畢業(yè)論文---直流電機調速系統(tǒng)(pwm)

1、<p><b>　　直流電機調速系統(tǒng)</b></p><p>　　摘要:未來的世界必然是自動化、智能化、網(wǎng)絡化、移動化的世界。這一發(fā)展趨勢導致了一類特殊的計算機系統(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，功能強大，和特有16/32位雙指令集等諸多優(yōu)異性能，已成為移動通信、手持計算機和多媒體數(shù)

2、字消費等嵌入式解決方案中首選的微處理器。</p><p>　　本文介紹了基于嵌入式系統(tǒng)的PWM的直流電機調速系統(tǒng)，選用的微控制器就是SAMSUNG公司的S3C44B0X，并詳細講述了該系統(tǒng)的硬件電路和控制程序設計，以及ADS調試環(huán)境和超級終端。</p><p>　　關鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；ARM；S3C44B0X；PWM；直流電機 </p><p>　　The Prin

3、ciple of Velocity Modulate System for Direct Current Motor of PWM Based on Embedded System</p><p>　　Abstract: The future world must be robotized、intellectualized、network realized and mobilized. The tread wou

4、ld boost embedded system, a special type of computer system. ARM (Advanced RISC Machines) is the leading provider of 32-bit embedded RISC microprocessors in mobile, handheld computer and multi-media digital consumption.

5、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-bit/32-bi</p><p>　　In this paper, the princ

6、iple 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，and hardware circuit and control program desi

7、gn are also analyzed in detail, as well as the ADS debugging environment and super terminal.</p><p>　　Keywords: Embedded system ; ARM; S3C44B0X; PWM; Direct current motor </p><p><b>

8、;　　目錄</b></p><p>　　序言 …………………………………………………………………………1</p><p>　　第一章 緒論 ………………………………………………………………2</p><p>　　1.1 嵌入式系統(tǒng)的概述 ………………………………………………………………2</p><p>　　1.2 嵌入式微

9、處理器及其系統(tǒng)特點 ……………………………………………………2</p><p>　　1.3 國內外嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 ……………………………………………3</p><p>　　1.4 系統(tǒng)的設計任務 …………………………………………………………………4</p><p>　　1.4.1主要內容與技術要求 ………………………………………………………4</

10、p><p>　　1.4.2 主要的技術指標 …………………………………………………………4</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體方案設計 ………………………………………………5</p><p>　　2.1 嵌入式微處理器 ……………………………………………………………………5</p><p>　　2.1.1常用的嵌入式處理器 …………

11、……………………………………………5</p><p>　　2.2 ARM微處理器 ………………………………………………………………………6</p><p>　　2.2.1 ARM系列嵌入式處理器 …………………………………………………………7</p><p>　　2.2.2 ARM處理器結構 ……………………………………………………………8</p>

12、;<p>　　2.3 系統(tǒng)軟硬件總體的初步規(guī)劃 ……………………………………………………8</p><p>　　2.3.1硬件規(guī)劃 ……………………………………………………………………………9</p><p>　　2.3.2 軟件規(guī)劃 …………………………………………………………………10</p><p>　　第三章 系統(tǒng)要求及硬件電路的設計

13、……………………………………11</p><p>　　3.1系統(tǒng)功能要求 ……………………………………………………………………11</p><p>　　3.2 ARM處理器S3C44B0X硬件資源 …………………………………………………11 </p><p>　　3.3 系統(tǒng)硬件選擇與單元電路設計 …………………………………………………23</p>

14、<p>　　3.3.1 系統(tǒng)重啟模塊電路設計 ………………………………………………………24</p><p>　　3.3.2 系統(tǒng)調試端口（JATG） ……………………………………………………24</p><p>　　3.3.3 SDRAM、FLASH模塊 ………………………………………………………25</p><p>　　3.3.4 串行通信（

15、UART）模塊 ……………………………………………………26</p><p>　　3.3.5 直流電機電路模塊 ………………………………………………………27</p><p>　　3.4 PWM直流電機控制 ………………………………………………………………27</p><p>　　3.4.1 PWM的概念及其產生 ………………………………………………………2

16、7</p><p>　　3.4.2 PWM定時器的工作原理 ……………………………………………………27</p><p>　　3.4.3 PWM直流電機原理 …………………………………………………………28</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件部分的設計與調試 ……………………………………30</p><p>　　4.1 嵌入式系統(tǒng)軟件

17、開發(fā) ……………………………………………………………30</p><p>　　4.2 BootLoader的概念與結構 ……………………………………………………30</p><p>　　4.2.1 BootLoader的概念 ………………………………………………………30</p><p>　　4.2.2 BootLoader的程序設計結構 ……………………

18、………………………30</p><p>　　4.3 PWM定時器的應用程序 …………………………………………………………31</p><p>　　4.4系統(tǒng)的調試 ………………………………………………………………………33</p><p>　　4.4.1 調試環(huán)境ADS ……………………………………………………………33</p><p>

19、;　　4.4.2 調試中個人見解 …………………………………………………………34</p><p>　　第五章 總結與展望 ………………………………………………………37</p><p>　　5.1 工作總結 ………………………………………………………………………37</p><p>　　5.2 設計成果與后繼展望 ………………………………………………………

