基于PID算法的爐溫控制系統(tǒng)

1、 電氣工程與自動化學(xué)院項目驅(qū)動實踐報告（自動控制原理項目實踐）題 目：基于PID算法爐溫控制系統(tǒng)專業(yè)班級：自動化學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師： 2012年12月27日2摘 要在控制系統(tǒng)中，溫度控制占有至關(guān)重要的作用，其控制算法和手段有很多，模擬PID控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，長期以來形成了典型的結(jié)構(gòu)，并且參數(shù)整定方便，能夠滿足一般控制的要求，但由于在模擬PID控制系統(tǒng)中，參數(shù)一旦整定好后，在整個控制過程中都是固定不變的，而在實際中，由于現(xiàn)場的系統(tǒng)參數(shù)、溫度等條件發(fā)生變化，使系統(tǒng)很難達到最佳的控制效果，因此采用模擬PID控制器難以獲得滿意的控制效果。隨著計算機技術(shù)與智能控制理論的發(fā)展，數(shù)字

2、PID技術(shù)漸漸發(fā)展起來，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬PID所完成的控制任務(wù)，而且具備控制算法靈活、可靠性高等優(yōu)點，應(yīng)用面越來越廣。為了實現(xiàn)高精度的電爐溫度控制，本文介紹了一種基于LPC1114為控制核心、三極管S8050為溫度測量原件、以數(shù)字PID算法控制以及PID參數(shù)整定相結(jié)合的控制方法來實現(xiàn)的電爐溫度控制系統(tǒng)。文章著重介紹核心器件的選擇、控制算法建模的確定、各部份電路及軟件的設(shè)計。LPC1114完善的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的性能和強大的中斷處理能力，決定了該控制系統(tǒng)的特點：電路結(jié)構(gòu)簡單、程序簡短、系統(tǒng)可靠性高等。該電爐溫度控制系統(tǒng)是一個典型的檢測、控制型應(yīng)用系統(tǒng)，它要求系統(tǒng)完成從電爐溫度檢測、信號處理、輸入

3、、運算到輸出控制電爐加熱功率以實現(xiàn)電爐溫度控制的全過程。本設(shè)計實現(xiàn)了電爐溫度的智能化控制以及提供完善的人機交互界面及多機通訊接口，系統(tǒng)由前向通道模塊（即溫度采樣模塊）、后向控制模塊、系統(tǒng)主模塊及鍵盤顯示摸塊等四大模塊組成。設(shè)計采樣使用的是LPC1114特有的AD采樣功能，顯示模塊以TinyHMI為核心的數(shù)字顯示及上位機的波形顯示，通過控制晶閘管BT131控制電爐加熱，電爐為對象的控制。在MATLAB里仿真建模，實現(xiàn)良好的PID控制。關(guān)鍵詞：數(shù)字PID；LPC1114；電爐溫度；AD采樣；上位機；MATLAB目 錄摘 要1目 錄I第一章 緒論11.1課題背景及研究意義11.2國內(nèi)外在該方向研究現(xiàn)

4、狀與分析21.3課題概述21.4設(shè)計要求與技術(shù)指標21.5基本功能及擴展要求31.6章節(jié)安排3第二章 系統(tǒng)設(shè)計原理及方案比較42.1整體設(shè)計思路42.2方案比較42.2.1主控MCU方案42.2.2溫度控制算法方案52.2.3人機界面方案72.2.4溫度測量方案72.4系統(tǒng)PID建模原理92.5上位機原理122.6本章小結(jié)14第三章 硬件設(shè)計153.1硬件總體設(shè)計及框圖153.2 Cortex-M0簡介及電路153.3外部電路設(shè)計173.3.1鍵盤和顯示電路設(shè)計183.3.2測溫電路設(shè)計193.2.3電爐控制電路設(shè)計193.4電源設(shè)計203.5 A/D轉(zhuǎn)換213.6本章小結(jié)22第四章 開發(fā)軟件

5、簡介及軟件設(shè)計234.1硬件開發(fā)軟件介紹234.1.1 Altium Designer 09234.1.2 PCB的繪制過程234.2編程環(huán)境介紹244.2.1系統(tǒng)程序設(shè)計環(huán)境介紹244.2.2上位機編程環(huán)境介紹254.3仿真軟件MATLAB介紹254.4軟件總體框圖274.5本章小結(jié)28第五章 系統(tǒng)實現(xiàn)295.1硬件實現(xiàn)295.1.1系統(tǒng)PCB板設(shè)計295.1.2系統(tǒng)硬件調(diào)試295.2軟件實現(xiàn)295.2.1上位機實現(xiàn)295.2.2系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)305.3 系統(tǒng)PID建模345.4系統(tǒng)MATLAB仿真375.5聯(lián)機調(diào)試385.6實現(xiàn)效果395.6.1顯示界面設(shè)計實現(xiàn)效果395.6.2上位機界面設(shè)

6、計實現(xiàn)效果395.5.3總體實現(xiàn)效果405.7本章小結(jié)41第六章 總結(jié)與展望426.1本課題工作總結(jié)426.2工作展望42致謝43參考文獻44附錄IIII第一章 緒論1.1課題背景及研究意義自70年代以來，由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設(shè)計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。在這方面以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，并且都生產(chǎn)出了一批商品化的性能優(yōu)異的溫度控制器及儀器儀表，在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。 目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已

7、經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀80年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。現(xiàn)在，我國在溫度等控制儀表業(yè)與國外還有著一定的差距。溫度、壓力、流量和液位是四種最常見的過程變量，其中溫度是一個非常重要的過程變量，因為它直接影響燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓

8、成形，結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。溫度控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點,它對控制調(diào)節(jié)器要求較高。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。盡管溫度控制很重要，但是要控制好溫度常常會遇到意想不到的困難。隨著嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展及其在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來越高，作為高新技術(shù)之一的單片機以其體積小、價格低、可靠性高、適用范圍大以及本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各個領(lǐng)域、各個行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。本文主要介紹LPC1114溫度控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計過程，其中涉及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件的選取和

