基于ARMLPC2131的紅外遙控窗簾的課程設(shè)計(jì)報(bào)告

第西安科技大學(xué)電控學(xué)院課程設(shè)計(jì)圖1五線式四相步進(jìn)電機(jī)2.1.1步進(jìn)電機(jī)原理步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其原理是通過(guò)對(duì)它每相線圈中的電流和順序切換來(lái)使電機(jī)作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動(dòng)電路由脈沖信號(hào)來(lái)控制，所以調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的頻率便可改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。通俗地說(shuō):當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。同時(shí)通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的，現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)，混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。2.1.2步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)電機(jī)固有步距角:它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0。90/1。80(表示半步工作時(shí)為0。90、整步工作時(shí)為1。80)，這個(gè)步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù):是指電機(jī)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(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)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(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒(méi)有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。2.2課題的背景及意義步進(jìn)電機(jī)可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。步進(jìn)電機(jī)作為控制執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。例如，在儀器儀表，機(jī)床設(shè)備以及計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備中（如打印機(jī)和繪圖儀等），凡需要對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行精確控制的情況下，使用步進(jìn)電機(jī)最為理想。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)就出現(xiàn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，動(dòng)作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有什么區(qū)別，也是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在本世紀(jì)初，由于資本主義列強(qiáng)爭(zhēng)奪殖民地，造船工業(yè)發(fā)展很快，同時(shí)也使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。到了80年代后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式更加靈活多樣。原來(lái)的步進(jìn)電機(jī)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(fù)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(jì)電路。計(jì)算機(jī)則通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，更好地挖掘出電動(dòng)機(jī)的潛力。因此，用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì)，也符合數(shù)字化的時(shí)代趨勢(shì)?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?，F(xiàn)階段，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)獲得最多的應(yīng)用。第3章步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)思路本次設(shè)計(jì)采用EasyARM2131ARM芯片為主控制芯片，由ULN2003A為驅(qū)動(dòng)芯片控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；并通過(guò)MG12864點(diǎn)陣圖形液晶圖形模塊顯示步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模式。系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)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(jìn)電機(jī)ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片四相五線步進(jìn)電機(jī)ULN2003A驅(qū)動(dòng)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(jià)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(wú)縫嵌接，是目前國(guó)內(nèi)性能最穩(wěn)定，功能最強(qiáng)，支持芯片最多(陸續(xù)支持)的低價(jià)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(jí)；=1\*GB3①采用RDI通訊接口，無(wú)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(dá)1M速率的JTAG時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)；=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(shí)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(jì)，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(jì)4.1硬件功能模塊本設(shè)計(jì)共用到的功能器件有，EasyARM2131開(kāi)發(fā)板、ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片、MG12864液晶顯示屏、四相五線式步進(jìn)電機(jī)、按鍵開(kāi)關(guān)等器件。