基于C8051F020的通用仿真平台软硬件设计
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摘要
本课题为基于C8051F020的通用仿真平台软硬件设计。随着科学技术的快速发展，计算机控制系统在工业控制中得到了广泛的应用。本研究旨在提供一种可用于控制系统调试的通用仿真平台。仿真平台能够接收控制系统输出的控制量，经仿真算法形成特定受控对象的响应，且将此种响应转换为与指定的传感器相一致的电信号输出，回馈给控制系统。仿真平台具有通用性、灵活性、易操作、易连线且显示直观、形象的特点。
首先，论述了本文的选题背景和意义，介绍了国内外相关领域研究状况，并给出了主要研究内容。
其次，从整体上介绍了通用仿真平台的设计构成，论述了各功能电路在仿真及控制中的工作原理及作用，最后简要介绍了仿真平台的核心—C8051F020单片机。
然后，介绍了通用仿真平台的硬件设计。硬件设计包括通用模拟量输入输出电路、通用开关量输入输出电路及其它外围电路。文中除了对硬件电路作了详细的分析外，还列写了通用仿真平台的各模块部分主要子程序及流程图。
再次，应用通用仿真平台与组态王软件，描述了对电梯速度进行仿真的思路。其中首先讨论了组态王通信设置、单片机与组态王通信协议及部分通讯程序，然后给出了电梯控制器的速度控制算法，最后介绍了电梯模型的仿真算法。
最后，介绍了如何运用通用仿真平台实现对加热器的温度控制。文中首先介绍了系统的硬件构成，然后对系统进行建模并进行了温控分析，进而提出了控制算法，并对算法进行了改进。
This article is about the software and hardware design of general simulationplatform based on C8051F020 MCU. With the fast development of science andtechnology, computer control system has been widely used in industry control.This article introduced a platform which can be used in debugging of controlsystem. Simulation platform can receive control quality of control system'soutput, form response of controlled object after simulating arithmetic, cantransform this response into electrical signal which is in consistent withspecific sensor's output, and feedback to the control system. Simulationplatform has the Character of versatility, easily operating, direct-viewing, andvisualization.
Firstly, this article describes the background and meanings, introducesdomestic and international condition of the related research, and gives the mainresearch contents.
Secondly, it introduces the structure of the platform in whole, describesthe main function of every module in simulation and control, and then brieflyintroduces the core of the platform, C8051F020 MCU.
Then, this article introduced the hardware of the general simulation platform.It included general analog channel input and output module, digital channel inputand output module, and other circuits. This article wrote some programs andflowcharts, of modules, besides detailed analysis of hardware circuit.
Then, applying simulation platform and Kingview software described the speedsimulation of elevator. It discussed the method of simulation of elevator' sspeed. In this part, firstly discussed communications setting of Kingview, communication protocol between MCU and Kingview, and some corresponding programs, and then give the moving speed algorithm of elevator controller, at last givethe simulation algorithm of controlled object.
Finally, this article introduced how to use this platform to realize temperature control of heater. In this part firstly introduced system' shardwarestructure, then modeling to the system, analyzing the temperature control system, and then raise the controlling arithmetic, finally proposed improved arithmetic.
首先，论述了本文的选题背景和意义，介绍了国内外相关领域研究状况，并给出了主要研究内容。
其次，从整体上介绍了通用仿真平台的设计构成，论述了各功能电路在仿真及控制中的工作原理及作用，最后简要介绍了仿真平台的核心—C8051F020单片机。
然后，介绍了通用仿真平台的硬件设计。硬件设计包括通用模拟量输入输出电路、通用开关量输入输出电路及其它外围电路。文中除了对硬件电路作了详细的分析外，还列写了通用仿真平台的各模块部分主要子程序及流程图。
再次，应用通用仿真平台与组态王软件，描述了对电梯速度进行仿真的思路。其中首先讨论了组态王通信设置、单片机与组态王通信协议及部分通讯程序，然后给出了电梯控制器的速度控制算法，最后介绍了电梯模型的仿真算法。
最后，介绍了如何运用通用仿真平台实现对加热器的温度控制。文中首先介绍了系统的硬件构成，然后对系统进行建模并进行了温控分析，进而提出了控制算法，并对算法进行了改进。
This article is about the software and hardware design of general simulationplatform based on C8051F020 MCU. With the fast development of science andtechnology, computer control system has been widely used in industry control.This article introduced a platform which can be used in debugging of controlsystem. Simulation platform can receive control quality of control system'soutput, form response of controlled object after simulating arithmetic, cantransform this response into electrical signal which is in consistent withspecific sensor's output, and feedback to the control system. Simulationplatform has the Character of versatility, easily operating, direct-viewing, andvisualization.