9、控制算法的選擇、程序的調(diào)試和系統(tǒng)參數(shù)的整定。在系統(tǒng)構(gòu)建時選取NXP公司提供的一款新產(chǎn)品Cortex-M0系列的LPC1114芯片作為該控制系統(tǒng)的核心。溫度信號由普通三極管S8050和電壓放大電路提供。通過PID算法實現(xiàn)對電爐功率和水溫控制。使用晶閘管BT131作執(zhí)行部件。系統(tǒng)控制對象為電爐。電爐內(nèi)水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變,具有較好的快速性與較小的超調(diào)。該系統(tǒng)為一實驗系統(tǒng)，要求系統(tǒng)有控制能力，實現(xiàn)對主要可變參數(shù)的實時監(jiān)控。因此系統(tǒng)控制部分程序設(shè)計在TKStudio集成開發(fā)環(huán)境中編輯、編譯、鏈接、調(diào)試以及仿真的。使用軟件編程既減少了

10、系統(tǒng)設(shè)計的工作量，又提高了系統(tǒng)開發(fā)的速度，使用軟件還可以提高所設(shè)計系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了因個人設(shè)計經(jīng)驗不足而產(chǎn)生過多的系統(tǒng)缺陷。1.2國內(nèi)外在該方向研究現(xiàn)狀與分析目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于20世紀80年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場合的智能化、

11、自適應(yīng)控制儀表國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少?，F(xiàn)在，我國在溫度等控制儀表業(yè)與國外還有著一定的差距。隨著嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展及其在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對電子產(chǎn)品的小型化和智能化要求越來越高，作為高新技術(shù)之一的單片機以其體積小、價格低、可靠性高、適用范圍大以及本身的指令系統(tǒng)等諸多優(yōu)勢，在各個領(lǐng)域、各個行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。1.3課題概述本文主要介紹基于LPC1114溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計過程，其中涉及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件的選取和控制算法的選擇、程序的調(diào)試和系統(tǒng)參數(shù)的整定。以LPC1114為CPU，溫度信號由普通三極管S8050和電壓放大電路提供。電壓放大電路用超低

12、溫漂移高精度運算放大器LM324將溫度-電壓信號進行放大，用LPC1114控制晶閘管BT131的通斷時間以控制電爐的電源通斷從而控制水溫，系統(tǒng)控制對象為電爐。水溫可以在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動控制，以保持設(shè)定的溫度基本不變，具有較好的快速性與較小的超調(diào)。1.4設(shè)計要求與技術(shù)指標該系統(tǒng)為一實驗系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)：設(shè)計一個水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為電爐，里面有加熱功能。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。系統(tǒng)設(shè)計具體要求：溫度設(shè)定范圍為2070。 環(huán)境溫度降低時溫度控制的靜態(tài)誤差0.5。采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，?dāng)設(shè)定溫度突變（由40提高到60）時

13、，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。用十進制數(shù)碼管顯示水的實際溫度。設(shè)計一個上位機，通過上位機顯示溫度的變化曲線。在設(shè)定溫度發(fā)生突變時，溫度能達到指定溫度并維持指定溫度。1.5基本功能及擴展要求基本功能：利用普通三極管S8050作為測量溫度器件，測量溫度并顯示溫度。顯示十進制數(shù)的溫度值。通過上位機顯示溫度變化曲線。用戶可以通過人機界面調(diào)節(jié)溫度的大?。ǚ秶?070），并可以通過加熱器件改變水的溫度。擴展功能：使用數(shù)字PID控制溫度的變化。使溫度的精度精確到0.1。1.6章節(jié)安排本章對課題研發(fā)的大環(huán)境和課題研發(fā)要求及需實現(xiàn)功能做一個陳述，第二章是系統(tǒng)方案的比較選擇，第三章是課題的硬件設(shè)計，第四章是課題的

14、開發(fā)軟件設(shè)計，第五章為系統(tǒng)的硬件和軟件實現(xiàn)及其效果。第二章 系統(tǒng)設(shè)計原理及方案比較2.1整體設(shè)計思路水溫控制系統(tǒng)是一個過程控制系統(tǒng)，在設(shè)計的過程中，必須明確它的組成部分。過程控制系統(tǒng)的組成部分有：控制器、執(zhí)行器、被控對象和測量變送單元，其框圖如圖2-1所示。+控制器執(zhí)行器被控對象測送變量給定值被控參數(shù)圖2-1 控制框圖由圖可知，在這個系統(tǒng)的設(shè)計中，主要設(shè)計如圖幾個部分。除此之外，根據(jù)題目要求，還要選取合適的控制算法來達到系統(tǒng)參數(shù)的要求。對于執(zhí)行器件、測量變送元件將在部分電路設(shè)計中有說明。在這個部分我主要是對控制器的確定和控制算法的選擇作一個詳細的介紹。因為這兩部分是實現(xiàn)本系統(tǒng)控制目的的關(guān)鍵。它

15、們選取的好壞將直接影響著整個系統(tǒng)實現(xiàn)效果的優(yōu)劣，所以這是一項不容怱視的工作。2.2方案比較在設(shè)計過程中，每一個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)都有很多種方法，但是在設(shè)計時要選擇合適、最優(yōu)、簡單的方法來實現(xiàn)。因此，在設(shè)計過程中要選擇好設(shè)計方案，并選取合適的器件來實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計。下面介紹在本設(shè)計中各環(huán)節(jié)的方案選擇。2.2.1主控MCU方案方案一：基于P89V51RD2單片機P89V51RD2單片機是一款增強型8051微控制器，包含16KB Flash和1204字節(jié)的數(shù)據(jù)RAM。P89V51RD2單片機的典型特性是它的X2方式選項。利用該特性，設(shè)計師可使用應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的8051時鐘頻率（每個機器周期包含12個時鐘）或X2

