實(shí)驗(yàn)一直流、步進(jìn)電機(jī)綜合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)直流、步進(jìn)電機(jī)綜合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)本次實(shí)驗(yàn)熟悉 MagicARM2410 GPIO、UART、RTC，步進(jìn)電機(jī)，直流 電機(jī)， IIC 的工作原理；并能熟悉的編程控制。二、實(shí)驗(yàn)要求以MagicARM2410為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)通過(guò)串口通信交互控制的綜合型 控制系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō)，可在啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)列出一些選項(xiàng)，通過(guò)鍵盤選擇某個(gè)選項(xiàng) 而實(shí)現(xiàn)其功能； 考慮到實(shí)時(shí)性， 再按某個(gè)控制鍵能立刻停止當(dāng)前功能而回到初始 的待選狀態(tài)。具體功能要求如下：1 、實(shí)現(xiàn)四個(gè) LED 燈按照十六進(jìn)制的規(guī)則依次亮滅；2、在超級(jí)終端上輸入兩個(gè)兩位數(shù)，實(shí)現(xiàn)兩位數(shù)的加減乘除并顯示運(yùn)算結(jié)果；3、顯示當(dāng)前的年月日、星期、時(shí)分

2、秒；4、實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速和正反轉(zhuǎn)；可用旋轉(zhuǎn)按鈕 W1 或按鍵控制調(diào)速，在超 級(jí)終端和數(shù)碼管上同步顯示其正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速信息；5、實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)德調(diào)速和正反轉(zhuǎn)；可用旋轉(zhuǎn)按鈕 W2 或按鍵控制調(diào)速，在超 級(jí)終端和數(shù)碼管上同步顯示其正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速信息；6、利用 IIC 通信，實(shí)現(xiàn) EEPROM 的讀寫；在超級(jí)終端上顯示地址和數(shù)據(jù)。三 、實(shí)驗(yàn)原理(一) LED 燈四個(gè)小燈分別接于 GPE11、GPE12 GPH4、GPH6端口；控制端口“ 0 “和“ 1 ”分別實(shí)現(xiàn)亮滅 (端口設(shè)為輸出 )如下：void LED_init(void)/ 初始化 I/OrGPECON = (rGPECON & (0x0

3、F<<22) | (0x05<<22);/ rGPECON25:22 = 0101b 設(shè)置 GPE11 GPE12為 GPIO輸出模式rGPHCON = (rGPHCON & (0x33<<8)|) (0x11<<8);/rGPHCON13:8 = 01xx01b 設(shè)置 GPH4 GPH6為 GPIO輸出模式(二) UARTUART是一種通用串行數(shù)據(jù)總線，用于異步通信。該總線雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。在嵌入式設(shè)計(jì)中，UART用來(lái)與PC進(jìn)行通信，包括與監(jiān)控調(diào)試器和其它器件，如EEPROM通信。UART首先將接收到的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串

4、行數(shù)據(jù)來(lái)傳 輸。消息幀從一個(gè)低位起始位開始，后面是58個(gè)數(shù)據(jù)位，一個(gè)可用的奇偶位和一個(gè)或幾個(gè)高位停止位。接收器發(fā)現(xiàn)開始位時(shí)它就知道數(shù)據(jù)準(zhǔn)備發(fā) 送，并嘗試與發(fā)送器時(shí)鐘頻率同步。如果選擇了奇偶，UART就在數(shù)據(jù)位后面加上奇偶位。奇偶位可用來(lái)幫助錯(cuò)誤校驗(yàn)。在接收過(guò)程中，UART從消息幀中去掉起始位和結(jié)束位，對(duì)進(jìn)來(lái)的字節(jié)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，并將數(shù)據(jù)字節(jié)從 串行轉(zhuǎn)換成并行。UART也產(chǎn)生額外的信號(hào)來(lái)指示發(fā)送和接收的狀態(tài)。例如， 如果產(chǎn)生一個(gè)奇偶錯(cuò)誤，UART就置位奇偶標(biāo)志。UART# 用1 發(fā)送/接收邏輯2. 波特率的產(chǎn)生3. 數(shù)據(jù)收發(fā)4. 中斷控制出現(xiàn)以下情況時(shí)，可使UART產(chǎn)生中斷：FIFO溢出錯(cuò)誤線中止