20、…38</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………39</p><p>　　附錄 …………………………………………………………………………40</p><p>　　致謝 …………………………………………………………………………51</p><p>　　基于嵌入式系統(tǒng)的PWM的直流電機調速系統(tǒng)<

21、/p><p><b>　　序 言</b></p><p>　　隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，產業(yè)結構也隨之不斷調整。先進的科學技術的出現(xiàn)為我國工業(yè)的快速發(fā)展提供了基礎。新技術的廣泛使用，大大提高了工業(yè)的勞動生產率，為實現(xiàn)勞動密集型向技術密集型產業(yè)的轉型和實現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展提供了強大的動力，同時也推動著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展。近些年來，以計算機技術，通訊技術、消費電子技術為主的電子

22、信息技術的高速發(fā)展和國際互聯(lián)網(wǎng)絡（Internet）的廣泛應用已經(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，通訊技術、消費電子技術為主要內容的信息產業(yè)制定宏偉的發(fā)展規(guī)劃,以期望在21世紀的政治、經(jīng)濟和技術競爭中處于主動有利的地位。信息技術對其他各產業(yè)的貢獻越來越大,信息產業(yè)正逐漸成為其他產業(yè)的支柱。信息產業(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準。在人類步入全球信息化社會的進程中，全球性電

23、子信息技術正在發(fā)揮著巨大的作用。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是近年來發(fā)展最快的技術之一。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，因而在應用技術領域就有良好的發(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)

24、設計，提高了集成度和可靠性。</p><p>　　現(xiàn)在的經(jīng)濟實力的競爭歸根到底就是技術水平的競爭，技術水平也是衡量一個國家生產技術水平的重要標志之一。那么學習新的技術當然就是適應發(fā)展的選擇，在這一背景下，利用嵌入式系統(tǒng)大發(fā)展的機會，有必要系統(tǒng)地學習嵌入式系統(tǒng)的應用。</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1嵌

25、入式系統(tǒng)的概述</p><p>　　在工業(yè)控制、通訊、儀器儀表等領域，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。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是指用于執(zhí)行獨立功能的專用計算機系統(tǒng)。它由包括微處理器、定時器、微控制器、存儲器、傳感器等一系列微電子芯片與器件，和嵌入在存儲器中的微型操作系統(tǒng)、控制應用軟件組成，共同實現(xiàn)諸如實時控制、監(jiān)視、管理、移動計算

26、、數(shù)據(jù)處理等各種自動化處理任務。嵌入式系統(tǒng)以應用為中心，以微電子技術、控制技術、計算機技術和通訊技術為基礎，強調硬件軟件的協(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 中僅有實現(xiàn)單一功能的控制程序，無微型操作系統(tǒng)。</p><p>　　1.2嵌入式微處理器及其系統(tǒng)特點</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)

27、的核心部件是嵌入式處理器，一般嵌入式處理器分成4類：</p><p>　　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)。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備以下 4個特點:</p><p>　　1、對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應

28、時間，從而使內部的代碼和實時內核的執(zhí)行時間減少到最低限度。</p><p>　　2、具有功能很強的存儲區(qū)保護功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結構己模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區(qū)保護功能，同時也有利于軟件診斷。</p><p>　　3、可擴展的處理器結構，能以最迅速地開發(fā)出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器 。</p><p>

29、　　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的計算和通 信設備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此。 </p><p>　　嵌入式計算機系統(tǒng)與通用計算機系統(tǒng)相比具有以下特點: </p><p>　　1、嵌入式系統(tǒng)通常是面向特定應用的嵌入式 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計的系統(tǒng)

30、中，它通常都具有低功耗、體積小、集成度高等特點，能夠把通用 CPU中許多由板卡完成的任務集成在芯片內部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)設計趨于小型化，移動能力大大增強，與網(wǎng)絡的結合也越來越緊密。</p><p>　　2、嵌入式系統(tǒng)是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術與各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物。這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。</p><p&g

31、t;　　3、嵌入式系統(tǒng)的硬件和軟件都必須高效率地設計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能，這樣才能在具體應用中對處理器的選擇 更具有競爭力。</p><p>　　4、嵌入式系統(tǒng)和具體應用有機地結合在一起，它的升級換代也是和具體產品同步進行，因此嵌入式系統(tǒng)產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。</p><p>　　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

32、都固化在存儲器芯片或單片機本身中，而不是存貯于磁盤等載體中。</p><p>　　6、嵌入式系統(tǒng)本身不具備自舉開發(fā)能力，即設計完成以后用戶通常不能對其中的程序進行修改，必須有一套開發(fā)工具和環(huán)境才能進行開發(fā)。</p><p>　　1.3國內外嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術也將獲得廣闊的發(fā)展 空間。以8位單片機

33、（或微控制器，MCU）為核心的嵌入式系統(tǒng)早以廣泛應用與各個領域，這些應用大多數(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、伺服控制、指示和顯示等設備配合，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用中，為了實現(xiàn)多個MCU構成的系統(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)。但這種應用空間有限，相關的通信協(xié)議也比較單一

