毕业设计（论文）PLC在中央空调中的应用.doc

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1、毕业设计（论文）任务书专业 班级 姓名 一、课题名称：PLC在中央空调中的应用 二、主要技术指标： 1测量冷冻水供回水温度及流量 2各设备的程序联动：启动：冷却塔风机冷却水泵冷冻水泵冷水机组。停止：冷水机组冷冻水泵冷却水泵冷却塔风机 3测量冷冻水系统供回水管的压差P=P1P2控制其旁通阀(TV)的开口度，使其维持压差。三、工作内容和要求： 1PLC原理及应用 2PLC的选型及设置 3PLC控制系统主要功能与特点 4控制方法PLC原理及应用 四、主要参考文献： 1 吴继红、李佐周中央空调工程设计与施工M高等教育出社 2 张子慧等制冷空调自动控制M科学出版社 3 三菱公司三菱微型可编程控制器编程手

2、册J 4 顾战松、陈铁年可编程控制器原理及应用M国防工业出版社1996 5 肖海亮实现微机和PLC在以太网中的通信2001 学 生（签名） 年 月 日 指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日 系 主 任（签名） 年 月 日毕业设计（论文）开题报告设计（论文题目）PLC在中央空调中的应用一、选题的背景和意义：随着我国经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。智能化也往往是从设备自动化系统开始。本文主要针对我们本次的毕业设计智能化小型中央空调阐述PLC控制设计与智能化中央空调(冷冻站)系统的关系。二、课题研究的

3、主要内容：1PLC原理及应用2PLC的选型及设置 3PLC控制系统主要功能与特点4控制方法PLC原理及应用5系统的设计和应用总结三、主要研究（设计）方法论述：1通过各种教材论著归纳总结PLC的原理及应用方法2 通过华光电子工业有限公司的SU5/B型。主机：SU5/B；输入模块：U25N、U01AD；输出模块：U05T、U01DA来测试PLC的性能3通过智能化来应用PLC四、设计（论文）进度安排：时间（迄止日期）工 作 内 容8.18.3选题8.48.5完成开题报告8.68.8看老师所给的一些资料，有一个基本的概念。8.98.12依据对该系统的了解，完成它的流程图8.138.15查资料收集资料,

4、系统程序结构8.168.24写初稿8.258.26将初稿交与老师审核8.278.28写摘要，完成设计8.298.30修改并定稿、上交论文五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日PLC在中央空调中的应用目 录0.引言61. 概述71.2 选题意义71.3 课题的实现82. 嵌入式系统92.1 嵌入式系统的基本概念92.1.1 嵌入式系统的历史92.1.2 何为嵌入式系统112.1.3 嵌入式实时操作系统122.2 嵌入式系统的应用132.3嵌入式系统软/硬件协同设计技术133.系统的设计和实现163.1 系统的硬件设计163.2 系统的软件设计与实现

5、183.2.1 设计总述183.2.2 任务的划分193.2.3 温度测量及控制模块详细设计244. 结论254.1 总结254.2 进一步的研究255. 总 结26致 谢26参考文献：27PLC在中央空调中的应用摘要: 本课题基于嵌入式系统的开发及应用，利用嵌入式系统的设计方法及测试技术，结合RTOS的选取原则，选用了源码公开的嵌入式实时操作系统C/OS-II，结合实际应用，设计了一个实现对多点温度进行控制的嵌入式系统。零点迁移、标度变换与误差补偿,以及温度检测环节的设计方法。对温度检测环节做了进一步的优化设计,使该系统更具有实用、易行、可靠等特点,在实际应用中具有一定参考价值。关键词:温度

6、检测;温度传感器; C/OS-II；零点迁移;标度变换;误差补 Abstract: This paper introduces a few key problems in the process of temperature examination in computer temperature control system, including choice of temperature sensor, C/OS-II and zero adjust , scale transformation error compensation , and the design method of te

7、mperature examination . Optimum design of temperature examination makes the system more utility , convenient and reliable . The optimum design has some reference value in usage of the whole system of temperature control.Key words: temperature examination , temperature sensor , C/OS-II , zero adjust

8、, scale transformation , error compensation 0.引言 嵌入式系统被定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。实际上嵌入式系统是计算机的一种应用形式，是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点。因此它是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。特别适合于要求实时的和多任务的系统。 从美国微软发布“维纳斯计划”白皮书到中国中科院推出的“女娲计划”，整个世界仿佛在一夜之间掀起了嵌