16、方式（每個機器周期包含6個時鐘）的時鐘頻率運行，選擇X2方式可在相同的時鐘頻率下獲得2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時鐘頻率減半而保持特性不變，這樣可以極大地降低電磁干擾。在系統(tǒng)編程（ISP）中Flash程序存儲器支持和串行。并行編程方式提供了高速的分組編程方式，可節(jié)省編程成本和上市時間。ISP允許在軟件控制下對成品中的器件進行重復(fù)編程。應(yīng)用固件的產(chǎn)生/更新能力實現(xiàn)了ISP的范圍應(yīng)用。方案二：基于LPC1114LPC1114處理器，是市場上現(xiàn)有的最小，能耗最低的ARM處理器。其處理能耗非常低。門數(shù)量少，代碼密度高，使得MCU開發(fā)人員能夠以8位處理器的價格，獲得32位處理器的處理性能。

17、超低門數(shù)還使其能夠用于模擬信號設(shè)備和混合信號設(shè)備及MCU應(yīng)用中，可見明顯節(jié)約系統(tǒng)成本。MCU方案選擇：將兩個方案一比較便可得出一個結(jié)論，P89V51RD2單片機和LPC1114都具有其優(yōu)勢。但是LPC1114自帶AD采樣功能，而P89V51RD2單片機沒有此功能，考慮到使用單片需要另外設(shè)計AD轉(zhuǎn)換電路，還有節(jié)約成本考慮使用LPC1114是必然的選擇。2.2.2溫度控制算法方案溫度是一個普通而又重要的物理量，在許多領(lǐng)域里人們需對溫度進行測量和控制。長期以來國內(nèi)外科技工作者對溫度控制器進行了廣泛深入的研究，產(chǎn)生了大批溫度控制器，如性能成熟應(yīng)用廣泛的PID調(diào)節(jié)器、智能控制PID調(diào)節(jié)器、自適應(yīng)控制等。

18、此處主要對一些控制器特性進行分析以便選擇適合的控制方法應(yīng)用于改造。方案一：開環(huán)控制開環(huán)控制沒有反饋環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，響應(yīng)時間相對來說很長，精確度不高，使用于對系統(tǒng)穩(wěn)定性精確度要求不高的簡單的系統(tǒng)。開環(huán)控制是指控制裝置與被控對象之間只有按順序工作，沒有反向聯(lián)系的控制過程，按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)，其特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響，沒有自動修正或補償?shù)哪芰Α？刂破鞅豢貙ο筝敵鲚斎朐陂_環(huán)控制系統(tǒng)中，不存在由輸出端到輸入端的反饋通路，其結(jié)構(gòu)通路見圖2-2反饋控制系統(tǒng)。圖2-2 開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)因此，開環(huán)控制系統(tǒng)又稱為無反饋控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)由控制器與被控對象組成

19、?？刂破魍ǔ＞哂泄β史糯蟮墓δ?。同閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要簡單得多，同時也比較經(jīng)濟。開環(huán)控制系統(tǒng)主要是用于增強型的系統(tǒng)。方案二：閉環(huán)PID控制PID在溫度控制中已使用數(shù)十年，是一種成熟的技術(shù)，它具有結(jié)構(gòu)簡單、易于理解和實現(xiàn)，且一些高級控制都是以PID為基礎(chǔ)改進的。在工業(yè)過程控制中90%以上的控制系統(tǒng)回路具有PID結(jié)構(gòu)，在目前的溫度控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，即使在科技發(fā)達的日本，PID在其溫度控制應(yīng)用中仍然占80%的比例。其主要構(gòu)成如圖2-3所。由圖可知PID調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值w與實際輸出值y進行比較構(gòu)成偏差KpKdKi+u被控對象實際輸出值y給定值we圖2-

20、3 PID調(diào)節(jié)器 (1)并將其比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量。其動態(tài)方程為： （2）其中-為調(diào)節(jié)器的比例放大系數(shù)-為積分時間常數(shù)-為微分時間常數(shù)PID調(diào)節(jié)器的離散化表達式為： (3)其增量表達形式為： (4) (5)其中T為采樣周期?？梢姕囟萈ID調(diào)節(jié)器有三個可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù)、積分時間常數(shù)、微分時間常數(shù)。比例調(diào)節(jié)的作用是使調(diào)節(jié)過程趨于穩(wěn)定，但會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)誤差;積分作用可消除被調(diào)量的穩(wěn)態(tài)誤差，但可能會使系統(tǒng)振蕩甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定；微分作用能有效的減小動態(tài)偏差。常見的PID有P控制: （6）PI控制: （7）PD控制: （8）PID控制: （9）在實際使用中,在滿足生產(chǎn)過程需要的前提

21、下,應(yīng)盡量選擇簡單的調(diào)節(jié)器,這樣,既節(jié)省投資,又便于維護. 常規(guī)PID控制調(diào)節(jié)器是一種應(yīng)用廣泛技術(shù)成熟的控制方法，它能滿足一般工業(yè)控制的要求，其優(yōu)點是原理簡單、使用方便、適應(yīng)性廣。采用PID控制，控制效果的好壞很大程度上取決于PID三個控制參數(shù)的確定。對一個控制系統(tǒng)而言，只要參數(shù)選擇適當(dāng),都能取得較好的控制效果。溫度控制算法方案選擇：將兩個方案一比較便可得出一個結(jié)論，開環(huán)控制和閉環(huán)PID控制都具有其優(yōu)勢。但是對于爐溫這樣的滯后環(huán)節(jié)的系統(tǒng)來說，采用開環(huán)控制，控制極為不準確，因為電爐溫度的滯后，而開環(huán)控制將產(chǎn)生嚴重的溫度偏移，是溫度嚴重偏離所給定的溫度。而閉環(huán)控制將大大改善這種情況，因此采用閉環(huán)P