34、，并且孤立于Internet之外。Internet已成為社會重要的基礎信息設施，嵌入式系統(tǒng)必將要與Internet完美結合。</p><p>　　隨著嵌入式設備與Internet的結合，手機、PDA、路由器和調制解調器等復雜的高端應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的發(fā)展需求。目前在8位單片機上

35、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發(fā)展的必然趨勢。</p><p>　　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

36、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用最為廣泛的一個系列。</p><p>　　ARM微處理器得到了眾多半導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，20家最大的半導體廠家有19家是ARM的用戶，包括TI、PHILIPS和Intel等公司。優(yōu)良的性能和準確的市場定位極大地豐富了ARM資源，加速了基于ARM

37、核的面向各種應用系統(tǒng)芯片的開發(fā)應用。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、移動設備、PDA都是用基于ARM核的系統(tǒng)芯片開發(fā)的。為了順應當今世界技術革新的潮流，了解、學習和掌握高性能嵌入式技術已經(jīng)非常重要。</p><p>　　1.4 系統(tǒng)的設計任務</p><p>　　1.4.1主要內容與技術要求</p><p>　　了解嵌入式系統(tǒng)的概念、特點及應

38、用，熟悉一種嵌入式處理器內核，并以此處理器為內核，采用PWM通道實現(xiàn)直流電機的調速，結合實際應用，選用合適的處理器，并設計完成電機調速系統(tǒng)，從而掌握基本的嵌入式開發(fā)流程</p><p>　　1.4.2 主要的技術指標</p><p><b>　　直流電機調速系統(tǒng)：</b></p><p>　　1、直流電機調速采用PWM調速</p>

39、<p>　　直流電機 額定電壓 12V 轉速 3500轉/分</p><p>　　2、選擇合適的處理器芯片</p><p>　　3、設計基于處理器的外圍電路及電機電路</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的總體方案設計</p><p>　　2.1 嵌入式微處理器 </p><p>　　隨著社會的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的普

40、及，對嵌入式系統(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、移動設備等嵌入式設備都需要網(wǎng)絡的支持、較快的運行速度和復雜的處理能力，對于早期的8/16位的單片機來說是很困難的。由于集成電路技術的科技進步，電子器件的價格不斷下降，使32位微處理器己經(jīng)在各類應用中得到了廣泛普及應用.各種32位嵌入式大展身手，對于我們產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。</p><p>　

41、　2.1.1常用的嵌入式處理器[5]</p><p>　　嵌入式微處理器有許多種流行的處理器核，芯片生產廠家一般都基于這些處理器核生產不同型號的芯片。下面介紹幾種常用的嵌入式處理器。</p><p><b>　　1．MIPS系列 </b></p><p>　　MIPS是Microprocessor without Interlocked Pip

42、eline Stages的縮寫，是一種處理器內核標準，它是由MIPS技術公司開發(fā)的。MIPS技術公司是一家設計制造高性能、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技術公司設計RISC處理器始于20世紀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。后來，MI

43、PS公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化，把重點放在嵌入式系統(tǒng)。1999年公司發(fā)布MIPS32和MIPS64架構標準，為未來MIPS處理器的開發(fā)奠定了基礎。新的架構集成了原來所有的M工PS指令集.并且增加了許多更強大的功能。不久以后，MIPS公司又相繼開發(fā)出高性能、低功耗的32位處理器內核(core)MIPS324 Kc與高性能64位內核MIPS645 Kc以及相應的新版本及未來64位MIPS6420Kc處理器內核。MIPS技術公司既開發(fā)MIPS處理器結

44、構內核，又生產基于MIPS的32位</p><p>　　2．PowerPC系列 </p><p>　　PowerPC是IBM和Motolora共同研制出來的一套處理器標準。其架構特點是可伸縮性好，方便靈活。PowerPC處理器品種很多，應用范圍非常廣泛，既有通用的PC處理器用于高端工作站、服務器與桌面計算機，也有嵌入式控制器與內核設計應用于消費類電子產品、通信領域等方面. 目前PowerP

45、C獨立微處理器與嵌入式微處器的主頻從25MHz-70OMHz不等， 產品能量消耗、體積、整合程度、價格差異懸殊，主要產品模塊有IBM公司350MHz- 70OMHz的PowerPC750CX和750CXe,以及主頻400MHz的PowerPC440GP。其嵌入式處理器內核可以用于各種集成的片上系統(tǒng)SOC設備.在通信、金融等行業(yè)具有廣泛的應用，主要嵌入式芯片有IBM公司開發(fā)的PowerPC405GP. Motorola公司的MPC823等

46、。</p><p><b>　　3．X86系列 </b></p><p>　　X86系列處理器是我們最為熟悉的，它源于Intel架構8080，再發(fā)展出286,386,486，直到現(xiàn)在的奔騰系列、AMD和ATHLON。從嵌入式市場來看，486DX系列還是有相當?shù)氖袌龇蓊~的，其特點是保持了當初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

47、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處理器基礎上進行改進加強的，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)絡訪問、硬件音視頻解碼器、 各種固化通信與外設接口，在數(shù)字視頻與交互電視方面應用廣泛，如SC1000, SC2000等芯片;(3)STPC高度集成X86