9、入式开发与应用的热潮，人们开始关注嵌入式技术的发展和应用情况。嵌入式系统的研究和开发也随之走入了高校和研究所，成为人们的学科，并且相应地开发出了嵌入式操作系统，嵌入式浏览器和嵌入式数据库等产品。在当前数字信息技术和网络技术高速发展的后PC（Post-PC）时代，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。如今嵌入式系统的应用越来越广泛，那么嵌入式系统应用缘何能在近年来的信息技术应用中脱颖而出，成为众多商家角逐的对象。其实原因很简单，因为这里面蕴藏着

10、巨大的市场，巨大的商业利益，单就电视应用而言，目前全球有2亿多有线电视用户，中国也有8000多万户，而且每年还在以600万的速度递增。如今，在这块领域里，还没有一家公司有成熟的产品，也没有标准的操作系统，更没有一个可以主导市场的垄断者。在这种局势下，虽然竞争将异常剧烈，但突围的可能性也较大，只要能够培养出自己的技术能力和市场开拓能力，是有可能取得巨大成功的。如今嵌入式系统已经成为IT界的又一新焦点，它正处在一个飞速发展和激烈竞争的时代，它被广泛应用到金融、航天、电信、网络、信息家电、医疗、工业控制、军事等各个领域。1. 概述1.2 选题意义微机控制系统是一种实时系统，所谓实时系统是指系统能及时

11、地响应外部事件的请求，在许可的时间限制内完成对该事件的处理，并控制相应的设备完成实时操作。为了满足处理实时事件的要求，绝大部分单片微机都具有中断功能。它允许在发生某一事件时（例如外部设备运行完成、定时时间到等），为了对这一事件进行处理，中止现行程序的运行而进入处理该事件的程序，处理完再返回原程序执行。随着单片微机应用的日益深入和广泛，应用的水平越来越高，应用系统的功能也越来越复杂，一个系统经常需要控制多个对象，并且这些对象都要求实时操作。特别是现在已开始大量使用多机系统，它们一般为主从结构的多机控制系统。从机完成数据采集、计算、控制等功能。主机可向从机发命令，修改从机的参数，而从机可向主机回送

12、结果和数据。在这样的系统中，主从机通信与从机的数据采集、计算、控制等必须并行进行，即从机在通信和执行主机的命令时，也不能影响其它操作。因此，较复杂的单片微机实时系统特别是多机系统，均要求单片微机系统具有同时进行多种实时操作的能力，我们称之为并行处理。另外，在系统软件设计中，多采用单任务顺序机制。程序由一个主循环控制，通过判断不同的标志轮循调用各功能函数，在主循环中调用的模块按顺序运行。（论述嵌入式系统与一般系统的差别，优缺点）本课题基于嵌入式系统的开发及应用，利用嵌入式系统的设计方法及测试技术，结合RTOS的选取原则，选用了源码公开的嵌入式实时操作系统C/OS-II，结合实际应用，设计了一个实

13、现对多点温度进行控制的嵌入式系统。复杂的微机控制系统使用常规的顺序程序设计方法加上中断来实现功能是比较困难的，主要体现在以下几个方面：(1).实时性差：由于计算机在处理中断时，一般不允许响应低级和同级中断，为了提高实时性，要求中断处理程序尽量短。但是有许多实时操作的处理比较复杂，需要较长的CPU执行时间。如果用中断来完成这些处理，则在处理时，无法响应低级或同级中断。如果采用中断置标志的方法，让主程序来进行处理，则一方面会增加程序的复杂性，另一方面也难以做到实时处理，因为主程序不可能在执行其它程序时，随时去检查这些标志位而转向不同的处理程序。(2).难以实现并行操作的相互通信：在功能较强的实时系

14、统中，除了主程序有时需要与中断间进行信息交换外，各个并行操作之间有时也需相互通信。这些用常规方法是难以实现的。(3).结构复杂、移植性差、维护困难：单片微机功能的复杂化，使软件越来越复杂，特别是为了实现并行操作，需使用大量的中断和标志，使程序结构十分混乱，难以设计和调试。同时由于程序采用线性结构，使得程序难于修改或者移植，因此缺乏灵活性、通用性和可维护性。为了解决以上的问题，可以把应用软件按所完成的功能分成一个个独立的、但可以并行运行的任务，如串行口通信任务、数据采集任务、数据计算任务、定时打印任务等。这样，整个应用软件有各个任务所组成，设计、调试时可分别进行。修改时只可修改个别任务即可，从而