22、ID控制是此次設(shè)計的必然選擇。2.2.3人機界面方案現(xiàn)有的人機交換有TinyHMI和動態(tài)數(shù)碼管顯示矩陣鍵盤板，TinyHMI采用74HC595芯片，可以使用LPC1114F的SPI功能，因此采用TinyHMI作為人機交換模塊，用來顯示當(dāng)前溫度值。為了得到溫度變化曲線，采用上位機。采用串口通信，MCU跟PC通信經(jīng)常用到的一種通信方式，做界面、寫上位機程序的編程語言、編譯環(huán)境等不少，VB、C#、LABVIEW等等。兩個方案相結(jié)合，一個用來觀察當(dāng)前溫度值，另一個用來顯示溫度變化曲線。2.2.4溫度測量方案現(xiàn)有測溫器件有DS18B20和普通三極管S8050。(1) DS18B20簡介DS18B20數(shù)字

23、溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 DS18B20的技術(shù)性能如下： 獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。 測溫范圍 55+125，固有測溫分辨率0.5。 支持多點組

24、網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián)8個，實現(xiàn)多點測溫，如果數(shù)量過多，會使供電電源電壓過低，從而造成信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 工作電源: 35V/DC 在使用中不需要任何外圍元件 測量結(jié)果以912位數(shù)字量方式串行傳送 不銹鋼保護管直徑 6 適用于DN1525, DN40DN250各種介質(zhì)工業(yè)管道和狹小空間設(shè)備測溫 標準安裝螺紋 M10X1, M12X1.5, G1/2”任選 PVC電纜直接出線或德式球型接線盒出線,便于與其它電器設(shè)備連接。DS18B20的主要應(yīng)用范圍如下： 該產(chǎn)品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領(lǐng)域 軸瓦，缸體，紡機，空調(diào)，

25、等狹小空間工業(yè)設(shè)備測溫和控制。 汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 供熱/制冷管道熱量計量，中央空調(diào)分戶熱能計量和工業(yè)領(lǐng)域測溫和控制（2）三極管S8050簡介S8050實物如圖2-4所示。圖2-4 S8050實物圖引腳說明：1：Emitter 發(fā)射極2：Base基極3：Collector集電極器件說明：類型：NPN耗散功率：0.625W（貼片：0.3W）集電極電流：0.5A基極電壓：40V發(fā)射極擊穿電壓：25V發(fā)射極飽和電壓：0.6V特征頻率f ：最小150MH 隨著溫度的升高，三極管的PN節(jié)特性曲線將向左偏移，即導(dǎo)通電壓降低，通過這個特性，測量三極管兩端電壓變化情況，即可測定溫度變化

26、情況。溫度測量方案選擇：通過比較，可以發(fā)現(xiàn)DS18B20測溫更具優(yōu)勢，但在此設(shè)計中不需要用到DS18B20那么好的特性，三極管S8050足以滿足測溫需要，因此在此選擇三極管S8050作為測溫元件。2.4系統(tǒng)PID建模原理在這里建模主要是通過響應(yīng)曲線來建模的，下面介紹一下響應(yīng)曲線建模方法。 在被控對象上人為地加入非周期信號，測量其響應(yīng)曲線，然后再根據(jù)響應(yīng)曲線，計算出被控對象的傳遞函數(shù)。響應(yīng)曲線簡化如圖2-5所示圖2-5 響應(yīng)曲線簡化一般的建模結(jié)構(gòu)有： (10) (11) (12) (13)1. 無滯后一階慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)確定模型形式為： (14)放大系數(shù)： (15) 時間常數(shù)：切線法，如圖2-6所

27、示。圖2-6 無滯后一階慣性環(huán)節(jié)切線法曲線響應(yīng)曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63.2%時所經(jīng)歷的時間。2. 一階純滯后慣性環(huán)節(jié)的參數(shù)確定模型形式為： (16)放大系數(shù)和式(15)相同。時間常數(shù)與純延遲時間：切線法，如圖2-7所示。圖2-7 一階純滯后慣性環(huán)節(jié)切線法曲線兩點法計算。算法思想：用響應(yīng)曲線上的兩點去擬合模型表達式。如果模型形式為： (17)那么，當(dāng)時。 (18)將曲線上兩點的值代入上式，得到含有未知數(shù)T和的兩個表達式。圖2-8 兩點法計算 (19)兩點的選取要滿足：代表曲線特征、計算方便。為此取：得到對應(yīng)的、，代入前式得： (20)如果階躍響應(yīng)曲線如圖2-9坐標系中形式，可以將縱坐標右移至 處，

28、在坐標系中利用上述兩點計算法進行建模，最后模型的純延遲時間。圖2-9 階躍響應(yīng)曲線2.5上位機原理上位機是一臺可以發(fā)出特定操控命令的計算機，通過操作預(yù)先設(shè)定好的命令，將命令傳遞給下位機，通過下位機來控制設(shè)備完成各項操作（應(yīng)用最多的地方如：工業(yè)、水利、供電部門、交通等方面）。上位機都有特定的編程，有專門的開發(fā)系統(tǒng)，或以上是已經(jīng)規(guī)定好任務(wù)，只能按特定的任務(wù)進行操作。簡單說上位機就是命令的下達者，而下位機則是命令的執(zhí)行者。上位機在系統(tǒng)中的位置：處于網(wǎng)絡(luò)層中，與嵌入式網(wǎng)關(guān)通過網(wǎng)線相連。實際應(yīng)用時是放置在實驗室的老師工作臺上，供實驗室的老師使用。上位機的功能：此軟件實時監(jiān)視實驗實中每個實驗臺的狀況，包括

