畢業(yè)論文直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(PWM).doc

-1-直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)摘要:未來的世界必然是自動(dòng)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、移動(dòng)化的世界。這一發(fā)展趨勢導(dǎo)致了一類特殊的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。ARM(AdvancedRISCMachines)公司的32位RISC微處理器，以其高速度、低功耗、低成本，功能強(qiáng)大，和特有16/32位雙指令集等諸多優(yōu)異性能，已成為移動(dòng)通信、手持計(jì)算機(jī)和多媒體數(shù)字消費(fèi)等嵌入式解決方案中首選的微處理器。本文介紹了基于嵌入式系統(tǒng)的PWM的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，選用的微控制器就是SAMSUNG公司的S3C44B0X，并詳細(xì)講述了該系統(tǒng)的硬件電路和控制程序設(shè)計(jì)，以及ADS調(diào)試環(huán)境和超級(jí)終端。關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；ARM；S3C44B0X；PWM；直流電機(jī)ThePrincipleofVelocityModulateSystemforDirectCurrentMotorofPWMBasedonEmbeddedSystemAbstract:Thefutureworldmustberobotized、intellectualized、networkrealizedandmobilized.Thetreadwouldboostembeddedsystem,aspecialtypeofcomputersystem.ARM(AdvancedRISCMachines)istheleadingproviderof32-bitembeddedRISCmicroprocessorsinmobile,handheldcomputerandmulti-mediadigitalconsumption.ARMoffersawiderangeofprocessorcoresanddeliversthehighperformancetogetherwithLowpowerconsumption,lowsystemcost,highperformanceandspecific16-bit/32-bitdoubleinstrumentsets.Ithasbeenbecominganidealprocessorofembeddedapplications.Inthispaper,theprincipleofvelocitymodulatesystemfordirectcurrentmotorofPWMbasedonembeddedsystemisintroduced,TheMCUthatchoosestouseistheS3C44B0XofthecompanyofSAMSUNG，andhardwarecircuitandcontrolprogramdesignarealsoanalyzedindetail,aswellastheADSdebuggingenvironmentandsuperterminal.Keywords:Embeddedsystem；ARM；S3C44B0X；PWM；Directcurrentmotor-2-目錄序言1第一章緒論21.1嵌入式系統(tǒng)的概述21.2嵌入式微處理器及其系統(tǒng)特點(diǎn)21.3國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀31.4系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)41.4.1主要內(nèi)容與技術(shù)要求41.4.2主要的技術(shù)指標(biāo)4第二章系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)52.1嵌入式微處理器52.1.1常用的嵌入式處理器52.2ARM微處理器62.2.1ARM系列嵌入式處理器72.2.2ARM處理器結(jié)構(gòu)82.3系統(tǒng)軟硬件總體的初步規(guī)劃82.3.1硬件規(guī)劃92.3.2軟件規(guī)劃10第三章系統(tǒng)要求及硬件電路的設(shè)計(jì)113.1系統(tǒng)功能要求113.2ARM處理器S3C44B0X硬件資源113.3系統(tǒng)硬件選擇與單元電路設(shè)計(jì)233.3.1系統(tǒng)重啟模塊電路設(shè)計(jì)243.3.2系統(tǒng)調(diào)試端口（JATG）243.3.3SDRAM、FLASH模塊25-3-3.3.4串行通信（UART）模塊263.3.5直流電機(jī)電路模塊273.4PWM直流電機(jī)控制273.4.1PWM的概念及其產(chǎn)生273.4.2PWM定時(shí)器的工作原理273.4.3PWM直流電機(jī)原理28第四章系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)與調(diào)試304.1嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)304.2BootLoader的概念與結(jié)構(gòu)304.2.1BootLoader的概念304.2.2BootLoader的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)304.3PWM定時(shí)器的應(yīng)用程序314.4系統(tǒng)的調(diào)試334.4.1調(diào)試環(huán)境ADS334.4.2調(diào)試中個(gè)人見解34第五章總結(jié)與展望375.1工作總結(jié)375.2設(shè)計(jì)成果與后繼展望38參考文獻(xiàn)39附錄40致謝51-4-基于嵌入式系統(tǒng)的PWM的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)序言隨著我國國民經(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)。新技術(shù)的廣泛使用，大大提高了工業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，為實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，同時(shí)也推動(dòng)著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。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)、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(dòng)有利的地位。信息技術(shù)對(duì)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(píng)價(jià)各個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。在人類步入全球信息化社會(huì)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。