15、提高了软件的可移植性。为了提高系统的可靠性，并有效地实现任务间的相互通信，当应用程序处理的任务较多，尤其要求同时执行两个以上的工作和任务时，在软件设计中引入实时多任务操作系统(Real Time Operating System,RTOS)将非常必要。提倡在嵌入式应用中使用RTOS的最主要原因是提高系统的可靠性。长期以来，在国内传统的开发方式是：针对某一应用，画程序流程图、编制应用程序。通常是线性程序，此机制的优势在于流程直观。这种方法的缺点是：除中断服务程序以外，各程序模块没有优先级的区别，被主循环简单地轮转调用，实时性差，响应时间无法预料；而且，当一个任务申请不到资源，或循环过程中由于某种

16、原因无法跳出循环时，其他任务将得不到响应， 当程序很小时，虽然可通过设置Watchdog ，利用中断等方法来解决上述矛盾。如果程序变得较大，将大大增加开发时间和调试难度，复杂度不堪想象。正是上述的缺点，在干扰严重的情况下，系统安全性差。另一重要原因是提高开发效率，缩短开发周期。系统中引入RTOS之后，有RTOS完成任务管理、任务间通信、中断管理等功能。嵌入式系统中的多任务操作系统在应用系统启动后，首先运行的是背景程序，用户的应用程序是运行于其上的各个具体任务，多任务操作系统允许灵活地分配系统资源（中央处理器、存储器等等）给各个任务，各程序模块（或者任务）就如同中断程序一样并行运行，这样就可以简

17、化那些复杂而且时间要求严格的工程的软件设计，同时也提高了可靠性。1.3 课题的实现（本课题基于嵌入式系统的开发及应用，利用嵌入式系统的设计方法及测试技术，结合RTOS的选取原则，选用了源码公开的嵌入式实时操作系统C/OS-II，结合实际应用，设计了一个实现对多点温度进行控制的嵌入式系统。）目前就成本而言，在较长的一段时间，很多测控应用领域，微处理器只需8 位或16位单片机就可胜任,对于这样低端的产品开发，要完成较复杂的任务，可采用微内核的多任务操作系统如C/OS-II、RTX、CMX等来完成软件设计。在应用中，已经能够明显减少系统的软件设计工作量，并提高了系统的可靠性。考虑到系统实际应用，在硬

18、件设计方面，微控制器选用了台湾Syncmos公司生产的8位微控制器SM5964, 它是80C52 微控制器家族的派生产品，其强大的片内资源，只需选用少量的外围器件即可实现系统的要求。温度测量利用Pt（100）热敏电阻，测量的模拟信号经模数转换模块转换后送入微处理进行处理。模数转换器选用凌特公司(Linear Technology)推出的20位无延迟模数转换器LTC2430，此模块可直接对测量的毫伏级信号进行处理，并能够达到精度要求。其它也选用了与通信和输出控制相关的器件。软件的设计基于软件开发平台C/OS-II，它是由Labrosse先生编写的一个开放式内核，最主要的特点就是源码公开，此RTO

19、S的更多优点在第三章有详细论述。一方面它是免费的，另一方面用户可以根据自己的需要对它进行修改。由于它没有功能强大的软件包，基于具体应用需要自己编写驱动程序，为使其能够正常工作，要根据具体的硬件平台完成相应的移植工作。C/OS-II是一个占先式的内核，即已经准备就绪的高优先级任务可以剥夺正在运行的低优先级任务的CPU使用权。这个特点使得它的实时性比非占先式的内核要好。在设计中，给予不同任务不同的优先级，提高了系统的实时性。对温度控制方面，采用了一种基于时间最优控制的PID算法实现对温度控制。除了实现对温度的采集、处理、控制之外，本课题一方面利用SM5964的ISP功能，实现了PC机利用ISP技术

20、进行对系统远程加载和升级。另一方面，利用RS232串行通信技术，实现了PC机与系统的通信，并可对系统进行远程控制。从而实现了微机控制系统中主从式控制系。2. 嵌入式系统嵌入式系统的发展和应用是现代信息社会的一个重要特征，已经被用于各行各业，也深入地影响到人们的生活和工作，本章较为全面地介绍和研究了嵌入式系统的基本概念和原理，并对嵌入式系统的发展方向和趋势作一定的论述，对于了解嵌入式系统及其开发和研究将起到一定的作用。2.1 嵌入式系统的基本概念2.1.1 嵌入式系统的历史虽然嵌入式系统是近几年才风靡起来的， 但从20世纪70年代单片机的出现到今天各式各样的嵌入式微处理器、微控制器的大规模应用，

