基于arm的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究

1、<p>　　指導(dǎo)教師評定成績： </p><p>　　審定成績： </p><p>　　汽車電子與嵌入式方向?qū)嵺`課報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)題目：基于ARM的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究</p><p>　　單位（二級學(xué)院）： <

2、/p><p>　　小 組 成 員： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級： </p><p>　　學(xué) 號：

3、 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　設(shè)計(jì)時間： 2015 年 1 月</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文主要研究了采用基于ARM嵌入式的直流電機(jī)調(diào)速的問題。首先對本論

4、文的主要器件和原理進(jìn)行了介紹，包括ARM微處理器，直流電機(jī)和PWM脈沖寬度調(diào)制。通過不同方案的對比，選擇了本論文的主要技術(shù)方案為PWM脈沖寬度調(diào)制并對該方案進(jìn)行了逐步驗(yàn)證。通過proteus軟件進(jìn)行了硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫，實(shí)現(xiàn)了對直流電機(jī)速度控制，正傳，反轉(zhuǎn)的目的，并進(jìn)行了電路仿真，最終得到了理想的效果。論文的最后對這次的研究進(jìn)行了深刻的總結(jié)和反思，總結(jié)了本次研究得到的經(jīng)驗(yàn)，并對研究方案的不足之處進(jìn)行了反思和改進(jìn)，使得該方案更

5、加完美。</p><p><b>　　概 述</b></p><p>　　隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也隨之不斷調(diào)整。先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)為我國工業(yè)的快速發(fā)展提供了基礎(chǔ)。近些年來，以計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)、消費(fèi)電子技術(shù)為主的電子信息技術(shù)的高速發(fā)展和國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Internet）的廣泛應(yīng)用已經(jīng)改變了人們的生活方式,世界各國都在為發(fā)展以計(jì)算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)、

6、消費(fèi)電子技術(shù)為主要內(nèi)容的信息產(chǎn)業(yè)制定宏偉的發(fā)展規(guī)劃,以期望在21世紀(jì)的政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)競爭中處于主動有利的地位。信息技術(shù)對其他各產(chǎn)業(yè)的貢獻(xiàn)越來越大,信息產(chǎn)業(yè)正逐漸成為其他產(chǎn)業(yè)的支柱。信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度、信息流通、暢通與否已成為評價(jià)各個國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。在人類步入全球信息化社會的進(jìn)程中，全球性電子信息技術(shù)正在發(fā)揮著巨大的作用。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是近年來發(fā)展最快的技術(shù)之一。嵌入式系統(tǒng)與傳

7、統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)和 PC 平臺相比，融合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，既有單片機(jī)系統(tǒng)成本低、體積小、功耗低的特點(diǎn)，又具 有PC平臺的開發(fā)環(huán)境好、資源豐富、具備操作系統(tǒng)、用戶界面友好的特點(diǎn)，因而在應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域就有良好的發(fā)展前景。以32位的ARM 芯片和高速大容量FPGA為核心的嵌入式系統(tǒng)不但充分發(fā)揮了以上特點(diǎn)，而且大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了集成度和可靠性。</p><p>　　國家的發(fā)展，使得大到工廠企業(yè)，小到電子產(chǎn)品都需要電機(jī)來進(jìn)

8、行各種運(yùn)動的控制，對電機(jī)速度的控制也稱為了現(xiàn)代數(shù)字控制的一大課題?？萍及l(fā)展至今，主要采用對輸入電壓的控制來進(jìn)行電機(jī)的控制，而輸入電壓的控制又廣泛采用PWM脈沖寬度調(diào)制來實(shí)現(xiàn)對電壓大小的控制。ARM嵌入式可直接輸出PWM波，通過編程對該波進(jìn)行占空比和頻率的調(diào)節(jié)，相比電路和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的PWM波而言，ARM嵌入式具有更好的靈活性，高效率性，精度高，快速響應(yīng)好，成本低，功耗小等特點(diǎn)，具有很好的應(yīng)用前景。</p><p>

9、　　嵌入式和電機(jī)調(diào)速原理簡介</p><p>　　1.1嵌入式系統(tǒng)簡介</p><p>　　1.1.1嵌入式系統(tǒng)定義</p><p>　　國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）對嵌入式系統(tǒng)的定義為：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器、設(shè)備和工廠的裝置?！保╠evices used to control, monitor or assist the operation o

10、f equipment, machinery or plants）。這里主要是從應(yīng)用上進(jìn)行定義的。</p><p>　　國內(nèi)的一些學(xué)者和專家講嵌入式系統(tǒng)定義為：“嵌入到對象體系中的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。“嵌入性”、“專用型”與“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的3個基本要素，對象系統(tǒng)則是嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。</p><p>　　目前國內(nèi)一個普遍被認(rèn)同的定義是：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)

11、技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可裁減，滿足應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　由于嵌入式系統(tǒng)本身是一個相對模糊的定義，一個手持的MP3和一個PC104的微型工業(yè)控制計(jì)算機(jī)都可以認(rèn)為是嵌入式系統(tǒng)，因此只要是和具體產(chǎn)品結(jié)合在一起并具有嵌入式特點(diǎn)的控制系統(tǒng)都可以成為嵌入式系統(tǒng)。目前通常把嵌入式系統(tǒng)概念的重心放在“系統(tǒng)”上，及指能夠運(yùn)行穩(wěn)定系統(tǒng)的軟硬件綜合體。</p>

