【正文】 二維平臺(tái)的直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)軟硬件設(shè)計(jì) 目 錄1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 1 課程設(shè)計(jì)任務(wù) 1 課程設(shè)計(jì)目的 1 課程設(shè)計(jì)要求 1 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 1 課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求 1 課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 2 課程設(shè)計(jì)考核辦法 22. 課程設(shè)計(jì)綜述 3 設(shè)計(jì)的目的與意義 3 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3 總體設(shè)計(jì)框圖 33. 硬件設(shè)計(jì) 4 LPC2104芯片介紹及設(shè)計(jì) 4 LPC2104芯片最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 12 電源電路設(shè)計(jì) 12 系統(tǒng)復(fù)位電路 12 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 13 UART通用異步串行接口電路 14 JTAG調(diào)試接口設(shè)計(jì) 15 限位開(kāi)關(guān)電路 18 X、Y軸驅(qū)動(dòng)電路 194. 系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì) 25 多輸出電路設(shè)計(jì) 27 確定多路輸出的技術(shù)指標(biāo) 27 確定反饋電路 27 電路設(shè)計(jì) 29 多路輸出式高頻變壓器的設(shè)計(jì) 29 多路輸出單片開(kāi)關(guān)電源的改進(jìn)方案 315. 軟件設(shè)計(jì) 33 工作原理 33 直線插補(bǔ)原理 33 圓弧插補(bǔ)原理 37 總程序流程圖設(shè)計(jì) 40 UART通用異步串行通信的實(shí)現(xiàn)思路 41 引腳描述 41 結(jié)構(gòu) 41 JTAG調(diào)試接口的系統(tǒng)仿真調(diào)試 44 調(diào)試框圖 44 調(diào)試設(shè)置及操作 44 固化程序 466. 小結(jié) 477. 參考文獻(xiàn) 48附圖1多路輸出開(kāi)關(guān)電源電路圖 49附圖2多路輸出開(kāi)關(guān)電源改進(jìn)電路圖 50附圖3系統(tǒng)控制電路圖 511. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目：二維平臺(tái)的直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)軟硬件設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)本課題根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作原理，運(yùn)用ARM系統(tǒng)，設(shè)計(jì)基于步進(jìn)電機(jī)的直線插補(bǔ)功能和圓弧插補(bǔ)功能的ARM控制實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)以ARM為核心，結(jié)合相關(guān)的輸入和輸出接口電路，通過(guò)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并帶動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)推動(dòng)二維平臺(tái)按照設(shè)計(jì)的要求運(yùn)動(dòng)。 課程設(shè)計(jì)目的通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)使學(xué)生掌握：1）步進(jìn)電機(jī)的工作原理。2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用方法。3）微機(jī)接口技術(shù)與I/O通道電路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法；4）電源電路的設(shè)計(jì)；5）控制程序的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。 課程設(shè)計(jì)要求運(yùn)行所設(shè)計(jì)的程序，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)二維平臺(tái)進(jìn)行直線插補(bǔ)。運(yùn)行所設(shè)計(jì)的程序，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)二維平臺(tái)進(jìn)行圓弧插補(bǔ)。 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容系統(tǒng)硬件接線圖，包括相應(yīng)的輸入和輸出接口電路；軟件程序，主要流程圖； 課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求報(bào)告中提供如下內(nèi)容：目錄正文（1）課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；（2）課程設(shè)計(jì)綜述；（3）硬件電路設(shè)計(jì)（可用Atium軟件）；（4）電源電路設(shè)計(jì)（可用Atium軟件）；（5）軟件設(shè)計(jì)，主要流程圖?？