物体置于折射球面的球心处，其像在哪？放大倍率多少？若物在球面顶点，其像又在何位置？放大倍率多少？ 答：像分别在球心处和顶点处，放大倍率分别为n 1和1。 评分标准：两位置答对各得1分，第一个放大倍率答对得2分，第二个得1分。 43. 什么是焦深，若像面向前或向后离焦半倍焦深，引起的波像差多大？ 答：（1）实际像点无论在高斯像点之前或之后'?0l 范围内，波像差都不会超过1/4 波长，所以把'02l 定义为焦深，即20u n l 2''='λ （2）引起的波像差为4/λ。 评分标准：第一问答对大意得3分，第二问答案正确得2分。 44. 近视眼应佩戴何种透镜加以矫正？为什么？ 答：应佩戴凹透镜加以矫正，使光线经过水晶体后发散，重新汇聚到视网膜上。 评分标准：答对大意得5分。 45. 在对称式光学系统中，当1-=β时，哪几种初级像差可以得到自动校正？其它初级像差有何特性？ 答：垂轴像差：彗差、畸变、倍率色差均为0。 轴向像差：球差、像散、场曲、位置色差均为半部系统相应像差的两倍。 评分标准：第一问每个答案正确得1分，共3分；第二问每个答案正确得0.5分，共2分。 五、计算题（每题10分，共20分） 46．设计一齐明透镜，第一面曲率半径95m m r 1-=，物点位于第一面曲率中心处，第二球面满足启明条件，若该透镜厚度5mm d =，折射率5.1n =，该透镜位于空气中，求 （1）该透镜第二面的曲率半径； （2）该启明透镜的垂轴放大率。 解： （1）根据题意得，物点发出光线经第一面后按直线传播，相对于第二面，其物距100m m 595l 2-=--=，根据齐明条件100mm r n n n l 22 222-='+=，可得
光学系统设计
光学系统设计(五) 一、单项选择题（本大题共 20小题。每小题 1 分，共 20 分） 在每小题列出的四个备选项中只有一个是正确的，请将其代码填写在题后的括号内。错选、多选或未选均无分。 1．对于密接双薄透镜系统，要消除二级光谱，两透镜介质应满足 ( )。 A.相对色散相同，阿贝常数相差较小 B.相对色散相同，阿贝常数相差较大 C.相对色散相差较大，阿贝常数相同 D.相对色散相差较小，阿贝常数相同 2．对于球面反射镜，其初级球差表达公式为 ( )。 A.?δ2h 81L =' B. ?δ2h 81L -=' C. ?δ2h 41 L =' D. ?δ2 h 41 L -=' 3．下列光学系统中属于大视场大孔径的光学系统是 ( )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 4．场曲之差称为 ( )。 A.球差 B. 彗差 C. 像散 D. 色差 5．初级球差与视场无关，与孔径的平方成 ( )。 A.正比关系 B.反比关系 C.倒数关系 D.相反数关系 6．下面各像差中能在像面上产生彩色弥散斑的像差有( )。 A.球差 B.场曲 C.畸变 D.倍率色差 7．不会影响成像清晰度的像差是 ( )。 A.二级光谱 B.彗差 C.畸变 D.像散 8．下列光学系统中属于大视场小孔径的光学系统是 ( )。 A.显微物镜 B.望远物镜 C.目镜 D. 照相物镜 9．正弦差属于小视场的 ( )。 A.球差 B. 彗差 C. 畸变 D. 色差 10．初级子午彗差和初级弧矢彗差之间的比值为 ( )。 ：1 ：1 C.5：1 ：1 11．光阑与相接触的薄透镜重合时，能够自动校正 ( )。 A.畸变 B.场曲 C.球差 D.二级光谱 12．在子午像差特性曲线中，坐标中心为z B '，如0B '位于该点左侧，则畸变值为 ( )。 A.正值 B.负值 C.零 D.无法判断 13．厚透镜之所以在校正场曲方面有着较为重要的应用，是因为 ( )。 A.通过改变厚度保持场曲为零 B.通过两面曲率调节保持光焦度不变 C.通过改变厚度保持光焦度不变 D.通过两面曲率调节保持场曲为0 14．正畸变又称 ( )。 A.桶形畸变 B.锥形畸变 C.枕形畸变 D.梯形畸变 15．按照瑞利判断，显微镜的分辨率公式为 ( )。 A.NA 5.0λσ= B. NA 61 .0λ σ= C.D 014' '=? D. D 012' '=? 16．与弧矢平面相互垂直的平面叫作 ( )。 A.子午平面 B.高斯像面 C.离焦平面 D.主平面 17．下列软件中，如今较为常用的光学设计软件是 ( )。 软件 软件 软件 软件 18．光学传递函数的横坐标是 ( )。 A.波长数 B.线对数/毫米 C.传递函数值 D.长度单位 19．星点法检验光学系统成像质量的缺陷是 ( )。
系统实施阶段的主要内容和步骤是按总体设计方案购置和.
