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模块化工业通用控制器设计报告专业：控制理论与控制工程班级：研2010—5班姓名：孙彤学号： 201002193指导教师：赵建敏2011年5月20日目录第一章引言11.1课题意义11.2本次实训任务2第2章．方案论证32.1 总体设计32.2 微控制器的选择3第3章. 硬件电路的设计53.1 CPU 模块介绍53.2 ADC 模块介绍53.3 GPIO 模块的介绍63.4 LCD显示模块的设计63.5 通信电路的设计83.6 JTAG下载电路的设计9第4章. 软件系统设计114.1 开发环境的简介114.2 UCOS/II嵌入式操作系统114.3 CPU模块的软件设计124.4 ADC采集模块的设计144.5 LCD显示模块的设计174.5.1 uC_GUI概述174.5.2 LCD显示模块软件设计184.6 I/O模块设计224.7 各模块之间的通讯设计23第5章总结26附录一：LCD运行图29附录二：系统运行图：30附录三：31第一章引言1.1课题意义随着现代科技的发展, 工业控制器在工业生产的各领域发挥着越来越重要的作用。工业自动化的高速发展，生产规模的日益扩大，全球化生产的日益融合，对工业控制器提出了更高要求，如微型化、便携化、智能化、网络化等。目前，用于工业控制的控制器主要分为两种，即:工业控制机和可编程控制器(PLC)。工业控制机是由通用的微机推广应用而发展起来的。近几年来，微电子技术和计算机技术的发展，使微控制器集成度越来越高，计算速度越来越快，价格和功耗越来越低。因此不论是工业控制机技术还是可编程控制器(PLC)技术向嵌入式领域渗透的步伐正在逐渐加大。嵌入式系统因极小的体积、极低的功耗散热和软硬件的可裁剪性，而深受用户的欢迎。可以预见，基于嵌入式系统的工业控制器必将具有广阔的发展空间。目前，在大型的工业控制系统中主要采用PLC、DCS等控制设备, 它们采用模块化设计功能强大、设计灵活、性能稳定, 可以很好的满足控制需求。但是在小型控制系统中主要还是采用数字仪表来对系统进行控制, 它在控制精度和速度上都难以满足现代工业控制的要求。而目前在各个领域广泛应用的嵌入式系统具有功耗低、体积小、集成度高、成本低、稳定性好等特点, 如果设计一种嵌入式工业控制器, 采用模块化设计的方法, 结合模块化的灵活性和嵌入式系统的高效、稳定特性。它可以测量多种信号, 有较高的测量精度和多种测量范围并且能够对信号进行各种复杂的处理、运算控制。另外还可以设计一个良好的人机界面以方便用户对信号组态控制、监测的功能, 使控制器更加满足现代工业控制的要求。半导体技术的迅猛发展，使控制器的设计从模拟化走向数字化。如果控制器由数字化再发展到模块化, 即以模块控制器取代众多各厂家自己开发的控制器; 那么各个厂家就可以利用现成单元电路模块组装成自己所需要的产品, 这样就可以最大限度地以减少制造成本和开发时间。因此模块化控制器应该有独立可拆分的功能和典型结构，具有组合性和通用性。既易于组合成新系统、新产品, 升级方式简捷; 也容易从系统或产品中拆卸、更换, 维修方便; 总之模块工业控制器典型、通用、互换、兼容。在此思想和热网工控检测的背景前提下，鉴于对现场温度压力和水箱液位的检测和控制，本实训要求学生从单片机系统的软硬件设计出发，学习基于STM32单片机的软硬件设计方法。不采用现成的PLC实现顺序控制，而是从最底层用单片机设计实现一个模块化的工业控制器。力求做出一个成本比PLC低,逻辑针对性高，智能化高，专业实现的功能要比PLC多，安全性可靠性高、通讯组态模式先进等特点。此工业模块控制器可以应用于工业控制领域，例如过程控制系统、远程控制系统等，也可用于简单顺序控制系统。除了工业控制以外，还可应用到消费电子和民用领域（如手持数据采集终端、各类网关、智能家居等）。1.2本次实训任务1.设计一个基于stm32单片机的工业控制系统，系统采用分模块的设计思想，包括CPU与显示模块、AD采集模块、IO与DA模块，模块之间采用RS-485总线连接，通信协议采用modbus一主多从协议。2.完成硬件设计，以STM32为核心控制器完成CPU与显示模块、AD采集模块、IO与DA模块的硬件设计。每个模块设计RS-485通信接口。3.软件设计：基于UCOS/II操作系统，划分任务，编写驱动程序和控制程序，最终实现一个演示系统，采集4路温度信号、4路压力信号，4路开关量信号，并在CPU与显示模块显示实时数据。第2章．方案论证2.1 总体设计本实训设计一个基于STM32单片机的模块化工业控制器，采用分模块的设计思想，将整个工业控制器分成几个模块，形成自己的小单元电路，包括CPU控制模块、AD采集模块、I/O模块，LCD显示模块、各模块在u