嵌入式PWM课程设计报告

《嵌入式系统》课程设计说明书基于S3C2410XPWM步进电机控制应用开发系、部：计算机与信息科学系组成员：李传颂、李佳文潘应成、马永光指导教师：秦辉职称：讲师专业：计算机科学与技术班级：计本0803班完成时间：2011年12月12日目录21、前言.................................................................31．1课题研究背景.....................................................31．2课程研究目的和意义...............................................32、开发环境及系统结构...............................................42．1开发环境.........................................................42．2ARM2440实验箱介绍................................................42．2．12440核心板规格：..........................................52．2．22440实验箱底板规格：.....................................52．3系统结构..........................................................63、基于S3C2410XPWM步进电机控制应用开发........................73．1PWM介绍..........................................................73．1．1PWM简介...................................错误!未定义书签。3．1．2S3C2410X定时器特性........................................73．1．3PWM控制寄存器.............................................73．2基于S3C2410XPWM步进电机的硬件开发.............................93．2．1系统设计要求与方案确定.....................................93．2．2PWM步进电机驱动电路设计....................................93．3基于S3C2410XPWM步进电机的软件开发............................113．3．1程序流程图...............................................113．3．2应用程序设计..............................................123．3．3功能测试..................................................174、总结..................................................................................................................................................19参考文献..................................................................................................................................2031、前言1．1课题研究背景随着3C融合进程和我国传统产业结构升级的加速，人们对设备越来越高的应用需要已经无法满足当前和未来高性能的应用与发展需求。显然，嵌入式系统的软、硬件技术和开发手段，正日益受到重视，成为各领域技术创新的重要基础。目前，嵌入式系统是近年来发展很快的计算机方面的学科方向，并迅速渗透到控制、自动化、仪器仪表等学科。嵌入式方向包括了软硬件协同设计、嵌入式体系结构、实时操作系统、嵌入式产品设计等方面的知识，大于当代大学生，更需要掌握嵌入式系统设计的典型开发工具和开发核心技术。对于嵌入式市场的发展来说，中国市场的意义更加重大。中国市场对于嵌入式互联网这场革命来说非常关键。勃勃的生机，很好的产业互动，良好的协作精神，中国现在正在形成-个健康的嵌入式的发展模式和转型模式。中国可能是-个引发点，嵌入式市场先在中国蓬勃发展，然后辐射到全球其他地区。1．2课程研究目的和意义掌握ARM处理器的PWM控制方式和工作原理，掌握利用S3C2410X中定时器控制PWM定时的软件编程方法。增进对嵌入式强大功能的认识，提高学习能力有着深远意义。42、开发环境及系统结构2．1开发环境硬件：EmbestEduKit-III实验平台，EmbestARM标准、增强型仿真器套件，即ARM2440实验箱，PC，步进电机。软件：EmbestIDEforARM集成开发环境，windowsxp。2．2ARM2440实验箱介绍2．2．12440核心板规格：◆CPU处理器－SamsungS3C2440AL，主频400MHz，最高533MHz。◆SDRAM内存－板载64MBSDRAM－32bit数据总线－SDRAM时钟频率高达100MHz◆Flash存储器－板载64MBNandFlash，掉电非易失－板载2MBNorFlash◆专业1.25V核心电压供电，完美解决CPU发热现象◆3个用户LED灯2．2．