嵌入式系統(tǒng)結(jié)課設(shè)計(jì)論文

1、嵌入式系統(tǒng)結(jié)課設(shè)計(jì)（論文）基于Xscale和嵌入式 才踩踩踩踩踩踩 的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：班 級(jí)： 所在學(xué)院： 專 業(yè)： 年 月摘要隨著汁算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)以及相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)正在應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域。在工業(yè)控制特別是運(yùn)動(dòng)控制方面，復(fù)雜的控制和處理，以往多采用工業(yè)計(jì)算機(jī)和PLC作為處理機(jī)。但是在移動(dòng)機(jī)器人等體積較小的應(yīng)用中，使用工業(yè)計(jì)算機(jī)和PLC有很多不利的因素，而基于微處理器和嵌入式Linux的嵌入式運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)體積小，處理能力強(qiáng)，靈活性好，得到了越來越多的應(yīng)用。本課題中進(jìn)行了基于嵌入式Linux的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究。由Intel Xscale架構(gòu)微處理器

2、PXA255構(gòu)建的上位計(jì)算機(jī)采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，由AT89S52構(gòu)建的直流電機(jī)數(shù)字伺服控制板作為下位運(yùn)動(dòng)控制單元，兩者之間通過串行接口進(jìn)行通訊，共同構(gòu)成一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。關(guān)鍵詞： 嵌入式系統(tǒng) Xscale 51單片機(jī) 運(yùn)動(dòng)控制 串行通訊ABSTRACTWith the development of computer,Microelectronics and technology related，embedded system is applied to more and more areasIn industrial control，the use of industrial com

3、puter and PLC is popular,especially for the motion contr01However,in the application of small volume demanded such as mobile rotot，industrial computer and PLC have many disadvantages，but the motion control system based on micro-processor and embedded Linux become mobile popular because of its small

4、volume，high processing capacity and good adaptabilityIn the thesis，the motion control system developed consists of two parts：the upper layer computer based on PXA255 CPU of Intel Xscale architecture uses the Linux operating system；the bottom layer DC servo motor digital control board is constructed

5、by AT89S52Two parts communicate by serial port and make up a motion control systemKEY WORDS：Embedded system Linux Motion control Serial communication目錄摘要IABSTRACTII1 緒論1 1.1嵌入式系統(tǒng)概述1 嵌入式系統(tǒng)的定義1 嵌入式系統(tǒng)的組成12 Xscale上位計(jì)算機(jī)3 2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案3 2.2 Xscale上位計(jì)算機(jī)33 Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序6 3.1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)64伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)方案8 4.1伺服系統(tǒng)硬件接口分析

6、8 4.2伺服運(yùn)動(dòng)控制板的軟件設(shè)計(jì)9結(jié)論11參考文獻(xiàn)121 緒論1.1嵌入式系統(tǒng)概述在日常生活中，嵌入式系統(tǒng)無處不在，如天天必用的移動(dòng)電話、手腕上的電子表、烹調(diào)用的微波爐、辦公室的打印機(jī)、汽車的燃油噴射系統(tǒng)、ABS系統(tǒng)以及現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、PDA等都是嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。當(dāng)前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，以及3C(計(jì)算機(jī)：Computer、通訊：Communication、消費(fèi)電子：Consumer Electries)的普及，人類進(jìn)入了后PC時(shí)代，各種信息非常豐富，數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度發(fā)達(dá)，人們對產(chǎn)品的要求也在提高，數(shù)字化、智能化的產(chǎn)品成為發(fā)展方向，對大量信息的處理

7、以及數(shù)字化與智能化的要求使得嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用更為廣泛。嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，強(qiáng)調(diào)體積和功能的可裁減性，是以完成控制、監(jiān)視等功能為目標(biāo)的專用系統(tǒng)。在嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的軟硬件都嵌入在實(shí)際的設(shè)備環(huán)境中，通過專用的IO接口與外界交換信息，一般它們執(zhí)行的任務(wù)程序不由用戶編制。嵌入式系統(tǒng)主要用于各種信號(hào)處理與控制，目前己應(yīng)用在國防、國民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活各領(lǐng)域。嵌入式系統(tǒng)在應(yīng)用數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了各種通用計(jì)算機(jī)。嵌入式系統(tǒng)的定義根據(jù)電氣工程師協(xié)會(huì)的定義，嵌入式系統(tǒng)是用來控制、監(jiān)視或者輔助設(shè)備、機(jī)器或工廠運(yùn)行的裝置(devices used to control，monitor,Or assist t