29、上電或斷電狀態(tài)，實驗臺是否發(fā)出了警告，是否發(fā)出了求助信號，并對這些信號做出應(yīng)答，還控制LED屏的文字顯示。上位機的設(shè)計實現(xiàn)：此軟件主要有兩部分組成，數(shù)據(jù)收發(fā)部分和顯示部分。數(shù)據(jù)收發(fā)指的是和嵌入式網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)收發(fā)。兩者是通過網(wǎng)線連接的，所以應(yīng)用的是TCP/IP的Socket套接字編程，嵌入式網(wǎng)關(guān)的設(shè)計中已經(jīng)提到過，它在和上位機通信中是作為服務(wù)器的，那么上位機就是作為連接發(fā)起方。為了能保證網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定性，我們把Socket讀寫的程序代碼放在了try、catch() 塊中，一旦網(wǎng)絡(luò)連接不正常，就會捕獲到該異常，從而關(guān)閉程序。另外數(shù)據(jù)收發(fā)還需要協(xié)議，和嵌入式網(wǎng)關(guān)通信的指令和協(xié)議定制如下： 表2-1 上

30、位機與嵌入式網(wǎng)關(guān)的通信指令由上位機發(fā)起嵌入式網(wǎng)關(guān)接收的指令A(yù)SK_STATE0x80由上位機主動發(fā)起LED_DISPLAY0x04+ASC碼由上位機主動發(fā)起GET_WARNING0x20有上位機回復(fù)GET_HELP0x30有上位機回復(fù)由嵌入式網(wǎng)關(guān)發(fā)起上位機接收的指令A(yù)BNORMAL0xFF由上位機被動接收并顯示W(wǎng)ARNING0x08由上位機被動接收并顯示NEED_HELP0x10由上位機被動接收并顯示POWER_ON0x01由上位機被動接收并顯示POWER_OFF0x00由上位機被動接收并顯示因此數(shù)據(jù)量較少，協(xié)議也就比較簡單，此協(xié)議在發(fā)送接收時用PPP封裝。表2-2 上位機與嵌入式網(wǎng)關(guān)的通信協(xié)

31、議幀格式0x7E長度實驗臺號命令內(nèi)容加和校驗0x7E1字節(jié)1字節(jié)2字節(jié)N字節(jié)1字節(jié)1 字節(jié) 顯示部分使用C#編寫的運行于Windows .Net Framework 上的窗體應(yīng)用程序，根據(jù)實際需求，對每個實驗臺狀態(tài)的顯示使用ListView控件實現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)異常情況，或?qū)嶒炁_出現(xiàn)警告、求助信號時，ListView的相應(yīng)字段文字會通過改變顏色來提醒監(jiān)視人員，監(jiān)視人員還可以通過一個文字發(fā)送窗體來向LED屏發(fā)送要顯示的文字?？傊缑媲逦庇^，簡便易用。2.6本章小結(jié)本章先是對系統(tǒng)的整體框架進行的一個概述，對幾個大的模塊做一個方案的比較選擇：顯示模塊、控制模塊、通信模塊等，分析比較得出MCU選擇LPC1

32、114方案更有優(yōu)勢，控制使用PID，測溫使用S8050。第三章 硬件設(shè)計3.1硬件總體設(shè)計及框圖本系統(tǒng)是一個簡單的單回路控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)溫度的自動測量和控制，本系統(tǒng)采用了LPC1114作為系統(tǒng)的控制中心，由數(shù)據(jù)采集模塊檢測到的溫度信號傳入LPC1114，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進行處理和控制運算，同時將數(shù)據(jù)保存，以便與下一次采樣值進行比較，通過軟件對所測電壓進行數(shù)字非線性校正，同時由顯示器進行實時顯示。根據(jù)系統(tǒng)程序控制，進行PID運算以及輸出控制，最終由CPU控制加熱回路BT131的通斷，達到調(diào)功的目的。系統(tǒng)還提供了鍵盤設(shè)定模塊，便于用戶與系統(tǒng)之間的對話。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)較簡單，由若干個功能模塊組成

33、。具體結(jié)構(gòu)圖及說明如下圖3-1所示：LPC1114溫度測量器件S8050數(shù)據(jù)處理串口通信晶閘管加熱溫度顯示上位機圖3-1 控制設(shè)計總體框圖數(shù)據(jù)采樣：將由傳感器及相關(guān)電路采集到的溫度轉(zhuǎn)為電壓信號，送入LPC1114相應(yīng)接口中，經(jīng)過LPC1114內(nèi)部的AD采樣，換算成溫度值，用于顯示。 數(shù)據(jù)顯示：采用了共陰極數(shù)碼管TinyHMI進行顯示設(shè)置溫度與測量溫度。串行口傳輸：將LPC1114與電腦通信熱電爐：通過控制晶閘管的通斷開關(guān)來完成對熱電爐的功率控制。3.2 Cortex-M0簡介及電路Cortex-M0處理器，是市場上現(xiàn)有的最小，能耗最低的ARM處理器。該處理能耗非常低，門數(shù)量少，代碼密度高，使得

34、MCU開發(fā)人員能夠以8位處理器的價位，獲得32位處理器的性能。超低門數(shù)還是得其能夠用于模擬信號設(shè)備和混合信號設(shè)備及MCU應(yīng)用中，可見明顯節(jié)約系統(tǒng)成本。M0內(nèi)核特點： Cortex-M0內(nèi)核，運行速度高達50MHZ； 內(nèi)置嵌套向量中斷控制器（NVIC）； 單周期的硬件乘法器，運行速度超快，一條乘法語句只需要2個字節(jié)的命令、一個周期內(nèi)完成基于ARM7TDMI的16位Thumb指令系統(tǒng)，0.9DMIPS/MHZ，代碼密度相當(dāng)高，不用擔(dān)心存儲空間不夠的問題； 僅56條指令，且指令執(zhí)行時間都是確定的； 完成8、16、或32位的數(shù)據(jù)傳輸只需一條指令； 最高配置8KB片內(nèi)SRAM； 在系統(tǒng)編程（ISP）和在

