畢業(yè)論文直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(PWM)

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(shì)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(advanced risc machines)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；

2、pwm；直流電機(jī) the principle of velocity modulate system for direct current motor of pwm based on embedded systemabstract: the future world must be robotized、intellectualized、network realized and mobilized. the tread would boost embedded system, a special type of computer system. arm (advanced risc machin

3、es) is the leading provider of 32-bit embedded risc microprocessors in mobile, handheld computer and multi-media digital consumption. arm offers a wide range of processor cores and delivers the high performance together with low power consumption, low system cost, high performance and specific 16-bi

4、t/32-bit double instrument sets. it has been becoming an ideal processor of embedded applications. in this paper, the principle of velocity modulate system for direct current motor of pwm based on embedded system is introduced, the mcu that chooses to use is the s3c44b0x of the company of samsung，an

5、d hardware circuit and control program design are also analyzed in detail, as well as the ads debugging environment and super terminal.keywords: embedded system; arm; s3c44b0x; pwm; direct current motor 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.

6、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 52.2 arm微處理器 62.2.1 arm系列嵌入式處理器 72.2.2 arm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 113.2 arm處理器s3c44b0x硬件資源 11 3.3 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） 243.3.3 sdram、flash模塊 253.3.4 串行通信（uar

7、t）模塊 263.3.5 直流電機(jī)電路模塊 273.4 pwm直流電機(jī)控制 273.4.1 pwm的概念及其產(chǎn)生 273.4.2 pwm定時(shí)器的工作原理 273.4.3 pwm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) 304.2 bootloader的概念與結(jié)構(gòu) 304.2.1 bootloader的概念 304.2.2 bootloader的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 304.3 pwm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ads 334.4.2 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

8、望 38參考文獻(xiàn) 39附錄 40致謝 51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)

9、的政治、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)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

10、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(jìng)爭(zhēng)歸根到底就是技術(shù)水平的競(jìng)爭(zhēng)，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。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

11、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

12、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

13、應(yīng)用的嵌入式 cpu與通用型的 cpu最大不同就是嵌入式 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(zhēng)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(jìng)

14、爭(zhēng)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(chǎng)，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

15、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(cè)、伺服控制、指示和顯示等設(shè)備配合，實(shí)現(xiàn)一定的測(cè)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)

16、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(shì)。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

17、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(chǎng)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)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。1.4 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)1.4.1主要內(nèi)容與技術(shù)要求了解嵌入式系

18、統(tǒng)的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用，熟悉一種嵌入式處理器內(nèi)核，并以此處理器為內(nèi)核，采用pwm通道實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，選用合適的處理器，并設(shè)計(jì)完成電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，從而掌握基本的嵌入式開發(fā)流程1.4.2 主要的技術(shù)指標(biāo)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：1、直流電機(jī)調(diào)速采用pwm調(diào)速 直流電機(jī) 額定電壓 12v 轉(zhuǎn)速 3500轉(zhuǎn)/分2、選擇合適的處理器芯片3、設(shè)計(jì)基于處理器的外圍電路及電機(jī)電路第二章 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)2.1 嵌入式微處理器 隨著社會(huì)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的普及，對(duì)嵌入式系統(tǒng)的要求己經(jīng)越來越高.現(xiàn)在出現(xiàn)的信息家用電器，如：掌上電腦、pda、移動(dòng)設(shè)備等嵌入式設(shè)備都需要網(wǎng)絡(luò)的支持、較快的運(yùn)行速度和復(fù)雜的處理能力，

19、對(duì)于早期的8/16位的單片機(jī)來說是很困難的。由于集成電路技術(shù)的科技進(jìn)步，電子器件的價(jià)格不斷下降，使32位微處理器己經(jīng)在各類應(yīng)用中得到了廣泛普及應(yīng)用.各種32位嵌入式大展身手，對(duì)于我們產(chǎn)品的選擇范圍也非常廣泛。自然一些性能高的芯片得到人們的青睞。2.1.1常用的嵌入式處理器5嵌入式微處理器有許多種流行的處理器核，芯片生產(chǎn)廠家一般都基于這些處理器核生產(chǎn)不同型號(hào)的芯片。下面介紹幾種常用的嵌入式處理器。1mips系列 mips是microprocessor without interlocked pipeline stages的縮寫，是一種處理器內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)，它是由mips技術(shù)公司開發(fā)的。mips技術(shù)公司