12、;<p>　　總體上嵌入式系統(tǒng)可以分成硬件和軟件2部分：硬件一般由嵌入式微處理器、存儲器和外圍接口電路組成；軟件一般由引導(dǎo)裝載程序、操作系統(tǒng)和上層應(yīng)用程序組成。軟件和硬件之間有中間層。</p><p>　　1.1.2國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)也將獲得廣闊的發(fā)展 空間。以8位單片機(jī)（或微控制器，MCU）為核心

13、的嵌入式系統(tǒng)早以廣泛應(yīng)用與各個領(lǐng)域，這些應(yīng)用大多數(shù)還處于單機(jī)使用的嵌入式底層次階段。其特點(diǎn)是以MCU為核心，與一些簡單的傳感器及監(jiān)測、伺服控制、指示和顯示等設(shè)備配合，實(shí)現(xiàn)一定的測量、顯示、信息處理及控制等功能。雖然在一些工業(yè)控制、汽車電子和智能家居等多機(jī)應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)多個MCU構(gòu)成的系統(tǒng)間的信息交流，通常是利用CAN、RS-232和RS-485等總線將MCU組網(wǎng)。但這種應(yīng)用空間有限，相關(guān)的通信協(xié)議也比較單一，并且孤立于Internet

14、之外。Internet已成為社會重要的基礎(chǔ)信息設(shè)施，嵌入式系統(tǒng)必將要與Internet完美結(jié)合。</p><p>　　隨著嵌入式設(shè)備與Internet的結(jié)合，手機(jī)、PDA、路由器和調(diào)制解調(diào)器等復(fù)雜的高端應(yīng)用對嵌入式處理器的性能提出了更高的要求。雖然以8位單片機(jī)為核心的嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，性能也不斷提高，但由于其性能的局限性，已無法滿足未來高性能嵌入式技術(shù)的發(fā)展需求。目前在8位單片機(jī)上運(yùn)行嵌入式操作系統(tǒng)尚有一定困

15、難，因此，以32位處理器作為高性能嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的核心已是嵌入式技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。</p><p>　　嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，是嵌入式系統(tǒng)的核心。目前比較有影響的32位嵌入式處理器有ARM公司的ARM，Compaq公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的MIPS和Sun公司的Sparc等。而ARM處理器具有高性能、低功耗和低成本等

16、顯著優(yōu)點(diǎn)，已成為高性能、低功耗嵌入式微處理器的代名詞，是目前32位、64位嵌入式處理器中應(yīng)用最為廣泛的一個系列。</p><p>　　ARM微處理器得到了眾多半導(dǎo)體廠家和整機(jī)廠家的大力支持，全球有100多家IT公司在采用ARM技術(shù)，20家最大的半導(dǎo)體廠家有19家是ARM的用戶，包括TI、PHILIPS和Intel等公司。優(yōu)良的性能和準(zhǔn)確的市場定位極大地豐富了ARM資源，加速了基于ARM核的面向各種應(yīng)用系統(tǒng)芯片的開

17、發(fā)應(yīng)用。如今，ARM公司已經(jīng)成為業(yè)界的龍頭老大，幾乎所有的手機(jī)、移動設(shè)備、PDA都是用基于ARM核的系統(tǒng)芯片開發(fā)的。為了順應(yīng)當(dāng)今世界技術(shù)革新的潮流，了解、學(xué)習(xí)和掌握高性能嵌入式技術(shù)已經(jīng)非常重要。</p><p>　　1.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是面向應(yīng)用的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)最典型的特點(diǎn)是與人們的日常生活緊密相關(guān)，現(xiàn)在每一個人都擁有形形色色運(yùn)用了嵌入式技

18、術(shù)的電子產(chǎn)品，小到MP3、PDA等衛(wèi)星數(shù)字化設(shè)備，達(dá)到信息家電、智能電器、車載GIS等，各種新型嵌入式設(shè)備在數(shù)量上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了通用計(jì)算機(jī)。</p><p>　　1.嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的軟硬件結(jié)合體。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)一般用于特定的場合，其硬件和軟件都務(wù)須高效，量體裁衣，去除冗余；而計(jì)算機(jī)則是一個通用的計(jì)算機(jī)平臺。</p><p>　　2.系

19、統(tǒng)精簡，關(guān)注成本。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面有利于控制系統(tǒng)成本，同時也有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。</p><p>　　3.嵌入式系統(tǒng)有實(shí)時性和可靠性的要求。</p><p>　　高實(shí)時性的操作系統(tǒng)軟件是嵌入式區(qū)按鍵的基本要求，而且軟件要求固態(tài)存儲，以提高速度。軟件代碼要求高可靠性和實(shí)時

20、性。在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中，對重要性各不相同的任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧的合理調(diào)度是保證每個任務(wù)及時執(zhí)行的關(guān)鍵，單純通過提高處理器速度是無法完成和沒有效率的，因此系統(tǒng)漸漸地高實(shí)時性是基本要求。</p><p>　　4.產(chǎn)品升級換代和具體產(chǎn)品同步，具有較長的生命周期。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，他的升級換代也和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一點(diǎn)進(jìn)入市場，便具有較長的