1、系统实施阶段的主要内容和步骤是：按总体设计方案购置和安装计算机网络 系统；建立数据库系统；进行程序设计；输入基础数据，进行系统测试；进行人员培训，系统转换和试运行。 2、系统设计的任务是依据系统分析报告和开发者的知识与经验在各种技术和实 施方法中权衡利弊，合理地使用各种资源，将分析阶段所获得的系统逻辑模型，转换成一个具体的计算机实现方案的物理模型，最终勾画出新系统的详细设计方案，提交一个系统配置方案报告和一份系统设计报告。 3、系统分析阶段需要确定的主要内容 开发者对于现有组织管理状况的了解；用户对信息系统功能的需求；数据和业务流程；管理功能和管理数据指标体系；新系统拟改动和新增的管理模型； 提出新系统的各种方案和设想；对所有方案和设想进行分析、研究、比较、判断和选择，获得一个最优的新系统的逻辑模型；编制系统分析报告。 4、总体规划的必要性及主要目的 总体规划是管理信息生命周期的第一个阶段，也是系统开发过程的第一步，它的主要任务是明确“系统是什么”的问题，也就是对目标系统提出完整、准确、清晰、具体的要求。由于MIS开发项目往往是投资巨大、时限较长，对企业现行管理体制冲击较大的工程，因此，在系统开发前必须要进行总体规划，并把它置于战略高度。 归纳起来，总体规划阶段的主要目标可概括为三点：（1）保证信息共享；（2）协调子系统间的工作（3）使系统开发工作有序进行。 5、总体规划的主要内容 总体规划主要是编制指导性和纲领性文件，主要包括：（1）系统总体需求分析；（2）制定一套系统开发的文档规范作为各分系统书写文档的标准；（3）设计系统总体结构；（4）设计系统总体网络结构；（5）初步进行系统所需编码分析；（6）初步完成系统的接口设计；（7）制定系统的安全标准；（8）设计统一规范的系统平台；（9）制定系统运行及维护标准；（10）统一协调系统的开发与实施。 6、管理信息系统的网络计算结构的种类 管理信息系统的网络计算模式大致可划分为四种，即集中式处理模式，文件服务器模式，客户机/服务器模式(C/S)，以及基于Web 的网络计算模式或称浏览器/服务器(B/S)模式。这几种网络计算模式在进行数据处理方面大不相同。
国内教学系统设计的发展过程
国内教学系统设计的发展过程 第一阶段：引入理论（1987——1994） 中国的教学系统设计研究可以从1987年在《外语电化教育》杂志发表的第一篇有关教学系统设计的文章算起。从此之后，国内的研究人员一方面翻译一些国外教学系统设计的相关理论和研究成果，另一方面开设了教学系统设计的课程，出版了一些研究专著，发表了许多优秀论文，为实际工作提供了较好的理论基础。 与此同时，我国还开展了大量的试验研究和开发工作，推动了教学系统设计实践的深入发展。如：获得1993年国家教委优秀教学成果奖的华南师范大学的"多媒体组合教学设计理论和实践"项目；由中央电教馆主持的全国教育科学"八五"规划重点科研课题"电化教育促进中小学教学优化"项目等。 我们从调研中发现，我国对"教学系统设计理论"方面的研究还没有引起足够的重视。这主要表现在以下几个方面： 1、国内大部分教学系统设计著作中没有"教学系统设计理论"这个命题。 2、对国内教学实践中大量教学系统设计经验和成果的总结未能上升到理论高度。 3、大量的研究集中在教学系统设计过程模式方面。 第二阶段：发展遭遇低谷（1994——1997） 目前我国关于教学系统设计的理论研究出现了低谷，这可能与教学系统设计的应用学科性质很有关系，研究者更多地转向教学系统设计的应用和实践研究。但是，我认为理论探索和实际应用对于学科的发展都是必须的，不能放弃任何一方。 第三阶段：学科发展（1997——） 如今国内最主要的研究方向是通过掌握到的教学系统设计过程模式来设计解决具体的教学问题的方法。随着科学发展，教学系统设计必然改变。我们预测未来的教学系统设计将有一下几种特征： 1、更重基于网络环境的教学设计 2、更注重于师生之间以及生生之间的协作过程以及理论 3、更注重学习过程的交互作用
(整理)各种光学设计软件介绍-学习光学必备-peter.