8、he operation of,equipment，machinery or plants)。國內(nèi)一般認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁減，從而能夠適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用中對功能、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)。嵌入式系統(tǒng)的組成嵌入式系統(tǒng)通常由嵌入式處理器、嵌入式外圍設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用軟件等大部分組成。嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式操作系統(tǒng) 嵌入式硬件平臺(tái)嵌入式處理器嵌入式外圍設(shè)備圖1一.嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心部件。嵌入式處理器與通用處理器最大的不同點(diǎn)在于其大多工作在為特定用戶群設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中。它通常把通用計(jì)算機(jī)中許多由板卡完成的任務(wù)集成在芯片的內(nèi)

9、部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)趨于小型化，同時(shí)也具備高效率、高可靠性等特征。國際上大的硬件廠商幾乎都有自己的嵌入式處理器，從低端的51單片機(jī)到現(xiàn)在廣泛使用的ARM、MIPS、PowerPC、MC6800等。在本文中，上位計(jì)算機(jī)采用的處理器是Intel公司生產(chǎn)的Xscale架構(gòu)的PXA255處理器。二、嵌入式外圍設(shè)備嵌入式外圍設(shè)備是指在一個(gè)嵌入式系統(tǒng)中，除了嵌入式處理器以外用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件。根據(jù)外圍設(shè)備的功能可分為以下3類：(1)存儲(chǔ)器：主要有靜態(tài)非易失性存儲(chǔ)器(RAMSDRAM)、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(DRAM)和Fash存儲(chǔ)器等。其中，F(xiàn)lash具有可擦寫次數(shù)多、存儲(chǔ)速

10、度快、容量大及價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)而在嵌入式領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。(2)接口：應(yīng)用最為廣泛的包括并口、RS-232串口，IrDA紅外接口、SPI串行外圍設(shè)備接口、總線接口、USB通用串行總線接口、Ethernet網(wǎng)絡(luò)接口等。(3)人機(jī)交互：LCD顯示器、鍵盤和觸摸屏等人機(jī)交互設(shè)備。三、嵌入式操作系統(tǒng) 在大型以及復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，為了使嵌入式開發(fā)更方便、快捷，需要具備一種穩(wěn)定的、安全的軟件模塊集合，用以管理存儲(chǔ)器分配、中斷處理、任務(wù)間通信和定時(shí)器響應(yīng)，以及提供多任務(wù)處理等，即嵌入式操作系統(tǒng)。四、嵌入式應(yīng)用軟件嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件是針對特定的實(shí)際專業(yè)領(lǐng)域，基于相應(yīng)的嵌入式硬件平臺(tái)，并能完成用戶預(yù)期任務(wù)

11、的計(jì)算機(jī)軟件。用戶的任務(wù)可能有時(shí)間和精度的要求。有些應(yīng)用軟件需要嵌入式操作系統(tǒng)的支持，但在簡單的應(yīng)用場合下也可以不需要專門的操作系統(tǒng)。嵌入式應(yīng)用軟件是用戶開發(fā)的重點(diǎn)，用戶的系統(tǒng)開發(fā)通常需要做的軟件方面的工作主要是應(yīng)用軟件。2 Xscale上位計(jì)算機(jī)2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案本文中研究的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)將用作移動(dòng)機(jī)器人的開發(fā)平臺(tái)，要求能有精確的運(yùn)動(dòng)控制。直流伺服電機(jī)可以用電池作為動(dòng)力，適用于移動(dòng)平臺(tái)。所以設(shè)計(jì)中的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)采用直流伺服電機(jī)。伺服控制單元采用主處理器AT89S52、伺服控制芯片LM629、H橋功率驅(qū)動(dòng)器LMDl8200、MAXON直流伺服電動(dòng)機(jī)RE25，500線增量式光電編碼器HEDL-

