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系統識別號 U0002-2507201111052700
中文論文名稱 利用Matlab編寫低階單晶片程式以建構控制系統之硬體
英文論文名稱 USING MATLAB TO PROGRAMING MICROCHIPS FOR HARDWARE IMPLEMENTATION
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 航空太空工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Aerospace Engineering
學年度 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 宋季勇
研究生英文姓名 Chi-Yung Sung
學號 698430039
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-06-16
論文頁數 68頁
口試委員 指導教授-蕭富元
委員-洪建君
委員-蕭照焜
中文關鍵字 Simulink  Real-Time Workshop  單晶片  C碼 
英文關鍵字 Simulink  Real-Time Workshop  Microchip  C code 
學科別分類 學科別應用科學航空太空
中文摘要 本篇論文主要探討如何將Simulink的模型,透過Real-Time Workshop toolbox轉換為C程式語言,並燒入至單晶片中,以簡化硬體實做時的程序。首先,我們先建立一個簡單的simulink模型 來學習如何利用 Real-Time Workshop toolbox 將此模型轉為C碼,此C碼經過必要的修改後,再將之燒錄至單晶片中。經過模擬軟體與實際電路的測試,我們發現此套程序是可行的。於是我們由簡至繁,分別測試各種不同的模型、並透過實作驗證,由Real-Time Workshop toolbox轉譯出來的控制器,在經過簡單修改後,其效能與在Simulink上表現一致。此外,我們亦探討了模型轉譯的過程中,所需記憶體的規模問題。本研究主要為日後相關系統控制實做奠基,期能透過簡單的模型轉譯手段,免除非資工背景工程人員編寫單晶片C碼之不便。
英文摘要 This thesis investigates the process to translate a simulink model to C codes, and to implement the C codes on a microchip for control purpose. First of all, we establish a simple simulink model to learn the translation process using the Real-Time Workshop toolbox. After the C codes are generated, it should be slightly modified before microchip usage. This process is verified to be successful by simulations and experiments. Then various control models,
including simple and complicated ones, are tested and verified to be functional. Hardware-in-loop simulations demonstrate that the performance of translated system is as good as it was in the simulink. Moreover, we realize that the memory requirement may become an important issue in the translation. As a result, we also investigate this problem in this thesis. This thesis potentially contributes to future hardware implementation for control purpose, since it simplifies the process to coding a microchip, which is not a profession of an engineer with non-computer-science background.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
致謝 III
1 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究步驟 2
2 軟體及硬體介紹 4
2.1 軟體介紹 4
2.2 硬體介紹 8
3 Simulink建模和C 語言轉換 16
3.1 Simulink建模 16
3.2 參數設定 17
3.3 C Code 轉換及程式修改 22
3.4 利用SimLab-8051進行模擬 26
3.5 實際硬體測試 29
3.6 中斷測試 30
3.7 四輸入一輸出計算模型測試 32
3.8 判斷程式記憶體佔用空間 35
4 PIC 18f4523硬體測試37
4.1 浮點數解碼模型 37
4.2 P 控制器模型 44
4.3 PD控制器模型 47
4.4 PID控制器模型 51
4.5 Fuzzy控制器模型 54
5 結論 58
參考文獻 60

2.1 Simulink系統方塊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 SimLab-8051使用介面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 RS-232通訊測試軟體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.4 MPLAB IDE 開發環境. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.5 89C51/89S51單晶片腳位定義圖[7] . . . . . . . . . . . . . . 9
2.6 89C51/89S51基本電路圖[7] . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.7 PIC18F4523單晶片腳位定義圖. . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.8 RS-232連接MAX232/MAX3232電路圖[7] . . . . . . . . . . 12
2.9 MAX232/MAX3232基本電路圖[7] . . . . . . . . . . . . . . 12
2.10 RS-232傳輸通訊模組. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.11 RS-232傳輸線. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.12 LEAPER-48 IC 燒錄器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.13 PIC 多功能實驗板. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1 Simulink model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 點進Real-time Workshop 進行參數設定. . . . . . . . . . . 17
3.3 在System target file 選取ert.tlc . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.4 在Type 裡選取Fixed-step . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.5 在Hardware Implementation 裡選取Intel 8051 . . . . . . . 20
3.6 在Interface 裡取消兩個選項. . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.7 在tool 中按下Build Model 產生C 程式碼. . . . . . . . . . 22
3.8 ert main 檔程式修改區. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.9 副程式檔中的程式碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.10 修改過後的程式碼. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.11 指撥開關/8個LED 實習版. . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.12 指撥開關測試結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.13 實體測試的結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.14 中斷測試程式碼和結果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.15 四輸入一輸出計算模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.16 四輸入一輸出計算模型程式碼. . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.17 四輸入一輸出模型RS232通訊結果. . . . . . . . . . . . . . . 35
3.18 M51檔記憶體使用情況. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.1 IEEE 4 byte 轉為浮點數model . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2 程式修改(一) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.3 程式修改(二) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.4 stept function 內程式修改. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.5 透過RS232通訊測試程式來驗證結果. . . . . . . . . . . . . 43
4.6 單晶片與電腦連結示意圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.7 P Controller Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.8 P Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.9 P Controller simulation Y 值. . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.10 P Controller simulation U 值. . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.11 PD Controller Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.12 PD Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.13 PD Controller 微分區間設定. . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.14 PD Controller simulation U 值. . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.15 PD Controller simulation Y 值. . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.16 PID Controller Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.17 PID Controller Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.18 PID Controller simulation U 值. . . . . . . . . . . . . . . 53
4.19 PID Controller simulation Y 值. . . . . . . . . . . . . . . 53
4.20 Fuzzy model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.21 SystemTest視窗設定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.22 SystemTest變數定義. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.23 SystemTest連結輸入及輸出. . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.24 Save Results 設定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.25 Fuzzy查表模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

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[13] http://foundy.blog.163.com/blog/static/26338344200902212525282/
[14] http://foundy.blog.163.com/blog/static/2633834420100150439615/
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