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学习1138总结
引言
嵌入式系统在工业生产控制、智能仪器、信息家电、网络通信等领域中都有着广泛的应用。
在近几年来,嵌入式系统取得了前所未有的发展,多媒体手机、数字个人助理(PDA)、数字导航仪、MP3/MP4、网络路由器等无一不是嵌入式系统的一种。
可以相信,随着数字多媒体时代的来临,嵌入式系统将会有更加广阔的发展前景。
基于嵌入式系统应用的嵌入式处理器也因此取得了飞速的发展,在众多的嵌入式处理器中,尤以ARM处理器的市场占有量最大。
ARM处理器历经近10年的发展,从早期的ARM7发展到现在的ARM11,到今天的Cortex-M3处理器等,已经形成一系列产品线。
基于ARM技术的微处理器在32位RISC微处理器中已占据超过75%的市场份额,ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。
ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机(JVM)高得多的性能,和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。
CPU功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力,提高了性能和灵活性。
由于ARM芯片的优异性能,因此吸进了很多开发人员的青睐。
目前ARM公司的开发工具ADS、RealView以及IAR与ARM核处理器结合较好,得到了广大嵌入式学习者的一致认可。
ARM1138是一款基于ARMCortex-M3的先进内核的高性能、低价格的开发板,A/D实现数据采集通过液晶显示,直流电机调速通过改变脉冲信号开关的比例,达到对速度的控制。
PWM软件的方法来实现调速过程,具有更大的灵活性。
ARM1138可以实现硬件设计软件化,实现对直流电机的速度控制、液晶显示等,并具有精度高、快速响应性好、稳定性高等优点,具有很好的应用前景。
EasyARM1138实验板介绍
EasyARM1138是专门针对广大电子信息专业在校大学生而设计的一款基于ARMCortex™-M3先进内核的高性能、低价格开发板,用于教学、毕业设计、电子竞赛,等等。
也是广大单片机爱好者、开发工程师首选的Cortex™-M3开发板。
【功能特点】
●强大的MCU内核
●丰富的外设资源
●内嵌USB接口的下载仿真器
●简明的外围电路设计,调试时无需任何连线和跳线,操作极为方便
●开发软件
◆IAREmbeddedWorkbenchforARM4.42A或5.11(内嵌USB下载仿真器)
◆KeilµVision3(无需U-LINK仿真器)
◆支持µC/OSII操作系统(提供移植代码)
◆提供《Stellaris外设驱动库》快速安装方法及C语言源代码
实验板CPU框图:
实验内容
(1)液晶显示
1602字符液晶为工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符。
(16列2行)
管脚说明:
1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD,多出来的2条线是背光电源线。
LCD显示原理
1602液晶模块内部的字符发生存储器(CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形,这些字符有:
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B(41H),显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”。
部分液晶显示程序如下:
TheSysClock=SysCtlClockGet();//获取系统时钟,单位:
Hz
LCD_Init();//初始化LED1和LED2
unsignedchars1[]={"西安邮电学院"};
unsignedchar*p1=s1;
unsignedchars2[]={"电子与信息工程"};
unsignedchar*p2=s2;
unsignedchars3[]={"曹凌云科技零七零一"};
unsignedchar*p3=s3;
unsignedchars4[]={"曹凌云学号三十二号"};
分析:
液晶显示屏是用点阵来表示的,每个汉字是用点阵来表示,用二进制的0或1表示那个点的亮灭,修改点阵就可以显示不同的字,液晶显示是按行从左到右的打,逐行显示。
(2)直流电机调速
a.直流电机的特点和分类
电机是把电能转换成机械能的装置。
电机的种类繁多,如果按电源类型分,可分为直流电机和交流电机两大类。
常见的直流电机包括有刷电机、无刷电机、步进电机等。
直流有刷电机是所有电机的基础,它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。
本设计采用的是有刷直流电机。
直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。
运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
