控制软件认识.docx

1、控制软件认识控制类工程实训基本软件的认知实验 指 导 书李敏 王恒 编著自动化学院基础实验中心目录第一部分 认识MATLAB及编程.3第二部分 单片机开发与仿真软件Keil C51 的使用.12第三部分 LabWindows/CVI基础与入门.25第四部分 PLC开发软件RSLOGIX500 的使用31第一部分认识 MATLAB 及编程1MATLAB 的概况MATLAB 是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意。除具备卓越的数值计算能力外，它还提供了专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真和实时控制等功能。MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的

2、形式十分相似,故用MATLAB 来解算问题要比用C,FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多。时至今日，经过MathWorks 公司的不断完善，MATLAB 已经发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大大大型软件。在国外，MATLAB 已经经受了多年考验。在欧美等高校，MATLAB 已经成为线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生，硕士生，博士生必须掌握的基本技能。在设计研究单位和工业部门，MATLAB 被广泛用于科学研究和解决各种具体问题。在国内，特别是工程界，MATLAB 一定会盛行起来。可以说，无论你从

3、事工程方面的哪个学科，都能在MATLAB 里找到合适的功能。时间 版本1985 1.01986 2.0（含控制系统工具箱）1988 3.91993 4.0（含Simulink1.0）1994 4.2(含simulink2.0)1996 4.31999 5.32000 6.0（含Simulink4.0）2001 6.1（含Simulink4.1）不详 6.212003 6.5MATLAB 的发展进程2MATLAB 的启动与运行. 工作空间窗口. 当前目录窗口. 命令历史窗口. 命令窗口在命令窗口可直接输入运算程序进行运算。例1 输入一个矩阵a，求它的转置a1。a=1 2 3;4 5 6;7 8

4、9a =1 2 34 5 67 8 9 a1=aa1 =1 4 72 5 83 6 9有关工作空间的一些命令操作命令 说明Clc 翻过一页命令窗，光标回到屏幕左上角Clear 从工作空间清除所有变量Clf 清除图形窗口内容Clear all 从工作空间清除所有变量和函数Delete 从磁盘中删除指定文件Who 列出当前工作空间中的变量Whos 列出当前工作空间中的变量及信息Which 查找指定文件的路径What 列出当前目录下的m 文件和mat 文件Demo 例子演示窗口Help 查询所列命令的帮助信息more 命令窗分布输出Save neame 保存工作空间变量到文件neame.matSav

5、e neame x y 保存工作空间变量x、y 到文件neame.matLoad neame 装载neame 文件中的所有变量到工作空间Load neame x y 装载neame 文件中的变量x、y 到工作空间Diary neame.mDiary off保存工作空间一段文本到文件neame.mType neame.m 在工作空间查看neame.m 文件内容3数据格式单击FilePreferences打开参数设置对话框，其中数据格式选项说明如下：数据格式 解释 例a=1/3Short 短格式 0.3333Long 长格式0.33333333333333Hex 十六进制3fd5555555555

6、555Bank 金融格式 0.33Plus +格式 +Short E 短指数格式 3.3333e-001Long E 长指数格式3.333333333333333e-001Short G 短紧缩格式 0.33333Long G 长紧缩格式0.333333333333333Rational 有理格式 1/3Loose 稀疏格式 0.3333数据格式也可在命令窗口直接用命令设置。格式为：format。如format rational4注释与标点（1） 百分号后的所有文字为注释，不参与运算。例2 syms x y %定义符号变量x，y（2） 多条命令可以放在同一行，用逗号或分号隔开，逗号表示要显示该

7、语句运行结果，分号表示不显示运行结果。例3 x=2,3;y=4,5;z1=x+y,z2=x*yz1 =6 8z2 =8 1012 15（3）一条语句也可以写在多行，用三个点表示该语句未完，续在下一行。例4 f=3*x6+4*x5-8*x4+.7*x3+8*x2-3*x+35注意：变量名不能被两行分割，注释语句不能续行。5编程及运行方法编程一般在M 文件编辑器的窗口中进行，编辑后保存为*.m 文件。运行整个程序可在工作空间键入保存的文件名，回车即可运行。如要运行部分程序段，可在编辑器中将要运行的程序段选定，按F9 键，回到工作空间可看到运行结果。修改程序时打开已有的m 文件进行修改即可。例5：a

8、dddemo.m 里有如下程序段a=3;b=4;c=a+b6条件语句（1） 单条件语句格式 1：ifend格式2：ifelseend例5 当从键盘输入自变量x 的值，由如下分段函数给出y 的值。. .=5 , 0, 023x xx xy程序如下：x=input(x=) %屏幕提示x=,由键盘输入值赋给xif x0y=x3elsey=5*x2end(2) 多条件语句格式：ifelseifend例6 Adddemo.m 程序段如下：a=3;b=4;c=a+b;if c0c=-1elseif c10c=0else c=1end7循环语句（1） for-end 循环格式：for 循环变量=初值：步长：