光学设计软件介绍 ZEMAX是美国焦点软件公司所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Sequential及Non-Sequential的软件。版本等级有SE：标准版，XE：完整版，EE：专业版（可运算Non-Sequential），是将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。ZEMAX的主要特色：分析：提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP, *.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt；优化：表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用；公差分析：表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义；报表输出：多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。 CODE V是Optical Research Associates推出的大型光学设计软件，功能非常强大，价格相当昂贵CODE V提供了用户可能用到的各种像质分析手段。除了常用的三级像差、垂轴像差、波像差、点列图、点扩展函数、光学传递函数外，软件中还包括了五级像差系数、高斯光束追迹、衍射光束传播、能量分布曲线、部分相干照明、偏振影响分析、透过率计算、一维物体成像模拟等多种独有的分析计算功能。是世界上应用的最广泛的光学设计和分析软件，近三十多年来，Code V进行了一系列的改进和创新，包括：变焦结构优化和分析；环境热量分析；MTF和RMS波阵面基础公差分析；用户自定义优化；干涉和光学校正、准直；非连续建模；矢量衍射计算包括了偏振；全球综合优化光学设计方法。 CODE V是美国著名的Optical Research Associates（ORA?）公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。自1963年起，该公司属下数十名工程技术人员已在CODE V程序的研制中投入了40余年的心血，使其成为世界上分析功能最全、优化功能最强的光学软件，为各国政府及军方研究部门、著名大学和各大光学公司广泛采用1994年，ORA公司聘请北京理工大学光电工程系为其中国服务中心。与国际上其它商业性光学软件相比，CODE V的优越性突出地表现在以下几个方面： 1．CODE V可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。程序的非顺序面光线追迹功能可以方便地
光学系统设计七个例子
光学系统设计（Zemax初学手册） 蔡长青 ISUAL 计画团队 国立成功大学物理系 （第一版，1999年7月29日） 前言 整个中华卫星二号“红色精灵”科学酬载计画，其量测仪器基本上是个光学仪器。所以光学系统的分析乃至于设计与测试是整个酬载发展重要一环。 这份初学手册提供初学者使用软体作光学系统设计练习，整个需要Zemax光学系统设计软体。它基本上是Zemax使用手册中tutorial的中文翻译，由蔡长青同学完成，并在Zemax E. E. 7.0上测试过。由于蔡长青同学不在参与“红色精灵”计画，所以改由黄晓龙同学接手进行校稿与独立检验，整个内容已在Zemax E. E. 8.0版上测试过。我们希望藉此初学手册（共有七个习作）与后续更多的习作与文件，使团队成员对光学系统设计有进一步的掌握。（陈志隆注） (回内容纲目) 习作一：单镜片(Singlet) 你将学到：启用Zemax，如何键入wavelength，lens data，产生ray fan，OPD，spot diagrams，定义thickness solve以及variables，执行简单光学设计最佳化。 设想你要设计一个F/4单镜片在光轴上使用，其focal length 为100mm，在可见光谱下，用BK7镜片来作。 首先叫出ZEMAX的lens data editor(LDE)，什么是LDE呢？它是你要的工作场所，譬如你决定要用何种镜片，几个镜片，镜片的radius，thickness，大小，位置……等。 然后选取你要的光，在主选单system下，圈出wavelengths，依喜好键入你要的波长，同时可选用不同的波长等。现在在第一列键入0.486，以microns为单位，此为氢原子的F-line 光谱。在第二、三列键入0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.486的位置，primary wavelength主要是用来计算光学系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。 再来我们要决定透镜的孔径有多大。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，在aper value上键入25，而aperture type被default为Entrance Pupil diameter。也就是说，entrance pupil的大小就是aperture的大小。 回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO即aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按滑鼠，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面 (surface)，于是在STO栏上，选取insert cifter，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ 为0，STO为1，而IMA为3。 再来如何输入镜片的材质为BK7。在STO列中的glass栏上，直接打上BK7即可。又