5、錯(cuò)誤（line-break ，即Rx信號(hào)一直為0的狀態(tài)，包括校驗(yàn)位和停止位在內(nèi)）奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤幀錯(cuò)誤（停止位不為1）接收超時(shí)（接收 FIFO已有數(shù)據(jù)但未滿，而后續(xù)數(shù)據(jù)長(zhǎng)時(shí)間不來(lái)） 發(fā)送 接收由于所有中斷事件在發(fā)送到中斷控制器之前會(huì)一起進(jìn)行“或運(yùn)算”操作，所以任意時(shí)刻UART只能向中斷產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求。通過(guò)查詢中斷狀態(tài)函數(shù)UART In tStatus（），軟件可以在同一個(gè)中斷服務(wù)函數(shù)里處理多個(gè)中斷事件（多個(gè)并列的if語(yǔ)句）。5回環(huán)操作6串行紅外協(xié)議UART初始化函數(shù)如下Void UART_I nit(void)int i;if(g_uart_sel)/判斷是否為串口 1/ I/O 口設(shè)置(GPH

6、5,GPH4)rGPHUP = rGPHUP | (0x03<<4);rGPHCON = (rGPHCON & (0x00000F00) | (OxOOOOOAOO);/串口模式設(shè)置rUFCON1 =0x00;/禁止FIFO功能rUMCON1 :=0x00;/ AFC（流控制）禁能rULCON1 =:0x03; /禁止IRDA,無(wú)奇偶校驗(yàn)，1位停止位，8位數(shù)據(jù)位rUCON1 :=0x245;/使用PCLK來(lái)生成波特率，發(fā)送中斷為電平觸發(fā)模式，接收中斷為邊沿觸發(fā)模式，/禁止接收超時(shí)中斷，使能接收錯(cuò)誤中斷，正常工作模式, 中斷或查詢方式(非DMA)/串口波特率設(shè)置rUBRDIV

7、1=(i nt)(PCLK/16.0/UART_BPS + 0.5) -1;else/ I/O 口設(shè)置(GPH3,GPH2)rGPHUP = rGPHUP | (0x03<<2);rGPHCON = (rGPHCON & (0x000000F0) | (OxOOOOOOAO);/串口模式設(shè)置rUFCON0 =:0x00;/禁止FIFO功能rUMCON0 :=0x00;/ AFC（流控制）禁能rULCON0 =:0x03; /禁止IRDA,無(wú)奇偶校驗(yàn)，1位停止位，8位數(shù)據(jù)位rUCON0 =0x245;/使用PCLK來(lái)生成波特率，發(fā)送中斷為電平觸發(fā)模式，接收中斷為邊沿觸發(fā)模式,

8、/禁止接收超時(shí)中斷，使能接收錯(cuò)誤中斷，正常工作模式,中斷或查詢方式（非DMA）/串口波特率設(shè)置rUBRDIVO=(i nt)(PCLK/16.0/UART_BPS + 0.5) -1;for(i=0;i<100;i+);(三) RTCA概述實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC單元在系統(tǒng)電源關(guān)閉的情況下可以在備用電池下工作。 RTC可 以使用STRB/LDRBARM操作傳輸二進(jìn)制碼十進(jìn)制數(shù)的 8位數(shù)據(jù)給CPU。數(shù)據(jù) 包括秒、分鐘、小時(shí)、日期、天、月、年的時(shí)間信息。RTC單元可以在32.768KHZ 的外部晶振下工作，可以可以執(zhí)行報(bào)警功能。B特點(diǎn)-BCD數(shù)：秒、分鐘、小時(shí)、日期、日、月、年-閏年生成器-報(bào)警功能

9、：報(bào)警中斷或從掉電模式中喚醒-已經(jīng)解決2000年問(wèn)題-獨(dú)立電源引腳(RTCVDD-支持對(duì)于實(shí)時(shí)內(nèi)核時(shí)間節(jié)拍的毫秒節(jié)拍時(shí)間中斷C實(shí)時(shí)時(shí)鐘操作C.1閏年發(fā)生器閏年發(fā)生器可以基于 BCDDATE BCDMON BCDYEAR的數(shù)據(jù)，從28、29、30、31中確定每個(gè)月的最后一天。該模塊在確定某月最后一天的時(shí)候會(huì)考慮閏 年的因素。一個(gè)8位的計(jì)數(shù)器僅能代表兩個(gè) BCD數(shù)字，所以它不能確定是否 是00年(該年的最后兩個(gè)數(shù)字是00)。C.2讀寫寄存器為了寫RTC模塊中的BCD寄存器，RTCCOh寄存器的位0必須置1。為了顯 示秒分小時(shí)星期日月年，CPU應(yīng)該分別讀取在 RTC模塊中的BCDSEC BCDMIN