48、SOC系列，ST微電子所開發(fā)出的STPC系列內核是與X86相兼容的，其多種產品是建立在0.25微米技術上的，己成為一種高度集成、低功耗和低成本的嵌入式解決方案。</p><p>　　ARM/StrongARM系列</p><p>　　ARM公司是全球領先的16/32位RISC微處理器知識產權設計供應商。ARM公司通過轉讓高性能、低成本、低功耗的RISC微處理器、外圍和系統(tǒng)芯片設計技術給合作

49、伙伴，使他們能用這些技術來生產各具特色的芯片。ARM已成為移動通信、手持設備、多媒體數(shù)字消費嵌入式解決方案的RISC標準。ARM處理器有三大特點：小體積、低功耗、低成本而高性能；16/32位雙指令集；全球眾多的合作伙伴。所以這也得到我們的青睞，將在下面詳細闡述。</p><p>　　2.2 ARM微處理器 </p><p>　　ARM是Advanced RISC M

50、achines的縮寫，既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。</p><p>　　1991年ARM公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術的授權。目前，采用ARM技術知識產權（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、消費類電子產品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產品市場，基于ARM技術的微處理器應用約占據(jù)了32位RISC微處理器7

51、5％以上的市場份額，ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。</p><p>　　ARM公司是專門從事基于RISC技術芯片設計開發(fā)的公司，作為知識產權供應商，本身不直接從事芯片生產，靠轉讓設計許可由合作公司生產各具特色的芯片，世界各大半導體生產商從ARM公司購買其設計的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應用領域，加入適當?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱腁RM微處理器芯片進入市場。目前，全世界有幾十家大的半導體公司都使

52、用ARM公司的授權，因此既使得ARM技術獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統(tǒng)成本降低，使產品更容易進入市場被消費者所接受，更具有競爭力。</p><p>　　2.2.1 ARM系列嵌入式處理器</p><p>　　ARM微處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于ARM體系結構的處理器，除了具有ARM體系結構的共同特點以外，每一個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應用領

53、域。</p><p>　　包括： ARM7系列、 ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列、Inter的Xscale和Inter的StrongARM</p><p>　　其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應用領域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應

54、用而設計。</p><p>　　ARM7系列處理器為常用的處理器，我就介紹此系列的處理器</p><p>　　ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應用。ARM7微處理器系列具有如下特點：</p><p>　?。?#160;具有嵌入式ICE－RT邏輯，調試開發(fā)方便。</p><p>　?。?

55、#160;極低的功耗，適合對功耗要求較高的應用，如便攜式產品。 </p><p>　?。?#160;能夠提供0.9MIPS/MHz的三級流水線結構。</p><p>　?。?#160;代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集。</p><p>　?。?#160;對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等

56、。</p><p>　　－ 指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶的產品升級換代。</p><p>　?。?#160;主頻最高可達130MIPS，高速的運算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復雜應用。</p><p>　　ARM7系列微處理器的主要應用領域為：工業(yè)控制、Internet設備、網(wǎng)絡和調制解調器設備、移動電話等多種多媒體和

57、嵌入式應用。</p><p>　　ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-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：</p><p>　　T： 支持16為壓縮指令集Thumb。</p><p>　　D： 支

58、持片上Debug。</p><p>　　M：內嵌硬件乘法器（Multiplier）</p><p>　　I： 嵌入式ICE，支持片上斷點和調試點。</p><p>　　2.2.2 ARM處理器結構</p><p>　　ARM處理器結構包括三種：體系結構、寄存器結構、指令結構</p><p>　　ARM處理器：

59、采用RISC體系結構；ARM微處理器共有37個寄存器，其中31個通用寄存器、6個狀態(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，Thumb指令為16位長度，Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％～40％以上的存儲空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。</p><p>　　2.3 系統(tǒng)軟硬件

60、總體的初步規(guī)劃 </p><p>　　基于我們對嵌入式系統(tǒng)的認識，以及設計的要求，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，整體的設計則需要協(xié)同設計。如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 嵌入式系統(tǒng)的硬件/軟件協(xié)同設計方法</p><p>　　2.3.1 系統(tǒng)硬件部分</p><p>　　系統(tǒng)的硬件

61、框圖，圖2-2。</p><p>　　圖2-2 系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　嵌入式處理器品種總量已經(jīng)超過了1000種，流行的體系結構有30多個系列，幾乎每個半導體制造商都生產嵌入式處理器。處理器的選擇是相對比較重要的，芯片的系統(tǒng)的性能、可靠性、功耗、成本都是我們要關注。</p><p>　　本次硬件系統(tǒng)規(guī)劃如下：</p><p>　　M

62、PU： ARM7處理器</p><p>　　RAM：8Mbytes SDRAM </p><p>　　ROM：2Mbytes FLASH</p><p>　　UART: 兩個RS-232C串口接口</p><p>　　14腳的JTAG接口</p><p><b>　　直流電機電路</b><

63、/p><p>　　2.3.2 系統(tǒng)軟件部分</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)的特點是:以面向過程為主，代碼的利用率高，代碼的規(guī)模小，實時性強。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，應用需求復雜時，開發(fā)周期大大增加，不利于新產品的快速面市。隨著嵌入式系統(tǒng)硬件的不斷發(fā)展， 如處理器主頻提高，存儲器容量擴大，硬件體積減小等特點，嵌入