教学系统设计考试要点
一、名词解释 1、教学系统设计（也称教学设计），主要是以促进学习者的学习为根本目的，运用系统方法，将学习理论与教学理论的原理转换成对教学目标、教学内容、教学方法和教学策略、教学评价等环节进行具体计划、创设有效的教与学的系统“过程”或“程序”。 2、教学目标是对学习者通过教学后应该表现出来的可见行为的具体、明确的表达，它是预先确定的、通过教学可以达到的并且能够用现有技术手段测量的教学结果。 3、学习风格是指学习者持续一贯的带有个性特征的学习方式，是学习策略和学习倾向的总和。 4、广义的教学方法指为达到教学目的、完成教学任务，而采用的一切手段、途径和办法的总称。 5、教学策略是指在不同的教学条件下，为达到不同的教学结果所采用的手段和谋略。 6、教学媒体是指以传递教学信息为最终目的的媒体，用于教学信息从信息源到学习者之间的传递，具有明确的教学目的、教学内容和教学对象。 7、研究性学习的概念 广义：泛指学生主动探究的学习活动。 狭义：在教学过程中以问题为载体，创设一种类似科学研究的情境和途径，让学生通过自己收集、分析和处理信息来实际感受和体验知识的产生过程，进而了解社会、学会学习，培养其分析问题、解决问题的能力和创造能力。 8、学习环境是学习资源和人际关系的一种动态的组合。其中既有丰富的学习资
源，又有人际互动的因素。 9、认知工具是支持和扩充使用者思维过程的心智模式和设备。 10、教学评价是指以教学目标为依据，制定科学的标准，运用一切有效的技术手段，对教学活动过程及其结果进行测定、衡量，并给以价值判断。 11、信息化教学设计是在传统的的教学设计基础上，综合把握现代教育教学理念，充分利用现代信息技术和信息资源，科学安排教/学过程的各个环节和要素，为学习者提供良好的信息化学习条件，实现教学过程最优化的系统方法。 二、填空题 1、教学系统设计的发展经历了思想萌芽、理论形成、学科建立、深入发展四个阶段。 2、教学系统设计一般可以归纳为三个层次：教学产品层次、教学过程层次、教学系统层次。 3、教学系统设计的主要理论基础包括：学习理论、教学理论、系统理论、传播理论。 4、依据理论基础和实施方法，教学系统设计模式可以归为三类： 以教为主的教学设计模式、以学为主的教学设计模式、主导—主体教学设计模式。 5、教学系统设计的基本要素包括教学目标分析、学习者特征分析、学习环境设计、教学模式和策略的选择与设计、教学设计结果的评价。 6、建构主义认为，理想的学习环境包括情境、协作、交流、意义建构。 7、教学目标是教学设计活动的出发点和最终归宿，在教学中，它具有以下几个功能：导向功能、控制功能、激励功能、中介功能和测度功能。 8、布卢姆等人将教学活动所要实现的整体目标分为：认知、情感、动作技能三
光学系统设计作业
显微物镜光学参数要求为：β=2?，NA =0.1，共轭距离为195mm 。 1）根据几何光学计算相应参数； 2）运用初级像差理论进行光学系统初始结构计算； 3）使用光学设计软件对初始结构进行优化，要求视场角o 5±； 4）根据系统的特点列出优化后结构的主要像差分析； 5）计算优化后结构的二级光谱色差。 一、显微物镜的基本参数计算 为有效控制显微镜的共轭距离，显微镜设计时，一般总是逆光路设计，即按1/β进行设计。该显微物镜视场小，孔径不大，只需要校正球差、正弦差和位置色差。因此，采用双胶合物镜。 '''' 1 2 195111l l l l l l f β==- -=-= 解，得 ''6513043.33l l f ==-= 正向光路 根据 '' ' J nuy n u y == sin NA n u = 在近轴情况下 NA nu = ' 2y y β== 由此可求解 ''' 0.05NA n u == 由此可知逆向光路的数值孔径 综上，该显微物镜的基本参数为 NA 'f 'l l 0.05 43.33 65 130- 二、求解初始基本结构
1）确定基本像差参量 根据校正要求，令'0L δ=、'0SC =、' 0FC L ?=，即 0C S S S I ∏ I ===∑∑∑，即 43332220 00 z C S h P S h h P Jh W S h C φφφφI I ∏ I ===+===∑∑∑ 解，得 0P W C I === 将其规化到无穷远 11sin 0.1NA n u ==，11n = 则 11sin 0.1/2u U β=?=-，11 6.5h l u mm =?= 规化孔径角为 110.1 20.3333071 6.543.33 u u h φ-== =-? 由公式 () ()() 21141522P P W u W W u μμ∞∞ =++++=++可求得规化后的基本像差参量 代入可得 0.36560.8832 P W ∞∞ ==- 2）选择玻璃组合 取冕牌玻璃在前 得 ( ) 2 00.850.1 0.155792P P W ∞ ∞ =-+=- 根据0P 和C I ，查表选取相近的玻璃组合为BaK7-ZF3，其参数为 Bak7:56,5688.111==v n ZF3:5.29,7172.122==v n 0010.11520, 4.295252, 2.113207P Q ?=-=-= 2.397505A =， 1.698752K = 3）求形状系数Q