10、, BCDHOUR BCDDAY BCDDATE BCDMON 和 BCDYEAR但是，因?yàn)槎嗉拇嫫髯x 取可能存在一秒的誤差。例如，當(dāng)用戶讀BCDYEAR口 BCDMON,結(jié)構(gòu)假定是2059年12月31日23點(diǎn)59分。當(dāng)用戶讀BCDSE寄存器，值的范圍是從1到59 （秒）就沒(méi)有問(wèn)題，但是如果值是0,年月日就變成了 2060年1月1日0時(shí) 0分因?yàn)橛袆偛盘岬降?秒誤差。在這種情況下如果 BCDSEC為0，用戶應(yīng)該 重讀 BCDYEA到 BCDSECC.3備用電池操作RTC邏輯可以由備用電池驅(qū)動(dòng)，其通過(guò)RCTVDD引腳給RTC模塊提供電源， 即使系統(tǒng)電源關(guān)閉。當(dāng)系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，CPU和RTC模塊的接口

11、是封閉的，備用電 池僅驅(qū)動(dòng)振蕩電路和BCD計(jì)數(shù)器以最小化電源消耗。C.4報(bào)警功能RTC在掉電模式或正常操作模式下的特定時(shí)間會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在正常操作 模式下報(bào)警中斷（INT_RTC被激活。在掉電模式下，電源管理喚醒信號(hào)（PMWKUP 也如INT_RTC一樣被激活。RTC報(bào)警寄存器（RTCALM決定了報(bào)警的使能狀態(tài) 和報(bào)警時(shí)間設(shè)定的條。C. 5節(jié)拍時(shí)間中斷RTC節(jié)拍時(shí)間是用于中斷請(qǐng)求。TICNT寄存器有一個(gè)中斷使能位和對(duì)于中斷 的計(jì)數(shù)器值當(dāng)節(jié)拍時(shí)間中斷出現(xiàn)時(shí)，計(jì)數(shù)器的值為0。中斷周期如下：Period =（n+1 ） / 128 seco ndn:節(jié)拍計(jì)數(shù)器值 （1127）RTC節(jié)拍時(shí)間可以用于

12、實(shí)時(shí)操作 系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)間節(jié)拍。如果時(shí)間節(jié)拍由 RTC時(shí)間節(jié)拍生成，與實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)功能 相關(guān)的時(shí)間就會(huì)和實(shí)時(shí)同步。D. R TC寄存器（1）實(shí)時(shí)時(shí)鐘控制寄存器（RTCCON（2）節(jié)拍時(shí)間計(jì)數(shù)寄存器（TICNT（3）RTC報(bào)警控制寄存器（RTCALM（4）報(bào)警秒數(shù)據(jù)寄存器（ALMSEC（5）報(bào)警分鐘數(shù)據(jù)寄存器（ALMMIN）（6）報(bào)警小時(shí)數(shù)據(jù)寄存器（ALMHOUR（7）報(bào)警日期數(shù)據(jù)寄存器（ALMDATE（8）報(bào)警月數(shù)據(jù)寄存器（ALMMON）（9）報(bào)警年數(shù)據(jù)寄存器（ALMYEAR（10）BCD 秒寄存器（BCDSEC（11）BCD 分寄存器（BCDMIN（12）BCD小時(shí)寄存器（BCDHOUR(13)

13、 BCD日期寄存器(BCDDATE(14) BCD 日寄存器(BCDDAY(15) BCD 月寄存器(BCDMON(16) BCD 年寄存器(BCDYEAR(四) 步進(jìn)機(jī)與直流電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)正傳，雙四拍 程序。 時(shí)序控制為AB-BC-CD-DA-AJB共控制運(yùn)轉(zhuǎn)4圈(電機(jī)步距角為18度)。 每一步的延時(shí)控制。值越大，延時(shí)越久；步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，雙四拍程序時(shí)序控制為 AD-DC-CB-BA-AD步距角為18度)。每一步的延時(shí)控制。值越大，延時(shí)越久。正轉(zhuǎn)模式：dly為延時(shí)void MOTO_Mode1(ui nt32 dly)/ AB相有效GPIOS

14、ET(MOTOA);GPIOSET(MOTOB);Delay(dly);GPIOCLR(MOTOA);GPIOCLR(MOTOB);/ BC相有效GPIOSET(MOTOB);GPIOSET(MOTOC);Delay(dly);GPIOCLR(MOTOB); GPIOCLR(MOTOC);/ CD相有效GPIOSET(MOTOC);GPIOSET(MOTOD);Delay(dly);GPIOCLR(MOTOC);GPIOCLR(MOTOD);/ DA相有效GPIOSET(MOTOD);GPIOSET(MOTOA);Delay(dly);GPIOCLR(MOTOD);GPIOCLR(MOTOA)

