嵌入式結(jié)課作業(yè)

目錄概述 3一、嵌入式和電機(jī)調(diào)速原理簡介 41.1嵌入式系統(tǒng)簡介 41.2PWM脈沖寬度調(diào)制簡介 4二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計 52.1S3C2410的PWM定時器概述 52.2S3C2410的寄存器介紹 6三、系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn) 103.1復(fù)位電路： 103.2時鐘電路： 103.3模數(shù)轉(zhuǎn)換： 11四、心得體會 13主程序附 13概述隨著我國國民經(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。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平臺相比，融合了兩者的優(yōu)點，既有單片機(jī)系統(tǒng)成本低、體積小、功耗低的特點，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，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，而且大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計，提高了集成度和可靠性。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)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，具有很好的應(yīng)用前景。一、嵌入式和電機(jī)調(diào)速原理簡介1.1嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)是面向應(yīng)用的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)最典型的特點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)超過了通用計算機(jī)。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。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；而計算機(jī)則是一個通用的計算機(jī)平臺。2.系統(tǒng)精簡，關(guān)注成本。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)計及實現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面有利于控制系統(tǒng)成本，同時也有利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。3.嵌入式系統(tǒng)有實時性和可靠性的要求。高實時性的操作系統(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時性。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)漸漸地高實時性是基本要求。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。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)品一點進(jìn)入市場，便具有較長的生命周期。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)。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-TimeOperatingSystem）系統(tǒng)平臺，這樣才能保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性，并減少開發(fā)時間，保障軟件質(zhì)量。1.2PWM脈沖寬度調(diào)制簡介PWM就是指脈沖寬度調(diào)制（pulsewidthmodulation），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。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)。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)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式。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。二、系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1S3C2410的PWM定時器概述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）。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。當(dāng)時鐘被允許的時候，定時器計數(shù)緩沖寄存器（TCNTBn）把計數(shù)初值下載到減法計數(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，來和減法計數(shù)器的值比較。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，比較寄存器決定了PWM輸出的開關(guān)時間。定時器輸入時鐘頻率：fTCLK=[fPCLK/(Prescaler+1)]/分配器分頻值其中，Prescaler為預(yù)分頻值（0~255）；分配器的分頻值為2、4、8和16。