35、應(yīng)用編程（IAP）可通過片內(nèi)引導(dǎo)裝載程序軟件來實現(xiàn)； 唯一的ID，每個芯片都有唯一的ID標識符，芯片保密性更高； 超低功耗，15uA/MHZ；串行接口包括： 可產(chǎn)生小數(shù)波特率、具有調(diào)制調(diào)解器、內(nèi)部FIFO和支持RS-485/EIA-485標準的UART； SSP控制器，帶FIFO和多協(xié)議功能（僅在LQFP48和PLCC44封裝中有兩路SSP）； I2C總線接口，完全支持I2C總線規(guī)范和快速模式，數(shù)據(jù)速率為1Mbit/s，具有多個地址識別功能和監(jiān)控； 多達42個通用I/O（GPIO）引腳，帶可配置的上拉/下拉電阻。 I2C總線引腳在FM+模式下可支持20mA的灌電流； 4個通用定時/計數(shù)器，共有

36、4路捕獲輸入和13路匹配輸出； 可編程的看門狗定時器（WDT）； 系統(tǒng)節(jié)拍定時器； 帶有SWD調(diào)試功能，兩線實現(xiàn)在線仿真，縮短開發(fā)周期； 具有三種低功耗模式：睡眠模式、深度睡眠模式和深度掉電模式； 10位ADC，在8個引腳中實現(xiàn)輸入多路復(fù)用； GPIO均可以配置為邊沿或電平中斷（最多42個外部中斷）； 12MHZ內(nèi)部RC振蕩器可調(diào)節(jié)到1%的精度，可將其選擇為系統(tǒng)時鐘；M0原理圖如圖所示：LPC1114需要有外圍結(jié)構(gòu)部分才能更好的利于使用，周立功公司為本芯片設(shè)計的外圍結(jié)構(gòu)電路如圖3-2所示。圖3-2 TinyM0結(jié)構(gòu)框架原理圖TinyM0是LPC1114的外圍結(jié)構(gòu)電路，它引出來的引腳圖如圖3-3

37、所示。 圖3-3 M0外接引腳圖3.3外部電路設(shè)計 由總體框圖可以看到，整個系統(tǒng)的設(shè)計都離不開LPC1114的輸入/輸出接口。在LPC1114中，I/O口就是M0與外設(shè)交換信息的主要通道。輸入端口從外界接收檢測的輸入信號、鍵盤信號等各種開關(guān)量信號；輸出端口向外部輸出處理結(jié)果、顯示信息、控制命令、驅(qū)動信號等。LPC1114內(nèi)部有并行和串行兩種方式的I/O口。兩個16位通用的并行I/O端口即A口和B口，這兩個口的每一位都可通過編程單獨定義為輸入或輸出口，通常對某一位的設(shè)定包括三個基本項：數(shù)據(jù)向量Data、屬性向量Attribution和方向控制向量Direction，三個向量的每個對應(yīng)位組合在一起

38、形成一個控制字，用來定義相應(yīng)I/O口位的輸入、輸出狀態(tài)和工作方式。A口的IOA0IOA7用作輸入口時具有喚醒功能，常用于鍵盤輸入。B口除常規(guī)的輸入輸出功能外，還具有特殊功能。比如后面串行通信用到的IOB7口和IOB10口，它們在此電路中就充當(dāng)?shù)氖谴袛?shù)據(jù)的接收和發(fā)送端口。具體的用法將在后面的電路設(shè)計中用到。3.3.1鍵盤和顯示電路設(shè)計圖3-4是TinyHMI實物圖，是本次實踐用到的顯示和調(diào)節(jié)模塊。圖3-4 TinyHMI實物圖TinyHMI內(nèi)部原理圖如圖3-5所示所示，主要由74HC595、數(shù)碼管、按鍵組成，它充分利用了74HC595的功能，使得本次設(shè)計顯示模塊大大減少了程序內(nèi)容。也使得模塊精

39、簡化，以下是顯示模塊的接線方法。 P2.2 按鍵引腳 KEY P0.1 鍵盤板的RCK片選引腳 P0.6 鍵盤板的SCK時鐘引腳 P0.9 鍵盤板的DATA數(shù)據(jù)引腳 圖3-5 TinyHMI內(nèi)部結(jié)構(gòu)系統(tǒng)上電后，數(shù)碼管顯示設(shè)置溫度和測量溫度，通過軟件來控制電爐的開關(guān)。3.3.2測溫電路設(shè)計測溫原理是把三極管放入水中，給水加熱時，三極管PN節(jié)兩端電壓變化，從而三極管兩端電壓發(fā)生改變，通過把三級管兩端微小的電壓放大，從而得到水溫的變化。具體實現(xiàn)是將三極管放入加熱的水中，三極管電壓變化，使用運算放大器將電壓變化放大，通過LPC1114的AD采樣功能獲取電壓的變化，通過關(guān)系運算得到當(dāng)前水溫。測溫電路原理

40、圖如圖3-6所示。圖3-6 測溫電路原理圖3.2.3電爐控制電路設(shè)計此部份用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對被控對象實施控制，此處被控對象為電爐絲，采用對加在電爐絲兩端的電壓進行通斷的方法進行控制，以實現(xiàn)對水加熱功率的調(diào)整，從而達到對水溫控制的目的。對電爐絲通斷的控制采用晶閘管BT131，晶閘管BT131屬于半控型器件，所以較小的驅(qū)動功率即可使晶閘管BT131工作。它的使用非常簡單，只要在控制臺端加上給晶閘管BT131加上正向電壓并且在門極加上觸發(fā)脈沖即可使晶閘管BT131導(dǎo)通，即可實現(xiàn)讓電爐加熱電源的通斷。圖3-7為通過LPC1114發(fā)出PWM波形控制三極管的導(dǎo)通，從而控制右端光耦的導(dǎo)通，晶閘管BT13

