随着科学技术的发展,嵌入式系统以其速度高、容量大、实时性强的特点在工业控制领域得到了广泛的应用。嵌入式系统优越的可移植性和所具备的网络和人机交互能力,使其具有良好的可扩充性,能方便地嵌入到其他系统中,嵌入式系统有可能取代以往基于微控制器的控制方式而获得极大的发展。为此,本课题针对A3000过程实验装置的结构体系以及控制的功能要求,基于C8051F023芯片和Small RTOS51嵌入式操作系统,定义了控制器的各个功能,完成了硬件设计和软件设计,研究开发了一种适用于工业过程控制的嵌入式控制器;同时,设计开发了相应的上位机监控软件。论文主要完成了嵌入式控制器的系统硬件设计、系统软件设计以及控制算法的编制,实现了所开发的上位机软件与嵌入式控制器的通讯,最终通过实际实施,完成了对A3000的过程实验装置的监控。论文主要完成了以下几个方面的工作:设计并确定了控制系统的总体方案和硬件设计原则,针对嵌入式控制器的功能开发了嵌入式控制器主控模块、电源模块、信号采集模块、模拟量输出模块、人机交互模块和通信模块,对各个模块的电路组成进行了详细的分析和论述。分析比较了几种嵌入式实时操作系统RTOS,选择采用了Small RTOS51嵌入式实时操作系统作为软件开发平台,给出了在C8051F023上详细的移植、配置和裁剪过程,并且分析了使用操作系统的优势。在满足系统需求分析基础上,将系统任务合理划分为数据采集任务、控制任务、通信任务、按键任务和LCD显示任务,并对各个任务的应用程序、驱动程序以及上位机通信软件的设计进行了详细的分析与设计,开发了相应的程序代码。并采用软件手段提供抗干扰措施,从而提高了系统的性能。通过上位机软件实现对装置的监控功能,包括各参数的显示及动态曲线的绘制,并对超限进行声光报警。论文对开发的嵌入式控制器在A3000过程控制实验装置上进行了应用,通过PID控制实验验证了控制方案的可行性。本文实现了在小RAM处理器中移植嵌入式实时操作系统,开发了嵌入式控制器,通过软件的方法提高了处理器的利用效率,缩短了软件开发周期,增强了控制系统的稳定性、可靠性和可维护性。该嵌入式控制器的开发对基于微控制器的控制方式的改进具有重要的参考价值和意义。