20、是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次的嵌入式32位和64 位處理器的廠商，在risc處理器方面占有重要地位。mips技術(shù)公司設(shè)計(jì)risc處理器始于20世紀(jì)80年代初，1986年推出82000處理器，1988年推出83000處理器。自1991年推出第一款64位商用微處理器84000之后，又陸續(xù)88000,810000和812000等型號(hào)。后來，mips公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化，把重點(diǎn)放在嵌入式系統(tǒng)。1999年公司發(fā)布mips32和mips64架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，為未來mips處理器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。新的架構(gòu)集成了原來所有的m工ps指令集.并且增加了許多更強(qiáng)大的功能。不久以后，mips公司又相繼開發(fā)出高性能、低功耗的32

21、位處理器內(nèi)核(core)mips324 kc與高性能64位內(nèi)核mips645 kc以及相應(yīng)的新版本及未來64位mips6420kc處理器內(nèi)核。mips技術(shù)公司既開發(fā)mips處理器結(jié)構(gòu)內(nèi)核，又生產(chǎn)基于mips的32位/64位嵌入式微處理器芯片。mips芯片的定位很廣，在高端它有64位的20kc系列，在低端它也有smartmips，其使用范圍也是非常廣泛的。2powerpc系列 powerpc是ibm和motolora共同研制出來的一套處理器標(biāo)準(zhǔn)。其架構(gòu)特點(diǎn)是可伸縮性好，方便靈活。powerpc處理器品種很多，應(yīng)用范圍非常廣泛，既有通用的pc處理器用于高端工作站、服務(wù)器與桌面計(jì)算機(jī)，也有嵌入式控制

22、器與內(nèi)核設(shè)計(jì)應(yīng)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信領(lǐng)域等方面. 目前powerpc獨(dú)立微處理器與嵌入式微處器的主頻從25mhz-70omhz不等， 產(chǎn)品能量消耗、體積、整合程度、價(jià)格差異懸殊，主要產(chǎn)品模塊有ibm公司350mhz- 70omhz的powerpc750cx和750cxe,以及主頻400mhz的powerpc440gp。其嵌入式處理器內(nèi)核可以用于各種集成的片上系統(tǒng)soc設(shè)備.在通信、金融等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，主要嵌入式芯片有ibm公司開發(fā)的powerpc405gp. motorola公司的mpc823等。3x86系列 x86系列處理器是我們最為熟悉的，它源于intel架構(gòu)8080，再發(fā)展出28

23、6,386,486，直到現(xiàn)在的奔騰系列、amd和athlon。從嵌入式市場(chǎng)來看，486dx系列還是有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額的，其特點(diǎn)是保持了當(dāng)初8080相同的指令集，有利于兼容性與移植，但是這又限制了cpu性能的提高。 基于x86處理器核的嵌入式微處理器有:(1)嵌入式486/奔騰系列，是intel 公司在原有的pc處理器基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)加強(qiáng)的，它降低功耗，提高抗干擾能力， 放寬了工作條件限制用來滿足嵌入式開發(fā)的需要，如486dx,486gx等芯片;(2)geodesp1系列，這是amd公司推出的芯片，具有網(wǎng)絡(luò)訪問、硬件音視頻解碼器、 各種固化通信與外設(shè)接口，在數(shù)字視頻與交互電視方面應(yīng)用廣泛，如sc10

24、00, sc2000等芯片;(3)stpc高度集成x86soc系列，st微電子所開發(fā)出的stpc系列內(nèi)核是與x86相兼容的，其多種產(chǎn)品是建立在0.25微米技術(shù)上的，己成為一種高度集成、低功耗和低成本的嵌入式解決方案。4 arm/strongarm系列arm公司是全球領(lǐng)先的16/32位risc微處理器知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)供應(yīng)商。arm公司通過轉(zhuǎn)讓高性能、低成本、低功耗的risc微處理器、外圍和系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)技術(shù)給合作伙伴，使他們能用這些技術(shù)來生產(chǎn)各具特色的芯片。arm已成為移動(dòng)通信、手持設(shè)備、多媒體數(shù)字消費(fèi)嵌入式解決方案的risc標(biāo)準(zhǔn)。arm處理器有三大特點(diǎn)：小體積、低功耗、低成本而高性能；16/32位雙