15、;直流電機(jī)由PWM脈沖調(diào)制控制；脈沖為1是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，0時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。通 過(guò)PWM占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)加減速。參考程序：void StepMOTO_Test(void)/ uin t32 a = 0;/步進(jìn)電機(jī)控制口設(shè)置rGPCCON = (rGPCCON & (0x0000FC03) | (0x0000540助； GPC0、 GPC5-7 口設(shè)置為輸出rGPCUP = rGPCUP | 0x00E1;/ 禁止GPC0 GPC5-7口的上拉電阻rGPCDAT= rGPCDAT& (0x00E1);/ 設(shè)置GPC0 GPC5-7口輸出低電平while(1)UART_SendStr("

16、;Pleaseinput 'z' OR f to control zhengzhuan and fan zhua nn ”)；UART_SendStr("Press 'o' key exit testn");switch(getch = UART_GetKey()case 'z':spri ntf("Press 'j' to speed up ; 'ESC' break out.");for(;)Chan ge_Speed();MOTO_Mode1(speed1);/控制步進(jìn)

17、電機(jī)正轉(zhuǎn)/在終端上顯示速度(330-speed1);spri ntf(disp_buf2, "Zhe ngzhua n: StepMoto_speed is %d n",UART_Se ndStr(disp_buf2);if(UART_GetFlag() = 'j') speedup(); 加速if(UART_GetFlag() = 0x1B)/ 按 Esc鍵退出測(cè)試break;break;case 'f:spri ntf("Press 'j' to speed up ; 'ESC' break out.&q

18、uot;);for(;)Chan ge_Speed();MOTO_Mode2(speed1); /控制步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)/在終端上顯示速度spri ntf(disp_buf2, "Fa nzhua n: StepMoto_speed is %d n".-(330-speed1);if(UART_GetFlag() = 'j')UART_Se ndStr("j"); speedup(); 加速if(UART_GetFlag() = Ox1B) / 按 Esc鍵退出測(cè)試 break;break;default: break;if(getch = &

19、#39;o')/按下字母'o'鍵退出整個(gè)步進(jìn)電機(jī)測(cè)試break;直流電機(jī)測(cè)試程序：void DCMOTO_Test(void)ui nt32 i = 0, a = 0;uin t16 pwm_dac;char get_ch = 0;/ TOUT0 口設(shè)置rGPBCON = (rGPBCON & (0x03<<0) | (0x02<<0);/ rGPBCON1:0=10b,設(shè)置 TOUT0功能rGPBUP = rGPBUP | 0x0001;/ 禁止TOUT 0 口的上拉電阻/設(shè)置GPH9為GPIO輸出模式rGPHCON = (rGPHCO

20、N & (0x03<<18) | (0x01<<18); / GPH9 口 rGPHDAT = rGPHDAT & (1<<9);/ 輸出 0 電平rGPHUP = rGPHUP | (1<<9);/初始化PWM輸出。設(shè)PWM周期控制值為255pwm_dac = 250*255330;/ 初始化占空比PWM_Init(255, pwm_dac);while(1)/按'z'鍵控制正傳，f鍵控制反轉(zhuǎn)，s'鍵停止轉(zhuǎn)動(dòng)'Esc退出測(cè)試 UART_SendStr("nPressthe key to

21、control state: 'z'-zhengzhuan'f-fa nzhua n's'-stopn");switch(get_ch =UART_GetKey()case 'z':rGPBDAT = rGPHDAT | (1<<9);rGPHDAT = rGPHDAT & (1<<9);while(1)Chan ge_Speed();rTCMPB0 = (speed2*25/330);spri ntf(disp_buf3, "DCMoto_speed is %d n", sp

22、eed2); 終端顯示正轉(zhuǎn)速度if(UART_GetFlag() = 's')rGPBDAT = rGPHDAT & (1<<9);rGPHDAT = rGPHDAT & (1<<9); break;break;case 'f:rGPBDAT = rGPHDAT & (1<<9);rGPHDAT = rGPHDAT | (1<<9);while(1)Chan ge_Speed();rTCMPBO = (speed2*25/330);spri ntf(disp_buf3, "DCMoto_s

23、peed is %d n", (-speed2); /終端顯示正轉(zhuǎn)速度UART_Se ndStr(disp_buf3);if(UART_GetFlag() = 's')rGPBDAT = rGPHDAT & (1<<9);rGPHDAT = rGPHDAT & (1<<9);break; break;default : break;if(UART_GetFlag() = Ox1B) break;(五) IIC通信實(shí)現(xiàn)EEPROM的讀寫(一) I2C , 一種總線結(jié)構(gòu)。I2C串行總線一般有兩根信號(hào)線，一根是雙向 的數(shù)據(jù)線SDA，另