22440实验箱底板规格：◆大电流5V供电，提供更加优质的供电，防止-切因为电源而引起的BUG；◆LCD显示－板上LCD接口集成4线电阻式触摸屏接口，可以直接连接4线电阻式触摸屏，－支持黑白、4级灰度、16级灰度、256色、4096色STN液晶屏，尺寸从3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可以达到1024X768象素－支持黑白、4级灰度、16级灰度、256色、64K色、真彩色TFT5液晶屏，尺寸从3.5寸到12.1寸，屏幕分辨率可以达到1024×768象素－2440实验箱的标准配置为SHARP8英寸分辨率为640x480的TFT真彩液晶屏，自带触摸屏◆1个100M以太网RJ-45接口◆3个串行接口，其中两个为RS3232电平,以DB9接口引出，另-个是TTL电平，以扩展模块接口引出◆4个USBHostA型接口（支持USB1.1协议）◆1个USBSlaveB型接口（支持USB1.1协议）◆1个SD卡存储接口◆1路立体声音频输出接口，1路音频输入接口◆1个2.54mm的20针Jtag接口，可以使用它进行软件仿真和单步调试以及下u-boot◆4x4的UserButtons◆板载AD转换测试◆板载PWM功能测试（控制直流电机调速）◆板载44PinIDE接口◆板载实时时钟电池◆系统复位开关和指示灯◆CAN总线接口◆多功能扩展接口◆两路DA◆开关量若干个◆8个数码管◆1个蜂鸣器◆8个LED灯◆1个VGA接口◆1个直流电机◆1个步进电机◆1个扩展FPGA模块的专用接口6图2.1实验开发板图2.3系统结构图2.2嵌入式系统组成框图73、详细设计3．1PWM介绍3.1.1PWM定时器概述S3C2410X有5个16位定时器，其中定时器0、1、2、3具有脉冲宽度调制（PWM）功能，定时器4具有内部定时左右，但是没有输出引脚。定时器0具有死区生成器，可以控制大电流设备。定时器T0、T1共用一个8bit预分频器，定时器T2、T3、T4共用另一个8bit预分频器，每个定时器都有一个时钟分频器，信号分频输出有5种模式。每个定时器模块都从时钟分频器接收它自己的时钟信号，时钟分频器接收的时钟信号来自于8bit预分频器。可编程8bit预分频器根据存储在TCFG0和TCFG1中的数据对PCLK进行分频。3.1.2S3C2410X定时器特性（1）5个16位定时器。（2）2个8bit预分频器和2个4bit分频器。（3）可编程PWM输出占空比。（4）自动重载模式，或者单个脉冲输出模式。（5）具有死区生成器。（6）自动重载与双缓冲。S3C2410X具有双缓冲功能，能在不中止当前定时器运行的情况下，重载下次定时器运行参数，所以尽管新的定时器的值被设置好了，但是当前操作仍能成功完成。定时器值可以写入定时器计数缓冲寄存器，当前的计数器的值可以从定时器计数观察寄存器独读出。读出的TCNTBn值并不是当前的计数器值，而是下次重载的计数器值。当TCNTBn=0时，自动重载操作把TCNTBn的值装入TCNTn，只有当自动重载允许并且TCNTn=0时，才会自动重载。如果TCNTn=0，自动重载禁止，则定时器停止运行。3.1.3PWM定时器控制寄存器1）定时器寄配置存器0（TCFG0，地址：0x51000000）定时器配置寄存器0如表3.1所示。8表3.1定时器配置寄存器0（TCFG0）TCFG0位描述初始化状态保留[31:24]--0x00死区长度[23:16]8bit控制死区的长度0x00预分频器1[15:8]8bit数据等于定时器2、3、4的预分频值0x00预分频器0[7:0]8bit数据等于定时器0的预分频值0x00定时器输入时钟频率（TCLK）=PCLK/（预分频值+1）/分频器分频值预分频值=0~255。分频器的分频值为2、4、8、16。PWM输出时钟频率=定时器输入时钟频率（TCLK）/定时器计数缓冲寄存器（TCNTBn）PWM输出信号占空比=定时器比较缓冲寄存器值（TCMPBn）/定时器计数缓冲寄存器（TCNTBn）2）定时器减法缓冲寄存器（TCNTBn）/比较缓冲寄存器(TCMPBn)定时器减法缓冲寄存器（TCNTBn）/比较缓冲寄存器（TCMPBn）如表3.2所示。表3.2定时器减法缓冲寄存器（TCNTBn）/比较缓冲寄存器(TCMPBn)寄存器R/W描述复位值TCNTBnR/W定时器n减法缓冲寄存器0x00000000TCMPBnR/W定时器n比较缓冲寄存器0x00000000TCNTBn[15:0]:设置减法缓冲寄存器的值TCMPBn[15:0]：设置比较缓冲寄存器的值3）定时器观察寄存器（TCNTOn，地址：0x5100000C~0x5100003C）定时器观察寄存器如表3.3所示。表3.3定时器观察寄存器寄存器地址寄存器地址寄存器地址9TCNTB00x5100000CTCMPB00x51000010TCNTO00X51000014TCNTB10x51000018TCMPB10x5100001CTCNTO10X51000020TCNTB20x51000024TCMPB20x51000028TCNTO20X5100002cTCNTB30x51000030TCMPB30x51000034TCNTO30X51000038TCNTB40x5100003C----TCNTO40X510000403．2基于S3C2410XPWM步进电机的硬件设计3.2.1系统设计要求与方案确定1.系统设计要求1）以S3C2410X为核心，设计一个PWM步进电机控制系统。2）通过按键控制PWM的占空比。2.设计方案确定硬件电路由4部分组成，即按键电路、时钟电路、复位电路、步进电机驱动电路。3.2.2PWM步进电机的驱动电路设计步进电机是一种将电脉冲化为角位移的执行机构。通俗点讲，当步进电驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。本实验使用的电机驱动器是日本东芝公司的TA8435芯片，该芯片的功能如下：（1）