基于ARM的直流電機調(diào)速系統(tǒng)的研究

1、基于arm的直流電機調(diào)速系統(tǒng)的研究專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 092班 學(xué) 號： 2009315228 姓 名： 2012年11月15日目 錄摘要.2概述.21.嵌入式和電機調(diào)速原理簡介.31.1嵌入式系統(tǒng)簡介.31.1.1嵌入式系統(tǒng)定義31.1.2國內(nèi)外嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀31.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點.41.2 pwm脈沖寬度調(diào)制簡介.52.系統(tǒng)總體方案設(shè)計.52.1方案論證.52.1.1系統(tǒng)方案.52.1.2方案比較.62.2系統(tǒng)基本原理.62.2.1 s3c2410的pwm定時器概述.62.2.2 s3c2410的寄存器介紹.82.2.3 直流電機驅(qū)動芯片介紹.102.3系統(tǒng)方案實

2、現(xiàn).113. 系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn).123.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計.123.2系統(tǒng)軟件設(shè)計.154.心得體會.24摘 要本論文主要研究了采用基于arm嵌入式的直流電機調(diào)速的問題。首先對本論文的主要器件和原理進行了介紹，包括arm微處理器，直流電機和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)制并對該方案進行了逐步驗證。通過proteus軟件進行了硬件電路的設(shè)計和軟件程序的編寫，實現(xiàn)了對直流電機速度控制，正傳，反轉(zhuǎn)的目的，并進行了電路仿真，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，并對研究方案的不足之處進行了反思和

3、改進，使得該方案更加完美。 概 述隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也隨之不斷調(diào)整。先進的科學(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，以計算機技術(shù)，通訊技術(shù)、消費電子技術(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)展以計算機技術(shù)，通訊技術(shù)、消費電子技術(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)濟發(fā)展水平的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。在人類步

4、入全球信息化社會的進程中，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)的單片機系統(tǒng)和 pc 平臺相比，融合了兩者的優(yōu)點，既有單片機系統(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)品都需要電機來進行各種運動的控制，對電機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

5、對輸入電壓的控制來進行電機的控制，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，通過編程對該波進行占空比和頻率的調(diào)節(jié)，相比電路和單片機實現(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。1. 嵌入式和電機調(diào)速原理簡介1.1嵌入式系統(tǒng)簡介1.1.1嵌入式系統(tǒng)定義 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)視或者輔助操作機器、設(shè)備和工廠的裝置?！保╠evices used to control, monitor or assist the ope

6、ration of equipment, machinery or plants）。這里主要是從應(yīng)用上進行定義的。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算機系統(tǒng)”?！扒度胄浴?、“專用型”與“計算機系統(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)。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，以計算機技術(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)格要求的專用計算機系統(tǒng)。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)控制計算機都可以認(rèn)為是嵌入式系統(tǒng)，因此只要是和具體產(chǎn)品

7、結(jié)合在一起并具有嵌入式特點的控制系統(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，及指能夠運行穩(wěn)定系統(tǒng)的軟硬件綜合體?？傮w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。1.1.2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（或微控制器，mcu）為核心的嵌入式系統(tǒng)早以廣泛應(yīng)用與各個領(lǐng)域，這些應(yīng)用大多數(shù)還處于單機使用的嵌入式底層次階段。其特點是以mcu為核心，與一些簡單的傳感器及監(jiān)測、伺服控

8、制、指示和顯示等設(shè)備配合，實現(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應(yīng)用中，為了實現(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。隨著嵌入式設(shè)備與internet的結(jié)合，手機、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

9、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位單片機上運行嵌入式操作系統(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。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，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，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。

10、arm微處理器得到了眾多半導(dǎo)體廠家和整機廠家的大力支持，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、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。1.1.3嵌入式系統(tǒng)的特點嵌入式系統(tǒng)是面向應(yīng)用的專用計算機系統(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

11、人都擁有形形色色運用了嵌入式技術(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)遠遠超過了通用計算機。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；而計算機則是一個通用的計算機平臺。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

12、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)用有機地結(jié)合在一起，他的升級換代也和具體產(chǎn)品同步進行，因此嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一點進入市場，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