21、嵌入式系统已经有近30年的发展历史。作为一个系统，往往是在硬件和软件双螺旋式交替发展的支撑下逐渐趋于稳定和成熟，嵌入式系统也不例外。嵌入式系统最初的应用是基于单片机的。20世纪70年代单片机的出现，使得汽车、家电、工业机器、通信装置以及成千上万种产品可以通过内嵌电子装置来获得更佳的使用性能，更容易使用，更快、更便宜。这些装置已经初步具备嵌入式的应用特点，但是这时的应用只是使用8位的芯片，执行一些单线程的程序，还谈不上“系统”的概念。从80年代早期开始，嵌入式系统的程序员开始用商业级的“操作系统”编写嵌入式应用软件，这使得开发人员可以进一步缩短开发周期，降低开发成本并提高开发效率。1981年，R

22、eady System 开发出世界上第一个商业嵌入式实时内核（VTRX32）。这个实时内核包含了许多传统操作系统的特征，包括任务管理、任务间通信、同步与相互排斥、中断支持、内存管理、时钟管理等功能。如Integrated System Incorporation (ISI)(现已被风河公司收购)的pSOS和WindRiver(风河)的VxWorks、QNX公司的QNX等。这些嵌入式操作系统都具有嵌入式的典型特点：系统内核很小，具有可裁减性、可扩充性和可移植性，可以移植到各种处理器上；较强的实时性和可靠性，适合嵌入式应用。这些嵌入式实时多任务操作系统的出现，使得应用开发人员从小范围的开发中解放出

23、来，同时也促使嵌入式有了更为广阔的应用空间。90年代以后，随着对实时性要求的提高，软件规模不断上升，实时内核逐渐发展为实时多任务操作系统（RTOS），并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。这时候更多的公司看到了嵌入式系统的广阔发展前景，开始大力发展自己的嵌入式操作系统。除了上面的几家老牌公司以外，还出现了Palm OS、Windows CE、嵌入式Linux、Lynx、Nucleus以及国内的Hopen、Delta OS 等嵌入式操作系统。随着嵌入式技术的发展前景日益广阔，嵌入式操作系统软越来越多。现在RTOS已经在全球形成了1个产业，更具美国EMF(电子市场分析)报告，1999

24、年全球RTOS市场产值达3.6亿美元，而相关的整个嵌入式开发工具（包括仿真器、逻辑分析仪、软件编译器和调试器）则高达9亿美元。2.1.2 何为嵌入式系统随着嵌入式技术的发展和应用，出现了不同的嵌入式系统的定义，目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的计算机系统。可以从以下几个方面来理解国内对嵌入式系统的定义：1 嵌入式系统式面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体的应用相结合才会具有生命力、才具有优势。即嵌入式系统是与应用紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。2

25、嵌入是系统式将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术以及各个行业的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。所以，介入嵌入式系统的行业，必须有一个正确的定位。例如Palm OS 之所以在PDA领域占有70%以上的市场，就是因为其立足于个人电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理；而风河（WindRiver）的VxWorks 之所以在火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。3. 嵌入式系统必须根据应用需求可对软硬件进行裁减，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应

26、各种需要的系统，是一个比较好的开发模式。目前，国内外有很多微内核大小不等的嵌入式操作系统，可以根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，从而加速嵌入式系统的开发。现在当讲到嵌入式系统时，一般是指近年来比较热的具有操作系统的嵌入式系统。其基本结构如图1所示。嵌入式实时应用程序嵌入式实时操作系统硬 件 平 台应用程序与操作系统的接口操作系统与硬件接 口图 2-1 嵌入式系统的基本结构2.1.3 嵌入式实时操作系统实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）是根据操作系统的工作特性而言的，是指具有实时性，能支持实时控制系统工作的操作系统。它的首要任务是调度一切可利用的资源