24、一根是時(shí)鐘線SCL。所有接到I2C總線設(shè)備上的串行數(shù)據(jù)SDA 都接到總線的SDA上，各設(shè)備的時(shí)鐘線SCL接到總線的SCL上。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中必須先初始化總線一啟動(dòng)總線后才能用其進(jìn)行通信。int I2C_Se ndByte(ui nt8 dat) /發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)，并接收應(yīng)答位int l2C_RcvByteNA(uint8 *dat)接收I2C總線上一字節(jié)數(shù)據(jù)并發(fā)送非應(yīng)答 位int l2C_RcvByteA(uint8 *dat) 接上I2C總線上一字節(jié)數(shù)據(jù)，并發(fā)送應(yīng)答位 void Stopl2C(ui nt8 sen d)/ 結(jié)束總線int ISe ndStr(ui nt8 sla, uin t8

25、*suba, uin t8 *s, uint8 no)【* Descriptions:使用硬件I2C發(fā)送數(shù)據(jù)。* In put: sla從機(jī)地址*suba器件子地址(第一字節(jié)用來(lái)表示子地址字節(jié)個(gè)數(shù))*s發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)*no發(fā)送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)* Output:操作成功返回TRUE仲載失敗/無(wú)從機(jī)應(yīng)答返回FALSE* Note:使用前設(shè)置好參數(shù)。程序不會(huì)更改 s、suba緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)】int IRcvStr(ui nt8 sla,ui nt8 *suba,ui nt8 *s,ui nt8 no)v使用硬件I2C讀取數(shù)據(jù)。參數(shù)和發(fā)送對(duì)應(yīng)(二)測(cè)試 EEPROM程序 void TestEEPROM(void

26、)uint8 suba2;int rw_err;int i;rw_err = 0;/寫數(shù)據(jù)測(cè)試suba0 = 1;/ 1 位子地址suba1 = 0x00;/ 子地址for(i=0; i<10; i+)dat_bufi = i+'O'UART_Se ndStr("data of write:");for(i = 0; i < 5; i+)UART_Se ndByte(dat_bufi);UART_Se ndStr("n");i2c_opsta=ISe ndStr(CAT1025, suba, dat_buf, 5); for(

27、i=0; i<10000; i+);/ 等待寫周期/讀出校驗(yàn)for(i=0; i<5; i+) dat_bufi = 0x00;i2c_opsta=IRcvStr(CAT1025, suba, dat_buf, 5);UART_Se ndStr("data of read:");for(i = 0; i < 5; i+)UART_Se ndByte(dat_bufi);UART_Se ndStr("n");for(i=0; i<5; i+)if(dat_bufi != (i+'0') rw_err = 1;/判斷操

28、作是否出錯(cuò)，如果出錯(cuò)則蜂鳴報(bào)警 if(rw_err) ErrorShow();【如果寫入的數(shù)據(jù)和讀出的相同，貝U測(cè)試通過(guò)】四、實(shí)驗(yàn)程序【main函數(shù)：主要實(shí)現(xiàn)與終端交互的功能，通過(guò)鍵盤輸入字符的判斷來(lái)決定執(zhí) 行的功能】int mai n(void)uint8 g_getch ;int i = 0;UART_Select(0); / 選擇 UART0UART_Init();/UART0 初始化LEDnit();/LED相關(guān)初始化EINT_init();/外部中斷初始化while(1)fun_test();switch(g_getch = UART_GetKey()case '1'

29、:UART_Se ndByte(g_getch);UART_Se ndStr("n");LED_DispAIIOn(); /LED 燈全亮DelayNS(IO);UART_Se ndStr("nTest LED_DispAll On is Over!n");break;case 2:UART_Se ndByte(g_getch);UART_Se ndStr("n");LED_DispAIIOff(); /LED 燈全滅DelayNS(10);UART_Se ndStr("nTest LED_DispAllOff is Over!n");break;case 3:UART_Se ndByte(g_getch);UART_Se ndStr("n");for(;)/死循環(huán)，當(dāng)檢測(cè)到按下 Esc鍵時(shí)退LED_onebyone();/ 流水燈if(UART_GetFlag() = Ox1B) / 檢測(cè)是否按下Esc鍵 break;LED_DispAIIOff();UART_Se ndStr("nTest LED_O nebyO ne is