25、指令集；全球眾多的合作伙伴。所以這也得到我們的青睞，將在下面詳細(xì)闡述。 2.2 arm微處理器 arm是advancedriscmachines的縮寫，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1991年arm公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用arm技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（ip）核的微處理器，即我們通常所說的arm微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于arm技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位risc微處理器75以上的市場(chǎng)份額，arm技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。arm公司是專

26、門從事基于risc技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從arm公司購買其設(shè)計(jì)的arm微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的arm微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用arm公司的授權(quán)，因此既使得arm技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，更具有競(jìng)爭(zhēng)力。2.2.1 arm系列嵌入式處理器 arm微處理器目前包括下面幾個(gè)系列，以及其它廠商基于arm體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有arm體系結(jié)

27、構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的arm微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。包括：arm7系列、arm9系列、arm9e系列、arm10e系列、securcore系列、inter的xscale和inter的strongarm其中，arm7、arm9、arm9e和arm10為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。securcore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。arm7系列處理器為常用的處理器，我就介紹此系列的處理器arm7系列微處理器為低功耗的32位risc處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用。arm7微處理器系列具有如下特點(diǎn)：具有嵌入式ic

28、ert邏輯，調(diào)試開發(fā)方便。極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。能夠提供0.9mips/mhz的三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)。代碼密度高并兼容16位的thumb指令集。對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括windowsce、linux、palmos等。指令系統(tǒng)與arm9系列、arm9e系列和arm10e系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級(jí)換代。主頻最高可達(dá)130mips，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。arm7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。arm7系列微處理器包括如下幾種類型的核：arm7tdmi、arm7tdm

29、i-s、arm720t、arm7ej。其中，arm7tmdi是目前使用最廣泛的32位嵌入式risc處理器，屬低端arm處理器核。tdmi的基本含義為：t：支持16為壓縮指令集thumb。d：支持片上debug。m：內(nèi)嵌硬件乘法器（multiplier）i：嵌入式ice，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn)。2.2.2 arm處理器結(jié)構(gòu)arm處理器結(jié)構(gòu)包括三種：體系結(jié)構(gòu)、寄存器結(jié)構(gòu)、指令結(jié)構(gòu)arm處理器：采用risc體系結(jié)構(gòu)；arm微處理器共有37個(gè)寄存器，其中31個(gè)通用寄存器、6個(gè)狀態(tài)寄存器，被分為若干組（bank）；arm微處理器支持兩種指令集：arm指令集和thumb指令集，其中，arm指令為32位的長度

30、，thumb指令為16位長度，thumb指令集為arm指令集的功能子集，但與等價(jià)的arm代碼相比較，可節(jié)省3040以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。2.3 系統(tǒng)軟硬件總體的初步規(guī)劃 基于我們對(duì)嵌入式系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，以及設(shè)計(jì)的要求，系統(tǒng)可以分成兩部分來看：硬件部分與軟件部分。嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的統(tǒng)一體，整體的設(shè)計(jì)則需要協(xié)同設(shè)計(jì)。如圖2-1所示：系統(tǒng)功能描述 硬軟件劃分（統(tǒng)一表示）軟件綜合接口硬件綜合系統(tǒng)集成圖2-1 嵌入式系統(tǒng)的硬件/軟件協(xié)同設(shè)計(jì)方法2.3.1 系統(tǒng)硬件部分系統(tǒng)的硬件框圖，圖2-2。系統(tǒng)基本電路 直流電機(jī)mpu 微處理器圖2-2 系統(tǒng)硬件框圖嵌入式處理器品種總量已經(jīng)超

31、過了1000種，流行的體系結(jié)構(gòu)有30多個(gè)系列，幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器。處理器的選擇是相對(duì)比較重要的，芯片的系統(tǒng)的性能、可靠性、功耗、成本都是我們要關(guān)注。本次硬件系統(tǒng)規(guī)劃如下：mpu： arm7處理器 ram：8mbytes sdram rom：2mbytes flashuart: 兩個(gè)rs-232c串口接口14腳的jtag接口直流電機(jī)電路 2.3.2 系統(tǒng)軟件部分嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)的特點(diǎn)是:以面向過程為主，代碼的利用率高，代碼的規(guī)模小，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。過去的嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)，大多從匯編開發(fā)，并以匯編語言開發(fā)為主。這樣的開發(fā)只能做簡單的控制和算法，應(yīng)用需求復(fù)雜時(shí)，開發(fā)周期大大增加，