21、生命周期。</p><p>　　5.嵌入式軟件開發(fā)走向標(biāo)準(zhǔn)化，必須使用多任務(wù)的操作系統(tǒng)。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用程序可以在沒有操作系統(tǒng)的情況下，直接在芯片上運(yùn)行。單位了合理的調(diào)度多任務(wù)，利用系統(tǒng)資源、系統(tǒng)函數(shù)以及和專家?guī)旌瘮?shù)接口，必須使用RTOS（Real-Time Operating System）系統(tǒng)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實(shí)時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量

22、。</p><p>　　1.2 PWM脈沖寬度調(diào)制簡介</p><p>　　PWM就是指脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation），簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。其方法是通過改變電機(jī)電樞電壓接通時間與通電周期的比值（即占空比）來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。</p>&l

23、t;p>　　脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。 </p><p>　　PWM控制技術(shù)以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技

24、術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。</p><p>　　PWM技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過了幾個階段。第一個階段：電子發(fā)展早期由電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生PWM波，例如由555定時器或者運(yùn)算放大器產(chǎn)生PWM波。第二個階段：單片機(jī)產(chǎn)生后，人們開始采用軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)生PWM波，這樣的波可以進(jìn)行數(shù)字控制，可以直接使用計(jì)算機(jī)來設(shè)定實(shí)現(xiàn)自動控制。第三個階段：使用ARM嵌入

25、式系統(tǒng)的定時器直接輸出PWM波，只需簡單地編程便可以產(chǎn)生PWM波，不會一直占用處理器，只是在定時器到的時候才用到處理器，所以相對于單片機(jī)利用效率非常高。</p><p>　　2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1方案論證</b></p><p><b>　　2.1.1系統(tǒng)方案</b></p>

26、<p>　　方案一：使用S3C2410的I/O口，定義I/O口為輸出引腳端，通過編程使其中一個引腳輸出低電平，另一引腳輸出高、低交替變化的電平（即PWM波），采用程序改變其中輸出頻率和占空比。通過輸出的PWM波輸入驅(qū)動芯片L9110，進(jìn)而來控制直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。通過鍵盤中斷來控制PWM占空比的大小。由LED數(shù)碼管來顯示電機(jī)頻率和占空比的大小。</p><p>　　方案二：從電路圖上來說方案二和方案一差別

27、不大，僅僅是驅(qū)動部分連接引腳功能有變化，但是產(chǎn)生的PWM波的原理差別卻很大。S3C2410有5個16位定時器，其中0、1、2、3具有脈沖寬度調(diào)制（PWM）功能。通過使用S3C2410的GPB0引腳的第二功能TOUT0輸出該P(yáng)WM波。通過改變定時器技術(shù)緩沖寄存器（TCNTBn）和定時器比較緩沖寄存器（TCMPBn）的數(shù)值來改變輸出頻率和占空比。將輸出的PWM波輸入到驅(qū)動，經(jīng)由驅(qū)動來控制直流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。通過鍵盤中斷來控制PWM占空比的大小。

28、由LED數(shù)碼管來顯示電機(jī)頻率和占空比的大小。</p><p><b>　　2.1.2方案比較</b></p><p>　　方案一和方案二均可以輸出PWM波，但是使用的方法并不一樣。方案一簡單易懂，幾乎沒有用到ARM的知識。該方案和單品阿基輸出PWM波進(jìn)行電機(jī)調(diào)速的思路完全一樣，僅僅是使用輸出口時要先進(jìn)行功能定義。相比較方案二就復(fù)雜了，不僅用到I/O口的寄存器使用方法，

29、而且還用到ARM的中斷控制，定時器的設(shè)置，定時器配置/控制寄存器的使用等等，只有深入了解ARM才可能完成PWM波的輸出。雖然PWM為定時器自帶功能，但想要輸出PWM波來對直流電機(jī)進(jìn)行控制也要一定的基礎(chǔ)，對比而言，方案一在輸出PWM波時一直占用CPU，而采用方案二，則在中斷產(chǎn)生時才用到CPU，大大節(jié)省了資源的使用，使用方案一就顯得有些大材小用了，采用方案二則充分運(yùn)用了ARM的性能，綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用方案二。</p>&l

30、t;p><b>　　2.2系統(tǒng)基本原理</b></p><p>　　2.2.1 S3C2410的PWM定時器概述</p><p>　　S3C2410有5個16位定時器，其中定時器0、1、2、3具有脈沖寬度調(diào)制（PWM）功能，定時器4具有內(nèi)部定時作用，但是沒有輸出引腳。定時器0具有死區(qū)生成器，圖3 定時器內(nèi)部電路圖</p><p>　　

31、可以控制大電流設(shè)備。</p><p>　　定時器T0和T1公用一個8位預(yù)分頻器，定時器T2、T3和T4公用另一個8位預(yù)分頻器，每個定時器都有一個時鐘分頻器，信號分頻輸出有5中模式（1/2、1/4、1/8、1/16和外部時鐘TCLK）。</p><p>　　每個定時器模塊都從時鐘分頻器接收它自己的時鐘信號，時鐘分頻器接收的時鐘信號來自于8位預(yù)分頻器。</p><p>