64、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)從匯編啟動代碼開始(負責初始化硬件)，以后的應用程序絕大部分用c語言來開發(fā)。c語言作為一種中級語言，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，也增強了可維護性和可升級性。</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)與PC機有著緊密的聯(lián)系，如圖2-3所示，我們通常是借助在通用的PC系統(tǒng)上。</p>&

65、lt;p><b>　　PC</b></p><p>　　圖2-3 軟件生成流程圖</p><p>　　編譯器是程序開發(fā)必不可少的重要工具之一。針對不同的硬件設備(主要指 處理器)，采用不同類型的編譯器，可以對程序進行優(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、生成各種格式目標代碼等等)。 </p>&

66、lt;p>　　第三章 系統(tǒng)要求及硬件電路的設計</p><p><b>　　3.1系統(tǒng)功能要求</b></p><p>　　本系統(tǒng)的設計目的是為了實現(xiàn)運用嵌入式系統(tǒng)芯片產生PWM波對直流電機的轉速的改變，使得轉速隨著輸出的PWM波的占空比的變化而變。</p><p>　　此設計方案是利用芯片自身帶有的定時器，產生PWM波，通過改變寄存器的

67、值而改變輸出波形的占空比。此外，還有另一種方案，就是設置端口為輸出口，給端口送相互變換的信號產生PWM波，其中通過調用延時子程序同樣可以實現(xiàn)改變占空比，從而實現(xiàn)直流電機的調速。</p><p>　　3.2 ARM處理器S3C44B0X硬件資源[6]</p><p>　　3.2.1.S3C44BOX簡介</p><p>　　S3C44B0X是由Samsung公司推出的

68、16/32位RISC處理器，為移動手持設備提供高性價比和高性能的微控制器方案，S3C44B0X的杰出特性是它的CPU內核，是由ARM公司設計的16/32位ARM7TDMI RISC處理器（66MHZ），它的特點是集成了Thumb代碼</p><p>　　S3C44BOX微處理器片內集成ARM7TDMI核，采用0.25um CMOS工藝制造，并在ARM7TDMI核基本功能的基礎上集成了豐富的外圍功能模塊，便于低成本

69、設計嵌入式應用系統(tǒng)。S3C44B0X通過提供全面的、通用的片上外設，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：</p><p>　　·2.5V ARM7TDMI內核，帶有8KB的Cache。</p><p>　　·外部擴充存儲器控制器（具備FP/EDD/SDRAM控制器和片選邏輯）。</p><p&

70、gt;　　·LCD控制器（最大支持256色的DSTN）,并帶有1個LCD專用DMA通道。</p><p>　　·2個通用DMA通道/2個帶外部請求引腳的DMA通道。</p><p>　　·2個帶有握手協(xié)議的UART,1個通道SIO。</p><p>　　·1個多主的I2C總線控制器。</p><p>　

71、　·1個IIS總線控制器。</p><p>　　·5個PWM定時器及1個內部定時器。</p><p><b>　　·看門狗定時器。</b></p><p>　　·71個通用可編程I/O口，8個外部中斷源。</p><p>　　·功耗控制模式：正常、低、休眠和停止。<

72、/p><p>　　·8路10位ADC。</p><p>　　·具有日歷功能的RTC（實時時鐘）。</p><p>　　·PLL時鐘發(fā)生器。</p><p>　　2. S3C44BOX功能結構框圖</p><p>　　S3C44BOX體系結構的功能框圖如圖3-1所示</p><

73、;p>　　圖3-1 S3C44BOX微處理器內部結構框圖</p><p>　　3. S3C44BOX特點</p><p>　　(1)S3C44BOX體系結構</p><p>　　·集成了手持設備和通用嵌入式系統(tǒng)應用的解決方案。</p><p>　　·具有16/32位RISC體系結構和ARM7TDMI處理器內核的強大指

74、令體系。</p><p>　　·Thumb代碼壓縮機在具有最大化代碼密度的同時保持了32位指令的性能。</p><p>　　·提供基于JTAG的片上集成ICE調試支持解決方案。</p><p>　　·具有32×8的硬件乘法器。</p><p>　　·實現(xiàn)低功耗SAMBAⅡ的新型總線結構。<

75、;/p><p>　　(2)系統(tǒng)（存儲）管理</p><p>　　·支持大、小端模式（通過外部引腳來選擇）；</p><p>　　·地址空間：包含8個地址空間，每個地址空間為此32MB,總共有256MB的地址空間；</p><p>　　·所有地址空間都可通過編程設置為8位、16位或32位寬數(shù)據(jù)對齊訪問；</p&g

76、t;<p>　　·8個地址空間中，6個地址空間可用于ROM、SDRAM等存儲器，2個用于ROM、SDRAM、FP/EDO/SDRAM等存儲器；</p><p>　　·7個起始地址固定及大小可編程的地址空間；</p><p>　　·1個起始地址及大小可變的地址空間；</p><p>　　·所有存儲器空間的訪問周期都