32、不利于新產(chǎn)品的快速面市。隨著嵌入式系統(tǒng)硬件的不斷發(fā)展， 如處理器主頻提高，存儲(chǔ)器容量擴(kuò)大，硬件體積減小等特點(diǎn)，嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)也發(fā)生了一些變革。現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)從匯編啟動(dòng)代碼開始(負(fù)責(zé)初始化硬件)，以后的應(yīng)用程序絕大部分用c語言來開發(fā)。c語言作為一種中級(jí)語言，具有很好的靈活性，更貼近于程序員的思維邏輯。因此用c語言開發(fā)程序，大大的縮短了軟件開發(fā)周期，也增強(qiáng)了可維護(hù)性和可升級(jí)性。嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與pc機(jī)有著緊密的聯(lián)系，如圖2-3所示，我們通常是借助在通用的pc系統(tǒng)上。編寫控制程序源代碼編譯生成obj目標(biāo)代碼 鏈接obj目標(biāo)代碼 pc 生成可執(zhí)行的代碼嵌入式系統(tǒng)端圖2-3 軟件生成流程

33、圖編譯器是程序開發(fā)必不可少的重要工具之一。針對(duì)不同的硬件設(shè)備(主要指 處理器)，采用不同類型的編譯器，可以對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化處理，提高程序的效率。本系統(tǒng)的嵌入式軟件開發(fā)，就是采用ads的開發(fā)工具(包括編譯、鏈接、生成各種格式目標(biāo)代碼等等)。 第三章 系統(tǒng)要求及硬件電路的設(shè)計(jì) 3.1系統(tǒng)功能要求本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)用嵌入式系統(tǒng)芯片產(chǎn)生pwm波對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速的改變，使得轉(zhuǎn)速隨著輸出的pwm波的占空比的變化而變。 此設(shè)計(jì)方案是利用芯片自身帶有的定時(shí)器，產(chǎn)生pwm波，通過改變寄存器的值而改變輸出波形的占空比。此外，還有另一種方案，就是設(shè)置端口為輸出口，給端口送相互變換的信號(hào)產(chǎn)生pwm波，其中通過

34、調(diào)用延時(shí)子程序同樣可以實(shí)現(xiàn)改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。3.2 arm處理器s3c44b0x硬件資源63.2.1.s3c44box簡介 s3c44b0x是由samsung公司推出的16/32位risc處理器，為移動(dòng)手持設(shè)備提供高性價(jià)比和高性能的微控制器方案，s3c44b0x的杰出特性是它的cpu內(nèi)核，是由arm公司設(shè)計(jì)的16/32位arm7tdmi risc處理器（66mhz），它的特點(diǎn)是集成了thumb代碼s3c44box微處理器片內(nèi)集成arm7tdmi核，采用0.25um cmos工藝制造，并在arm7tdmi核基本功能的基礎(chǔ)上集成了豐富的外圍功能模塊，便于低成本設(shè)計(jì)嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。

35、s3c44b0x通過提供全面的、通用的片上外設(shè)，大大減少了系統(tǒng)電路中除處理器以外的單元器件配置，從而使系統(tǒng)成本最小化。片上集成的主要功能如下：2.5v arm7tdmi內(nèi)核，帶有8kb的cache。外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器控制器（具備fp/edd/sdram控制器和片選邏輯）。lcd控制器（最大支持256色的dstn）,并帶有1個(gè)lcd專用dma通道。2個(gè)通用dma通道/2個(gè)帶外部請(qǐng)求引腳的dma通道。2個(gè)帶有握手協(xié)議的uart,1個(gè)通道sio。1個(gè)多主的i2c總線控制器。1個(gè)iis總線控制器。5個(gè)pwm定時(shí)器及1個(gè)內(nèi)部定時(shí)器?？撮T狗定時(shí)器。71個(gè)通用可編程i/o口，8個(gè)外部中斷源。功耗控制模式：正常、