9、终值循环体语句组end例7 编程生成一个6 阶矩阵，使其主对角线上元素皆为1，与主对角线相邻元素皆为2，其余元素皆为0。程序如下:n=6;for i=1:nfor j=1:nif i=j %判断行标列标是否相等a(i,j)=1; %给a 矩阵第i 行第j 列的元素赋值1elseif abs(i-j)=1 %判断i-j 的绝对值是否为1a(i,j)=2;elsea(i,j)=0;endendenda（2） while-end 循环格式：while 逻辑表达式循环体语句组end例8 求自然数前n 项和，项数n 由键盘输入。程序如下：n=input(n=)sum=0;k=1; %给和与循环变量赋初值

10、while k=nsum=sum+k;k=k+1;endsum %输出最后的结果一些常用函数列表序号 命令 说明1 Break 终止for 循环或while 循环2 Error 显示错误信息并终止程序执行3 End 结束for，while，if 或switch 结构4 Sign 符号函数5 Case Switch 结构的替代标识符6 Switch 依据条件值执行不同语句7 While 无限次执行语句8 For 按指定次数执行语句8关系与逻辑运算（1） 关系运算在关系运算与逻辑运算中，非零数为真，零值为假。在输出时对于真值输出为1，假值为0。关系运算表：关系操作符 对应函数 说明= Eq(a,b

11、) 等于= Ne(a,b) 不等于 Gt(a,b) 大于= Ge(a,b) 大于等于例9 对向量a、b 进行操作a=3 4 5 6 7 8;b=2 4 6 7 9 5;c=eq(a,b)d=ne(a,b)e=lt(a,b)运行结果：c = 0 1 0 0 0 0d = 1 0 1 1 1 1e = 0 0 1 1 1 0例10 a=4;b=2 3 4 5 6;c=eq(a,b)d=abe=a=b运行结果：c =0 0 1 0 0d =1 1 0 0 0e =0 0 1 1 1注释：所比较的两个量可以是大小相同的数组或矩阵，运算后返回同样大小的数组或矩阵。也可以一个是数组，一个是标量，运算后返回

12、运行结果与数组或矩阵的大小相同。两个不同大小的数组或矩阵不能进行比较。用关系运算符或用对应的函数其效果相同。（2） 逻辑运算逻辑运算表逻辑操作符对应函数 说明& and(a,b) 逻辑与| or(a,b) 逻辑或 not(a,b) 逻辑非xor(a,b) 逻辑异或any(a,b) A 中某列有元素非零时此列返回1all(a) A 中某列所有元素非零时此列返回1例11 a=1 2 0;0 4 0 b=3 2 0;0 0 0c=and(a,b)c =1 1 00 0 0e=a|be =1 1 00 1 0d=ad =0 0 11 0 1w=xor(a,b)w =0 0 00 1 0h=any(a)

13、h =1 1 0k=all(a)k =0 1 013 实例演示例 12 画曲线y=sinx，x(0，2 )x=0:0.1:2*pi; %0.1 为步长取点y=sin(x);plot(x,y)例13 画出参数方程x=sin3 cost，y=sin3t sint 在0， 上的图形。syms t %定义符合变量tezplot(sin(3*t)*cos(t),sin(3*t)*sin(t),0,pi)注：ezplot(x,y,a,b)表示在给定区间atb 上绘制由参数x=x(t),y=y(t)确定的一元函数图形。例14 编写程序，生成杨辉三角（打印前10 行）a=ones(10); %生成10 阶元素

14、为1 的方阵a1=tril(a); %取a 的下三角元素构成矩阵a1for i=3:10for j=2:i-1a1(i,j)=a1(i-1,j-1)+a1(i-1,j);endendfor i=1:10disp(a1(i,1:i); %显示第i 行第1 到i 列的元素end例15 求 = = =+ +101501210011k k k kk kk=1:100; %生成从1 到100，步长为1 的向量kx1=kx2=k(1:50).*k(1:50)x3=1./k(1:10)y=sum(x1)+sum(x2)+sum(x3)例16 输入任意2 个以上的数构成向量a，并将a 中的元素按从小到大的顺序

15、排列a=input(enter the vector a:); %输入向量a,输入向量一定要加方括号sort(a)第二部分单片机开发与仿真软件 Keil C51 的使用一、Keil C51 操作入门1.1 Keil C51 简介Keil C51 是德国知名软件公司Keil（现已并入ARM 公司）开发的基于8051 内核的微控制器软件开发平台，是目前开发8051 内核单片机的主流工具。Keil 51 支持汇编语言、C语言等各种开发语言。其中，uVision2 集成开发环境包含项目管理、源代码编辑和强大的程序调试环境。uVision2 调试器是一个强大的全特性调试器，允许用户在PC 机上完全模拟目