13、rtos（real-time operating system）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。1.2 pwm脈沖寬度調(diào)制簡介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

14、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，也是人們研究的熱點。由于當(dāng)今科學(xué)技術(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。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)計產(chǎn)生pwm波，例如由555定時器或者運算放大器產(chǎn)生pwm波。第二個階段：單片機產(chǎn)生后，人們開始采用軟件設(shè)計產(chǎn)生pwm波，這樣的波可以進行數(shù)字控制，可以直接使用計算機來設(shè)定實現(xiàn)自動控制

15、。第三個階段：使用arm嵌入式系統(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，所以相對于單片機利用效率非常高。2.系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1方案論證：圖1 方案一 采用軟件編程輸出pwm波控制電機轉(zhuǎn)速2.1.1系統(tǒng)方案：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，進而來控制直流電機的旋轉(zhuǎn)。通過鍵盤中斷來控制pwm占空比的大小。由led數(shù)碼管來顯示電機頻率

16、和占空比的大小。圖2 方案二 采用s3c2410定時器的pwm輸出功能控制電機轉(zhuǎn)速方案二：從電路圖上來說方案二和方案一差別不大，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pwm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)碼管來顯示電機頻率和占空比的

17、大小。2.1.2方案比較：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波進行電機調(diào)速的思路完全一樣，僅僅是使用輸出口時要先進行功能定義。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，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波來對直流電機進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

18、顯得有些大材小用了，采用方案二則充分運用了arm的性能，綜上所述，本次設(shè)計采用方案二。2.2系統(tǒng)基本原理2.2.1 s3c2410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0具有死區(qū)生成器，圖3 定時器內(nèi)部電路圖可以控制大電流設(shè)備。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

19、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（0255）；分配器的

20、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)pwm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)2.2.2 s3c2410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

21、（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行配置。每個引腳的功能必須在啟動前進行定義。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tclk0gpb3gpb0輸入/輸出tout3tout0

22、表1 s3c2410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（gpacongphcon）、端口數(shù)據(jù)寄存器（gpadatgphdat）、端口上拉寄存器（gpbupgphup）、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

23、口b引腳端，使用位21:0，分別對端口b的11個引腳進行配置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2 s3c2410端口b的i/o口寄存器（3）s3c2410的中斷控制器：s3c2410采用arm920t cpu內(nèi)核，arm920t cpu的中斷包含irq和fiq。irq是普通中斷，fiq是快速中斷，fiq的優(yōu)先級高于irq。fiq中斷通常在進行大

24、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3 s3c2410的中斷

25、控制器的特殊寄存器 （4）定時器控制寄存器（tcon） 地址：0x1000008，如下表所示。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運行1次；1=自動重載模式0定

26、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t

27、cntb00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)tcntb

28、nr/wtcntbn15:0設(shè)置減法緩沖寄存器的值0x00000000tcmpbnr/wtcmpbn15:0設(shè)置比較緩沖寄存器的值0x00000000表6 tcntbn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)動芯片對電機進行控制了。2.2.3 直流電機驅(qū)動芯片介紹本次設(shè)計采用的直流電機驅(qū)動芯片為l9110。l9110 是為控制和驅(qū)動電機設(shè)計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片ic 之中，使外圍器件成本降低，整機可靠性提高。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)動電機的

29、正反向運動，它具有較大的電流驅(qū)動能力，每通道能通過750800ma 的持續(xù)電流，峰值電流能力可達1.52.0a；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、步進電機或開關(guān)功率管的使用上安全可靠。l9110 被廣泛應(yīng)用于玩具汽車電機驅(qū)動、步進電機驅(qū)動和開關(guān)功率管等電路上。（1）l9110的特點： 1.低靜態(tài)工作電流； 2.寬電源電壓范圍：2.5v-12v； 3.每通道具有 800ma 連續(xù)電流輸出能力； 4.較低的飽和壓降； 5.ttl/cmos 輸出電平兼容，可直接連cpu； 6.輸出內(nèi)置鉗位二極管，適用于感性負(fù)載； 7.控制和驅(qū)動集