32、　　當(dāng)時鐘被允許的時候，定時器計(jì)數(shù)緩沖寄存器（TCNTBn）把計(jì)數(shù)初值下載到減法計(jì)數(shù)器中，定時器比較緩沖寄存器（TCMPBn）把初始值下載到比較寄存器中，來和減法計(jì)數(shù)器的值比較。</p><p>　　這種TCNTBn和TCMPBn雙緩沖寄存器特性能使定時器產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出，且占空比可變。TCMPBn的值用于脈沖寬度調(diào)制（PWM）。當(dāng)定時器的減法計(jì)數(shù)器的值和TCMPBn的值相匹配時，定時器輸出改變輸出電平。因此，比較

33、寄存器決定了PWM輸出的開關(guān)時間。</p><p>　　定時器輸入時鐘頻率： fTCLK=[fPCLK/(Prescaler+1)]/分配器分頻值</p><p>　　其中，Prescaler為預(yù)分頻值（0~255）；分配器的分頻值為2、4、8和16。 </p><p>　　PWM輸出時鐘頻率=定時器輸入時鐘頻率(fTCLK)/定時器計(jì)數(shù)緩沖寄存器值(TCN

34、TBn)</p><p>　　2.2.2 S3C2410的寄存器介紹</p><p>　　S3C2410里有很多寄存器，在使用之前都需要對相關(guān)的寄存器進(jìn)行配置，這里將使用到的寄存器配置及功能列舉出來。</p><p>　?。?）S3C2410的I/O口配置：S3C2410中共有117個多功能復(fù)用輸入/輸出端口（即I/O口），可分為端口A~端口H，共8組。其中，8組I

35、/O口按照其位數(shù)的不同有可分為：端口A（GPA）是1個23位輸出口；端口B（GPB）和端口H（GPH）是2個11位I/O口；端口C（GPC）、端口D（GPD）、端口E（GPE）、和端口G（GPG）是4個16位的I/O口；端口F（GPF）是一個8位I/O口。</p><p>　　為了滿足不同系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需要，每個I/O口可以很容易的通過軟件對其進(jìn)行配置。每個引腳的功能必須在啟動前進(jìn)行定義。這里主要介紹端口B的I/O口

36、配置情況：</p><p>　　表1 S3C2410端口B的I/O口配置情況</p><p>　?。?）S3C2410的I/O口寄存器：在S3C2410中，大多數(shù)的引腳端都是復(fù)用的，所以對于每一個引腳端都需要定義其功能。為了使用I/O口，首先需要定義引腳的功能。每個引腳端的功能通過端口控制寄存器（PnCON）來定義（配置）。與配置I/O口相關(guān)的寄存器包括：端口控制寄存器（GPACON~

37、GPHCON）、端口數(shù)據(jù)寄存器（GPADAT~GPHDAT）、端口上拉寄存器（GPBUP~GPHUP）、雜項(xiàng)控制寄存器以及外部中斷控制寄存器（EXTINTN）等。這里主要介紹端口B的I/O口寄存器。</p><p>　　表2 S3C2410端口B的I/O口寄存器</p><p>　　（3）S3C2410的中斷控制器：S3C2410采用ARM920T CPU內(nèi)核，ARM920T CPU的中

38、斷包含IRQ和FIQ。IRQ是普通中斷，F(xiàn)IQ是快速中斷，F(xiàn)IQ的優(yōu)先級高于IRQ。FIQ中斷通常在進(jìn)行大批量的復(fù)制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙ぷ鲿r使用。這里主要介紹S3C2410的中斷控制器的特殊寄存器。</p><p>　　表3 S3C2410的中斷控制器的特殊寄存器</p><p>　?。?）定時器控制寄存器（TCON） 地址：0x1000008，如下表所示。</p><p&

39、gt;　　表4 定時器控制寄存器（TCON）定義</p><p>　　（5）定時器配置寄存器0（TCFG0），地址：0x51000000，如下表所示。</p><p>　　表5 定時器配置寄存器0</p><p>　?。?）定時器減法緩沖寄存器（TCNTBn）和比較緩沖寄存器（TCMPBn）定義如下表所示。</p><p>　　表6 T

40、CNTBn和TCMPBn</p><p>　　基本上通過這些寄存器的設(shè)置和控制就可以實(shí)現(xiàn)S3C2410定時器輸出PWM波，然后經(jīng)過驅(qū)動芯片對電機(jī)進(jìn)行控制了。</p><p>　　2.2.3 直流電機(jī)驅(qū)動芯片介紹</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的直流電機(jī)驅(qū)動芯片為L9110。L9110 是為控制和驅(qū)動電機(jī)設(shè)計(jì)的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，將分立電路集成在單

41、片IC 之中，使外圍器件成本降低，整機(jī)可靠性提高。該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅(qū)動電機(jī)的正反向運(yùn)動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過750～800mA 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達(dá)1.5～2.0A；同時它具有較低的輸出飽和壓降；內(nèi)置的鉗位二極管能釋放感性負(fù)載的反向沖擊電流，使它在驅(qū)動繼電器、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。L9110 被廣泛應(yīng)用于玩具汽車電機(jī)驅(qū)動、