27、完成实时控制任务，提高可靠性，其次才着眼于提高系统的使用效率，要满足对时间的限制和要求。RTOS是嵌入式应用软件的基础和开发平台，它应具有如下的功能：1)任务管理（多任务和基于优先级的任务调度）；2)任务间的同步和通信（信号量、邮箱和消息队列）；3). 存储器优化管理（含ROM 的管理）4). 实时时钟服务5). 中断管理服务实时操作系统中的任务（Task）等同于分实操作系统中的进程（Process）的概念。系统中的任务有四种状态：运行（Executing）、就绪（Ready）、挂起（Suspended）、睡眠（Dormant）。运行：获得CPU控制权；就绪：进入任务等待队列，通过调度转为运行

28、状态；挂起：任务发生阻塞，从任务等待队列中移出，等待系统实时事件的发生而唤醒，从而转为就绪或运行状态；睡眠：任务完成或者错误等原因被删除的任务。 在任意时刻，只有一个任务处于运行状态。RTOS是操作系统研究的一个重要分支，它与一般商用多任务OS如Unix、Windows等有共同的一面，也有不同的一面。对商用多任务OS，其目的是方便用户管理计算机资源，追求系统资源最大利用率；而RTOS追求的是调度的实时性、时间响应时间的可确定性、系统的高度可靠性。评价一个实时操作系统一般可以从任务调度、内存管理、任务通讯、内存开销、任务切换时间、最大中断禁止时间等几个方面来衡量。因此，RTOS要解决的几个主要问

29、题如下： 任务调度机制： RTOS的实时性和多任务能力在很大程度上取决于它的任务调度机制。从调度策略上来讲，分优先级调度策略和时间片轮转调度策略；从调度方式上来讲，分可抢占、不可抢占、选择可抢占调度方式；从时间片上来看，分固定与可变时间片轮转。单纯从基于优先级的抢占式调度方式而言，又存在多种优先级计算方法。在大多数商用的实时系统中，为了让操作系统能够在有突发事件时，迅速取得系统控制权以便对时间作出反应，所以大都提供了“抢占式任务调度”的功能，也就是操作系统有权终止应用程序（应用任务）的执行，并且将执行权交给拥有最高优先级的任务。 内存管理如同分时操作系统一样，实时操作系统使用内存管理单元（MM

30、U）进行内存管理。实时操作系统内存管理模式可以分为实模式与保护模式（主要对Intel x86 而言）。目前主流的实时操作系统一般都可以提供两种模式，让用户根据应用自主选择。 最小内存开销RTOS的设计过程中，最小内存开销是一个较重要的指标，这是因为在工业控制领域中的某些工控机（如上下位机控制系统中的下位机），由于基于降低成本的考虑，其内存的配置一般都不大，而在这有限的空间内不仅要装载实时操作系统，还要装载用户程序。因此，在RTOS的设计中，其占用内存大小是一个很重要的指标，这是RTOS设计与其它操作系统设计的明显区别之一。 最大中断禁止时间与中断延迟时间当RTOS运行在核心态或执行某些系统调用

31、的时候，是不会因为外部中断的到来而中断执行的。只用当RTOS重新回到用户态才响应外部中断请求，这一过程所需要的最大时间就是最大中断禁止时间。中断延迟（Interrupt Latency）时间是指系统确认中断开始直到执行中断服务程序的第一条指令为止整个处理过程所需要的时间。实时操作系统的中断延迟时间有下列三个因素决定：处理器硬件电路的延迟时间，通常这个时间可以忽略；实时操作系统处理中断并将控制权转移给相关处理程序所需要的时间；实时操作系统的中断禁止时间。 任务切换时间(Context-Switching Time)当由于某种原因使一个任务退出运行时，RTOS保存它的运行现场信息、插入相应队列、并

32、根据一定的调度算法重新选择一个新任务使之投入运行，这一过程所需时间称为任务切换时间。更准确地说，任务切换时间是实时操作系统将控制权从一个任务的执行中取回，然后交给另一个任务所需的时间。它包括保存目前正在执行任务的现场信息所需要的时间、RTOS决定下一个调度任务所需的调度时间以及RTOS把另外一个任务调入系统执行所需要的时间。在上述几项中，最大中断禁止时间和任务切换时间是评价一个RTOS实时性最重要的两个技术指标。2.2 嵌入式系统的应用嵌入式系统在办公自动化、建筑设计、机械设计与制造、医疗、监视、卫生设备、交通运输、通信、信息家电、工业控制和金融等系统中都有着广泛的应用。例如，办公设备中的扫描