光学系统设计讲义
实验一：单镜头设计(Singlet) 实验目的： 1、学习如何启用Zemax 2、学习如何输入波长（wavelength）、镜头数据（lens data） 3、学习如何察看系统性能（optical performance），如ray fan，OPD，点列图（spot diagrams）， MTF等。 4、学习如何定义thickness solve以及变量（variables） 5、学习如何进行优化设计（optimization） 实验仪器：微机、zemax光学设计软件 实验步骤： 1、设计一个孔径为F/4的单镜头，物在光轴上，其焦距（focal length）为100mm，波长为可见光， 用BK7玻璃为材料。 2、首先运行ZEMAX，将出现ZEMAX的主页，然后点击lens data editor(LDE)。什么是LDE呢？它是你要 的工作场所，在LDE的扩展页上，可以输入选用的玻璃，镜片的radius，thickness，大小，位置等。 3、然后输入波长，在主菜单的system下，点击wavelengths，弹出波长数据对话框wavelength data，键入你 要的波长，在第一行输入0.486，它是以microns为单位，此为氢原子的F-line光谱。在第二、三行键入 0.587及0.656，然后在primary wavelength上点在0.587的位置，primary wavelength主要是用来计算光学 系统在近轴光学近似(paraxial optics，即first-order optics)下的几个主要参数，如focal length，magnification，pupil sizes等。 4、确定透镜的孔径大小。既然指定要F/4的透镜，所谓的F/#是什么呢？F/#就是光由无限远入射所形成的 effective focal length F跟paraxial entrance pupil的直径的比值。所以现在我们需要的aperture就是100/4=25(mm)。于是从system menu上选general data，aperture type里选择entrance pupil，在apervalue 上键入25，然后点击ok。 5、回到LDE，可以看到3个不同的surface，依序为OBJ，STO及IMA。OBJ就是发光物，即光源，STO 即孔径光阑aperture stop的意思，STO不一定就是光照过来所遇到的第一个透镜，你在设计一组光学系统时，STO可选在任一透镜上，通常第一面镜就是STO，若不是如此，则可在STO这一栏上按鼠标，可前后加入你要的镜片，于是STO就不是落在第一个透镜上了。而IMA就是imagine plane，即成像平面。回到我们的singlet，我们需要4个面(surface)，于是点击IMA栏，选取insert，就在STO后面再插入一个镜片，编号为2，通常OBJ为0，STO为1，而IMA为3。 6、输入镜片的材质为BK7。在STO行中的glass栏上，直接键入BK7即可。 7、孔径的大小为25mm，则第一镜面合理的thickness为4，在STO行中的thickness栏上直接键入4。Zemax 的默认单位是mm 8、确定第1及第2镜面的曲率半径，在此分别选为100及-100，凡是圆心在镜面之右边为正值，反之为负 值。再令第2面镜的thickness为100。 9、现在数据已大致输入完毕。如何检验你的设计是否达到要求呢？选analysis中的fans，然后选择其中的 Ray Aberration，将会出现如图1-1所示的TRANSVERSE RAY FAN PLOT。
系统设计编码过程
密级：内部公开 文档编号：NTT_SD_PROC_XTSJBMGC 版本号：V1.0 系统设计编码过程 惠州市新中新电子技术开发有限公司 ----------------------------------------------------------------- 惠州市新中新电子技术开发有限公司对本文件资料享受著作权及其它专属权利，未经书面许可，不得将该等文件资料（其全部或任何部分）披露予任何
第三方，或进行修改后使用。文件更改摘要：
目录 1. 目的/方针 (3) 2. 范围 (3) 3. 术语 (3) 4. 角色与职责 (3) 5. 入口准则 (3) 6. 输入 (3) 7. 流程图 (3) 8. 主要活动 (4) 8.1.设计原则 (4) 8.2.设计方法 (4) 8.3.多方案选择 (5) 8.4.概要设计 (5) 8.4.1.概要设计 (5) 8.4.2.概要设计评审 (7) 8.5.详细设计 (7) 8.5.1.详细设计 (7) 8.5.2.详细设计评审 (7) 8.6.编码 (8) 8.7.单元测试 (8) 8.8.代码走查 (8) 8.9.制作用户文档 (9) 8.10.变更 (9) 9. 输出 (9) 10. 出口准则 (9) 11. 引用文档 (9) 12. 使用模板 (10)
1.目的/方针 系统设计编码的目的在于开发、设计和实现关于需求的解决方案。 本过程规定了项目开发设计工作应遵循的步骤和原则，保证《软件需求说明书》中的各项要求在设计时都能够得到满足；对项目的编码实现进行质量控制，保证编码实现活动按计划顺利完成并与设计相一致。 2.范围 适用于公司的研发类、合同开发类、维护开发类项目的系统设计编码过程。 3.术语 无 4.角色与职责 5.入口准则 ●《软件需求说明书》已通过评审。 6.输入 ●《软件需求说明书》 7.流程图
经典随动控制系统.
