基于ARMLPC2131的紅外遙控窗簾的課程設(shè)計報告

第西安科技大學電控學院課程設(shè)計圖1五線式四相步進電機2.1.1步進電機原理步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構(gòu)，其原理是通過對它每相線圈中的電流和順序切換來使電機作步進式旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動電路由脈沖信號來控制，所以調(diào)節(jié)脈沖信號的頻率便可改變步進電機的轉(zhuǎn)速。通俗地說:當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(及步進角)。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達到準確定位的目的。同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的，現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（VR)、永磁式步進電機(PM)，混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等。2.1.2步進電機的一些基本參數(shù)電機固有步距角:它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機給出的值為0。90/1。80(表示半步工作時為0。90、整步工作時為1。80)，這個步距角可以稱之為“電機固有步距角”，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。步進電機的相數(shù):是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0。90/1。80、三相的為0。750/1。50、五相的為0。360/0。720。在沒有細分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分動器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。2.2課題的背景及意義步進電機可以對旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動速度進行高精度控制。步進電機作為控制執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領(lǐng)域。例如，在儀器儀表，機床設(shè)備以及計算機的外圍設(shè)備中（如打印機和繪圖儀等），凡需要對轉(zhuǎn)角進行精確控制的情況下，使用步進電機最為理想。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。上個世紀就出現(xiàn)了步進電動機，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，動作原理和今天的反應(yīng)式步進電動機沒有什么區(qū)別，也是依靠氣隙磁導的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在本世紀初，由于資本主義列強爭奪殖民地，造船工業(yè)發(fā)展很快，同時也使得步進電動機的技術(shù)得到了長足的進步。到了80年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進電動機的控制方式更加靈活多樣。原來的步進電機控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調(diào)試安裝復雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計電路。計算機則通過軟件來控制步進電機，更好地挖掘出電動機的潛力。因此，用計算機控制步進電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代趨勢?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機、永磁式步進電機、混合式步進電機和單相式步進電機等。其中反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)階段，反應(yīng)式步進電機獲得最多的應(yīng)用。第3章步進電機控制系統(tǒng)的總體設(shè)計3.1總體設(shè)計思路本次設(shè)計采用EasyARM2131ARM芯片為主控制芯片，由ULN2003A為驅(qū)動芯片控制步進電機轉(zhuǎn)動；并通過MG12864點陣圖形液晶圖形模塊顯示步進電機轉(zhuǎn)動模式。系統(tǒng)硬件總體設(shè)計框圖如圖2所示。EasyARM2131EasyARM2131最小系統(tǒng)12864液晶顯示12864液晶顯示按鍵控制按鍵控制四相五線步進電機ULN2003A驅(qū)動芯片四相五線步進電機ULN2003A驅(qū)動芯片圖2系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)框圖3.2EasyJTAG仿真器性能介紹和特性3.2.1性能EasyJTAG是一款高性能/低價格的ARM內(nèi)核仿真器，內(nèi)部采用了最新Flash更新技術(shù)，可以使EasyJTAG不斷支持新的ARM內(nèi)核仿真。