42、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和開關(guān)功率管等電路上。</p><p>　?。?）L9110的特點(diǎn)：</p><p>　　1.低靜態(tài)工作電流；</p><p>　　2.寬電源電壓范圍：2.5V-12V；</p><p>　　3.每通道具有 800mA 連續(xù)電流輸出能力；</p><p>　　4.較低的飽和壓降；</p>&l

43、t;p>　　5.TTL/CMOS 輸出電平兼容，可直接連CPU；</p><p>　　6.輸出內(nèi)置鉗位二極管，適用于感性負(fù)載；</p><p>　　7.控制和驅(qū)動集成于單片 IC 之中；</p><p>　　8.具備管腳高壓保護(hù)功能；</p><p>　　9.工作溫度：0℃-80℃。</p><p><b&

44、gt;　?。?）管腳定義：</b></p><p>　　表7 L9110的管腳定義</p><p><b>　?。?）邏輯關(guān)系：</b></p><p>　　表8 L9110的邏輯關(guān)系</p><p>　?。?）L9110的應(yīng)用電路圖：</p><p>　　圖5 L9110的應(yīng)

45、用電路圖</p><p><b>　　2.3系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用S3C2410來進(jìn)行直流電機(jī)的控制，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：直流電機(jī)的開啟、關(guān)閉、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速以及頻率和占空比的顯示等功能。</p><p>　　圖6 ARM直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖</p><p>　?。?）PWM波的

46、產(chǎn)生：采用S3C2410自帶的定時器產(chǎn)生PWM波，設(shè)定GPB0輸出引腳的第2功能TOUT0，自動產(chǎn)生PWM波。</p><p>　?。?）按鍵處理：采用中斷形式來處理開啟、關(guān)閉、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等功能，沒有采用鍵盤掃描方式，大大節(jié)省了CPU的使用資源，提高了CPU的利用率。通過按鍵修改PWM波的占空比和頻率（即TCNTBn和TCMPBn的值），正反轉(zhuǎn)則修改TCON寄存器中TOUT0的倒相功能即可。</p>

47、<p>　　（3）顯示模塊：對數(shù)碼管進(jìn)行反復(fù)掃描顯示，并通過S3C2410的I/O口進(jìn)行片選。沒有使用CD4511顯示譯碼器，采用了直接輸出8位碼進(jìn)行顯示。這樣節(jié)省了硬件成本，并且充分的運(yùn)用了S3C2410的資源。</p><p>　?。?）直流電機(jī)控制模塊：輸出的PWM波經(jīng)過驅(qū)動芯片L9110后輸出給電機(jī)，從而對電機(jī)進(jìn)行控制。</p><p>　　3. 系統(tǒng)軟硬件實(shí)現(xiàn)<

48、/p><p>　　3.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）復(fù)位電路：</b></p><p>　　在系統(tǒng)中，復(fù)位電路主要完成系統(tǒng)的上電復(fù)位和系統(tǒng)在運(yùn)行時用戶的按鍵復(fù)位功能。復(fù)位電路可由簡單的RC電路構(gòu)成，也可以使用其他的相對較復(fù)雜但功能更完善的電路。經(jīng)使用證明RC復(fù)位電路復(fù)位邏輯是可靠的。工作原理如下：在系統(tǒng)上電時，通過電阻R1向

49、電容C1充電，當(dāng)C1兩端的電壓未達(dá)到高電平的門限電壓時，RESET端輸出為高電平，系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；當(dāng)C1兩端的電壓未達(dá)到高電平的門限電壓時，RESET端輸出為低電平，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如圖7所示。</p><p><b>　?。?）時鐘電路：</b></p><p>　　在S3C2410中的時鐘控制邏輯能夠產(chǎn)生CPU所需的FCLK時鐘信號、AHB總線外圍設(shè)備所需

50、的HCLK時鐘信號，以及APB總線外圍設(shè)備所需的PCLK時鐘信號。</p><p>　　S3C2410有兩個鎖相環(huán)（Phase Locked Loops, PLL），一個用于FCLK、HCLK和PCLK，另一個專門用于USB模塊（48MHz）。時鐘控制邏輯可以再不需要PLL的情</p><p>　　圖7 系統(tǒng)的復(fù)位電路</p><p>　　況下產(chǎn)生慢速時鐘，并且可

51、以通過軟件來控制時鐘與每個外圍模塊是連接還是斷開，從而降低功耗。</p><p>　　圖8 (a)RTC外部時鐘電路 (b)RLL外部時鐘電路</p><p>　?。?）鍵盤中斷電路：</p><p>　　實(shí)驗(yàn)選擇的外部中斷是EINT8~EINT11.中斷產(chǎn)生分別來自按鈕SB1201、SB1202、SB1203、SB1204。當(dāng)按鈕按下

52、時，EINT8~EINT11與地連接，輸入低電平，從而向CPU發(fā)出中斷請求。當(dāng)CPU受理中斷后，進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。SB1201控制電機(jī)開啟和關(guān)閉，SB1202控制電機(jī)的加速，SB1203控制電機(jī)的減速，SB1204控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。電路圖如圖9所示。</p><p>　　圖9 鍵盤中斷電路</p><p>　?。?）LED顯示電路：</p><p>　