经典控制系统 ——随动控制系统设计 1，概述 控制技术的发展使随动系统广泛地应用于军事工业和民用工业，随动系统是一种带反馈控制的动态系统。在这种系统中输出量一般是机械量，例如：位移，速度或者加速度等等。反馈装置将输出量变换成与输入量相同的信号，然后进行比较得出偏差。系统是按照偏差的性质进行控制的，控制的结果是减少或消除偏差，使系统的输出量准确地跟踪或复现输入量的变化。系统中的给定量和被控制量一样都是位移（或代表位移的电量），可以是角位移，也可以是直线位移。根据位置给定信号和位置反馈反馈信号以及两个信号的综合比较来分类，可分成模拟式随动系统和数字式随动系统。 由于随动系统的输出量是一种机械量，故其输出常常以机械轴的运动形式表示出来。该机械轴称为输出轴。通常输出轴带动较大的机械负荷而运动，在随动系统中，如果被控量是机械位置或其导数时，这类系统称之为伺服系统。 位置随动系统的应用例子如: (1)机械加工过程中机床的定位控制和加工轨迹控制是位置随动系统的典型实例 (2)冶金工业中轧刚机压下装置以及其它辅助设备的控制在轧制钢材的过程中，必须使上、下轧辊之间的距离能按工艺要求自动调整；焊接有缝钢管或钢板；要求焊机头能准确地对正焊缝的控制。 (3)仪表工业中各种记录仪的笔架控制，如温度记录仪、计算机外部设备中的x-y记录仪，各种绘图机以及计算机磁盘驱动器的磁头定位控制。 (4)制造大规模集成电路所需要的制图机、分布重复照相机和光刻机，机器人或机械手的动作控制等。 (5)火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜瞄准目标的控制:舰船上的自动探舱装置使位于船体尾部的舱叶的偏角模仿复制位于驾驶室的操作手轮的偏转角,以便按照航向要求来操纵船舶的航向:陀螺仪惯性导航系统,各类飞行器的姿态控制等,也都是位置随动系统的具体应用。 2结构原理 位置随动系统是一种位置反馈控制系统,因此,一定具有位置指令和位置反馈的检测装置，通过位置指令装置将希望的位移转换成具有一定精度的电量，利用位置反馈装置随时检测得到的偏差信号放大以后，控制执行电机向消除偏差的方向旋转，直到达到一定的精度为止。这样被控制机械的实际位置就能跟随指令变化，构成一个位置随动系统。 原理框图可描述如图1所示。 因为控制存在惯性，当输入X(t)变化时，输出Y(t)难以立即复现，此时Y(t)≠X(t)，即：e(t)= Y(t)-X(t)≠0，——测量元件将偏差e(t)转换成电压输出——经小信号放大器放大，功率放大器——执行电机转动——减速器——使被控对象朝着消极误差的方向转动，只要X(t)≠Y(t)，就有e(t)≠0，执行电机就会转动，一直到偏差e(t)=0，执行电机停止转动，此时系统实现了输出Y(t)对输入量X(t)的复现。当X(t)随时间变化时，Y(t)就跟着X(t)作同样变化，这种现象就称为随动。 图1 位置随动控制系统原理框图 随着机电产品及电子元件的不断发展与完善，图1中各个环节均可采用多种不同的元器件来实现。组成系统的元部件按职能分类主要有以下几种。 测量元件：是用来检测被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般要转换为电量，如电位器、旋转变压器或自整角机用于检测角度转换成电压；测速发电机用于检测电动机的速度转换为电压。而光电编码器作为位置与角度的检测元件应用在计算机位置控制系统及计算机速度控制系统中。 放大元件：其职能是将偏差信号进行放大，用来推动执行电机去控制被控对象。可用 晶体管、晶闸管、集成电路等组成的电压放大级和功率放大级将偏差信号放大。 执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被控量发生变化。用来作为执行元件的有电动机等。 减速器：其职能是实现执行元件与负载之间的匹配由于执行元件常为高转速、小转矩的电动机，而负载通常均为低转速、大转矩，所以在执行元件到负载之间需要引入减速器以达到两者之间的匹配，减速器通常为一齿轮组。 典型的随动系统框图如图2所示
教学系统设计期末考试重点