36、低、休眠和停止。8路10位adc。具有日歷功能的rtc（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）。pll時(shí)鐘發(fā)生器。2. s3c44box功能結(jié)構(gòu)框圖s3c44box體系結(jié)構(gòu)的功能框圖如圖3-1所示 圖3-1 s3c44box微處理器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖3. s3c44box特點(diǎn)(1)s3c44box體系結(jié)構(gòu)集成了手持設(shè)備和通用嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的解決方案。具有16/32位risc體系結(jié)構(gòu)和arm7tdmi處理器內(nèi)核的強(qiáng)大指令體系。thumb代碼壓縮機(jī)在具有最大化代碼密度的同時(shí)保持了32位指令的性能。提供基于jtag的片上集成ice調(diào)試支持解決方案。具有328的硬件乘法器。實(shí)現(xiàn)低功耗samba的新型總線結(jié)構(gòu)。 (2)系統(tǒng)（存儲(chǔ)）管理支

37、持大、小端模式（通過外部引腳來選擇）； 地址空間：包含8個(gè)地址空間，每個(gè)地址空間為此32mb,總共有256mb的地址空間； 所有地址空間都可通過編程設(shè)置為8位、16位或32位寬數(shù)據(jù)對(duì)齊訪問； 8個(gè)地址空間中，6個(gè)地址空間可用于rom、sdram等存儲(chǔ)器，2個(gè)用于rom、sdram、fp/edo/sdram等存儲(chǔ)器； 7個(gè)起始地址固定及大小可編程的地址空間； 1個(gè)起始地址及大小可變的地址空間； 所有存儲(chǔ)器空間的訪問周期都可通過編程配置；提供外部擴(kuò)展總線的等待周期； 在低功耗模式下支持dram/sdram自動(dòng)刷新； 支持地址對(duì)稱或非地址對(duì)稱的dram。(3)cache和片內(nèi)sram 4路組相聯(lián)統(tǒng)一

38、的8kb指令/數(shù)據(jù)cache; 未作為cache使用的0/4/8kb cache存儲(chǔ)空間可作為片內(nèi)sram使用； cache偽lru（最近最少使用）的替換算法； 通過在主內(nèi)存和緩沖區(qū)內(nèi)容之間保持一致的方式寫內(nèi)存； 具有4級(jí)深度的寫緩沖； 當(dāng)緩沖區(qū)出錯(cuò)時(shí)，請(qǐng)求數(shù)據(jù)填充。(4)時(shí)鐘和功耗管理低功耗。片上pll使得mcu的工作時(shí)鐘頻率最高為66mhz。時(shí)鐘可通過軟件選擇性地反饋回每個(gè)功能塊。功耗管理模式為： -正常模式 正常運(yùn)行模式； -低速模式 不帶pll的低頻時(shí)鐘； -休眠模式 只使cpu的時(shí)鐘停止 -停止模式 所有時(shí)鐘都停止。eint7:0或rtc警告中斷可使功耗管理從停止模式中喚醒。(5)中

39、斷控制器 30個(gè)中斷源（1個(gè)看門狗定時(shí)器中斷，6個(gè)定時(shí)器中斷，6個(gè)uart中斷，8個(gè)外部中斷，4個(gè)dma中斷，2個(gè)rtc中斷，1個(gè)adc中斷，1個(gè)i2c中斷，1個(gè)sio中斷）； 矢量irq中斷模式縮短中斷響應(yīng)周期； 外部中斷源的電平/邊沿模式； 可編程的電平/邊沿極性； 支持緊急中斷請(qǐng)求的fiq（快速中斷請(qǐng)求）。(6)帶pwm的定時(shí)器（脈寬可調(diào)制） 5個(gè)16位帶pwm的定時(shí)器，1個(gè)16位基于dma或基于中斷的內(nèi)部定時(shí)器； 可編程的工作周期、頻率和極性； 死區(qū)（dead-zone）產(chǎn)生器； 支持外部時(shí)鐘源。(7)實(shí)時(shí)時(shí)鐘rtc 全時(shí)鐘特點(diǎn)：毫秒、秒、分、時(shí)、天、星期、月、年； 運(yùn)行于32.768