EasyJTAG采用ARM公司的業(yè)界仿真通訊接口協(xié)議RDI1.51，可以方便的同任何采用RDI接口的IDE調(diào)試環(huán)境無縫嵌接，是目前國內(nèi)性能最穩(wěn)定，功能最強，支持芯片最多(陸續(xù)支持)的低價格ARM內(nèi)核仿真器。3.2.2特性最新Flash更新技術(shù)，方便用戶在線升級；=1\*GB3①采用RDI通訊接口，無縫嵌接ADS1.2和其它采用RDI接口的IDE調(diào)試環(huán)境；=2\*GB3②高達1M速率的JTAG時鐘驅(qū)動；=3\*GB3③采用同步Flash刷新技術(shù)(synFLASH)，同步下載用戶代碼到Flash中，即下即調(diào)；=4\*GB3④采用同步時序控制技術(shù)(synTIME)，仿真可靠穩(wěn)定；=5\*GB3⑤支持Thumb指令和32位ARM指令集的調(diào)試；=6\*GB3⑥影射寄存器窗口，方便用戶查看/修改寄存器數(shù)值；=7\*GB3⑦微型體積設(shè)計，方便用戶靈活使用；=8\*GB3⑧支持LPC2104/LPC2105/LPC2106、LPC2114/LPC2124/LPC2119/LPC2129/LPC2194、LPC2210/LPC2212/LPC2214/LPC2290/LPC2292/LPC2294ARM微控制器。第4章系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1硬件功能模塊本設(shè)計共用到的功能器件有，EasyARM2131開發(fā)板、ULN2003A驅(qū)動芯片、MG12864液晶顯示屏、四相五線式步進電機、按鍵開關(guān)等器件。4.1.1EasyARM2131開發(fā)板功能EasyARM2131開發(fā)板是廣州周立功公司設(shè)計的EasyARM系列開發(fā)套件之一，采用了PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S核、單電源供電、LQFP64封裝的LPC2131，具有JTAG仿真調(diào)試、ISP編程等功能。如下圖3所示為2131功能框圖。圖3EasyARM2131開發(fā)板功能框圖可進行GPIO的控制實驗，如LED閃爍控制、鍵盤輸入、蜂鳴器控制、模擬SPI等；可進行外部中斷實驗，學習向量中斷控制器(VIC)；定時器控制實驗，如定時控制LED、按鍵捕獲輸入、匹配比較輸出等；使用RS232轉(zhuǎn)換電路，完成UART通訊實驗等。4.1.2ULN003A驅(qū)動芯片ULN是集成達林管IC，內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。它是雙列16腳封裝，NPN晶體管矩陣，最大驅(qū)動電壓為50V，電流為500MA，輸入電壓為５Ｖ，適用于TTLCOMS，由達林頓管組成驅(qū)動電路。下圖4為ULN2003A的管腳功能圖。圖4ULN2003A管腳圖ULN2003高壓大電流達林頓晶體管陣列芯片，吸收電流可達500mA，輸出耐壓50V，具有很強的驅(qū)動能力。內(nèi)部具有7組達林頓管電路，可以驅(qū)動7路負載。IN

為輸入端可由單片機引腳直接控制，當輸入端為高電平時，輸出端OUT輸出低電平。

4.1.3MG12864液晶顯示MG—12864是128(列)×64(行)點陣的液晶顯示模塊。當15腳為低且16腳為高時選中MG一12864的左區(qū)(左邊的64×64)，當15腳為高且16腳為低時選中MG12864的右區(qū)(右邊的64×64)。19腳和20腳是為了在光線暗的環(huán)境下看到液晶顯示器的顯示內(nèi)容而加的背光，即在液晶顯示器的背面加一光源?？刂凭€R／w、CSI、CS2、RS必須在使能線E為低的時候改變。當使能線E為高時控制線R／w、CSI、CS2、RS不能改變；使能線E為高時MG一12864從數(shù)據(jù)線DB0～DB7輸出數(shù)據(jù)。下圖6為MG12864的管腳說明。引腳號符號功能引腳號符號功能1 GND 模塊的電源地7～14 DBo～DB7并行數(shù)據(jù)0～72 VDD模塊的電源正端15 PSB并/串行接口選擇3VoLCD驅(qū)動電壓輸入端16 NC 空腳4Rs并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號17 RET 復位，低電平有效18NC 空腳5R/W并行的讀/寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口19BLA背光源正極（LED+5V）6E 并行的使能信號；串行的同步時鐘19 BLK背光源負極（LED-0V）圖6ＭＧ12864管腳說明4.2電機驅(qū)動模塊設(shè)計使用ULN2003A驅(qū)動芯片來驅(qū)動步進電機，用發(fā)光二極管來顯示程序的運行狀態(tài)。驅(qū)動電路如下圖5所示。圖5電機驅(qū)動模塊電路4.3顯示模塊設(shè)計采用MG12864點陣式液晶顯示屏，使用串行接法，電路模塊圖如下圖6所示。圖612864液晶顯示模塊4.4總設(shè)計電路圖附錄設(shè)計心得胡春龍(0806050415)這次ARM課程設(shè)計是我們繼單片機課程設(shè)計后的第二次課程設(shè)計設(shè)計，以前也焊過很多東西，但那些電路板上的元器件都布置好了，或者就是帶有現(xiàn)成的電路圖參考，焊完東西后，真的感覺只是按部就班，內(nèi)部的工作原理好多東西都不清楚。