第一章概论 1.教学系统设计的含义、特征、学科性质、应用层次（知道） 含义：教学系统设计主要是以促进学习者的学习为根本目的，运用系统方法，将学习理论和教学理论等的原理转换成对教学目标、教学容、教学方法和教学策略、教学评价等环节进行具体计划，创设有效的教与学系统的“过程”或“程序”。 特征：（1）教学系统设计是应用系统方法研究、探索教与学系统中各个要素之间及要素与整体之间的本质联系，并在设计中综合考虑和协调它们的关系，使各要素有机结合以完成教学系统的功能。 （2）教学系统设计的研究对象是不同层次的学与教的系统。 （3）教学系统设计的目的是将学习理论和教学理论等基础理论的原理和方法转换成教学实际问题的方案， 学科性质：a、教学系统设计是一门应用性很强的桥梁性学科。b、教学系统设计是一门方法论性质的学科。c、教学系统设计是一门设计理论学科。d、教学系统设计是一门规定性理论科学。应用层次：a、以“产品”为中心的层次。b、以“课堂”为中心的层次。 c、以“系统”为中心的层次。 2.教学系统设计的理论基础（知道） 学习理论与教学理论，教学理论与教学设计，系统方法与教学设计，传播理论与教学设计 3.几种主要的教学设计理论要点（加涅的信息加工模型、ET、CDT）（知道）P15 加涅：核心思想是“为学习设计教学”的主。他认为教学必需考虑影响学习的全部因素，即学习的条件。学习的发生同时以来外部条件和部条件。学习结果分为五类型：言语信息、智慧技能、认知策略、动作技能和态度。 ET：瑞格鲁斯的细化理论。他认为教学系统设计理论就是“教学科学”；教学系统设计理论是规定性的教学理论。他把教学理论变量分为：教学条件、教学策略（分为：教学组织策略、教学管理策略和教学传递策略）和教学结果 CDT：梅瑞尔的成分显示理论。认为知识由行为水平和容类型构成了两维分类。它的行为维度是记忆、运用和发现；容维度是事实、概念、过程和原理。 4.具有代表性的教学设计过程模式（肯普模式、史密斯——雷根模式）（知道） 肯普模式： 四个要素：教学目标、学习者特征、教学资源和教学评价。 三个主要问题：①学生必须学习到什么(确定教学目标);②为达到预期的目标应如何进行教学(即根据教学目标的分析确定教学容和教学资源，根据学习者特征分析确定教学起点，并在此基础上确定教学策略、教学方法);③检查和评定预期的教学效果(进行教学评价)。 十个教学环节:是指①确定学习需要和学习目的，为此应先了解教学条件(包括优先条件与限制条
经典随动控制系统方案
经典控制系统 ---- 随动控制系统设计 1,概述 控制技术的发展使随动系统广泛地应用于军事工业和民用工业，随动系统是一种带反馈控制的动态系统。在这种系统中输出量一般是机械量，例如：位移，速度或者加速度等等。反馈装置将输出量变换成与输入量相同的信号，然后进行比较得出偏差。系统是按照偏差的性质进行控制的，控制的结果是减少或消除偏差，使系统的输出量准确地跟踪或复现输入量的变化。系统中的给定量和被控制量一样都是位移(或代表位移的电量)，可以是角位移，也可以是直线位移。根据位置给定信号和位置反馈反馈信号以及两个信号的综合比较来分类，可分成模拟式随动系统和数字式随动系统。 由于随动系统的输出量是一种机械量，故其输出常常以机械轴的运动形式表示出来。该机械轴称为输出轴。通常输出轴带动较大的机械负荷而运动，在随动系统中，如果被控量是机械位置或其导数时，这类系统称之为伺服系统。 位置随动系统的应用例子如： (1) 机械加工过程中机床的定位控制和加工轨迹控制是位置随动系统的典型实例 (2) 冶金工业中轧刚机压下装置以及其它辅助设备的控制在轧制钢材的过程中，必须使上、下轧辊之 间的距离能按工艺要求自动调整；焊接有缝钢管或钢板；要求焊机头能准确地对正焊缝的控制。 (3) 仪表工业中各种记录仪的笔架控制，如温度记录仪、计算机外部设备中的x-y记录仪，各种绘图机 以及计算机磁盘驱动器的磁头定位控制。 (4) 制造大规模集成电路所需要的制图机、分布重复照相机和光刻机，机器人或机械手的动作控制等。 (5) 火炮群跟踪雷达天线或电子望远镜瞄准目标的控制：舰船上的自动探舱装置使位于船体尾部的舱叶 的偏角模仿复制位于驾驶室的操作手轮的偏转角，以便按照航向要求来操纵船舶的航向：陀螺仪惯性导航系统,各类飞行器的姿态控制等，也都是位置随动系统的具体应用。 