16、标程序、指令集和片内外围功能。实验所用的是Keil C51 V7.09评估版。1.2 Keil C51 的启动双击桌面上的“Keil uVision2”图标，启动Keil C51 程序，启动界面如图1 所示。图1 Keil C51的启动界面1.3 建立第1 个Keil C51 程序Keil C51 是一个功能很强大的软件，但是使用起来并不复杂。现在就通过建立一个简单的LED（发光二极管）闪烁发光的实例来初步掌握Keil C51的基本用法。硬件电路参见图2，单片机I/O 输出低电平可点亮LED。图2 LED 闪烁发光电路 新建工程。执行Keil C51 软件的菜单“Project | New P

17、roject”，弹出一个名为“Create New Project”的对话框。先选择一个合适的文件夹准备来存放工程文件，比如“E:ProjectLedFlash”，其中“LedFlash”是新建的文件夹。建议：今后每新建一个工程都要在适当的磁盘位置新建一个文件夹用来保存工程文件，以方便管理，并养成良好的习惯。最后，为工程取名为“LedFlash”，并保存。参见图3。图3 新建Keil C51 工程 选择CPU。紧接着，Keil C51 提示选择CPU 器件。8051 内核单片机最早是由鼎鼎大名的Intel 公司发明的，后来其他厂商如Philips 、Atmel 、Winbond等先后推出其兼容

18、产品，并在8051 的基础上扩展了许多增强功能。在这里可以选择Philips 的第1 个器件“80/87C51”，该器件与Intel 的8051 完全兼容。参见图4 。图4 选择CPU 接下来弹出一个如图5 所示的对话框。该对话框提示是否要把标准8051 的启动代码添加到工程中去。Keil C51 既支持C 语言编程也支持汇编语言编程。如果打算用汇编语言写程序，则应当选择“否(N)”。如果打算用C 语言写程序，一般也选择“否(N)”，但是，如果用到了某些增强功能需要初始化配置时，则可以选择“是(Y)”。在这里，我们选择“否(N)”，即不添加启动代码。图5 选择是否要添加启动代码至此，一个空的K

19、eil C51 工程建立完毕。 执行菜单“File | New”,出现一个名为“Text n”（其中n 表示序号）的文档。 接着执行菜单“File | Save”,弹出一个名为“Save As”的对话框。将文件名改为“main.c”，然后保存，参见图6 。注意：扩展名“.c”不可省略。图6 保存新建的源程序文件 添加源程序文件到工程中。现在，一个空的源程序文件“main.c”已经建立，但是这个文件与刚才新建的工程之间并没有什么内在联系。我们需要把它添加到工程中去。单击Keil C51 软件左边项目工作窗口“Target 1 ”上的“”，将其展开。然后右击“Source Group 1”文件夹，

20、会弹出如图7 所示的选择菜单。单击其中的“Add Files to Group Source Group 1 ”项，将弹出如图8 所示的对话框。 先选择文件类型为“C Source file (*.c)”，这时，对话框内将出现刚才保存过的“main.c”。单击文件“main.c”，再按一次“Add”按钮（请不要多次点击“Add”按钮），最后按“Close”按钮。这时，源程序文件“main.c ”已经出现在项目工作窗口的“Source Group 1 ”文件夹内，可以单击左边的“”展开后查看。图7 准备添加源程序文件到工程中图8 向工程中添加源程序文件 现在开始输入源程序。先最大化“main.c

21、”源程序窗口，然后请按以下程序清单输入程序代码。程序清单: LED 闪烁发光程序main.c/*程序名称：LED 闪烁发光硬件接法：P1.1 控制LED，低电平点亮运行效果：LED 亮200ms ，灭800ms，反复循环*/#include /包含8051 的SFR 寄存器定义头文件sbit LED = P11; /定义I/O 接口/*函数：Delay()功能：延时0.01s2.56s参数：t0 时，延时(t*0.01)st=0 时，延时2.56s说明： 定时10ms 的定时器初值 65536-0.01/(1/(f/12) ， 其中f 为晶振频率*/void Delay(unsigned ch

22、ar t)doTH0 = 0xDC; /设置定时器初值（定时10ms）TL0 = 0x00;TR0 = 1; /启动定时器while ( !TF0 ); /等待定时器溢出TR0 = 0; /停止定时器TF0=0; / 清除溢出标志 while ( -t != 0 ); /循环t 次/主函数void main()TMOD &= 0xF0; /T0 设置在方式1，即16 位定时器（不影响T1 的模式）TMOD |= 0x01;for (;)LED = 0; /点亮LEDDelay(20); /延时200msLED = 1; /熄灭LEDDelay(80); /延时800ms 单击Keil C51