b.有刷直流电机(BDC)的工作原理
BDC电机的基本构造的组件包括定子、转子、电刷和换向器。
定子和转子磁场相互作用驱动电机旋转。
有刷直流电机的类型根据电机定子或外壳中磁场的产生方式来划分。
根据有刷直流电机的类型,定子磁场可以由永磁铁或定子中的绕组产生。
对于后一种情况,定子绕组与转子绕组可以是并行、串行、或混合方式连接。
这三种有刷直流电机分别称为并激电动机、串激电动机和复激电动机。
定子产生静止磁场。
这一静止磁场围绕在电枢(或称转子)的周围。
外加电源激发出电枢磁场。
BDC电机轴上还有两个圆弧形的铜片,称为换向片。
电机转动时,碳质的电刷在换向器上滑动。
这样就可以产生一个与定子的静止磁场相吸引的旋转磁场。
电枢和定子绕组中的电流由电池或其它直流电源供给(永磁BDC电机没有定子绕组)。
电池(或直流电源)提供恒定的直流电压。
电压幅度决定了电机的转速,因此是电池或直流电源是一个线性激励源。
改变BDC电机速度的最有效方式是采用脉宽调制(PWM)技术。
PWM技术是以固定的频率开关恒压源。
改变PWM信号的脉冲宽度可以调节电机的速度。
脉冲高低电平间的比例称为PWM信号的占空比。
直流电池电平的幅度等于PWM信号的平均幅度。
c.PWM技术简介
在直流电机系统中,开关放大器提供驱动电机所需要的电压和电流,通过改变加在电动机上的电压的平均值来控制电机的运转。
在开关放大器中,常采用晶体管作为开关器件,晶体管如同开关一样,总是处在接通和断开的状态。
在晶体管处在接通时,其上的压降可以略去;当晶体管处在断开时,其上压降很大,但是电流为零,所以不论晶体管接通还是断开,输出晶体管中的功耗都是很小的。
一种比较简单的开关放大器是按照一个固定的频率去接通和断开放大器,并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”的相位宽窄,这样的放大器被称为脉冲调制放大器。
PWM(PulseWidthModulation)脉冲宽度调制技术就是通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值)的技术。
根据PWM控制技术的特点,到目前为止主要有八类方法:
相电压控制PWM、线电压控制PWM、电流控制PWM、空间电压矢量控制PWM、矢量控制PWM、直接转矩控制PWM、非线性控制PWM、谐振软开关PWM。
本文研究的等脉宽PWM法属于相电压控制PWM。
等脉宽PWM法VVVF(VariableVoltageVariableFrequency)装置在早期是采用PAM(PulseAmplitudeModulation)控制技术来实现的。
其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压.等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的,是PWM法中最为简单的一种。
它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压。
采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。
相对于PAM法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数。
但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量。
采用直流脉宽调制的调速系统,在许多方面有较大的优点:
①主电路线路简单,需要的功率元件少;②开关频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗和发热都较小;③低速性能好,稳速精度高,因而调速范围宽;④系统快速响应性能好,动态抗干扰能力强;⑤主电路元件工作在开关状态,导通损耗小,装置效率较高;⑥直流电源采用不可控三相整流时,电网功率因数高。
d.电机调速程序如下:
voidcompInit(void)
{
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOB);
/*使能GPIOPB口*/
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOF);
SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_COMP0);
/*使能模拟比较器0*/
GPIOPinTypeComparator(GPIO_PORTB_BASE,VIN);
/*设置PB4为C0*/
GPIODirModeSet(GPIO_PORTF_BASE,VOUT,GPIO_DIR_MODE_HW);
GPIOPadConfigSet(GPIO_PORTF_BASE,VOUT,GPIO_STRENGTH_4MA,GPIO_PIN_TYPE_STD);/*设置为4mA驱动和推挽使能*/
ComparatorConfigure(COMP_BASE,0,(COMP_TRIG_NONE|COMP_INT_RISE|COMP_ASRCP_REF|COMP_OUTPUT_NORMAL));/*配置模拟比较器0*/