77、可通過編程配置；</p><p>　　·提供外部擴展總線的等待周期；</p><p>　　·在低功耗模式下支持DRAM/SDRAM自動刷新；</p><p>　　·支持地址對稱或非地址對稱的DRAM。</p><p>　　(3)Cache和片內SRAM</p><p>　　·4路

78、組相聯(lián)統(tǒng)一的8KB指令/數(shù)據(jù)Cache;</p><p>　　·未作為Cache使用的0/4/8KB Cache存儲空間可作為片內SRAM使用；</p><p>　　·Cache偽LRU（最近最少使用）的替換算法；</p><p>　　·通過在主內存和緩沖區(qū)內容之間保持一致的方式寫內存；</p><p>　　&#

79、183;具有4級深度的寫緩沖；</p><p>　　·當緩沖區(qū)出錯時，請求數(shù)據(jù)填充。</p><p>　　(4)時鐘和功耗管理</p><p><b>　　·低功耗。</b></p><p>　　·片上PLL使得MCU的工作時鐘頻率最高為66MHz。</p><p>

80、　　·時鐘可通過軟件選擇性地反饋回每個功能塊。</p><p><b>　　·功耗管理模式為：</b></p><p>　　-正常模式 正常運行模式；</p><p>　　-低速模式 不帶PLL的低頻時鐘；</p><p>　　-休眠模式 只使CPU的時鐘停止</p><p&

81、gt;　　-停止模式 所有時鐘都停止。</p><p>　　·EINT[7:0]或RTC警告中斷可使功耗管理從停止模式中喚醒。</p><p><b>　　(5)中斷控制器</b></p><p>　　·30個中斷源（1個看門狗定時器中斷，6個定時器中斷，6個UART中斷，8個外部中斷，4個DMA中斷，2個RTC中斷，1個

82、ADC中斷，1個I2C中斷，1個SIO中斷）；</p><p>　　·矢量IRQ中斷模式縮短中斷響應周期；</p><p>　　·外部中斷源的電平/邊沿模式；</p><p>　　·可編程的電平/邊沿極性；</p><p>　　·支持緊急中斷請求的FIQ（快速中斷請求）。</p><

83、p>　　(6)帶PWM的定時器（脈寬可調制）</p><p>　　·5個16位帶PWM的定時器，1個16位基于DMA或基于中斷的內部定時器；</p><p>　　·可編程的工作周期、頻率和極性；</p><p>　　·死區(qū)（Dead-zone）產生器；</p><p><b>　　·支持

84、外部時鐘源。</b></p><p>　　(7)實時時鐘RTC</p><p>　　·全時鐘特點：毫秒、秒、分、時、天、星期、月、年；</p><p>　　·運行于32.768kHz；</p><p>　　·CPU喚醒的警告中斷；</p><p>　　·時間滴答(Ti

85、me Tick)中斷；</p><p>　　(8)通用輸入/輸出端口</p><p>　　·8個外部中斷端口；</p><p>　　·71個（多功能）復用輸入/輸出口。</p><p><b>　　(9)UART </b></p><p>　　·2個基于DMA或基于中

86、斷的UART;</p><p>　　·支持5位、6位、7位、8位串行數(shù)據(jù)傳送/接收；</p><p>　　·在傳送/接收時支持硬件握手；</p><p><b>　　·波特率可編程；</b></p><p>　　·支持IrDA1.0(115.2kbps);</p>&

87、lt;p>　　·用于回環(huán)測試模式；</p><p>　　·每個通道有2個用于接收和發(fā)送的內部32字節(jié)FIFO。</p><p>　　(10)DMA（直接存儲器操作）控制器</p><p>　　·2路通用的無CPU干涉的DMA控制器；</p><p>　　·2路橋式DMA（外設DMA）控制器；<

88、;/p><p>　　·支持I/O到內存、內存到I/O、I/O到I/O的橋式DMA傳送，有6種DMA請求方式；</p><p>　　·DMA之間優(yōu)先級次序可編程；</p><p>　　·突發(fā)傳送模式提高了FPDRAM、EDODRAM和SDRAM的傳送率；</p><p>　　·支持內存到外圍設備的fly-by

89、模式和外圍設備到內存的傳送模式。</p><p><b>　　(11)A/D轉換</b></p><p>　　·8通道的無CPU干涉的DMA控制器；</p><p>　　·最高轉換速率100ksps/10位。</p><p>　　(12)LCD控制器</p><p>　　

90、83;支持彩色/單色/灰度LCD;</p><p>　　·支持單掃描和雙掃描顯示；</p><p>　　·支持虛擬顯示功能；</p><p>　　·系統(tǒng)內存可作為顯示內存；</p><p>　　·專用DMA用于從系統(tǒng)內存中提取圖像數(shù)據(jù)；</p><p><b>　　&#

91、183;可編程屏幕大??；</b></p><p><b>　　·灰度：16級；</b></p><p>　　·彩色模式：256色。</p><p>　　(13)看門狗定時器</p><p>　　·16位看門狗定時器；</p><p>　　·定時中

92、斷請求或系統(tǒng)超時復位。</p><p>　　(14)I2C總線接口</p><p>　　·1個基于中斷操作的多主的I2C總線；</p><p>　　·8位雙向串行數(shù)據(jù)傳送器能夠工作于100kbps的標準模式和400kbps的快速模式。</p><p>　　(15)IIS總線接口</p><p>　　