53、　LED數(shù)碼管有四個，分別為兩位顯示電機(jī)的頻率（單位：KHz），兩位顯示電機(jī)的占空比（單位：%）。使用共陽極LED數(shù)碼管，低電平驅(qū)動顯示，循環(huán)掃描顯示。使用S3C2410的I/O口進(jìn)行驅(qū)動。電路圖如下圖所示：</p><p>　　圖10 LED數(shù)碼顯示電路</p><p>　?。?）電機(jī)驅(qū)動電路：</p><p>　　電機(jī)驅(qū)動電路采用L9110來對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，只

54、要在L9110的端口6、7（IA、IB）輸入PWM信號，則在L9110的端口1、4（OA、OB）輸出較大的驅(qū)動電流對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動。本次設(shè)計(jì)中采用TOUT0輸入PWM波，GPB1輸入低電平，兩個輸出引腳構(gòu)成PWM波，如果需要進(jìn)行電機(jī)的反轉(zhuǎn)，則使TOUT0反相，然后是GPB1輸出高電平即可實(shí)現(xiàn)。電機(jī)驅(qū)動電路如下圖所示。</p><p>　　圖11 電機(jī)驅(qū)動電路</p><p><b&

55、gt;　　3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　程序流程圖：</b></p><p>　　首先定義全局變量，在任何函數(shù)中都可以調(diào)用。全局變量用來控制電機(jī)的頻率和占空比。</p><p>　　INT8T cTCNTB0,cTCMPB0; //定義兩個變量控制電機(jī)頻率和轉(zhuǎn)速</p>&

56、lt;p>　　INT8T cEnChange0; //中斷允許變量</p><p>　　INT8T cTemp; //暫存數(shù)據(jù)cTCMPB0</p><p><b>　?。?）主函數(shù)：</b></p><p>　　主函數(shù)中主要包括兩部分內(nèi)容，一是對ARM的輸入輸

57、出口進(jìn)行系統(tǒng)初始化，另一個是運(yùn)行pwm_text函數(shù)。程序如下：</p><p>　　//------------------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　// 主程序</p><p>

58、　　//------------------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　void Main(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　sys

59、_init(); //系統(tǒng)初始化</p><p>　　pwm_text(); //輸出PWM波</p><p>　　for(;;); //其他程序</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）系統(tǒng)初始化函數(shù)：</p>

60、<p>　　系統(tǒng)初始化函數(shù)中將程序中使用到的I/O口進(jìn)行功能設(shè)定。設(shè)定GPB0為第2功能端口TOUT0輸出，GPB1為輸出端口，GPF為數(shù)碼管低電平驅(qū)動端口，GPA為片選信號端口，GPG為第2功能端口外部中斷功能。其主要程序如下：</p><p>　　//---------------------------------------------------------------------------

61、--------------------------------</p><p>　　// 系統(tǒng)初始化函數(shù)</p><p>　　//-----------------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p&g

62、t;　　void sys_init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　rGPBCON=rGPBCON&0xFFFFF0|(1<<2)|(1<<1);</p><p>　　//定義GPB0為第2功能端口TOUT0輸出，GPB1為輸出端口</p><p>　　rG

63、PBUP=0x0; //對端口B的上拉電阻進(jìn)行復(fù)位</p><p>　　rGPFCON=0x5555; //定義GPF為輸出端口，進(jìn)而對LED進(jìn)行低電平驅(qū)動</p><p>　　rGPFUP=0x0; //對端口F的上拉電阻進(jìn)行復(fù)位</p><p>　　rGPACON=0xFFFF0; //定義GPA0~GPA3為輸出

64、端口，其余為默認(rèn)第2功能口、</p><p>　　rGPAUP=0x0; //對端口A的上拉電阻進(jìn)行復(fù)位</p><p>　　rGPGCON=rGPGCON&0xFFFFFF00|(1<<7)|(1<<5)|(1<<3)|(1<<1);</p><p>　　//定義GPG0~GPG3為第2功能

65、端口，功能為外部中斷功能</p><p>　　rGPGUP=0x0; //對端口G的上拉電阻進(jìn)行復(fù)位</p><p>　　/*----------------------------------------其余設(shè)置,在此不在贅述----------------------------------*/</p><p><b>　　}<

66、/b></p><p>　?。?）定時器初始化函數(shù)：</p><p>　　對定時器0進(jìn)行初始化，聲明定時器中斷入口，預(yù)分頻值及中斷和定時器控制寄存器的設(shè)置等等。主要程序如下：</p><p>　　//---------------------------------------------------------------------------------

67、--------------------------</p><p>　　// 定時器初始化函數(shù)</p><p>　　//------------------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　

68、　void timer_init(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　pISR_TIMER0=(unsigned)timer0_int; //定時器0的中斷入口</p><p>　　rICFG0=(39<<8)|(39); //預(yù)分

69、頻器0/1=39,39</p><p>　　rICFG1=(3<<4)|3; //中斷；分頻器因子值=16</p><p>　　// timer0 clock=PCLK/(prescaler+1)/16</p><p>　　rTCON=0;