30、成于單片 ic 之中；圖4 l9110管腳圖 8.具備管腳高壓保護功能； 9.工作溫度：0-80。（2）管腳定義：序號符號功能1oaa路輸出管腳2vcc電源電壓3vcc電源電壓4obb路輸出管腳5gnd地線6iaa路輸入管腳7ibb路輸入管腳8gnd地線表7 l9110的管腳定義（3）邏輯關(guān)系：iaiboaobhlhllhlhllllhhll表8 l9110的邏輯關(guān)系（4）l9110的應(yīng)用電路圖：圖5 l9110的應(yīng)用電路圖2.3系統(tǒng)方案實現(xiàn)本次設(shè)計采用s3c2410來進行直流電機的控制，主要實現(xiàn)的功能有：直流電機的開啟、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。圖6 arm直

31、流電機調(diào)速系統(tǒng)框圖（1）pwm波的產(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。 （2）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。 （3）顯示模塊：對數(shù)碼管進行反復(fù)掃描顯示，并通過s3c2410的i/o口進行片選。沒有使用cd4511顯示譯碼器，采用了直接輸出8位碼進行顯示。這樣節(jié)省了硬件成本，并且充分的運用了s3c24

32、10的資源。 （4）直流電機控制模塊：輸出的pwm波經(jīng)過驅(qū)動芯片l9110后輸出給電機，從而對電機進行控制。3. 系統(tǒng)軟硬件實現(xiàn)3.1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計（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)c1兩端的電壓未達到高電平的門限電壓時，reset端輸出為低電平，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。如圖7所示

33、。（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)（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的情圖7 系統(tǒng)的復(fù)位電路況下產(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。圖8 (a)rtc外部時鐘電路 (b)rll外部時鐘電路（3）鍵盤中斷電路： 實驗選擇的外部中斷是eint8eint11.中斷

34、產(chǎn)生分別來自按鈕sb1201、sb1202、sb1203、sb1204。當(dāng)按鈕按下時，eint8eint11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，進入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。sb1201控制電機開啟和關(guān)閉，sb1202控制電機的加速，sb1203控制電機的減速，sb1204控制電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。電路圖如圖9所示。圖9 鍵盤中斷電路（4）led顯示電路：led數(shù)碼管有四個，分別為兩位顯示電機的頻率（單位：khz），兩位顯示電機的占空比（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口進行驅(qū)動。電路圖如下圖所示：圖10 led

35、數(shù)碼顯示電路（5）電機驅(qū)動電路：電機驅(qū)動電路采用l9110來對電機進行驅(qū)動，只要在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)動電流對電機進行驅(qū)動。本次設(shè)計中采用tout0輸入pwm波，gpb1輸入低電平，兩個輸出引腳構(gòu)成pwm波，如果需要進行電機的反轉(zhuǎn)，則使tout0反相，然后是gpb1輸出高電平即可實現(xiàn)。電機驅(qū)動電路如下圖所示。圖11 電機驅(qū)動電路3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計程序流程圖：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的頻率和占空比。int8t ctcntb0,ctcmpb0; /定義兩個變量控制電機頻率和轉(zhuǎn)速

36、int8t cenchange0; /中斷允許變量int8t ctemp; /暫存數(shù)據(jù)ctcmpb0（1）主函數(shù)：主函數(shù)中主要包括兩部分內(nèi)容，一是對arm的輸入輸出口進行系統(tǒng)初始化，另一個是運行pwm_text函數(shù)。程序如下： /-/ 主程序/-void main(void)sys_init(); /系統(tǒng)初始化pwm_text(); /輸出pwm波for(;); /其他程序（2）系統(tǒng)初始化函數(shù)：系統(tǒng)初始化函數(shù)中將程序中使用到的i/o口進行功能設(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。