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)與傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)和PC平臺(tái)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(tái)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?，F(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)實(shí)力的競爭歸根到底就是技術(shù)水平的競爭，技術(shù)水平也是衡量一個(gè)國家生產(chǎn)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。那么學(xué)習(xí)新的技術(shù)當(dāng)然就是適應(yīng)發(fā)展的選擇，在這一背景下，利用嵌入式系統(tǒng)大發(fā)展的機(jī)會(huì)，有必要系統(tǒng)地學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。-5-第一章緒論1.1嵌入式系統(tǒng)的概述在工業(yè)控制、通訊、儀器儀表等領(lǐng)域，嵌入式系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展己經(jīng)有目共睹。嵌入式系統(tǒng)是什么?我們有必要在這里簡單的介紹一下。嵌入式系統(tǒng)是指用于執(zhí)行獨(dú)立功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它由包括微處理器、定時(shí)器、微控制器、存儲(chǔ)器、傳感器等一系列微電子芯片與器件，和嵌入在存儲(chǔ)器中的微型操作系統(tǒng)、控制應(yīng)用軟件組成，共同實(shí)現(xiàn)諸如實(shí)時(shí)控制、監(jiān)視、管理、移動(dòng)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理等各種自動(dòng)化處理任務(wù)。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以微電子技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)硬件軟件的協(xié)同性與整合性，軟件與硬件可剪裁，以滿足系統(tǒng)對(duì)功能、成本、體積和功耗等要求。最簡單的嵌入式系統(tǒng)僅有執(zhí)行單一功能的控制能力，在唯一的ROM中僅有實(shí)現(xiàn)單一功能的控制程序，無微型操作系統(tǒng)。1.2嵌入式微處理器及其系統(tǒng)特點(diǎn)嵌入式系統(tǒng)的核心部件是嵌入式處理器，一般嵌入式處理器分成4類：嵌入式微處理器(EMPU)、嵌入式微控制器(MCU)、嵌入式DSP處理器(EDSP)、嵌入式片上系統(tǒng)(SOC)。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備以下4個(gè)特點(diǎn):1、對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。2、具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)己模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。3、可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，能以最迅速地開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。4、嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比具有以下特點(diǎn):1、嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應(yīng)用的嵌入式CPU與通用型的CPU最大不同就是嵌-6-入式CPU大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點(diǎn)，能夠把通用CPU中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，移動(dòng)能力大大增強(qiáng)，與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合也越來越緊密。2、嵌入式系統(tǒng)是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)和電子技術(shù)與各個(gè)行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合后的產(chǎn)物。這一點(diǎn)就決定了它必然是一個(gè)技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識(shí)集成系統(tǒng)。3、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應(yīng)用中對(duì)處理器的選擇更具有競爭力。4、嵌入式系統(tǒng)和具體應(yīng)用有機(jī)地結(jié)合在一起，它的升級(jí)換代也是和具體產(chǎn)品同步進(jìn)行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。5、為了提高執(zhí)行速度和系統(tǒng)可靠性，嵌入式系統(tǒng)中的軟件一般都固化在存儲(chǔ)器芯片或單片機(jī)本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。6、嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即設(shè)計(jì)完成以后用戶通常不能對(duì)其中的程序進(jìn)行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進(jìn)行開發(fā)。1.3國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著信息化、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）為核心的嵌入式系統(tǒng)早以廣泛應(yīng)用與各個(gè)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(gè)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之外。Internet已成為社會(huì)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。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(duì)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。-7-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(gè)系列。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(dòng)設(shè)備、PDA都是用基于ARM核的系統(tǒng)芯片開發(fā)