【正文】 ...... 1 工業(yè)控制器的分類與特點(diǎn) ................................................................................................ 1 電子電路 .............................................................................................................. 1 可編程邏輯控制器（ PLC） .................................................................................... 1 DDC 控制器 .......................................................................................................... 2 通用計(jì)算機(jī)和工控機(jī)（ PCbased） ........................................................................ 2 專用控制芯片 ........................................................................................................ 2 可編程邏輯器件 ................................................................................................... 3 嵌入式處理器 ........................................................................................................ 3 第二章．控制器的設(shè)計(jì)方案 ................................................................... 5 系統(tǒng)整體方案的確定 ....................................................................................................... 5 控制器實(shí)現(xiàn)方法選擇 ........................................................................................................ 6 主控制芯片選擇 .............................................................................................................. 6 通信協(xié)議的比較 ............................................................................................................... 7 操作系統(tǒng)比較 .................................................................................................................. 8 第三章．控制器的硬件設(shè)計(jì) ................................................................... 9 主控芯片 ................................................................................................................. 9 供電電源模塊 ........................................................................................................ 10 晶振電路的設(shè)計(jì) ....................................................................................................11 JTAG 下載電路的設(shè)計(jì) ............................................................................................11 RS485 接口電路 ...................................................................................................... 12 LCD 顯示模塊 ......................................................................................................... 12 第四章．控制器的 軟件 設(shè)計(jì) .................................................................15 開發(fā)工具介紹 ........................................................................................................ 15 μC/OS II 操作系統(tǒng)介紹 ........................................................................................ 15 μC/GUI 概述 ......................................................................................................... 16 CPU 模塊 ................................................................................................................ 18 AD 模塊 .................................................................................................................. 20 I/O 模塊 ................................................................................................................ 22 通信協(xié)議 ............................................................................................................... 23 LCD 模塊 ................................................................................................................ 25 LCD 顯示屏驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) ............................................................................................. 27 第五章．總結(jié) ..........................................................................................30 附錄一： LCD運(yùn)行圖 ..............................................................................31 附錄二：系統(tǒng)運(yùn)行圖 ： .........................................................................31 1 第一章 ． 