12、5540構(gòu)成伺服系統(tǒng)硬件平臺(tái)。系統(tǒng)中由處理能力強(qiáng)大的Xscale架構(gòu)處理器PXA255構(gòu)成上位計(jì)算機(jī)，AT89S52作為主處理器和伺服控制芯片LM629構(gòu)成下位機(jī)，以串行方式通訊。構(gòu)成一個(gè)全數(shù)字伺服控制系統(tǒng)平臺(tái)。如下圖3所示。其中伺服控制芯片LM629是可編程全數(shù)字式伺服控制的專用運(yùn)動(dòng)控制處理器。具有8位分辨率的PWM輸出、內(nèi)部梯形速度圖發(fā)生器，可以進(jìn)行位置和速度控制。而且其速度、位置和數(shù)字PID控制器參數(shù)可以在控制過程中改變。此系統(tǒng)有位置和速度兩種控制模式，集成度高，需要外圍部件少，易于調(diào)試，簡化了高精度的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。下圖中傳感器信號(hào)輸入可以用于系統(tǒng)擴(kuò)展，本文中用上位計(jì)算機(jī)的按鍵信號(hào)

13、代替?zhèn)鞲衅餍盘?hào)。 光電編碼器信號(hào)輸入下位運(yùn)動(dòng)控制單元Intel Xscale 上位計(jì)算機(jī)電機(jī)LM629伺服控制LMD18200功率驅(qū)動(dòng)圖22.2 Xscale上位計(jì)算機(jī)Xscale架構(gòu)微處理器是基于ARM V5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，是一款全性能、高性價(jià)比、低功耗的處理器架構(gòu)。它支持32位ARM指令和16位Thumb指令和DSP指令集，己應(yīng)用在數(shù)字移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和工業(yè)控制等場合。Xscale架構(gòu)處理器是Intel目前主要推廣的一款A(yù)RM微處理器。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的上位計(jì)算機(jī)采用Xscale架構(gòu)的PXA255處理器構(gòu)建。圖4所示為PXA255的處理器結(jié)構(gòu)圖。PXA255采用高效能、

14、低功耗的Xscale核心、RISC技術(shù)和O18微米工藝，同時(shí)它也采用了Intel先進(jìn)的媒體處理技術(shù)，包含40位累加器和16位SIMD以增強(qiáng)處理能力和音頻視頻解碼能力。PXA255還具有豐富的擴(kuò)展接口，除了SDRAM、DRAM和Flash等系統(tǒng)存儲(chǔ)器接口外，還可支持PCMCIA、Compact Flash、MMCSD Card擴(kuò)展卡，UART、Blue Tooth、IC、SSP、USB Slave等串行接口以及大量的GPIO接口。以PXA255作為移動(dòng)機(jī)器人的處理平臺(tái)，能夠進(jìn)行后續(xù)的視覺以及復(fù)雜的應(yīng)用開發(fā)。為了以后系統(tǒng)開發(fā)的方便，需要進(jìn)行Boot Loader(啟動(dòng)加載器)的移植，這里選用源代碼

15、開放的U-Boot作為Boot Loader進(jìn)行移植。下面是上位計(jì)算機(jī)總體配置的描述：1、微處理器：Intel Xscale PXA255，主頻：400Mhz；32bit RISC架構(gòu)， 32K指令cache。2、存儲(chǔ)器：SDRAM 64MByte，總線速度100MHz；Intel NOR FLASH 32MByte。3、顯示系統(tǒng)：LCD接口，支持各種STN，TFT LCD，最高支持800X600 TFT LCD；4+2可編程LED指示燈。4、輸入設(shè)備：4個(gè)可編程按鍵；4線制電阻式觸摸屏接口；SPI接口，可擴(kuò)展鍵盤。5、音頻系統(tǒng)：立體聲輸出，輸出阻抗32歐姆；立體聲混音輸入，LINE IN，單