33、仪、打印机；家电中的机顶盒、冰箱、洗衣机；生活中的手机、PDA、电梯；安全控制中的防火控制系统、安全报警系统、安全监视设备、安全保险柜；制造控制中的制造工厂自动化、给水、废水处理、发电设备；医疗中的X光设备、CT机；交通运输中的飞机、火车、公共汽车、轮船、雷达系统、自动售票系统；通信中的电话机、交换机、卫星和信息交换系统；其它还有地震测试仪、机器人等等。这些我们在生活中都是能够经常接触到而且与我们的生活息息相关的，其中有些系统嵌入式应用程度低一些，因此我们可能感觉不到。随着嵌入式软件开发水平的提高，相信将来我们的日常生活将充满嵌入式，我们将会每天都能随时随地享受到嵌入式给我们带来的方便和快捷。

34、2.3嵌入式系统软/硬件协同设计技术传统的嵌入式系统的设计方法如图3-4所示，硬件和软件的分为两个独立的部分，有硬件工程师和软件工程师按照拟定的设计流程分别完成。这种设计方法只能改善硬件/软件各自的性能，而有限的设计空间不可能对系统做出较好的性能综合优化。20世纪90年代初，国外有些学者提出“这种传统的设计方法，只是早期计算机技术落伍的产物，它不能求出适合于某个专用系统的最佳计算机应用系统的解”。因为，从理论上来说，每一个应用系统的，都存在一个适合于该系统的硬件、软件功能的最佳结合，如何从应用系统的需求出发，依据一定的指导原则和分配算法对硬件/软件功能进行分析及合理的划分，从而使得系统的整体信

35、能、运行时间、能量损耗。存储能量达到最佳状态，已成为硬件/软件协同设计的重要研究内容之一。需求分析总体设计嵌入式系统硬件开发嵌入式系统软件开发嵌入式系统集成、测试、验证图2-2传统嵌入式系统的设计方法应用系统的多样性和复杂性，使硬件/软件的功能划分与分配、系统优化、系统综合、模拟仿真存在许多研究解决的问题，因而使国际上这个领域的研究日益活跃。系统协同设计与传统的设计相比有以下两个显著的区别：（1） 描述硬件和软件使用统一的表示形式。（2） 硬件/软件划分可以选择多种方案，直到满足要求。显然，这种设计方法对于具体的应用系统而言，容易获得满足综合性能指标的最佳解决方案。传统方法虽然也可以改进硬件软

36、件性能，但由于这种改进是各自独立进行的，不一定使系统综合性能达到最佳。传统的嵌入式系统的开发采用的是软件开发与硬件开发分离的方式，其过程可以描述如下：（1） 需求分析（2） 软硬件分别设计、开发、调试、测试、（3） 系统集成，软硬件集成。（4） 集成测试（5） 若系统正确，则结束、否则继续进行。（6） 若出现错误，需要对软硬件分别验证和修改。（7） 返回3，继续进行集成测试。虽然在系统设计的初始阶段考虑了软硬件的接口问题，但由于软硬件分别开发，各自部分的修改和缺陷很容易导致系统集成出现错误、由于设计方法的限制，这些错误不但难于定位，而且更重要的是，对他们的修改往往会涉及整个软件结构和硬件配置的

37、改动，显然，这是灾难性的。 为避免上述问题，一种新的开发方法应运而生 -软硬件协同设计方法。一个典型的硬件/软件协同设计过程如图3-5所示。首先，应方该用独立于任何硬件和软件的功能性规格方法对系统进行描述，采用的的方法包括有限态自动机（FSM）、统一化的规格语言（CSP、VHDL）或其他基于图形的表示工具，其作用是对硬件/软件统一表示，便于性能的划分和综合，然后，在此基础上对硬件/软件进行划分，即对硬件/软件的功能模块进行分配。但是，这种分配不是随意的，而是从系统的要求和限制条件出发，依据算法进行的。完成对硬件、软件的功能划分之后，需对划分的结果进行评估。方法之一是性能评估，另一种方法是对硬件

38、、软件综合之后的系统依据指令级评价参数做出评估。如果评估结果不满足要求，说明划分方案的选择是不合理的，需要重新划分硬件/软件模块，以上过程重复直到系统获得一个满意的硬件/软件实现为止。软硬件协同设计过程可以归纳为：（1） 需求分析（2） 软硬件协同设计（3） 软硬件实现（4） 软硬件协同测试和验证这种方法的特点在于协同设计（Codesign）、协同测试（Co-test）和协同验证（Co-verification）时，充分考虑了软硬件的关系，并在每个层次上给以测试验证，使得尽早发现和解决问题，避免灾难性错误的出现。系统功能描述硬件软件划分（软硬统一表示）软件组合接口综合硬件综合系统集成图2-3嵌

