基于AVR单片机的工业控制器的设计

摘要

随着计算机硬软件技术、网络技术和通讯技术的发展，工业控制器呈现小型化、功能集成化等变化趋势。对于不需要采用DCS和现场总线控制系统的工业对象，采用相应工业控制器直接安装在工业现场完成控制要求是目前普遍应用的方式，利用AVR系列单片机来设计工业控制器，并实现工业控制器基本控制功能有一定的研究意义。 根据工业控制器的应用特点，采用AVR单片机完成工业控制器的硬件、软件设计和制作，采用了模块化设计方式，工业控制器由主控制电路模块、RS-485通讯模块、电源供电模块、A/D和D/A模块、 DI/DO模块组成。在软件方面依然按照模块化设计思路，完成了主控制电路的软件模块、显示电路软件模块、采样电路软件模块、PID控制算法模块等设计，同时设计中体现了工业控制器低功耗、抗干扰的要求。 工业控制器的硬件设计中采用了Altium Designer10绘图软件，完成了各个模块硬件电路原理图和PCB图的设计。控制器的各软件模块设计采用了ICCAVR软件完成程序的编译、调试，生成可下载的.HEX目标文件，并通过ISP接口完成程序下载。最后对控制器硬软件进行总体调试，调试结果达到设计要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 工业控制器的研究现状

1．3 本课题主要研究工作及论文组织结构

1．3．1 主要研究工作

1．3．2 论文组织结构

第二章 控制器的硬件设计

2．1 控制器硬件设计方案

2．2 控制器硬件整体设计流程

2．3 控制器各模块设计

2．3．1 主控制电路设计

2．3．2 A／D转换电路设计

2．3．3 D／A转换电路设计

2．3．4 DI／DO电路设计

2．3．5 隔离电路设计

2．3．6 RS-485通讯模块电路设计与ModBus协议

2．3．7 电源电路的设计

2．4 控制器低功耗、抗干扰性设计

2．4．1 低功耗设计

2．4．2 接地抗干扰设计

2．4．3 PCB布线抗干扰设计

2．5 本章小结

第三章 控制器的软件设计

3．1 控制器软件设计要求

3．2 编程环境和开发软件的简介

3．2．1 AVR Studio开发环境和ICCAVR编译环境工具简介

3．2．2 AVR ISP仿真器简介

3．3 软件设计

3．3．1 控制器软件整体设计

3．3．2 主程序设计

3．3．3 采样程序设计

3．3．4 A／D转换程序设计

3．3．5 D／A转换程序设计

3．3．6 显示程序设计

3．4 PID算法

3．4．1 PID控制原理

3．4．2 增量式PID控制算法

3．5 小结

第四章 结论与展望

4．1 工作总结

4．2 研究展望

参考文献

致谢