16、聲道麥克風(fēng)輸入。6、通訊接口：10100M自適應(yīng)以太網(wǎng)接口一個(gè)；IRDA紅外接口一個(gè)，支持SIR和FIR；標(biāo)準(zhǔn)RS232接口一個(gè)，支持完全的控制信號(hào)；標(biāo)準(zhǔn)UART接口一個(gè)，可支持高速藍(lán)牙傳輸；USB DEVICE接口一個(gè)，支持USB協(xié)議1.1。7、調(diào)試接口：標(biāo)準(zhǔn)JTAG口一個(gè)，支持仿真器調(diào)試；CPLD JTAG口一個(gè)，支持CPLD內(nèi)容更新。8、擴(kuò)展卡槽：CF卡插座一個(gè)，支持存儲(chǔ)卡，WLAN，MODEM，ETHERNET；SD卡插座一個(gè)，支持存儲(chǔ)卡；9、其他：4個(gè)可編程IO口；4個(gè)10bitADC接口；1個(gè)PWM輸出口；FlashSDRAMCS8900以太網(wǎng)控制RJ45鍵盤觸摸屏ADS7843P

17、XA255232串行口總線驅(qū)動(dòng)CF16通道DMA控制器USBHOSTTFTLCDLCD信號(hào)線圖3 PXA255的處理器結(jié)構(gòu)圖3 Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)，很大的工作量是為各種設(shè)備編寫驅(qū)動(dòng)程序，除非系統(tǒng)不使用操作系統(tǒng)，程序直接操縱硬件。Linux系統(tǒng)中，內(nèi)核提供保護(hù)機(jī)制，用戶空間的進(jìn)程一般是不能直接訪問硬件的。Linux中設(shè)備被抽象出來，所有設(shè)備都被看成文件。設(shè)備的讀寫和普通文件一樣。用戶進(jìn)程通過文件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口訪問設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序主要完成這些功能：(1)探測設(shè)備和初始化設(shè)備；(2)把數(shù)據(jù)從內(nèi)核傳送到硬件和從硬件讀取數(shù)據(jù)；(3)讀取應(yīng)用程序傳送給設(shè)備文件的數(shù)據(jù)和回

18、送應(yīng)用程序請求的數(shù)據(jù)；(4)檢測和處理設(shè)備出現(xiàn)的錯(cuò)誤。Linux系統(tǒng)把設(shè)備分成3種類型：字符型設(shè)備，塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)沒備。字符設(shè)備的讀寫以字節(jié)為單位，存取時(shí)沒有緩存。塊設(shè)備讀寫以塊為單位，存取時(shí)有緩存支持以提高效率。典型的字符設(shè)備包括鼠標(biāo)、鍵盤及串行口等。塊設(shè)備主要包括硬盤、軟盤、CD-ROM等，一個(gè)系統(tǒng)要安裝操作系統(tǒng)必須使用塊設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備用于通信，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在Linux里做專門的處理。Linux的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要基于BSD Unix的socket機(jī)制。在系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)程序之間定義有專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(sk buff)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。系統(tǒng)里支持對發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)的緩存，提供流量控制機(jī)制和對多種協(xié)議的支持。所

19、有設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序都有一些共性，對編寫所有類型的驅(qū)動(dòng)程序都通用，操作系統(tǒng)提供給驅(qū)動(dòng)程序的支持也大致相同。這些特性包括；(1)讀寫幾乎所有設(shè)備都有輸入和輸出。每個(gè)驅(qū)動(dòng)程序要負(fù)責(zé)本設(shè)備的讀寫操作。 (2)中斷中斷在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中有重要的地位。操作系統(tǒng)必須提供驅(qū)動(dòng)程序響應(yīng)中斷的能力。(3)時(shí)鐘在實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，很多地方會(huì)用到時(shí)鐘。如某些協(xié)議里的超時(shí)處理，沒有中斷機(jī)制的硬件的輪詢等。操作系統(tǒng)應(yīng)為驅(qū)動(dòng)程序提供定時(shí)機(jī)制，一般是在預(yù)定的時(shí)間過了以后回調(diào)注冊的時(shí)鐘函數(shù)。3.1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)Linux的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序可以分為以下三個(gè)重要組成部分：(1) 自動(dòng)配置和初始化子程序，負(fù)責(zé)檢測所要驅(qū)動(dòng)的硬件設(shè)備是否存