41、1門極加上了觸發(fā)脈沖，電爐中有電流通過，電爐加熱。為使其實現(xiàn)過零控制，就是要實現(xiàn)工頻電壓的過零檢測，并給出脈沖信號，由LPC1114控制雙向可控硅過零脈沖數(shù)目。當(dāng)在其輸入端加入（撤離）控制信號時，輸出端接通（斷開），從而控制電爐與電源的通斷，來達到加熱或冷卻爐絲的目的，最終實現(xiàn)使碗中水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。過零控制方式SSR工作波形如圖3-8所示。圖3-7 電爐控制原理圖圖3-8 過零控制方式波形3.4電源設(shè)計電路工作需要提供的電壓為35V，為了達到要求又不使電壓過大，在此采用7805做電源 ，其電路原理圖如圖3-14所示，在CN4接12V交流變壓器，經(jīng)過橋式整流，經(jīng)過電容濾波和7805變壓，輸

42、出電壓即為5V直流電壓。D5為工作指示燈，接上電源D7亮，表示在工作。電源原理圖如圖3-9所示。 圖3-9 電源原理圖3.5 A/D轉(zhuǎn)換（1）概述： LPC1100系列Cortex-M0微處理器A/D轉(zhuǎn)換器的基本時鐘由APB時鐘提供。A/D轉(zhuǎn)換器包含一個可編程的分頻器，它可以將APB時鐘調(diào)整為逐次逼近轉(zhuǎn)換所需的時鐘（最大可達4.5MHz，并且完全滿足精度要求的轉(zhuǎn)換需要11個這樣的時鐘）。特性：10位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器；在8個管腳間實現(xiàn)輸入多路復(fù)用；掉電模式；測量范圍：03.6V，不超出VDD(3.3V)的電壓；10位轉(zhuǎn)換時間2.44s；一個或多個輸入的突發(fā)轉(zhuǎn)換模式；可選擇由輸入跳變或定時器匹

43、配信號觸發(fā)轉(zhuǎn)換；每個A/D通道的獨立結(jié)果寄存器減少了中斷開銷；（2）ADC轉(zhuǎn)換時鐘分頻值計算：（3）引腳描述：ADC各相關(guān)引腳的描述見表3-1表3-1 ADC管腳描述管腳名 稱 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD73.3VCPU引腳P0.11P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.10P1.11若要通過監(jiān)控的管腳獲得準確的電壓讀數(shù)，必須事先通過IOCON寄存器選用ADC功能。對于作為ADC輸入的管腳來說，在選用數(shù)字功能的情況下仍能獲得ADC讀取值的情況是不可能存在的。在選用數(shù)字功能的情況下，內(nèi)部電路會切斷該管腳與ADC硬件的連接。（4） 時鐘供應(yīng)和功率控制系統(tǒng)時

44、鐘負責(zé)向ADC以及可編程ADC時鐘分頻器提供外部時鐘信號?？赏ㄟ^AHBCLKCTRL寄存器的位13來禁能該時鐘信號，從而達到節(jié)省功耗的目的。通過PDRUNCFG寄存器可以在運行的時候使ADC下電。A/D轉(zhuǎn)換器的基本時鐘信號供應(yīng)取決于APB時鐘（PCLK）。每個轉(zhuǎn)換器都帶有一個可編程的分頻器，可對時鐘頻率進行分頻以便使頻率達到逐次逼近過程所需的4.5MHz（最大值）。一次準確的轉(zhuǎn)換需要占用11個時鐘周期。（5） 基本操作一旦ADC轉(zhuǎn)換開始，就不能被中斷。若前一個轉(zhuǎn)換未結(jié)束，軟件新寫入就不能發(fā)起新的轉(zhuǎn)換，新的邊沿觸發(fā)事件也會被忽略。硬件觸發(fā)轉(zhuǎn)換如果AD0CR中的BURST位為0且START字段的值

45、包含在010-111之間，則當(dāng)所選管腳或定時器匹配的信號發(fā)生跳變時，A/D轉(zhuǎn)換器將啟動一次轉(zhuǎn)換。時鐘產(chǎn)生用于產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換時鐘的分頻器在A/D轉(zhuǎn)換器空閑時保持復(fù)位狀態(tài)（不產(chǎn)生采樣時鐘信號），這樣就可以節(jié)省功率。只有在啟動A/D轉(zhuǎn)換器時，才會啟動采樣時鐘。例如，向AD0CR的START字段寫入001，將立即啟動采樣時鐘。該特性可以節(jié)省功率，尤其適用于A/D轉(zhuǎn)換不頻繁的場合。中斷通過設(shè)置NVIC中的A/D中斷使能位和AD0INTEN寄存器，可以控制A/D中斷是否使能。A/D中斷被使能之后，一旦A/D通道中的任意一個DONE標志位為1，ADINT就置位，中斷請求就會被提交到NVIC。精度和引腳設(shè)置當(dāng)

46、A/D轉(zhuǎn)換器用來測量AIN腳的電壓時，并不理會引腳在引腳選擇寄存器中的設(shè)置，但是通過選擇AD功能(即禁能引腳的數(shù)字功能)，可以提高轉(zhuǎn)換精度。3.6本章小結(jié)本章主要講述了硬件的設(shè)計過程，主要包括外部電路設(shè)計，測溫電路設(shè)計，電爐控制電路設(shè)計，電源的設(shè)計。硬件實物圖如圖3-10所示。圖3-10 硬件實物圖第四章 開發(fā)軟件簡介及軟件設(shè)計4.1硬件開發(fā)軟件介紹4.1.1 Altium Designer 09Altium Designer 09 是設(shè)計電路板時用的電路繪圖設(shè)計軟件，它不僅可以繪制電路原理圖，導(dǎo)入自動繪制上面PCB圖，還可以對電路圖進行仿真。下面介紹一下它的用法：1） 打開軟件，選擇菜單欄文