4.1.1EasyARM2131開(kāi)發(fā)板功能EasyARM2131開(kāi)發(fā)板是廣州周立功公司設(shè)計(jì)的EasyARM系列開(kāi)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(kāi)發(fā)板功能框圖可進(jìn)行GPIO的控制實(shí)驗(yàn)，如LED閃爍控制、鍵盤輸入、蜂鳴器控制、模擬SPI等；可進(jìn)行外部中斷實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)向量中斷控制器(VIC)；定時(shí)器控制實(shí)驗(yàn)，如定時(shí)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(shí)驗(yàn)等。4.1.2ULN003A驅(qū)動(dòng)芯片ULN是集成達(dá)林管IC，內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢(shì)的二極管，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16腳封裝，NPN晶體管矩陣，最大驅(qū)動(dòng)電壓為50V，電流為500MA，輸入電壓為５Ｖ，適用于TTLCOMS，由達(dá)林頓管組成驅(qū)動(dòng)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(dá)林頓晶體管陣列芯片，吸收電流可達(dá)500mA，輸出耐壓50V，具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力。內(nèi)部具有7組達(dá)林頓管電路，可以驅(qū)動(dòng)7路負(fù)載。IN

為輸入端可由單片機(jī)引腳直接控制，當(dāng)輸入端為高電平時(shí)，輸出端OUT輸出低電平。

4.1.3MG12864液晶顯示MG—12864是128(列)×64(行)點(diǎn)陣的液晶顯示模塊。當(dāng)15腳為低且16腳為高時(shí)選中MG一12864的左區(qū)(左邊的64×64)，當(dāng)15腳為高且16腳為低時(shí)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。控制線R／w、CSI、CS2、RS必須在使能線E為低的時(shí)候改變。當(dāng)使能線E為高時(shí)控制線R／w、CSI、CS2、RS不能改變；使能線E為高時(shí)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(shuō)明。引腳號(hào)符號(hào)功能引腳號(hào)符號(hào)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(dòng)電壓輸入端16 NC 空腳4Rs并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)；串行的片選信號(hào)17 RET 復(fù)位，低電平有效18NC 空腳5R/W并行的讀/寫選擇信號(hào)；串行的數(shù)據(jù)口19BLA背光源正極（LED+5V）6E 并行的使能信號(hào)；串行的同步時(shí)鐘19 BLK背光源負(fù)極（LED-0V）圖6ＭＧ12864管腳說(shuō)明4.2電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)使用ULN2003A驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，用發(fā)光二極管來(lái)顯示程序的運(yùn)行狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電路如下圖5所示。圖5電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電路4.3顯示模塊設(shè)計(jì)采用MG12864點(diǎn)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(jì)電路圖附錄設(shè)計(jì)心得胡春龍(0806050415)這次ARM課程設(shè)計(jì)是我們繼單片機(jī)課程設(shè)計(jì)后的第二次課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，以前也焊過(guò)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?yáng)|西后，真的感覺(jué)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(jì)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(jì)電路圖，尤其是這次ARM課程設(shè)計(jì)，感覺(jué)自己從中真的學(xué)到了很多很多。在這次設(shè)計(jì)中我主要擔(dān)當(dāng)電路設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試的任務(wù)，在選擇電路的過(guò)程中，差了好多資料，從驅(qū)動(dòng)芯片的選擇到12864液晶顯示屏的連接，都經(jīng)過(guò)了精心的分析和測(cè)試?，F(xiàn)成的芯片的確實(shí)好用，但能從芯片看到內(nèi)部的設(shè)計(jì)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(wèn)題的能力，尤其是在調(diào)試程序過(guò)程中，硬件和軟件的有效結(jié)合，發(fā)現(xiàn)了編程其實(shí)也是符合我們的邏輯思維的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們也遇到過(guò)很多問(wèn)題，尤其在調(diào)試程序的過(guò)程中，好多時(shí)候都不能按照我們想象的那樣運(yùn)行。我們先是將驅(qū)動(dòng)板焊好，然后測(cè)試成功后在加入程序調(diào)試成功，再加入顯示器的過(guò)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(guò)經(jīng)過(guò)我們共同的努力還是成功了。