ComparatorRefSet(COMP_BASE,COMP_REF_2_371875V);/*配置内部参考电压为2.37V*/
ComparatorIntEnable(COMP_BASE,0);
/*使能模拟比较器0中断*/
IntEnable(INT_COMP0);//使能COMP模块中断
IntMasterEnable();//使能处理器中断
}
voidPWMInit(void)
{
SysCtlPeriEnable(CCP2_PERIPH);
/*使能CCP2所在的GPIO端口*/
GPIOPinTypeTimer(CCP2_PORT,CCP2_PIN);
/*配置CCP2管脚为PWM输出*/
SysCtlPeriEnable(SYSCTL_PERIPH_TIMER1);/*使能定时器模块*/
TimerConfigure(TIMER1_BASE,
TIMER_CFG_16_BIT_PAIR|TIMER_CFG_A_PWM);
//配置Timer1A为16位PWM
}
//系统初始化
voidSystemInit(void)
{
SysCtlLDOSet(SYSCTL_LDO_2_50V);//设置LDO输出电压
SysCtlClockSet(SYSCTL_USE_OSC|
//系统时钟设置,采用主振荡器
SYSCTL_OSC_MAIN|
SYSCTL_XTAL_6MHZ|
SYSCTL_SYSDIV_1);
TheSysClock=SysCtlClockGet();//获取当前的系统时钟频率
timer0Init();
compInit();
PWMInit();
}
intmain(void)
{
chars1[10];
chars2[10];
shortchasu;//转速差
shortmatch=12000;//匹配值
JTAG_Wait();//防止JTAG失效,重要!
SystemInit();//系统初始化
while
(1)
{if(i==1)
{
chasu=sheding-count;
match=match+chasu*10;
sprintf(s1,"%ld",count);
sprintf(s2,"%ld",count*120/9);
//UART_Puts(s1);
//UART_Puts("电机转速为:
");
//UART_Puts(s2);
//UART_Puts("转/分\r\n");
if(match>19000)match=19000;
if(match<5000)match=5000;
TimerControlLevel(TIMER1_BASE,TIMER_A,true);
/*控制PWM输出反相*/
TimerLoadSet(TIMER1_BASE,TIMER_A,20000);
/*设置定时器初值300Hz*/
TimerMatchSet(TIMER1_BASE,TIMER_A,match);
/*设置TimerA的PWM匹配值*/
TimerEnable(TIMER1_BASE,TIMER_A);
/*使能定时器计数,PWM开始输出*/
count=0;
i=0;
}
}
}
//定时器500ms的中断服务函数
voidTimer0A_ISR(void)
{
unsignedlongulStatus;
ulStatus=TimerIntStatus(TIMER0_BASE,true);
//读取中断状态
TimerIntClear(TIMER0_BASE,ulStatus);
//清除中断状态,重要!
if(ulStatus&TIMER_TIMA_TIMEOUT)
//如果是定时器超时中断
{
i=1;
}
}
//模拟比较器0中断服务函数
voidAnalog_Comparator_0_ISR(void)
{
ComparatorIntClear(COMP_BASE,0);
//清除中断状态
count++;
}
分析:
调速器的转动片是齿轮状,当转动片转动时,会影响其后面安装的光敏电阻的光照。
调速器就是利用光敏电阻对光的感应,改变电阻阻值,从而改变输出电流和电压。
它用改变矩形脉冲的脉宽来补偿转速的变化引起的电流电压变化。
转速减小,脉宽变宽,转速增大,脉宽变窄。
同时,转动片转动引起的光照一明一暗,对光敏电阻影响,输出的波形可以起到计数的作用。
(3)定时器演奏乐曲
简谱是大众化的音乐记谱方式,比较容易理解和掌握。
我们可以把一首乐谱(score)看成是由若干个基本的音符(note)单元组成。
一个音符由音名和时值组成。
音名就是低音、中音、高音的1234567(唱作doremifasollasi),其本质是音符的发声频率。
在头文件"music.h"里,用L1~L7、M1~M7、H1~H7定义了低音、中音、高音所对应的发声频率。
时值是音符的发声时间长短,有全音符、二分音符、四分音符⋯⋯等等。
音符可以后缀一个“符点”,表示时值增加1/2,特殊地,二分音符加符点时用“-”代替圆点。
参见表1.24的描述。
表1.24常见简谱音符示例音符
名称
相对时值
5―――
全音符
T
5-
二分音符
T/2
5
四分音符
T/4
5
八分音符
T/8
5
十六分音符
T/16
5――
符点二分音符
T/2+T/4
5.