47、件，建立一個新的工程；2） 在次選擇菜單項中的文件，建立一個新的原理圖，并把這個原理圖添加到新建的工程中；3） 打開新建的原理圖，點擊右下方的System，選擇其中的庫子菜單，查找自己所需要的元器件，拖到原理圖中；4） 選好元器件后，排好元器件，修改好元器件中的值后，分好模塊，進行元器件之間的連線。原理圖中的規(guī)范：在進行原理圖的繪制過程中要注意它的一定規(guī)范，否則你畫的也是一個失敗品。其規(guī)范為： 文字要排列整齊； 布局要合理，元器件要對齊，不能太過緊湊，太過松散； 元器件之間的線條盡量直接，少出現(xiàn)曲折； 在選擇元器件時要注意元器件的封裝是否正確；4.1.2 PCB的繪制過程繪制好原理圖以后，點擊

48、菜單欄中的新建子菜單，新建一個PCB，并且把它加入和原理圖同一個工程中，建好后繪制步驟為：1） 按照設(shè)計要求，在禁止布線層“keep-out-layer”畫一個框；2） 把原理圖導(dǎo)入PCB中，可以在原理圖中點擊設(shè)計中的Update PCB Document或者點擊PCB中的Import changes from；3） 原理圖導(dǎo)入PCB后，可以先把四個支架孔畫好；4） 畫好了以后，開始排布元器件，你可以參照原理圖來排列。這時還要設(shè)置好布線規(guī)則，方便以后的布線；5） 放置好元器件后，把絲印排好；6） 最后再進行畫線。 PCB的繪制規(guī)范： 插裝元件在頂層，貼片元件和走線在底層，做雙面板時頂層也可以布

49、線； 導(dǎo)線寬度要注意，太細了有時候做不出來，太粗了不好看，線寬一般為1525mil，電源線和地線要稍微寬點； 元器件之間的距離要參考實際大小保證元器件順利焊接； 絲印層的字大小要統(tǒng)一，并且方向最多為兩個方向，太多過于雜亂； 布局要符合實際情況，顯示部分要放在上面有利查看； 畫線時要注意不要出現(xiàn)銳角，這時你可以選擇倒角來消除這種情況； 有貼片的要注意只能按"L"鏡像，不能按“X”或“Y”進行翻轉(zhuǎn)；4.2編程環(huán)境介紹4.2.1系統(tǒng)程序設(shè)計環(huán)境介紹程序設(shè)計是在TKStudio V4.0平臺上進行開發(fā)的。TKStudio集成開發(fā)環(huán)境是廣州致遠電子股份有限公司開發(fā)的一個嵌入式芯片級、

50、系統(tǒng)級軟件開發(fā)平臺，是一款內(nèi)置強大編輯器的多內(nèi)核編譯調(diào)試環(huán)境，支持KeilC51、SDCC、GCCARM、ADS、IARARM、MDK、RVDS、GCCAVR、WindRiver CCORE、CCoreGcc RemoteGcc等編譯工具鏈，支持8051、ARM7/ARM9/ARM11、CortexM3/CortexM0、XScale、AVR、CCORE等內(nèi)核調(diào)試，支持Linux bootloader、Linux內(nèi)核、Linux內(nèi)核模塊、Linux應(yīng)用程序等的調(diào)試?？梢酝瓿蓮墓こ探⒑凸芾恚幾g，鏈接，目標代碼的生成，到軟件仿真，硬件仿真（掛接TKS系列仿真器的硬件）等完整的開發(fā)流程。TKSt

51、udio V4.0加入了Linux調(diào)試的支持，包括bootloader調(diào)試、Linux內(nèi)核調(diào)試、Linux內(nèi)核模塊調(diào)試和Linux應(yīng)用程序調(diào)試，直接通過TKScope系列仿真器進行調(diào)試，摒棄了傳統(tǒng)的通過KDB、KGBD等補丁進行調(diào)試的方式，支持從現(xiàn)有的調(diào)試文件直接進行調(diào)試，自動創(chuàng)建源代碼樹，編輯、編譯、下載、調(diào)試一體化、其操作界面如圖4-1所示。圖4-1 TKStudio編程環(huán)境4.2.2上位機編程環(huán)境介紹上位機軟件設(shè)計使用的是Visual C+ 6.0。Visual C+ 6.0，簡稱VC或者VC6.0，是微軟推出的一款C+編譯器，將“高級語言”翻譯為“機器語言（低級語言）”的程序。Visu

52、al C+是一個功能強大的可視化軟件開發(fā)工具。自1993年Microsoft公司推出Visual C+1.0后，隨著其新版本的不斷問世，Visual C+已成為專業(yè)程序員進行軟件開發(fā)的首選工具。雖然微軟公司推出了 Visual C+.NET(Visual C+7.0)，但它的應(yīng)用有很大的局限性，只適用于Windows 2000、Windows XP和Windows NT4.0。所以實際中，更多的是以Visual C+6.0為平臺。 Visual C+ 6.0特色Visual C+6.0由Microsoft開發(fā), 它不僅是一個C+ 編譯器，而且是一個基于Windows操作系統(tǒng)的可視化集成開發(fā)環(huán)境

53、（integrated development environment，IDE）。Visual C+6.0由許多組件組成，包括編輯器、調(diào)試器以及程序向?qū)ppWizard、類向?qū)lass Wizard等開發(fā)工具。 這些組件通過一個名為Developer Studio的組件集成為和諧的開發(fā)環(huán)境。Microsoft的主力軟件產(chǎn)品。Visual C+是一個功能強大的可視化軟件開發(fā)工具。自1993年Microsoft公司推出Visual C+1.0后，隨著其新版本的不斷問世，Visual C+已成為專業(yè)程序員進行軟件開發(fā)的首選工具。雖然微軟公司推出了Visual C+.NET(Visual C+7.0)，但它的應(yīng)用的很大的局限性