概述 隨著 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，自動(dòng)化技術(shù)呈現(xiàn) 出 日新月異的變化。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，自動(dòng)化技術(shù)是保證工業(yè)生產(chǎn)的重要手段。 控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的快速發(fā)展，工業(yè)控制器和工業(yè)控制軟件呈現(xiàn)出了智能化、信息化、便攜化、通用性和開放性的發(fā)展趨勢(shì)。 工業(yè)控制器的分類與特點(diǎn) 電子電路 早期的運(yùn)動(dòng)控制器一般采用運(yùn)算放大器等分立元件，以模擬電路硬接線方式構(gòu)成。 但是，模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)相比，也有明顯的缺點(diǎn)：① 老化和環(huán)境溫度的變化對(duì)構(gòu)成系統(tǒng)的元器件的參數(shù)影響很大；②構(gòu)成模擬系統(tǒng)需要的元器件較多，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，最終使系統(tǒng)的可靠性降低；③由于采用硬接線，系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝完成后，幾乎不可能修改系統(tǒng)的功能；④受系統(tǒng)規(guī)模的限制，很難實(shí)現(xiàn)運(yùn)算量大、精度高、性能更先進(jìn)的復(fù)雜控制算法。 可編程邏輯控制器（ PLC） 可編程邏輯控制器 (PLC)是以微處理器為基礎(chǔ)，在硬件接線邏輯控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。這種控制方式具有體積小、可靠性高，通用性強(qiáng)，軟、硬件開發(fā)周期短，安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但 PLC 不方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜運(yùn)算和算法，而且與 PLC 配套的附件較多，一次性購(gòu)買成本高。不過(guò) DDC 與 PLC 相比，其模擬量輸入輸出模塊比較便宜，編程比較簡(jiǎn)單。 通用計(jì)算機(jī)和工控機(jī)（ PCbased） 在通用計(jì)算機(jī)和工控機(jī)上，利用高級(jí)語(yǔ)言編制相關(guān)的控制軟件，配合與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)交換的通信接口板，構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)。 但是，由于通用計(jì)算機(jī)和工控機(jī)本身的限制難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性要求高的信號(hào)處理算法，而且通用計(jì)算機(jī)相對(duì)工控機(jī)可靠性較差；同時(shí)，系統(tǒng)體積過(guò)大，難以應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。 專用控制芯片 基于專用控制芯片的控制器是將實(shí)現(xiàn)控制所需的各種邏輯功能做在一塊專用集成電路內(nèi)，并提供一些專用的控制指令，同時(shí)具有一些特定用途必須的輔助功能，使用戶的軟件設(shè)計(jì)工作減少到最小程度。這種方法具有系統(tǒng)使用元件少 、集成度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又保持了模擬控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力。 但由于受專用控制芯片本身的限制，這種方法也有一些缺點(diǎn)：①為了保證較高的系統(tǒng)響應(yīng)速度而將軟件算法固化在芯片內(nèi)部，降低了系統(tǒng)的靈活性，不具有擴(kuò)展能力；②受芯片制作工藝的限制，現(xiàn)有的芯片很難實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制算法和功能；③用戶不能對(duì)芯片進(jìn)行編程，很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)；④由于芯片本身算法的限制，系統(tǒng)的控制精度較低，難以實(shí)現(xiàn)高性能、高精度的應(yīng)用場(chǎng)合。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：①系統(tǒng)的主要功能都可在單片 FPGA／ CPLD 器件中實(shí)現(xiàn)，減少了所需的元器件個(gè)數(shù)，縮小了系統(tǒng)體積；②由于可編程器件具有系統(tǒng)可編程的特性，因而具有較好的擴(kuò)展性和可維護(hù)性，通過(guò)修改軟件即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)；③系統(tǒng)以硬件實(shí)現(xiàn)，響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)并行處理；④容易開發(fā)，通用性強(qiáng)。 嵌入式處理器 嵌入式處理器可以分為三類：嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式 DSP（ Digital Signal Processor）。 由于將 MCU、 RAM、 ROM 或 EPROM、 I/O 等集成在一塊芯片上，單片機(jī)具有集成度高、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、重量輕、體積小、價(jià)格低等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且單片機(jī)的功能愈來(lái)愈強(qiáng)，因而目前使用單片機(jī)為核心構(gòu)成的控制器非常普遍。 但是，由于一般微控制單元集成度較低，片上不具備一些控制系統(tǒng)所需要的專用外設(shè)，使以單片機(jī)為核心的控制器仍然需要較多的周邊元器件，如要加上存儲(chǔ)器、編碼器及 DA 轉(zhuǎn)換電路等，軟硬件設(shè)計(jì)的工作量較大，并增加了系統(tǒng)硬件的復(fù)雜性，降低了系 4 統(tǒng)的可靠性。 （ 2） 嵌入式 DSP 數(shù)字信號(hào)處理 器（ DSP）專門用來(lái)對(duì)離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行極快的處理計(jì)算，提高編譯效率和執(zhí)行速度。DSP 在處理器結(jié)構(gòu)、指令系統(tǒng)和指令流程設(shè)計(jì)等方面都做了較大的改進(jìn)， DSP 器件采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)空間，允許同時(shí)存取程序和數(shù)據(jù)。正是由于其高速運(yùn)算能力， DSP 可以實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜的控制算法和功能，并且在運(yùn)算精度方面具有優(yōu)勢(shì)。 （ 3） 嵌入式微處理器 嵌入式微處理器就是和通用計(jì)算機(jī)的微處理器對(duì)應(yīng)的 CPU。目前的嵌入式處理器主要包括：PowerPC、 Motorola 68000、 ARM 系列等等。正是借助操作系統(tǒng)帶來(lái)的通訊協(xié)議和應(yīng)用軟件開發(fā)的便利， ARM 控制器通常具備了豐富的通訊接口和較復(fù)雜的控制算法程序，使得其可以應(yīng)用在眾多場(chǎng)合。它可以測(cè)量多種信號(hào) , 有較高的測(cè)量精度和多種測(cè)量范圍并且能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行各種復(fù)雜的處理、運(yùn)算控制。 這也就是本項(xiàng)目研究的目的 及意義 。 硬件設(shè)計(jì) ： 以 STM32 為核心控制器完成 CPU 主控制器、 AD 采集模塊、