40、khz； cpu喚醒的警告中斷； 時(shí)間滴答(time tick)中斷；(8)通用輸入/輸出端口 8個(gè)外部中斷端口； 71個(gè)（多功能）復(fù)用輸入/輸出口。(9)uart 2個(gè)基于dma或基于中斷的uart; 支持5位、6位、7位、8位串行數(shù)據(jù)傳送/接收； 在傳送/接收時(shí)支持硬件握手； 波特率可編程； 支持irda1.0(115.2kbps); 用于回環(huán)測(cè)試模式； 每個(gè)通道有2個(gè)用于接收和發(fā)送的內(nèi)部32字節(jié)fifo。(10)dma（直接存儲(chǔ)器操作）控制器 2路通用的無cpu干涉的dma控制器； 2路橋式dma（外設(shè)dma）控制器； 支持i/o到內(nèi)存、內(nèi)存到i/o、i/o到i/o的橋式dma傳送，有6

41、種dma請(qǐng)求方式； dma之間優(yōu)先級(jí)次序可編程； 突發(fā)傳送模式提高了fpdram、edodram和sdram的傳送率； 支持內(nèi)存到外圍設(shè)備的fly-by模式和外圍設(shè)備到內(nèi)存的傳送模式。(11)a/d轉(zhuǎn)換 8通道的無cpu干涉的dma控制器； 最高轉(zhuǎn)換速率100ksps/10位。(12)lcd控制器 支持彩色/單色/灰度lcd; 支持單掃描和雙掃描顯示； 支持虛擬顯示功能； 系統(tǒng)內(nèi)存可作為顯示內(nèi)存； 專用dma用于從系統(tǒng)內(nèi)存中提取圖像數(shù)據(jù)； 可編程屏幕大小； 灰度：16級(jí)； 彩色模式：256色。 (13)看門狗定時(shí)器 16位看門狗定時(shí)器； 定時(shí)中斷請(qǐng)求或系統(tǒng)超時(shí)復(fù)位。 (14)i2c總線接口 1

42、個(gè)基于中斷操作的多主的i2c總線； 8位雙向串行數(shù)據(jù)傳送器能夠工作于100kbps的標(biāo)準(zhǔn)模式和400kbps的快速模式。(15)iis總線接口 1路基于dma操作的音頻iis總線接口； 每通道8/16位串行數(shù)據(jù)傳送； 支持msb可調(diào)整的數(shù)據(jù)格式。 (16)sio（同步串行i/o） 1路基于dma或基于中斷的sio； 波特率可編程； 支持8位sio的串行數(shù)據(jù)傳送/接收操作。(17)操作電壓范圍 內(nèi)核：2.5v; i/o:3.0v 3.6v。 (18)運(yùn)行頻率最高達(dá)66mhz。(19)封裝 160lqfp/160fbga.4. s3c44box引腳分布圖 s3c44box引腳分布如圖3-2所示：圖

43、3-2 s3c44box引腳分布圖各引腳信號(hào)描述如下：(1)s3c44box總線控制信號(hào)引腳見表3-1表3-1 s3c44box總線控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述om1:0i設(shè)置s3c44box在test模式以及決定ngcs0的總線寬度00:8位，01:16位，10:32位，11:test模式addr24:0o地址總線data31:0i/o數(shù)據(jù)總線，在存儲(chǔ)器讀時(shí)輸入數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)器寫時(shí)輸出數(shù)據(jù)，總線寬度可以編程改變：8/16/32位ngcs7:0o通用片選，當(dāng)存儲(chǔ)器地址在每個(gè)bank的地址區(qū)域時(shí)，其片選信號(hào)被激活，訪問周期的數(shù)量以及bank寬度可以編程改變nweo寫使能，指示當(dāng)前總線周期是寫周期nwb

44、e3:0o寫字節(jié)使能，當(dāng)對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行寫操作時(shí)，該信號(hào)控制存儲(chǔ)器的寫使能nbe3:0o高字節(jié)/低字節(jié)使能，sram使用noeo輸出使能，指示當(dāng)前總線周期是讀周期nxbreoi總線保持請(qǐng)求，允許另一個(gè)總線主控器請(qǐng)求本地總線的控制，back信號(hào)激活表示總線控制請(qǐng)求已被批準(zhǔn)nxbacko總線保持應(yīng)答，指示s344box已放棄本地總線的控制并轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)總線主控器nwaiti請(qǐng)求延長一個(gè)當(dāng)前總線周期，只要nwait為低電平，當(dāng)前總線周期就不能結(jié)束endiani決定數(shù)據(jù)類型是大端還是小端0:小端(little endian)；1:大端(big endian)(2)s3c44box的dram/sdram/