符点四分音符
T/4+T/8
5.
符点八分音符
T/8+T/16
原理:
定时器演奏乐器的实验应用了EASYARM板中Timer模块,利用蜂鸣器演奏是利用了PWM(脉宽调制)技术,是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
通过频率的变换发出声音的不同,可以演奏乐曲。
在这个实验中我们了解了有两种方法,一是改变频率,二是改变占空比。
我们又通过程序更改了端口,改为由CCP2端口输出,即将程序中所有的CCP3改为CCP2,所有的TIMER_B改为TIMER_A,此时可再通过示波器观察其频率变化,而此时蜂鸣器不再发声。
在更改默认端口的时候,我就是根据以下的端口的配置来修改程序的。
可编程定时器可对驱动定时器输入管脚的外部事件进行计数或定时。
(4)温度采集电路设计
要求:
设计一个温度采集调理电路,用液晶模块LCD1602显示。
采用温敏电阻(负温度系数),经过由运放OP07组成的调理电路后,使得输出电压0--5V,对应的温度变化范围是20℃--35℃。
温敏电阻有正温度系数和负温度系数之分,负温度系数热敏电阻是温度升高其阻值反变小;正温度系数电阻则是温度升高阻值也升高。
本实验中采用正温度系数温敏电阻。
将输出的电压值经过AD转换模块后由LCD1602显示,其中的AD转换可以采用线性处理,也可用查表法,由于查表法需要测定大量数据,比较繁琐,故采用线性处理,使得温度升高时,采集的电压值也升高。
温度采集后转化的电压值由0通道送入实验箱的AD转换模块,再将转换结果送到LCD1602显示(实验箱内部已连接),温度值在第二行显示。
若为了追求更加精确,可以采用查表法,依次测出不同温度值所对应的电压值,在将电压值通过程序转化为对应温度值显示在液晶模块上。
电路图设计如下:
实验分析与小结
通过这些开放式实验,我学到了很多东西,初步了解了ARM系统,可以编写程序实现一些功能。
通过定时器演奏乐器实验则是根据编写的乐谱程序再由示波器观察波形,波形按乐符的频率进行变化,利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
通过通用输入\输出端口这个实验,我初步认识了ARM系统,通用的输入\输出端口,可以根据程序的设定,作为输入和输出。
我们可以根据程序设定,设定输出的状态,由此控制LED的高低电平,因此可控制LED灯的亮灭。
通过液晶显示这个实验,基本了解了矩阵键盘的构造,点阵构造了汉字显示,就通过每个点的亮灭就可以在液晶显示屏上显示出构造的汉字。
总之,这次实验以后我对于以前学到的知识有了进一步的掌握和新的认识,知识不再只停留于课本,而是应用到了实际中,我也知道了实际应用与单纯理论的区别。
再者我接触了很多新的软件,如KeiluVision3,Protues等,扩展了我的知识面。
同时最关键的是,实验使我的动手能力大大得到提高,我也学会了自主学习和自己解决问题的方法,我想这才是我这次实验最宝贵的收获。
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