37、其主要程序如下：/-/ 系統(tǒng)初始化函數(shù)/-void sys_init()rgpbcon=rgpbcon&0xfffff0|(12)|(11);/定義gpb0為第2功能端口tout0輸出，gpb1為輸出端口rgpbup=0x0; /對端口b的上拉電阻進行復(fù)位rgpfcon=0x5555; /定義gpf為輸出端口，進而對led進行低電平驅(qū)動rgpfup=0x0; /對端口f的上拉電阻進行復(fù)位rgpacon=0xffff0; /定義gpa0gpa3為輸出端口，其余為默認(rèn)第2功能口、rgpaup=0x0; /對端口a的上拉電阻進行復(fù)位rgpgcon=rgpgcon&0xffffff00|(17)|(1

38、5)|(13)|(11); /定義gpg0gpg3為第2功能端口，功能為外部中斷功能rgpgup=0x0; /對端口g的上拉電阻進行復(fù)位/*-其余設(shè)置,在此不在贅述-*/（3）定時器初始化函數(shù)：對定時器0進行初始化，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：/-/ 定時器初始化函數(shù)/-void timer_init(void)pisr_timer0=(unsigned)timer0_int; /定時器0的中斷入口ricfg0=(398)|(39); /預(yù)分頻器0/1=39,39ricfg1=(34)|3; /中斷；分頻器因子值=16/ timer0 cloc

39、k=pclk/(prescaler+1)/16rtcon=0; /禁止死區(qū)，自動運轉(zhuǎn)停，不啟動（4）外部中斷初始化函數(shù)：/-/ 外部中斷初始化函數(shù)/-void eint_init(void)rextint1=0x0; /復(fù)位外部中斷控制寄存器，設(shè)置為低電平觸發(fā)vicvectaddr8=(uint32) irq_eint8; /中斷8向量地址設(shè)置vicvectaddr9=(uint32) irq_eint9; /中斷9向量地址設(shè)置vicvectaddr10=(uint32) irq_eint10; /中斷10向量地址設(shè)置vicvectaddr11=(uint32) irq_eint11; /中斷

40、11向量地址設(shè)置rpriority=0x0; /使用默認(rèn)的中斷優(yōu)先級rintmod=0x0; /所有中斷均為irq中斷rintmsk=(bit_timer0);（5）定時器中斷處理程序：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：/-/ 定時器中斷0處理函數(shù)/-void time0_int(void)clearpending(bit_timer0); /先清timer0中斷掛起if(cenchange0)rtcntb0=ctcntb0; /

41、將變量ctcntb0的值賦給定時器寄存器rtcmpb0=ctcmpb0; /將變量ctcmpb0的值賦給定時器寄存器cenchange0=0; /不允許改變轉(zhuǎn)速（6）外部中斷處理程序：外部中斷程序主要處理按鍵，通過按鍵控制電機速度的增加、減少、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等等。具體程序如下：/-/ 外部中斷8處理函數(shù)/-void irq_eint8(void)int i;/按鍵 去抖動rgpgcon=rgpgcon&0xfffffffc; /設(shè)置gpg0為輸入端口for(i=0;i100;i+);if(rgpgdat&(10) /若是假按鍵，直接退出rgpgcon=rgpgcon|0xfffffffe /設(shè)置回

42、中斷if(rtcon&0x000004=0)rgpbcon=rgpbcon&0xfffff0|(12)|(10);/定義gpb0為輸出端口，gpb1為輸出端口rgpbdat&=(01|00); /gpb1輸出0,gpb0輸出0，停止電機for(i=0;i10000;i+); /延時處理rtcon|=(12); /tout0倒相rgpbdat|=(11); /gpb1輸出1rgpbcon=rgpbcon&0xfffff0|(12)|(11);/定義gpb0為第2功能端口tout0輸出，gpb1為輸出端口cenchange0=1; if(rtcon&0x000004=0x000004)rgpbcon=rgpbcon&0xfffff0|(12)|(10);/定義gpb0為輸出端口，gpb1為輸出端口rgpbdat&=(01|00); /gpb1輸出0,gpb0輸出0，停止電機for(i=0;i10000;i+); /延時處理rtcon&=(02); /tout0倒相rgpbdat&=7fd; /gpb0輸出0rgpbcon=rgpbcon&0xfffff0|(12)|(11);/定義gpb0為第2功能端口tout0輸出，gpb1為輸出端口cenchange0=1;return; rgpgcon=rgpgcon|0xfffffffe /設(shè)置回