23、工具栏的“ ”图标，弹出名为“Options for Target Target1 ”的对话框。单击“Output”标签页，选中“Create HEX File”项，然后“确定”。参见图9 。图9 编译环境设置 单击工具栏的按钮“ ”编译当前源程序。编译结果会显示在输出窗口内。如果是“0 Error(s), 0 Warning(s).”就表示程序没有问题了（至少是在语法上不存在问题了）。如果存在错误或警告，则仔细检查程序是否与程序清单一致。修改后，再编译，直到通过为止。 编译后的结果会生成Intel HEX 格式的程序文件“LedFlash.hex”。该文件可以被专门的芯片烧写工具载入并最终烧

24、录到具体的芯片中。芯片安装到自己的电路板上，通电，就可以运行里面的程序了。还有一类叫做“ISP”（In System Programming ）的下载方法，也能够把程序文件烧录到芯片内，但是采用的是串行在线方式，芯片不必从电路板上取下。ISP 方式编程速度较慢但操作要方便些。Philips 的多款8051 内核单片机都能很好的支持ISP 下载功能，比如P89V51RB2 、P89V51RD2 等等。1.4 新建A51 汇编工程Keil C51 软件也支持A51 汇编编程。建立A51 工程的操作步骤与建立C51 工程基本相同，但有两个要点请注意： 新建的源程序文件名要以”.A51”或“.ASM”

25、作为后缀。 A51 源程序添加到工程中时，文件类型要选择“Asm Source file(*.s*;*.src; *.a*)”。其它操作步骤都跟建立C51 工程相同。二、在Keil C51 下调试程序Keil C51 的调试功能非常强大，现在仍然以LED 闪烁发光程序为例，来具体了解如何进行仿真操作。2.1 进入仿真状态如果程序编译通过，就可以仿真了。在仿真之前，有一项参数最好配置一下，仍然按“ ” 图标进入编译环境设置，找到“Xtal (MHz)”项，填入11.0592 。最后点击“确定”。进入仿真状态很简单，直接点击工具栏红色的“ ”图标。2.2 认识各个仿真窗口图10 Keil C51

26、源程序窗口1. 源程序窗口Keil C51 调试界面的中间是源程序窗口，参见图10 。黄色箭头“ ”所指为当前即将执行但还没有执行的代码。以深灰色标记的程序行是可以执行的代码（当然，在调试过程中未必一定要去执行）。以浅灰色标记的程序行不可作为代码来执行，它们是注释、空行、标号或ROM 数据表。以绿色标记的程序行表示曾经执行过的代码。2. 寄存器窗口图11 Keil C51 寄存器窗口Keil C51 调试界面的左边是寄存器窗口，参见图11 。8051 的工作寄存器（R0R7） 和系统寄存器（a、b、sp、dptr、PC、psw）都列出来了。Value 栏显示的是寄存器的当前数值。如果在调试过程

27、中某个寄存器的值有变化，则会用蓝色的背景标记。单击psw 寄存器左边的“”，展开后还可以看到其每一位的情况。3. 汇编窗口单击工具栏的“ ”图标，源程序窗口会自动切换成汇编窗口，参见图12。在汇编窗口里，我们可以看到每条指令的存储地址和编码等信息。再次单击“ ”，回到源程序窗口。4. 存储器窗口单击工具栏的“ ”图标，将显示出存储器窗口，参见图13。8051 单片机的存储器分为多个不同的逻辑空间。如果要观察代码存储器的内容，就在地址栏“Address:”内输入“C: 地址”，例如：C:0080H 。同理，观察内部数据存储器输入“I:地址”，观察外部数据存储器输入“X:地址”。拖动存储器窗口右边

28、的滚动条可观察其它存储单元。存储器窗口有“Memory #1Memory #4 ”共4 个观察子窗，可以用来分别观察代码存储器、内部数据存储器和外部数据存储器。存储器的内容是可以修改的。用鼠标右击打算要修改的存储单元，选择“ModifyMemory at ”项，弹出修改对话框，可以随意修改存储单元的内容。图12 Keil C51 汇编窗口图13 Keil C51 存储器窗口图14 Keil C51 变量观察和堆栈窗口5、变量观察和堆栈窗口单击工具栏的“ ”图标，将显示变量观察和堆栈窗口（Watch & Call StackWindow），参见图 14。在Locals 标签页，会自动显示局部变量的名称和数值。在C 语言程序的函数中，每一对花括号“”内定义变量都是局部变量，能够自动显示。在“Watch ”标