偨Y(jié)參考文獻(xiàn) 課程設(shè)計(jì)進(jìn)度安排周次工作日工作內(nèi)容第一周1布置課程設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)習(xí)和研究相關(guān)資料2掌握與課程設(shè)計(jì)相關(guān)器件的使用方法3完成總體設(shè)計(jì)方案4選擇硬件設(shè)計(jì)需要的芯片5完成硬件電路的連接，電路要切實(shí)可行第二周1電源電路的設(shè)計(jì)，電路要切實(shí)可行2人機(jī)接口與仿真接口設(shè)計(jì)3軟件設(shè)計(jì)，畫(huà)出主要流程圖4答辯5完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程設(shè)計(jì)考核辦法本課程設(shè)計(jì)滿分為100分，從課程設(shè)計(jì)平時(shí)表現(xiàn)、課程設(shè)計(jì)報(bào)告及課程設(shè)計(jì)答辯三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)分，其所占比例分別為20%、40%、40%。2. 課程設(shè)計(jì)綜述 設(shè)計(jì)的目的與意義通過(guò)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)自己綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，并獲得科學(xué)研究的基礎(chǔ)訓(xùn)練，加深對(duì)ARM芯片的了解；熟悉ARM芯片各個(gè)引腳的功能，工作方式，計(jì)數(shù)/定時(shí)，I/O口，中斷等相關(guān)原理，鞏固學(xué)習(xí)嵌入式的相關(guān)內(nèi)容知識(shí)。 設(shè)計(jì)內(nèi)容利用ARM芯片模擬實(shí)現(xiàn)直線、圓弧插補(bǔ)。自行選擇所需ARM芯片，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，熟悉所選ARM芯片，了解所選ARM芯片各個(gè)引腳功能，工作方式，計(jì)數(shù)/定時(shí)，I/O口，中斷等相關(guān)原理，通過(guò)軟硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)利用ARM芯片完成交通燈的模擬控制。 總體設(shè)計(jì)框圖用ARM7系列芯片LPC2104作為系統(tǒng)的主控芯片，控制X軸、Y軸的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)。 LPC2104JTAG仿真器并行接口PC機(jī)UART通用異步串行接口電路 功率放大器X軸 、Ｙ軸步進(jìn)電機(jī)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 SH204033. 硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，自行選擇電子元件，畫(huà)出電氣原理圖，并調(diào)試。一個(gè)完整的系統(tǒng)除了主控芯片以外，還需配上電源系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等。獨(dú)立的芯片是不能工作的。 LPC2104芯片介紹及設(shè)計(jì)LPC2104是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的32 位ARM7TDMISCPU 的微控制器，具有JTAG調(diào)試、ISP編程等功能。并帶有128kB 的嵌入的高速Flash 存儲(chǔ)器。64KB/32KB/16KB的SRAM，無(wú)需拓展存儲(chǔ)器，使系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單、可靠；功能強(qiáng)大；體積小，內(nèi)部PLL時(shí)鐘調(diào)整，功耗更低。較小的封裝和極低的功耗使 LPC2104可理想地用于小型系統(tǒng)中，具有以下一些特性：l 小型LQFP48封裝l 64KB/32KB/16KB的片內(nèi)靜態(tài)RAM 和128k的片內(nèi)Flash 程序存儲(chǔ)器。l 128位接口/加速器使其實(shí)現(xiàn)了60MHz的高速操作l 通過(guò)片內(nèi)Bootloader軟件實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程（ISP）l 和在應(yīng)用編程（IAP）l Flash編程時(shí)間1ms　l 可編程（512）字節(jié)l 單扇區(qū)擦除和整片擦除只需400ms　l 向量中斷控制器　　l 可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址　　l 嵌入式跟蹤宏單元對(duì)指令的執(zhí)行實(shí)現(xiàn)了非插入的高速實(shí)時(shí)跟蹤　　l 多個(gè)串行接口包括雙UART（16C550）高速l 標(biāo)準(zhǔn)的 I2C 總線接口和I2C總線可用于測(cè)試和診斷 　l 可配置為主機(jī)，從機(jī)或主/從機(jī)　　l 可編程時(shí)鐘可實(shí)現(xiàn)通用速率控制　　l 主機(jī)從機(jī)之間雙向數(shù)據(jù)傳輸　　l 多主機(jī)總線(無(wú)中央主機(jī))　　l 同時(shí)發(fā)送的主機(jī)之間進(jìn)行仲裁，避免了總線數(shù)據(jù)的沖突　　l 串行時(shí)鐘同步使器件在一條串行總線上實(shí)現(xiàn)不同位速率的通信　　l 串行時(shí)鐘同步可作為握手機(jī)制使串行傳輸掛起和恢復(fù)　 LPC2104的內(nèi)核結(jié)構(gòu) 引腳信息LPC2104 LPC2104引腳排列圖 引腳描述引腳名稱LQFP類(lèi)型描述～I(xiàn)/OP0口: P0是一個(gè)32位雙向I/O口。