93、·1路基于DMA操作的音頻IIS總線接口；</p><p>　　·每通道8/16位串行數(shù)據(jù)傳送；</p><p>　　·支持MSB可調整的數(shù)據(jù)格式。</p><p>　　(16)SIO（同步串行I/O）</p><p>　　·1路基于DMA或基于中斷的SIO；</p><p>&

94、lt;b>　　·波特率可編程；</b></p><p>　　·支持8位SIO的串行數(shù)據(jù)傳送/接收操作。</p><p>　　(17)操作電壓范圍</p><p><b>　　·內核：2.5v;</b></p><p>　　·I/O:3.0v 3.6v。</p

95、><p><b>　　(18)運行頻率</b></p><p><b>　　最高達66MHz。</b></p><p><b>　　(19)封裝</b></p><p>　　160LQFP/160FBGA.</p><p>　　4. S3C44BOX引腳分布

96、圖</p><p>　　S3C44BOX引腳分布如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 S3C44BOX引腳分布圖</p><p>　　各引腳信號描述如下：</p><p>　　(1)S3C44BOX總線控制信號引腳見表3-1</p><p>　　表3-1 S3C44BOX總線控制信號引腳</p&g

97、t;<p>　　(2)S3C44BOX的DRAM/SDRAM/SRAM的引腳見表3-2</p><p>　　表3-2 S3C44BOX的DRAM/SDRAM/SRAM信號引腳</p><p>　　(3)S3C44BOX的LCD控制信號引腳見表3-3</p><p>　　表3-3 S3C44BOX的LCD控制信號引腳</p><

98、;p>　　(4) S3C44BOX的TIMER/PWM控制信號引腳見表3-4</p><p>　　表3-4 S3C44BOX的TIMER/PWM控制信號引腳</p><p>　　(5) S3C44BOX的中斷控制信號引腳見表3-5</p><p>　　表3-5 S3C44BOX的中斷控制信號引腳</p><p>　　(6) S3

99、C44BOX 的DMA控制信號引腳見表3-6</p><p>　　表3-6 S3C44BOX 的DMA控制信號引腳</p><p>　　(7) S3C44BOX的UART控制信號引腳見表3-7</p><p>　　表 3-7 S3C44BOX的UART控制信號引腳</p><p>　　(8) S3C44BOX的I2C-BUS控制信號引

100、腳見表3-8</p><p>　　表3-8 S3C44BOX的I2C-BUS控制信號引腳</p><p>　　(9) S3C44BOX的I2S-BUS控制信號引腳見表3-9</p><p>　　表3-9 S3C44BOX的I2S-BUS控制信號引腳</p><p>　　(10)S3C44BOX的SIO控制信號引腳見表3-10</

101、p><p>　　表3-10 S3C44BOX的SIO控制信號引腳</p><p>　　(11)S3C44BOX的ADC控制信號引腳見表3-11</p><p>　　表3-11 S3C44BOX的ADC控制信號引腳</p><p>　　(12)S3C44BOX的GPIO控制信號引腳見表3-12</p><p>　　表

102、3-12 S3C44BOX的GPIO控制信號引腳</p><p>　　(13)S3C44BOX的復位和時鐘信號引腳見表3-13</p><p>　　表3-13 S3C44BOX的復位和時鐘信號引腳</p><p>　　(14) S3C44BOX的電源引腳見表3-14</p><p>　　表3-14 S3C44BOX的電源引腳<

103、;/p><p>　　5.S3C44BOX I/O功能概述</p><p>　　S3C44BOX有71個通用可編程多功能輸入/輸出引腳，可分為以下7類端口：</p><p>　　·兩個9位輸入/輸出端口(PortE和PortF)；</p><p>　　·兩個8位輸入/輸出端口(PortD和PortG)；</p>

104、<p>　　·一個16位輸入/輸出端口(PortC)；</p><p>　　·一個10位輸出端口(PortA)；</p><p>　　·一個11位輸出端口(PortB)。</p><p>　　每個端口都可通過軟件設置來滿足各種各樣的系統(tǒng)設置和設計要求。每個端口的功能通常都要在主程序開始前被定義。如果一個引腳的多功能沒有使用，那

105、么這個引腳將被設置為I/O端口。端口E功能表見表3-15。</p><p>　　表3-15 端口E功能表</p><p><b>　　3.2.2存儲系統(tǒng)</b></p><p>　　在S3C44BOX處理器的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，也是通過存儲控制器為片外存儲器訪問提供必要的控制信號，管理片外存儲部件的。圖3-3為S3C44BOX復位后的存儲器地

106、址分配圖。從圖中可以看出：</p><p>　　·特殊功能寄存器位于0x01C00000~0x02000000的4MB空間內；</p><p>　　·Bank0~Bank5的起始地址和空間大小都是固定的；</p><p>　　·Bank6的起始地址是固定的，空間可配置為2/4/8/16/32MB；</p><p>