PWM輸出時鐘頻率=定時器輸入時鐘頻率(fTCLK)/定時器計數(shù)緩沖寄存器值(TCNTBn)PWMPWM輸出信號占空比=定時器比較緩沖寄存器(TCMPBn)/定時器計數(shù)緩沖寄存器(TCNTBn)2.2S3C2410的寄存器介紹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。（1）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/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。為了滿足不同系統(tǒng)設(shè)計的需要，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口配置情況：端口B可選擇的引腳端功能GPB10輸入/輸出nXDREQ0GPB9輸入/輸出nXDACK0GPB8輸入/輸出nXDREQ1GPB7輸入/輸出nXDACK1GPB6輸入/輸出nXBREQGPB5輸入/輸出nXBACKGPB4輸入/輸出TCLK0GPB3~GPB0輸入/輸出TOUT3~TOUT0表1S3C2410端口B的I/O口配置情況（2）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~GPHCON）、端口數(shù)據(jù)寄存器（GPADAT~GPHDAT）、端口上拉寄存器（GPBUP~GPHUP）、雜項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。寄存器地址訪問描述復(fù)位值GPBCON0x56000010讀/寫配置端口B引腳端，使用位[21:0]，分別對端口B的11個引腳進(jìn)行配置00：輸入；01：輸出；10：第2功能；11：保留0x0GPBDAT0x56000014讀/寫端口B數(shù)據(jù)寄存器，使用位[10:0]未定義GPBUP0x56000018讀/寫端口B上拉電阻禁止寄存器，使用位[10:0]0：使能；1：禁止0x0Reserved0x5600001C─保留未定義表2S3C2410端口B的I/O口寄存器（3）S3C2410的中斷控制器：S3C2410采用ARM920TCPU內(nèi)核，ARM920TCPU的中斷包含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。寄存器地址訪問描述復(fù)位值INTMOD0x4A00004讀/寫終端模式寄存器：0=IPQ模式；1=FIQ模式。多個IRQ中斷的仲裁過程在優(yōu)先級寄存器進(jìn)行0x00000000INTMSK0x4A00008讀/寫中斷屏蔽寄存器：0=允許中斷；1=屏蔽中斷。中斷屏蔽寄存器的主要功能是屏蔽相應(yīng)中斷的請求，即使中斷掛起寄存器的相應(yīng)位已經(jīng)置1，也就是說已經(jīng)有相應(yīng)的中斷請求發(fā)生了；但是如果此時中斷屏蔽寄存器的相應(yīng)位置1，則中斷控制器將屏蔽蓋中斷請求CPU不會響應(yīng)該中斷0xFFFFFFFF表3S3C2410的中斷控制器的特殊寄存器（4）定時器控制寄存器（TCON）地址：0x1000008。如下表含義位描述初始化狀態(tài)定時器4自動重載on/off220=定時器4運(yùn)行1次；1=自動重載模式0定時器4手動更新位210=無操作；1=更新TCNTB40定時器4啟動位200=無操作；1=啟動定時器40定時器3自動重載on/off190=定時器3運(yùn)行1次；1=自動重載模式0定時器3輸出倒相位180=倒相關(guān)閉；1=TOUT3倒相0定時器3手動更新位170=無操作；1=更新TCNTB30定時器3啟動位160=無操作；1=啟動定時器30定時器2自動重載on/off150=定時器2運(yùn)行1次；1=自動重載模式0定時器2輸出倒相位140=倒相關(guān)閉；1=TOUT2倒相0定時器2手動更新位130=無操作；1=更新TCNTB20定時器2啟動位120=無操作；1=啟動定時器20定時器1自動重載on/off110=定時器1運(yùn)行1次；1=自動重載模式0定時器1輸出倒相位100=倒相關(guān)閉；1=TOUT1倒相0定時器1手動更新位90=無操作；1=更新TCNTB10定時器1啟動位80=無操作；1=啟動定時器10保留7:5保留死區(qū)功能允許40=禁止；1=允許0定時器0自動重載on/off30=定時器0運(yùn)行1次；1=自動重載模式0定時器0輸出倒相位20=倒相關(guān)閉；1=TOUT0倒相0定時器0手動更新位10=無操作；1=更新TCNTB00定時器0啟動位00=無操作；1=啟動定時器00表4定時器控制寄存器（TCON）定義（5）定時器配置寄存器0（TCFG0），地址：0x51000000，如下表所示。含義位描述初始化狀態(tài)保留31:240x00死區(qū)長度23:16這8位控制死區(qū)的長度。一個單元時間的長度等于定時器0的一個單元時間長度0x00預(yù)分頻器115:8這8位數(shù)據(jù)等于定時器2、3和4的預(yù)分頻值0x00預(yù)分頻器27:0這8位數(shù)據(jù)等于定時器0和1的預(yù)分頻值0x00表5定時器配置寄存器0（6）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。寄存器讀/寫狀態(tài)描述初始化狀態(tài)TCNTBnR/WTCNTBn[15:0]設(shè)置減法緩沖寄存器的值0x00000000TCMPBnR/WTCMPBn[15:0]設(shè)置比較緩沖寄存器的值0x00000000表6TCNTBn和TCMPBn基本上通過這些寄存器的設(shè)置和控制就可以實現(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。三、系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)3.1復(fù)位電路：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)。3.2時鐘電路：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)備所需的HCLK時鐘信號，以及APB總線外圍設(shè)備所需的PCLK時鐘信號。