20、在和能否正常工作。如果該設(shè)備正常，則對這個(gè)設(shè)備及其相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要的軟件狀態(tài)進(jìn)行初始化。這部分驅(qū)動(dòng)程序僅在初始化時(shí)被調(diào)用一次。 (2) 服務(wù)與I/O請求的子程序，又稱為驅(qū)動(dòng)程序的上半部分。調(diào)用這部分程序是由于系統(tǒng)調(diào)用的結(jié)果。這部分程序在執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)仍認(rèn)為是與進(jìn)行調(diào)用的進(jìn)程屬于同一個(gè)進(jìn)程，只是由用戶態(tài)變成了核心態(tài)，具有進(jìn)行此系統(tǒng)調(diào)用的用戶程序的運(yùn)行環(huán)境，因而可以在其中調(diào)用一些與進(jìn)程運(yùn)行環(huán)境有關(guān)的函數(shù)。(3) 中斷服務(wù)子程序，又稱為驅(qū)動(dòng)程序的下半部分。在Linux系統(tǒng)中，并不是直接從中斷向量表中調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的中斷服務(wù)子程序，而是由Linux系統(tǒng)來接收硬件中斷，再由系統(tǒng)調(diào)用中斷服務(wù)子程序。

21、4伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)方案直流伺服系統(tǒng)在現(xiàn)代生產(chǎn)生活中無處不在，尤其是在一些以電池為動(dòng)力的移動(dòng)機(jī)構(gòu)中，如AGV(自動(dòng)導(dǎo)航車)、LGV(激光導(dǎo)航車)，行走機(jī)器人。直流系統(tǒng)有著不可替代的作用，直流伺服技術(shù)發(fā)展已十分成熟。由許多專用的集成芯片，如位置控制芯片LM629、脈寬調(diào)制芯片637 UC、以及功率驅(qū)動(dòng)芯片IR2110、LMDl8200，采用它們可以構(gòu)成不同功率等級(jí)的直流伺服系統(tǒng)。直流伺服電機(jī)構(gòu)成的伺服控制系統(tǒng)有兩種：速度伺服系統(tǒng)和位置伺服系統(tǒng)(又稱隨動(dòng)系統(tǒng))。為了實(shí)現(xiàn)精確的控制，課題中伺服運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)具有速度模式和位置模式兩種控制方式。由于該平臺(tái)將用作移動(dòng)機(jī)器人的開發(fā)平臺(tái)，要求能有精確的運(yùn)動(dòng)控制，

22、所以采用了瑞士MAXON公司的直流伺服電機(jī)，用電池作為動(dòng)力。選用電機(jī)型號(hào)：RE2520W，參數(shù)：額定電壓24V、空載轉(zhuǎn)速9550rmin、堵轉(zhuǎn)電流10400mA、最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩26.1mNm。配備行星輪減速器：速比157/l。伺服控制板采用主處理器AT89s52、伺服控制芯片LM629、H橋功率驅(qū)動(dòng)器LMDl8200、MAXON直流電動(dòng)機(jī)，500線增量式光電編碼器HEDL-5540構(gòu)成伺服系統(tǒng)硬件平臺(tái)，此系統(tǒng)有位置和速度兩種控制模式，集成度高，需要外圍部件少，易于調(diào)試，簡化了高精度的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖4所示：圖44.1伺服系統(tǒng)硬件接口分析一、處理器與LM629、LMDl8200