而課程設(shè)計就不同了，完全需要我們自己去查資料、看原理，甚至是需要自己設(shè)計電路圖，尤其是這次ARM課程設(shè)計，感覺自己從中真的學到了很多很多。在這次設(shè)計中我主要擔當電路設(shè)計和軟件調(diào)試的任務(wù)，在選擇電路的過程中，差了好多資料，從驅(qū)動芯片的選擇到12864液晶顯示屏的連接，都經(jīng)過了精心的分析和測試。現(xiàn)成的芯片的確實好用，但能從芯片看到內(nèi)部的設(shè)計和布線，以至于應(yīng)用于以后的相關(guān)電路，這才是真正的收獲。在此期間，我鍛煉了自己的分析問題的能力，尤其是在調(diào)試程序過程中，硬件和軟件的有效結(jié)合，發(fā)現(xiàn)了編程其實也是符合我們的邏輯思維的。在設(shè)計過程中我們也遇到過很多問題，尤其在調(diào)試程序的過程中，好多時候都不能按照我們想象的那樣運行。我們先是將驅(qū)動板焊好，然后測試成功后在加入程序調(diào)試成功，再加入顯示器的過程中就遇到了麻煩，主要是如何將程序很好的揉合在一起，不過經(jīng)過我們共同的努力還是成功了。其實，有時候真的一個人的想法很難解決一個問題，但只要大家在一起，集思廣益，就一定能想出辦法。在此還要感謝李老師給予的幫助，有了老師的指點我們少走了好多彎路，再次感謝李老師！張宏波(0806050417)為期兩個星期的ARM課程設(shè)計結(jié)束了，這次的實驗上學期單片機課程設(shè)計不同，這次是既要學習和熟悉軟件的東西，又要做出硬件的東西。通過這次的課程設(shè)計，讓我對基于ARM的嵌入式步進電機調(diào)速系統(tǒng)有了更深入的了解和認知，對于ARM微處理器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用也有了更深入的認知，可以簡單的運用ARM的基本功能，也為下個學期的畢業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。這次的課程設(shè)計是時間最長和最系統(tǒng)的一次設(shè)計，開始的選題，然后到查資料選器件，買材料，焊接電路，下載程序，調(diào)試整個系統(tǒng)，最后做出完美的一個控制步進電機的控制器。組員們齊心協(xié)力的完成，雖然各自可能負責的東西不一樣，但是都是為了完成這個項目而努力的做。期間有很多的問題，經(jīng)過我們的探討和老師的幫助下，做完了整個實驗?；咀龀隽诵枰臇|西，只是還有待完善一些很小的問題，通過這次課程設(shè)計，我還體會到了自己知識的貧乏，許多知識都沒有涉及到。在今后的學習中，自己應(yīng)該加強書本與實踐之間的聯(lián)系，并且擴大知識面，取得更大的進步。張玻(0806050331)通過這次課程設(shè)計，學習到了很多東西，對以后的工作和學習都很有幫助，剛好后面還有畢業(yè)設(shè)計要做，這也算是讓我們進入狀態(tài)，可以給好的完成畢業(yè)設(shè)計，為我們的大學生化畫上一個完美的句號。我們的課程設(shè)計是基于ARM的步進電機的控制與調(diào)速，在這兩個周的時間里，在很大的程度上鍛煉了自己。以前對于ARM總是書本上的理解，并不是很深刻。在這次的課程設(shè)計中，我對ARM有了全新的了解。在整整四個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是收獲頗多，不僅鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。在設(shè)計過程中，困難重重，很大的考驗了自己的動手能力和思維能力。這次的課程設(shè)計還讓我體會到了同學之間的互幫互助，在大家的努力下，從一籌莫展到逐漸完成，這種體驗很難得。通過這次課程設(shè)計，我還體會到了自己知識的貧乏，許多知識都沒有涉及到。在今后的學習中，自己應(yīng)該加強書本與實踐之間的聯(lián)系，并且擴大知識面，取得更大的進步。李佳杰(0806050424)本次課程設(shè)計的內(nèi)容是采用ARM芯片進行步進電機的控制。課程設(shè)計題目下來后，我們小組積極討論方案，在設(shè)計的過程中我們遇到了很多的困難。但是通過我們的團結(jié)努力，我們最終按時完成了作業(yè)。這次課程設(shè)計使我對ARM芯片有了更深入的了解，對專業(yè)知識有了更全面的鞏固。但我感覺這并不是我最大的收獲。最重要的是我領(lǐng)會了團隊合作精神的重要性，一個人的力量是有限的，團隊的力量是無限的。一個人面對失敗容易退縮，有了一個強大的團隊，隊員們往往會迎難而上。所以在以后的學習和生活中，我們應(yīng)該學會團隊合作，而不是搞個人主義，一個人的精力是有限的，不可能什么事都干的下來。這次課程設(shè)計之前我們小組分工明確，每個人發(fā)揮自己的特長。比如我們組的胡春龍同學軟件方面搞的比較好，我們就把軟件工作交給了他，我喜歡焊板子，我搞硬件?？傊?，我們團隊分工明確，配合默契，大大提高了工作效率。而且我們團隊出差的幾率比較小，我們基本上是一次性成功的。所以這次課程設(shè)計我最大的收獲不是專業(yè)知識學了多少，而是懂得了團隊合作精神的重要性，學會了如何去工作。課程設(shè)計雖然告一段落了，但回味其過程還是很難忘的，從遇到問題再去解決問題，看似簡單，其實每一步都充滿了艱辛。但我們還是克服了每一個困難，按時完成了作業(yè)，最重要的是我們收獲了如何去解決問題。何松霖(0806050412)為期兩個星期的ARM課程設(shè)計結(jié)束了，第一次由我們自己從設(shè)計制