单片机系统的控制程序自生成软件平台设计

论文摘要

以单片机为处理器核心的集成控制器因体积小、功能强、性能稳定、成本较低等优势,在工业中得到广泛应用。控制器底层函数在编写成功后一般不再修改,但是上层控制程序却需要随着控制流程的改变而重新编写。编写出的控制程序在很多情况下结构和代码有很多相似的地方,无疑会消耗开发人员的时间和精力,增加项目成本。并且在实际使用控制器的工厂中,编程人员相对缺少,这就使反复编写控制程序更加困难。本文正是针对手工编程的种种缺点而进行设计的。课题是来自企业的实际项目。在分析该企业使用的控制器输入输出特点和控制系统方案的基础上,设计一套可以无需手工编写代码而自动生成控制程序的集成软件平台,并实现了控制器之间基于MODBUS协议的通讯。软件平台的开发目的是使项目人员摆脱控制程序的C语言编程,降低技术难度,缩短开发周期,并尽量避免在编程时经常出现的人为疏忽。集成软件平台中的设计包括:用户配置程序设计、中间配置文件设计与生成、目标控制程序结构设计、生成程序和控制器通讯程序设计。其中,配置程序选择界面友好,填写简单的EXCEL表格,并设计其内容和结构。目标控制程序的设计采用多任务调度,使其结构通用,尽可能满足各种控制要求。程序自动生成过程参考编译器各阶段进行设计,包括对EXCEL表格填写内容的错误检查,优化生成XML形式的中间代码,以及设计一个程序生成器来读取中间代码并翻译生成C语言控制程序。最后设计应用于主从式控制系统的通讯程序,这个程序是基于MODBUS协议的。本设计通过实验室的严格测试后,已经在企业的多个实际项目中成功应用,运行稳定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 单片机系统的特点与应用
• 1.3 单片机程序的开发现状
• 1.4 课题的主要任务与论文结构
• 2 系统整体设计
• 2.1 系统概述
• 2.2 控制器与控制系统方案
• 2.2.1 控制器介绍
• 2.2.2 控制系统方案
• 2.3 软件平台的整体方案
• 2.3.1 软件平台的使用与设计结构
• 2.3.2 控制程序自动生成的整体设计
• 3 用户配置程序设计与配置文件生成
• 3.1 用户配置程序的选择与设计
• 3.1.1 用户配置程序与编程工具的选择
• 3.1.2 配置表格结构设计
• 3.1.3 配置表格内容设计
• 3.2 控制程序生成平台前端设计
• 3.2.1 前端整体设计
• 3.2.2 错误检查设计
• 3.2.3 中间配置文件生成
• 4 控制程序结构的研究与设计
• 4.1 控制程序的整体设计
• 4.2 时序调度设计
• 4.2.1 多任务调度设计
• 4.2.2 控制时序调度的实现
• 4.2.3 报警时序调度的实现
• 4.3 时序动作函数设计
• 4.3.1 时序动作并行执行的设计思想
• 4.3.2 时序动作函数的实现
• 5 控制程序生成器设计
• 5.1 控制程序生成平台后端设计
• 5.2 控制程序生成器的实现
• 5.2.1 程序生成器的结构设计
• 5.2.2 XML配置文件的读取
• 5.2.3 代码的翻译与优化
• 5.2.4 目标程序的生成
• 6 通讯程序设计
• 6.1 MODBUS协议
• 6.2 通讯设计的系统模型
• 6.3 主站MODBUS通讯程序设计
• 6.3.1 通讯传输模式与消息格式
• 6.3.2 通讯流程整体设计
• 6.3.3 主站消息发送与从站消息处理
• 6.3.4 通讯中的错误处理
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