2结构原理 位置随动系统是一种位置反馈控制系统，因此,一定具有位置指令和位置反馈的检测装置，通过位置指令装置将希望的位移转换成具有一定精度的电量，利用位置反馈装置随时检测得到的偏差信号放大以后，控制执行 电机向消除偏差的方向旋转，直到达到一定的精度为止。这样被控制机械的实际位置就能跟随指令变化，构成 一个位置随动系统。 原理框图可描述如图1所示。 因为控制存在惯性，当输入X(t)变化时，输出丫(t)难以立即复现，此时丫(t)散t)，即：e(t)= 丫(t)-X(t) 和，——测量元件将偏差e(t)转换成电压输出——经小信号放大器放大，功率放大器——执行电 图1位置随动控制系统原理框图 随着机电产品及电子元件的不断发展与完善，图1中各个环节均可采用多种不同的元器件来实现。组成系 统的元部件按职能分类主要有以下几种。 测量元件：是用来检测被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，一般要转换为电量，如电位器、旋转 变压器或自整角机用于检测角度转换成电压；测速发电机用于检测电动机的速度转换为电压。而光电编码器作 为位置与角度的检测元件应用在计算机位置控制系统及计算机速度控制系统中。 放大元件：其职能是将偏差信号进行放大，用来推动执行电机去控制被控对象。可用晶体管、晶闸管、集成电路等组成的电压放大级和功率放大级将偏差信号放大。 执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被控量发生变化。用来作为执行元件的有电动机等。 减速器：其职能是实现执行元件与负载之间的匹配由于执行元件常为高转速、小转矩的电动机，而负 载通常均为低转速、大转矩，所以在执行元件到负载之间需要引入减速器以达到两者之间的匹配，减速器通常为一齿轮组。
数据库系统的设计步骤
数据库系统的设计步骤 数据库设计(Database Design)是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求。下面小编整理了数据库系统的设计步骤，供大家参考！ 进行数据库设计首先必须准确了解和分析用户需求。需求分析是整个设计过程的基础，也是最困难，最耗时的一步。需求分析是否做得充分和准确，决定了在其上构建数据库大厦的速度与质量。需求分析做的不好，会导致整个数据库设计返工重做。 需求分析的任务，是通过详细调查现实世界要处理的对象，充分了解原系统工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新的系统功能，新系统还得充分考虑今后可能的扩充与改变，不仅仅能够按当前应用需求来设计。 调查的重点是，数据与处理。达到信息要求，处理要求，安全性和完整性要求。 分析方法常用SA(Structured Analysis) 结构化分析方法，SA方法从最上层的系统组织结构入手，采用自顶向下，逐层分解的方式分析系统。 数据流图表达了数据和处理过程的关系，在SA方法中，处理过程的处理逻辑常常借助判定表或判定树来描述。在处理功能逐步分解的同事，系统中的数据也逐级分解，形成若
干层次的数据流图。系统中的数据则借助数据字典来描述。数据字典是系统中各类数据描述的集合，数据字典通常包括数据项，数据结构，数据流，数据存储，和处理过程5个阶段。 概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合，归纳与抽象，形成了一个独立于具体DBMS 的概念模型。 设计概念结构通常有四类方法： 自顶向下。即首先定义全局概念结构的框架，再逐步细化。 自底向上。即首先定义各局部应用的概念结构，然后再将他们集成起来，得到全局概念结构。 逐步扩张。首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩张，以滚雪球的方式逐步生成其他的概念结构，直至总体概念结构。 混合策略。即自顶向下和自底向上相结合。 逻辑结构设计是将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型，并将进行优化。 在这阶段，E-R图显得异常重要。大家要学会各个实体定义的属性来画出总体的E-R图。 各分E-R图之间的冲突主要有三类：属性冲突，命名冲突，和结构冲突。