23、的接口本設(shè)計(jì)中采用AT89S52單片機(jī)作為主處理器對電機(jī)進(jìn)行伺服運(yùn)動(dòng)控制。AT89S52單片機(jī)的主要工作就是向LM629傳送運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和PID數(shù)據(jù)；通過LM629、LMDl8200對電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控：與上位計(jì)算機(jī)通訊并顯示電機(jī)以及系統(tǒng)的工作狀態(tài)。LM629的I0口DoD7與單片機(jī)的PO口相連，用來從單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)和控制指令，從LM629傳送電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)信息。單片機(jī)的P27引腳與LM629的片選相連，作為選中LM629的地址線。用DO經(jīng)74LS37鎖存后與LM629的Ps相連，作為命令和數(shù)據(jù)端口選擇線，當(dāng)D0=0時(shí)，單片機(jī)可以向LM629寫指令，或從LM629讀狀態(tài)；當(dāng)DO=l時(shí)，單片機(jī)

24、可以向LM629寫數(shù)據(jù)，或從LM629讀信息。LM629的中斷引HI經(jīng)一個(gè)非門與單片機(jī)的中斷0相連，LM629的有6個(gè)中斷源都通過該引腳申請中斷，一旦有中斷申請，單片機(jī)必須通過讀LM629的狀態(tài)字來識(shí)別哪一個(gè)中斷發(fā)生。處理器AT89S52的P1.7、P1.6腳是LMDl8200過熱和過流信號(hào)輸入引腳，系統(tǒng)工作中AT89S52還要不停查詢LMDl82000的狀態(tài)，根據(jù)過流和過熱信號(hào)情況進(jìn)行系統(tǒng)的保護(hù)。二、LM629、LMDl8200與電機(jī)的接口LM629輸出的PWM的方向和大小信號(hào)PWMS和PWMM是根據(jù)LM629的內(nèi)置梯形速度圖發(fā)生器產(chǎn)生的，經(jīng)過光電隔離后與LMDl820的D取方向、PWM輸入

25、引腳連接。增加光電隔離是為了防止電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路大電流及其變化和噪聲對前端控制電路的影響。由于LM629的時(shí)鐘頻率是8MHz，所以這里的光電隔離器需要特別的選擇，不能選擇常用的中低頻器件，否則從光電隔離器件輸入PWM信號(hào)矩形波，在光電隔離器件的輸出端只能得到梯形波，并不能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的PWM控制。故選用了高速光電隔離器6N137。高速光電耦合器6N137由磷砷化鉀發(fā)光二極管和光敏集成檢測電路組成。通過光敏二極管接收信號(hào)并經(jīng)內(nèi)部高增益線性放大器把信號(hào)放大后，由集電極開路門輸出。該光電隔離器高、低電平傳輸延遲時(shí)問短，典型值僅為48 ns，已接近TTL電路傳輸延遲時(shí)間的水平，因而在傳輸速度上完全能夠滿足要求

26、。除此之外，6N137還具有一個(gè)控制端，通過對該端的控制，可使光耦輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。LMDl8200根據(jù)輸入的PWM方向和大小，輸出電壓到引腳2、10直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。直流電機(jī)安裝了增量式光電編碼器，輸出IN、A、B三個(gè)信號(hào)，檢測電機(jī)的速度和位置并且接入LM629的13光電編碼器反饋引腳，LM629根據(jù)反饋信號(hào)每隔一個(gè)采樣時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)的梯形速度圖計(jì)算，并形成新的PWM信號(hào)輸出提供給LMDl8200，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，對電機(jī)的位置和速度實(shí)行精確控制。4.2伺服運(yùn)動(dòng)控制板的軟件設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì):主程序的功能是系統(tǒng)的初始化，包括處理器本身以及LM629的初始化；監(jiān)測和維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行；LM629參數(shù)傳送