70、 //禁止死區(qū)，自動運(yùn)轉(zhuǎn)停，不啟動</p><p><b>　　}</b></p><p>　　（4）外部中斷初始化函數(shù)：</p><p>　　//--------------------------------------------------------------------------------------------------

71、---------</p><p>　　// 外部中斷初始化函數(shù)</p><p>　　//------------------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　void eint_init(

72、void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　rEXTINT1=0x0; //復(fù)位外部中斷控制寄存器，設(shè)置為低電平觸發(fā)</p><p>　　VICVectAddr[8]=(uint32) IRQ_Eint8; //中斷8向量地址設(shè)置</p><p>　　VI

73、CVectAddr[9]=(uint32) IRQ_Eint9; //中斷9向量地址設(shè)置</p><p>　　VICVectAddr[10]=(uint32) IRQ_Eint10; //中斷10向量地址設(shè)置</p><p>　　VICVectAddr[11]=(uint32) IRQ_Eint11; //中斷11向量地址設(shè)置</p><p>　　rPR

74、IORITY=0x0; //使用默認(rèn)的中斷優(yōu)先級</p><p>　　rINTMOD=0x0; //所有中斷均為IRQ中斷</p><p>　　rINTMSK=~(BIT_TIMER0);</p><p><b>　　}</b></p><

75、;p>　?。?）定時器中斷處理程序：</p><p>　　定時器0的中斷處理子程序，主要將修改后的cTCNTB0和cTCMPB0賦值給定時器計(jì)數(shù)寄存器（rTCNTB0）和定時器緩沖寄存器（rTCMPB0），從而改變輸出PWM波的頻率或者占空比。主要程序如下：</p><p>　　//---------------------------------------------------

76、--------------------------------------------------------</p><p>　　// 定時器中斷0處理函數(shù)</p><p>　　//--------------------------------------------------------------------------------------------------

77、----------</p><p>　　void time0_int(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ClearPending(BIT_TIMER0); //先清Timer0中斷掛起</p><p>　　if(cEnChange0)</p><

78、;p><b>　　{</b></p><p>　　rTCNTB0=cTCNTB0; //將變量cTCNTB0的值賦給定時器寄存器</p><p>　　rTCMPB0=cTCMPB0; //將變量cTCMPB0的值賦給定時器寄存器</p><p>　　cEnChange0=0;

79、 //不允許改變轉(zhuǎn)速</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）外部中斷處理程序：</p><p>　　外部中斷程序主要處理按鍵，通過按鍵控制電機(jī)速度的增加、減少、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等等。具體程序如下：</p><p>

80、;　　//-----------------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　// 外部中斷8處理函數(shù)</p><p>　　//-------------------------------------------

81、-----------------------------------------------------------------</p><p>　　void IRQ_Eint8(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p&g

82、t;<b>　　//按鍵 去抖動</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON&0xFFFFFFFC; //設(shè)置GPG0為輸入端口</p><p>　　for(i=0;i<100;i++);</p><p>　　if(rGPGDAT&(1<<0)) //若是假按

83、鍵，直接退出</p><p><b>　　{</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON|0xFFFFFFFE //設(shè)置回中斷</p><p>　　if(rTCON&0x000004==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　

84、　rGPBCON=rGPBCON&0xFFFFF0|(1<<2)|(1<<0);</p><p>　　//定義GPB0為輸出端口，GPB1為輸出端口</p><p>　　rGPBDAT&=(0<<1|0<<0); //GPB1輸出0,GPB0輸出0，停止電機(jī)</p><p>　　for(i=

85、0;i<10000;i++); //延時處理</p><p>　　rTCON|=(1<<2); //TOUT0倒相</p><p>　　rGPBDAT|=(1<<1); //GPB1輸出1</p><p>　　rGPBCON=rGPBCON&0xFFFFF0|(1<

86、;<2)|(1<<1);</p><p>　　//定義GPB0為第2功能端口TOUT0輸出，GPB1為輸出端口</p><p>　　cEnChange0=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(rTCON&0x000004==0x000004)</p>

87、<p><b>　　{</b></p><p>　　rGPBCON=rGPBCON&0xFFFFF0|(1<<2)|(1<<0);</p><p>　　//定義GPB0為輸出端口，GPB1為輸出端口</p><p>　　rGPBDAT&=(0<<1|0<<0);

88、 //GPB1輸出0,GPB0輸出0，停止電機(jī)</p><p>　　for(i=0;i<10000;i++); //延時處理</p><p>　　rTCON&=(0<<2); //TOUT0倒相</p><p>　　rGPBDAT&=7FD; //GPB0輸出0<

89、;/p><p>　　rGPBCON=rGPBCON&0xFFFFF0|(1<<2)|(1<<1);</p><p>　　//定義GPB0為第2功能端口TOUT0輸出，GPB1為輸出端口</p><p>　　cEnChange0=1;</p><p><b>　　}</b></p>

90、<p>　　return; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON|0xFFFFFFFE //設(shè)置回中斷</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//----------------

91、-------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　// 外部中斷9處理函數(shù)</p><p>　　//----------------------------------------------------------------