S3C2410有兩個鎖相環(huán)（PhaseLockedLoops,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的情況下產(chǎn)生慢速時鐘，并且可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。2.2PWM輸出電路S3C2410A具有4路PWM輸出，輸出口分別為TOUT0～TOUT3，其中兩路帶有死區(qū)控制功能。為了能夠正確輸出PWM信號，需要正確設(shè)置GPBCON寄存器選擇相應(yīng)I/O的為TOUTx功能。然后，通過TCFG0寄存器為PWM定時器時鐘源設(shè)置預(yù)分頻值，通過TCFG1寄存器選擇PWM定時器時鐘源。接著，通過TCNTB0寄存器設(shè)置PWM周期，通過TCMPB0設(shè)置PWM占空比。最后，通過TCON寄存器啟動PWM定時器，即可輸出PWM信號；初始化PWM定時器PWM周期控制值，PWM占空比，參數(shù)過濾，設(shè)置定時器0,即PWM周期和占空比，時鐘分頻配置為1:2:4，預(yù)分頻器0設(shè)置為98，voidPWM_Init(uint16cycle,uint16duty){if(duty>cycle)duty=cycle； rTCFG0=97; rTCFG1=0; rTCMPB0=duty; rTCNTB0=cycle; if(rTCON&0x04)rTCON=(1<<1); elserTCON=(1<<2)|(1<<1); rTCON=(1<<0)|(1<<3); } 3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換：S3C2410A具有1個8通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，有采樣保持功能，輸入電壓范圍是0～3.3V，在2.5MHz的轉(zhuǎn)換器時鐘下，最大的轉(zhuǎn)換速率可達(dá)500KSPS。A/D轉(zhuǎn)換器的AIN5、AIN7還可以與控制腳nYPON、YMON、nXPON和XMON配合，實現(xiàn)觸摸屏輸入功能；相關(guān)程序如下參數(shù)過濾，使能分頻，ADC轉(zhuǎn)換時鐘為ADC_FREQ，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模式，禁止讀(操作后)，普通ADC模式(非觸摸屏)。uint32ReadAdc(uint32ch){inti ch=ch&0x07; rADCCON=(1<<14)|((PCLK/ADC_FREQ-1)<<6)|(ch<<3)|(0<<2)|(0<<1)|(0<<0);rADCTSC=rADCTSC&(~0x03); for(i=0;i<100;i++); rADCCON=rADCCON|(1<<0); while(rADCCON&0x01);while(!(rADCCON&0x8000));return(rADCDAT0&0x3ff);}ADCCON寄存器}四、心得體會 在開始做ARM的直流電機(jī)設(shè)計時查閱了很多資料，還有C語言編程，在剛開始時看到ARM可以直接產(chǎn)生PWM波，所以覺得ARM應(yīng)該比單片機(jī)簡單多了。有了單片機(jī)的思路以后就主要研究ARM怎樣產(chǎn)生PWM波。真是不學(xué)不知道，一學(xué)嚇一跳。本來以為ARM產(chǎn)生PWM是很簡單的事，但是在實際操作起來，卻需要用到很多知識，定時寄存器，中斷寄存器，I/O寄存器等等，需要查閱大量的資料。到此時才意識到單片機(jī)和ARM比起來真是小巫見大巫了。ARM可以算是一個專用的計算機(jī)系統(tǒng)，專門為特定功能開發(fā)的并且可以編寫操作系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)的強(qiáng)大處理芯片，對于各種I/O口在每一個時間都可以定義其功能和作用以及輸入輸出的數(shù)據(jù)等等，需要我們進(jìn)行詳細(xì)的配置才能充分利用ARM的每一個資源。 當(dāng)然此次設(shè)計的ARM直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相對來說比較簡單，不過凡事都要從簡單做起，剛開始學(xué)習(xí)ARM就做非常難的東西做起來不一定就能完成。對于本次設(shè)計還有很多可以改進(jìn)的地方：添加頻率修改程序模塊，使電機(jī)的頻率也可以修改，還有電機(jī)轉(zhuǎn)速也可以通過傳感器檢測出來，然后再添加轉(zhuǎn)速自動調(diào)節(jié)模塊代碼等等。這次設(shè)計主要是針對小功率直流電機(jī)設(shè)置的，當(dāng)然如果要是新對大功率的電機(jī)的控制，只需要修改驅(qū)動電路即可，這些都可以對該系統(tǒng)進(jìn)行完善。由于時間有限，本次設(shè)計就做成這樣，其他功能可以再以后慢慢改進(jìn)。 通過本次設(shè)計，使我對ARM有了一個更深刻的了解，相信在今后的對ARM的開發(fā)過程中會有很大幫助。主程序附intmain(void){ZLG7290_SendBuf((uint8*)disp_buf,8);rGPFCON=(rGPFCON&(~(0x03<<8)));rGPBCON=(rGPBCON&(~(0x03<<0)))|(0x02<<0);//rGPBCON[1:0]=10b，設(shè)置TOUT0功能rGPBUP=rGPBUP|0x0001;//禁止TOUT0口的上拉電阻rGPHCON=(rGPHCON&(~(0x03<<18)))|(0x01<<18);//GPH9口rGPHDAT=rGPHDAT&(~(1<<9));//輸出0電平rGPHUP=rGPHUP|(1<<9);PWM_Init(255,pwm_duty); while(1) { UART_Select(0);UART_Init(); adc1=ReadAdc(1);vin1=(adc1*3300)/1024;WaitKey(); if(k){ switch(vin1/420){case0:ZLG7290_SendCmd(0x60,1),d=98,pw