每個(gè)位都有獨(dú)立的方向控制，P0口引腳的操作取決于引腳連接模塊所選擇的功能13OO P0口位0TxD0 UART0的發(fā)送器輸出PWM1 脈寬調(diào)制器輸出114IO P0口位1RxD0 UART0的接收器輸入PWM3 脈寬調(diào)制器輸出3引腳名稱LQFP類(lèi)型描述18I/OI P0口位2SCL C數(shù)據(jù)輸入/輸出。開(kāi)漏輸出（符合IC規(guī)范） 定時(shí)器0捕獲輸入021I/OO P0口位3SDA C數(shù)據(jù)輸入/輸出 定時(shí)器0匹配輸出022I/OI P0口位4SCK 串行時(shí)鐘，SPI主機(jī)輸出或輸入的時(shí)鐘 定時(shí)器0捕獲輸入123I/OO P0口位5MISO 主機(jī)輸入從機(jī)輸出，SPI從機(jī)到主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸 定時(shí)器0匹配輸出124I/OI P0口位6MOSI 主機(jī)輸出從機(jī)輸入，SPI主機(jī)到從機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸 定時(shí)器0捕獲輸入228IO P0口位7SSEL SPI從機(jī)選擇PWM2 脈寬調(diào)制器輸出229OO P0口位8TxD1 UART1的發(fā)送器輸出PWM4 脈寬調(diào)制器輸出430IO P0口位9RxD1 UART1的接收器輸入PWM6 脈寬調(diào)制器輸出6引腳名稱LQFP類(lèi)型描述35OI P0口位10RTS1 UART1的請(qǐng)求發(fā)送輸出 定時(shí)器1捕獲輸入036II P0口位11CTS1 UART1的清零發(fā)送輸出 定時(shí)器1捕獲輸入137IO P0口位12DSR1 UART1的數(shù)據(jù)設(shè)置輸入 定時(shí)器1匹配輸出041OO P0口位13DTR1 UART1的數(shù)據(jù)終端就緒輸出 定時(shí)器1匹配輸出144II P0口位14DCD1 UART1的數(shù)據(jù)載波檢測(cè)輸入EINT1 外部中斷1輸入45II P0口位15RI1 UART1鈴聲指示輸入EINT2 外部中斷2輸入46IO P0口位16EINT0 外部中斷0輸入 定時(shí)器0匹配輸出247II P0口位17 定時(shí)器0匹配捕獲輸入2TRST JTAG接口的測(cè)試復(fù)位，首要JTAG引腳組48II P0口位18 定時(shí)器1捕獲輸入3TRST JTAG接口的模式選擇，首要JTAG引腳組引腳名稱LQFP類(lèi)型描述1 O I P0口位19 定時(shí)器1匹配輸出2TCK JTAG接口的測(cè)試時(shí)鐘，首要JTAG引腳組2 O I P0口位20 定時(shí)器1匹配輸出3TDI JTAG接口的測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，首要JTAG引腳組332OOO P0口位21PWM5 脈寬調(diào)制器輸出5TDO JTAG接口的測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，首要JTAG引腳組 P0口位22TRACECLK 跟蹤時(shí)鐘，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O口330 P0口位33PIPESTAT0 流水線狀態(tài)位0，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O口34O PO口位24PIPESTAT1 流水線狀態(tài)位1，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O口38O PO口位25PIPESTAT2 流水線狀態(tài)位2帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O口39O PO口位26TRACESYNC 跟蹤同步，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O口引腳名稱LQFP類(lèi)型描述8OI P0口位27TRACEPKT0 跟蹤包位0，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O口TRST JTAG接口的測(cè)試復(fù)位，次要JTAG引腳組9OI P0口位28TRACEPKT0 跟蹤包位0，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O口TCK JTAG接口的模式選擇，次要JTAG引腳組10O I P0口位29TRACEPKT0 跟蹤包位0，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O口TCK JTAG接口的測(cè)試時(shí)鐘，次要JTAG引腳組15O I P0口位30TRACEPKT0 跟蹤包位0，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I/O口TDI JTAG接口的測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，次要JTAG引腳組16IO P0口位31EXTIN0 外部觸發(fā)輸入0，帶內(nèi)部上拉的標(biāo)準(zhǔn)I