45、sram的引腳見表3-2表3-2 s3c44box的dram/sdram/sram信號(hào)引腳信號(hào)類型描述nras1:0o行地址鎖存信號(hào)ncas3:0o列地址鎖存信號(hào)nsrasosdram行地址鎖存信號(hào)nscasosdram列地址鎖存信號(hào)nscs1:0osdram片選信號(hào)dom3:0osdram數(shù)據(jù)輸入/輸出的屏蔽信號(hào)sclkosdram時(shí)鐘sckeosdram時(shí)鐘使能信號(hào)(3)s3c44box的lcd控制信號(hào)引腳見表3-3表3-3 s3c44box的lcd控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述vd7:0olcd數(shù)據(jù)總線vframeolcd幀信號(hào)vmo交替改行、列電壓的極性vlineolcd行信號(hào)vclkolc

46、d時(shí)鐘信號(hào) (4) s3c44box的timer/pwm控制信號(hào)引腳見表3-4表3-4 s3c44box的timer/pwm控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述tout4:0o定時(shí)器輸出4:0tclki外部時(shí)鐘輸入(5) s3c44box的中斷控制信號(hào)引腳見表3-5表3-5 s3c44box的中斷控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述eint7:0i外部中斷請(qǐng)求信號(hào) (6) s3c44box 的dma控制信號(hào)引腳見表3-6表3-6 s3c44box 的dma控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述nxdreo1:0i外部dma請(qǐng)求信號(hào)nxdack1:0o外部dma請(qǐng)求應(yīng)答信號(hào)(7) s3c44box的uart控制信號(hào)引腳見表3-7表

47、3-7 s3c44box的uart控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述rxd1:0iuart接收數(shù)據(jù)信號(hào)線txd1:0ouart發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)線ncts1:0i清除發(fā)送nrts1:0o請(qǐng)求發(fā)送(8) s3c44box的i2c-bus控制信號(hào)引腳見表3-8表3-8 s3c44box的i2c-bus控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述i2csdai/oi2c總線數(shù)據(jù)i2cscli/oi2c總線時(shí)鐘(9) s3c44box的i2s-bus控制信號(hào)引腳見表3-9表3-9 s3c44box的i2s-bus控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述i2slrcki/oi2s總線通道選擇時(shí)鐘i2sdooi2s總線串行數(shù)據(jù)輸出i2sdiii2s總線串行

48、數(shù)據(jù)輸入i2sclki/oi2s總線串行時(shí)鐘codeclkocodec系統(tǒng)時(shí)鐘(10)s3c44box的sio控制信號(hào)引腳見表3-10表3-10 s3c44box的sio控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述siorxdisio接收數(shù)據(jù)信號(hào)線siotxdosio發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)線siocki/osio時(shí)鐘siorrdyi/o當(dāng)dma完成sio操作時(shí)sio的握手信號(hào)(11)s3c44box的adc控制信號(hào)引腳見表3-11表3-11 s3c44box的adc控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述ain7:0aiadc輸入7:0areftaiadctopvrefarefbaiadcbottomvrefavcomaiadccommo

49、nvref(12)s3c44box的gpio控制信號(hào)引腳見表3-12表3-12 s3c44box的gpio控制信號(hào)引腳信號(hào)類型描述p70:0i/o通用輸入/輸出端口，一些端口僅僅用于輸出模式(13)s3c44box的復(fù)位和時(shí)鐘信號(hào)引腳見表3-13表3-13 s3c44box的復(fù)位和時(shí)鐘信號(hào)引腳信號(hào)類型描述nresetst復(fù)位信號(hào)，必須保持至少4個(gè)mclk的低電平，以進(jìn)行復(fù)位om3:2i決定時(shí)鐘怎樣產(chǎn)生00=由晶振的xtal0,extal0和pll on決定01=由extclk和pll on決定10,11=芯片測(cè)試模式extclki當(dāng)om3:2=01b時(shí)，為外部時(shí)鐘源，如果沒有使用，則必須設(shè)置為高電平（3.3v）xtal0ai系統(tǒng)時(shí)鐘晶體電路的輸入信號(hào)，如果沒有使用，則必須設(shè)置為高電平（3.3v