27、；狀態(tài)顯示等。主程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵有以下幾個(gè)部分：一、主處理器的初始化主處理器AT89S52的初始化包括：系統(tǒng)環(huán)境以及堆棧的設(shè)置、定時(shí)器的初始化、串行通訊的初始化等。1、堆棧設(shè)置堆棧是處理器運(yùn)行時(shí)必需的資源，在系統(tǒng)發(fā)生函數(shù)調(diào)用、中斷處理以及需要保存中間變量時(shí)，堆棧是最常使用的。MCS51單片機(jī)的堆棧是向上增長的形式，指令系統(tǒng)中有專門設(shè)置堆棧的指針SP，初始化時(shí)需要設(shè)置堆棧指針并且空出一段內(nèi)存作為堆棧使用，具體大小可以根據(jù)程序的大小、函數(shù)調(diào)用的層次以及中斷處理中保護(hù)現(xiàn)場參數(shù)的多少來決定。2、定時(shí)器的初始化AT89S52片內(nèi)含有三個(gè)定時(shí)器To、T1和T2以及一個(gè)Watchdog定時(shí)器。ToT2都有三種

28、工作方式：方式0、方式l、方式2和方式3。此處的50ms定時(shí)使用定時(shí)器TO，定時(shí)器T1用來產(chǎn)生串行通訊波特率。定時(shí)器設(shè)置主要是對AT89S52的幾個(gè)特殊功能寄存器進(jìn)行操作，AT89S52的特殊功能寄存器與定時(shí)器有關(guān)的是定時(shí)器計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON、工作方式控制寄存器TMOD、中斷允許寄存器IE和中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP。(1)TMOD設(shè)置TMOD在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為89H，無位地址。TMOD的高4位用于T1，低4位用于TO，4種符號(hào)的含義是：GATE：門控制位。GATE和軟件控制位TR、外部引腳信號(hào)INT的狀態(tài)，共同控制定時(shí)器，計(jì)數(shù)器的打開或關(guān)閉，GATE=0是用軟件控制位TR控制定時(shí)

29、器狀態(tài)。(2)TCON設(shè)置TCON在特殊功能寄存器中，位地址(由低位到高位)為88H8FI-I，由于有位地址，十分便于進(jìn)行位操作。TFl、TRl用于定時(shí)器T1；TF0、TR0用于定時(shí)器TO。兩組符號(hào)有相同的含義；TF：定時(shí)器計(jì)數(shù)器中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)定時(shí)器計(jì)滿回零時(shí)，TF=1，并可申請中斷；當(dāng)CPU響應(yīng)中斷并進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，TF自動(dòng)清零。如對TF查詢，定時(shí)器回零后，要用指令將TF清零。TR：定時(shí)器計(jì)數(shù)器開閉控制位。IEl，ITl用于外部中斷1(1NTl)；IE0，IT0用于外部中斷0。兩組符號(hào)的含義相同。IT：下降沿低電平引起外部中斷請求的選擇位。IT=1，由下降沿引起中斷；IT=0，由低電

30、平引起中斷。IE：外部中斷的中斷申請標(biāo)志。IE=0，表明無外部中斷請求；IE=1，表明有外部中斷請求。當(dāng)有外部中斷請求時(shí)，IE自動(dòng)為l，單片機(jī)CPU響應(yīng)此中斷后，IE自動(dòng)清零。這里用到定時(shí)器0的定時(shí)中斷，先復(fù)位TCON為0X00以清除設(shè)置，然后設(shè)置TCON=0X01(外部中斷0設(shè)為下降沿觸發(fā))，用于LM629的中斷引腳HI輸入。下面的初值設(shè)置完成后再對TCON進(jìn)行位操作：置位TR0、TRl，啟動(dòng)定時(shí)器0和1(3)初值設(shè)置重要的是定時(shí)器初值的設(shè)置，需要設(shè)置兩個(gè)特殊功能寄存器。TH和TL。定時(shí)器T0的初值設(shè)置：TH0和TL0，分別是定時(shí)器0初值的高字節(jié)和低字節(jié)：定時(shí)時(shí)間為50ms，晶振頻為12MHz，根據(jù)定時(shí)時(shí)間的公式為：定時(shí)時(shí)間=(一定時(shí)器初值)×晶振周期12結(jié)論本文的主要任務(wù)是利用Intel Xscale上位計(jì)算機(jī)和由AT89S52構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)控制板共同組成一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行與開發(fā)相關(guān)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。一、首先給出了嵌入式系統(tǒng)的定義，對嵌入式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、現(xiàn)狀及發(fā)展前景進(jìn)