其實(shí)，有時(shí)候真的一個(gè)人的想法很難解決一個(gè)問(wèn)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(diǎn)我們少走了好多彎路，再次感謝李老師！張宏波(0806050417)為期兩個(gè)星期的ARM課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，這次的實(shí)驗(yàn)上學(xué)期單片機(jī)課程設(shè)計(jì)不同，這次是既要學(xué)習(xí)和熟悉軟件的東西，又要做出硬件的東西。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)基于ARM的嵌入式步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有了更深入的了解和認(rèn)知，對(duì)于ARM微處理器的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用也有了更深入的認(rèn)知，可以簡(jiǎn)單的運(yùn)用ARM的基本功能，也為下個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。這次的課程設(shè)計(jì)是時(shí)間最長(zhǎng)和最系統(tǒng)的一次設(shè)計(jì)，開(kāi)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(gè)系統(tǒng)，最后做出完美的一個(gè)控制步進(jìn)電機(jī)的控制器。組員們齊心協(xié)力的完成，雖然各自可能負(fù)責(zé)的東西不一樣，但是都是為了完成這個(gè)項(xiàng)目而努力的做。期間有很多的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)我們的探討和老師的幫助下，做完了整個(gè)實(shí)驗(yàn)?；咀龀隽诵枰臇|西，只是還有待完善一些很小的問(wèn)題，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我還體會(huì)到了自己知識(shí)的貧乏，許多知識(shí)都沒(méi)有涉及到。在今后的學(xué)習(xí)中，自己應(yīng)該加強(qiáng)書本與實(shí)踐之間的聯(lián)系，并且擴(kuò)大知識(shí)面，取得更大的進(jìn)步。張玻(0806050331)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)到了很多東西，對(duì)以后的工作和學(xué)習(xí)都很有幫助，剛好后面還有畢業(yè)設(shè)計(jì)要做，這也算是讓我們進(jìn)入狀態(tài)，可以給好的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，為我們的大學(xué)生化畫上一個(gè)完美的句號(hào)。我們的課程設(shè)計(jì)是基于ARM的步進(jìn)電機(jī)的控制與調(diào)速，在這兩個(gè)周的時(shí)間里，在很大的程度上鍛煉了自己。以前對(duì)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(jì)中，我對(duì)ARM有了全新的了解。在整整四個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是收獲頗多，不僅鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，困難重重，很大的考驗(yàn)了自己的動(dòng)手能力和思維能力。這次的課程設(shè)計(jì)還讓我體會(huì)到了同學(xué)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(yàn)很難得。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我還體會(huì)到了自己知識(shí)的貧乏，許多知識(shí)都沒(méi)有涉及到。在今后的學(xué)習(xí)中，自己應(yīng)該加強(qiáng)書本與實(shí)踐之間的聯(lián)系，并且擴(kuò)大知識(shí)面，取得更大的進(jìn)步。李佳杰(0806050424)本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是采用ARM芯片進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的控制。課程設(shè)計(jì)題目下來(lái)后，我們小組積極討論方案，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們遇到了很多的困難。但是通過(guò)我們的團(tuán)結(jié)努力，我們最終按時(shí)完成了作業(yè)。這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)ARM芯片有了更深入的了解，對(duì)專業(yè)知識(shí)有了更全面的鞏固。但我感覺(jué)這并不是我最大的收獲。最重要的是我領(lǐng)會(huì)了團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性，一個(gè)人的力量是有限的，團(tuán)隊(duì)的力量是無(wú)限的。一個(gè)人面對(duì)失敗容易退縮，有了一個(gè)強(qiáng)大的團(tuán)隊(duì)，隊(duì)員們往往會(huì)迎難而上。所以在以后的學(xué)習(xí)和生活中，我們應(yīng)該學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)合作，而不是搞個(gè)人主義，一個(gè)人的精力是有限的，不可能什么事都干的下來(lái)。這次課程設(shè)計(jì)之前我們小組分工明確，每個(gè)人發(fā)揮自己的特長(zhǎng)。比如我們組的胡春龍同學(xué)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覀儓F(tuán)隊(duì)分工明確，配合默契，大大提高了工作效率。而且我們團(tuán)隊(duì)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(jì)我最大的收獲不是專業(yè)知識(shí)學(xué)了多少，而是懂得了團(tuán)隊(duì)合作精神的重要性，學(xué)會(huì)了如何去工作。課程設(shè)計(jì)雖然告一段落了，但回味其過(guò)程還是很難忘的，從遇到問(wèn)題再去解決問(wèn)題，看似簡(jiǎn)單，其實(shí)每一步都充滿了艱辛。但我們還是克服了每一個(gè)困難，按時(shí)完成了作業(yè)，最重要的是我們收獲了如何去解決問(wèn)題。何松霖(0806050412)為期兩個(gè)星期的ARM課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，第一次由我們自己從設(shè)計(jì)制