39、入式系统的硬件软件设计方法3.系统的设计和实现在这一章中，根据第二章和第三章的论述，设计出一个实现对温度进行测量和控制的嵌入式系统。系统具有对外界两点温度进行采集的能力，采集的模拟信号经A/D模块转换成相应的数字量，送入微处理器进行处理。采集到的每一路温度都要与系统此路温度设定值进行比较，然后根据结果调用合适的控制算法，并通过控制相应的继电器的占空比实现对温度的控制、测量、运算处理、输出控制、显示、通信。为此引出串行通信设计利用RS-232串行通信，实现了与PC机进行通讯功能和远程加载功能。考虑到实际的应用及成本等因素，选用的主要硬件器件有台湾SynCMOS公司的生产的SM5964微控制器，数

40、据采集部分选用了凌特公司(Linear Technology)推出的20位无延迟模数转换器LTC2430，串行通讯部分使用MAX232芯片，液晶显示屏选用了北京精电蓬远显示技术公司生产的MGLS-12864。嵌入式操作系统选用了源代码公开的C/OS-II。选用的开发环境是：Windows 2000 Server 开发工具：Keil C51 7.0、VC+ 6.0使用的语言是：汇编、C语言3.1 系统的硬件设计系统的原理图如图3-1所示。主要有键盘输入、数据采集、输出控制、LCD显示、通信及电源模块等组成。 图3-1 系统原理框图下面介绍一下主要部分的电路图设计。1). 键盘输入电路键盘是一组按

41、键的组合，它是常用的输入设备，可以通过键盘输入数据或者命令，实现简单的人机对话。键盘可分为独立联接式和行列式（矩阵式）两类，每类按其译码方式又分为编码式及非编码式两类。设计中使用的是独立联接非编码式键盘。每个按键使用的是一个瞬时接触开关，这种联接方式可以容易被微处理器检测，但由于按键会产生机械抖动，在按键被按下或者抬起的瞬间，一般持续515ms，因此设计中要去除键抖动。可以通过硬件双稳态电路或者软件延时来实现，设计中采用延时20ms实现的。对于串键，采用无限处理方法。同时为了防止按一次键而产生多次处理的情况（键扫描和键处理速度较快而此时键还没释放），在有键按下时，作一次键处理后还要检测按下的键

42、是否释放。2). 数据采集电路本系统实现对两路温度信号的采集，为了节省硬件成本，在前向通道中采用了多路选择开关，使用了两个多路模拟开关器件CD4052，实现信号的差分输入，完成对两路温度信号的轮流采样，然后将信号送入一个公共的模数转换器LTC2430，完成模数转换。由微处理器的P1.2、P1.3两引脚实现信道的选择。对温度的测量使用铂（Pt）热敏电阻（100），使用桥式电路进行测量。铂电阻是一种高性能的贵金属热电阻，具有精度高、稳定性好、性能可靠等优点，铂电阻的温度测量范围在-200 到 +850 之间，在小于200时，非线性误差小于0.3%，它的电阻值R和温度t之间的关系可以近似地表示为：A

43、,B为常数，A为热敏系数（R/）。测量时采用的是查表法来计算温度值。对于模数转换器LTC2430，设计中使其工作在外部时钟驱动模式下，工作状态分为转换（Conversion）、休眠（Sleep）和数据输出（DataOutput）三个状态。3).通信电路本系统所进行的通信是实现与PC机的通信，选择了RS232通信标准。这是因为RS232标准是使用最为广泛的通信标准，几乎每一台PC机上都有两个符合RS232标准的串行口，所以采用RS232标准有利于通用性。由于PC机使用的是RS232电平，而SM5964输出是TTL电平，因此选用MAX232解决电平匹配的问题。SM5964的串行发送端口TXD和接收端口RXD经MAX232芯片进行电平转换后，分别与PC机的数据接收端口RXD和数据发送端口TXD相连接。SM5964串行通信的发送端TXD连接到的11引脚，发出的数据信号经过MAX232芯片转换后，由05V的TTL电平变为-12+