92、--------------------------------------------</p><p>　　void IRQ_Eint9(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p><b>　　//按鍵 去抖動

93、</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON&0xFFFFFFF3; //設(shè)置GPG1為輸入端口</p><p>　　for(i=0;i<100;i++);</p><p>　　if(rGPGDAT&(1<<1)) //若是假按鍵，直接退出</p><

94、;p><b>　　{</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON|0xFFFFFFFB //設(shè)置回中斷</p><p>　　cTCMPB0--; //cTCMPB0自減</p><p>　　if(cTCMPB0<2)</p><p>　　cTCMP

95、B0=1;</p><p>　　cEnChange0=1;</p><p>　　return; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON|0xFFFFFFFB //設(shè)置回中斷</p><p><b>　　

96、}</b></p><p>　　//-----------------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　// 外部中斷10處理函數(shù)</p><p>　　//-----------

97、-------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　void IRQ_Eint10(void)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int

98、 i;</b></p><p><b>　　//按鍵 去抖動</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON&0xFFFFFFCF; //設(shè)置GPG2為輸入端口</p><p>　　for(i=0;i<100;i++);</p><p>　　if(rGPGDAT&(1

99、<<1)) //若是假按鍵，直接退出</p><p><b>　　{</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON|0xFFFFFFEF; //設(shè)置回中斷</p><p>　　cTCMPB0++; //cTCMPB0自加</p>

100、<p>　　if(cTCMPB0>791)</p><p>　　cTCMPB0=792;</p><p>　　cEnChange0=1;</p><p>　　return; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　rGPGCON=

101、rGPGCON|0xFFFFFFEF //設(shè)置回中斷</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//-----------------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p&

102、gt;　　// 外部中斷11處理函數(shù)</p><p>　　//------------------------------------------------------------------------------------------------------------</p><p>　　void IRQ_Eint11(void)</p><p&g

103、t;<b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p><b>　　//按鍵 去抖動</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON&0xFFFFFF3F; //設(shè)置GPG2為輸入端口</p><p>　　for

104、(i=0;i<100;i++);</p><p>　　if(rGPGDAT&(1<<1)) //若是假按鍵，直接退出</p><p><b>　　{</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON|0xFFFFFFBF //設(shè)置回中斷</p><p>

105、　　if(cTCMPB0==0) //如果電機(jī)停止</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cTCMPB0=cTemp; //啟動電機(jī)</p><p>　　cEnChange0=1;</p><p><b>　　}</b>

106、;</p><p>　　if(cTCMPB0!=0) //如果電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　cTemp =cTCMPB0; </p><p>　　cTCMPB0=0; //關(guān)閉電機(jī)<

107、;/p><p>　　cEnChange0=1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　rGPGCON=rGPGCON|0xFFFFFFBF //設(shè)置

108、回中斷</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）LED顯示程序：</p><p>　　用GPA0~GPA3四個I/O口進(jìn)行片選，用GPF端口輸出顯示數(shù)據(jù)，該程序比較簡單，但是判斷數(shù)據(jù)較多。主要代碼如下：</p><p>　　//----------------------------------

109、-------------------------------------------------------------------------</p><p>　　// LED顯示函數(shù)</p><p>　　//------------------------------------------------------------------------------------

110、------------------------</p><p>　　void LED_int(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　int i,a,b; //a為占空比十位，b為占空比個位</p><p>　　a= cTCMPB0/cTCNTB0*10;

111、//求出a的值</p><p>　　b= cTCMPB0/cTCNTB0*100%10; //求出b的值</p><p><b>　　//開始掃描</b></p><p>　　rGPADAT= rGPADAT&0x7FFFF0|(1<<3); //片選第一個數(shù)碼管</p><p>　　

112、rGPFDAT=0x90; //輸出數(shù)據(jù)，頻率為固定值99KHz</p><p>　　for(i=0;i<100;i++); //延遲</p><p>　　rGPADAT= rGPADAT&0x7FFFF0|(1<<2); //片選第二個數(shù)碼管</p><p>

113、;　　rGPFDAT=0x90; //輸出數(shù)據(jù)，頻率為固定值99KHz</p><p>　　for(i=0;i<100;i++); //延遲</p><p>　　rGPADAT= rGPADAT&0x7FFFF0|(1<<1); //片選第三個數(shù)碼管</p><p

114、>　　LED_number(a);</p><p>　　rGPADAT= rGPADAT&0x7FFFF0|(1<<0); //片選第四個數(shù)碼管</p><p>　　LED_number(b);</p><p><b>　　}</b></p><p>　?。?）數(shù)據(jù)輸出選擇函數(shù)：&l

115、t;/p><p>　　從相應(yīng)的數(shù)選擇對應(yīng)的數(shù)碼管驅(qū)動數(shù)據(jù)輸出，具體代碼如下：</p><p>　　void LED_number(int t)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　int i;</b></p><p><b>　　if

116、(t==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　rGPFDAT=0xC0; //輸出數(shù)據(jù)</p><p>　　for(i=0;i<100;i++); //延遲</p><p><b>　　}

117、</b></p><p><b>　　if(t==1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　rGPFDAT=0xF9; //輸出數(shù)據(jù)</p><p>　　for(i=0;i<100;i++);