Firstly, this article describes the background and meanings, introducesdomestic and international condition of the related research, and gives the mainresearch contents.
Secondly, it introduces the structure of the platform in whole, describesthe main function of every module in simulation and control, and then brieflyintroduces the core of the platform, C8051F020 MCU.
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Then, applying simulation platform and Kingview software described the speedsimulation of elevator. It discussed the method of simulation of elevator' sspeed. In this part, firstly discussed communications setting of Kingview, communication protocol between MCU and Kingview, and some corresponding programs, and then give the moving speed algorithm of elevator controller, at last givethe simulation algorithm of controlled object.
Finally, this article introduced how to use this platform to realize temperature control of heater. In this part firstly introduced system' shardwarestructure, then modeling to the system, analyzing the temperature control system, and then raise the controlling arithmetic, finally proposed improved arithmetic.
引文
1．张迎新，雷文，姚静波。C8051F系列SOC单片机原理及应用[M]．北京：国防工业出版社，2005．
2．于海生．微型计算机控制技术[M]．北京：清华大学出版社，1999，80-139．
3．张毅，计算机控制技术[M]．北京：机械工业出版社，2004，1-19，74-79，203-217．
4．童诗白．模拟电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2001，446-454．
5．康华光．电子技术基础[M]．北京：高等教育出版社，2000，240-263．
6．赵茂泰．智能仪器原理与应用：M]．北京：电子工业出版社，1999，121-138．
7．李华．MCS-51系列单片机实用接口技术[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1993，162-227，358-360，594-604．
8．魏俊兰，丁振荣。组态王6.5与单片机的通信方法[J]，工业控制计算机，2004，(10)：84-86．
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10．田立勇，汪玉凤，于宁，李文江．计算机与单片机的串行通讯[J]，仪器仪表用户，1995，(2)：91-92．
11．赵学军．单片机与组态王的通信程序设计[j]，工业控制计算机，2006，19(9)：35-37．
12．段晨东，王俭．电梯仿真模型演示系统的研制[J]，西北建筑工程学院学报，1999，16(4)：39-42．
13．鲍雅萍．电梯给定速度曲线的仿真与实现[J]，唐山高等专科学校学报，1999，12(4)：64-66．
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15．李蒙，张灵玲．基于VB平台PLC电梯控制仿真系统设计[J]，洛阳工业高等专科学校学报，2005，15(3)：28-29．
16．熊光楞，郭斌，陈晓波，蹇佳．协同仿真与虚拟样机技术[M]．北京：清华大学出版社，2004．8．
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18．陶永华，尹怡欣，葛芦生．新型PID控制及其应用[M]．机械工业出版社，1999
19．李正军．计算机控制系统[M]．北京：机械工业出版社，2005，48-109，132-222．
20．王顺晃，舒迪前．智能控制系统及其应用[M]．机械工业出版社，2005．
21．马国华．监控组态软件及应用[M]．清华大学出版社，2001
22．张翠莲，杨加强．铂电阻温度传感器的非线性特性及其线性化校正方法[J]，微计算机信息，2002，(1)：43-44．
23．刘春英，刘盾．单片机实现温度自动控制系统研究[J]，天津职业技术师范学院学报，2000，(3)：62-65．
24．陆阳，韩江洪，魏臻，张维勇．铂电阻测温系统温度补偿方法[J]，仪器仪表学报，2000，21(3)：255-259．
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28．陈杰，黄鸿．传感器与检测技术[M]．北京：高等教育出饭社，2002．8．
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30．刘艳．刘晓瑛．四层楼电梯PLC控制系统的仿真动画软件[J]，实验技术与管理，2000，17(4)：55-58．
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32．金鹏电子有限公司．C系列液晶显示模块说明书．
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