107、;　　·Bank7的空間大小和Bank6一樣是可變的，也可配置為2/4/8/16/32MB。</p><p>　　圖3-3 S3C44BOX復位后的存儲器地址分配</p><p>　　3.3 系統(tǒng)硬件選擇與單元電路設計</p><p>　　整個系統(tǒng)的結構框圖，如下圖3-4，是以SAMSUNG的S3C44B0X為中心的框圖</p><

108、p>　　圖3-4 系統(tǒng)結構圖</p><p>　　3.3.1 系統(tǒng)重啟（RESET）電路設計</p><p>　　系統(tǒng)重啟電路也就是復位電路，圖3-5是系統(tǒng)復位的硬件電路圖。</p><p>　　圖3-5系統(tǒng)復位硬件電路圖</p><p>　　外部復位鍵沒有按下時，nRESET端口有個上拉電阻，電位置高；當S5鍵按下時，nRESET端口

109、的電位被強制拉低，當nRESET端為低時，系統(tǒng)復位。 </p><p>　　3.3.3 系統(tǒng)調試端口（JATG）</p><p>　　JTAG(Joint Test Action Group)是IEEE的標準規(guī)范，ARM7TDMT內部提供了3個JTAG型的掃描鏈，可以進行調試和配置嵌入式的ICE-RT邏輯。JTAG仿真器也稱為JTAG調試器，是通過ARM芯片上的JTAG邊界掃描口進行調試的

110、設備。JTAG仿真器比較便宜，連接比較方便。它可以通過現(xiàn)有的JTAG邊界掃描與ARMCPU核進行通信，屬于完全非插入式 (不占片上資源)調試。它無需目標存儲器，不占用目標系統(tǒng)的任何端口，而且是普通的駐留監(jiān)測軟件所必須的。另外，JTAG調試的目標程序實在目標板上執(zhí)行，仿真更接近于目標硬件，因此，仿真結果與真實的運行環(huán)境更為接近，所以逐漸成為目前采用最多的一種調試方式，系統(tǒng)還可以通過JTAG接口燒寫程序。</p><p&

111、gt;　　表3-17是JTAG的信號引腳：</p><p><b>　　表3-17</b></p><p>　　由于芯片上有JTAG信號，因此引出這些信號線就行了，直接可以與JTAG調試器進行通信。</p><p>　　3.3.4 SDRAM、FLASH模塊</p><p>　　SDRAM存儲器和FLASH存儲器是我們

112、ARM嵌入式系統(tǒng)中不可缺少的部分，這次選用的RAM是 8Mbytes SDRAM，映射在BANK6上，也就是0X0C000000地址處，因為是易失性的可快速擦寫的存儲器，通常作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)空間使用。圖3-6為SDRAM與系統(tǒng)的連接圖：</p><p>　　圖3-6SDRAM與S3C44B0X連接圖</p><p>　　FLASH ROM：2Mbytes FLASH，由于FLASH ROM是

113、非易失性的存儲器，因此這段程序就算掉電也不會丟失，但是由于誤操作覆蓋了其中是啟動程序，那么系統(tǒng)無法正常工作。就需要通過JTAG接口重新燒寫ARMBOOT.BIN啟動程序。FLASH ROM與系統(tǒng)的連接圖如圖3-7：</p><p>　　圖3-7 FLASH與S3C44B0X連接圖</p><p>　　3.3.5 串行通信（UART）模塊</p><p>　　S3C4

114、4B0X內部集成的UART（通用異步收發(fā)器）單元提供兩個獨立的異步串行I/O口，就是常說的串口。串口在我們設計中是非常重要的，我們可以通過串口與為、外部設備進行數(shù)據(jù)通訊，還可以作為系統(tǒng)的窗口來觀察系統(tǒng)的運行狀況。UART接口圖3-8：</p><p>　　圖3-8 UART與S3C44B0X的連接圖</p><p>　　3.3.6 直流電機電路模塊</p><p>

115、　　本次設計是利用PWM波來控制電機的轉速，其實并不是直接給電機一個信號就直接控制直流電機的轉速的，而是通過一個電路經(jīng)過斬波，整形，放大，加上一個驅動電路構成的。信號從JP-ZL端輸入就OK。如圖3-9：</p><p>　　圖3-9直流電機驅動電路圖</p><p>　　3.4 PWM直流電機控制</p><p>　　PWM波的應用對我們來說并不很陌生，在8位機的

116、應用中也許會有所耳聞，在32位ARM嵌入式系統(tǒng)中我們也同樣要產生PWM來控制外設，下面將一一簡述。 </p><p>　　3.4.1 PWM的概念及其產生</p><p>　　PWM就是指脈沖寬度調制（pulse width modulation）， 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）來控制電機轉速。</p><p>　　本次設計中PW

117、M信號的產生與單片機中PWM產生是不同的，因為S3C44B0X具有6個16位的定時器，其中定時器0、1、2、3和4都具有產生PWM波形的功能，我們通過改變定時器的設置，就可以產生不同寬度的信號。其實我在前面也說過還有另一種的方法就是利用I/O口，先把端口設置為輸出狀態(tài)，輸出一種狀態(tài)（如：1），延時一端時間，再輸出另一種狀態(tài)（如：0），接著也延時一端時間，就會形成一個信號。循環(huán)輸出這樣的信號，也就會形成PWM波形。我們這里就選用前者，后者