【正文】 3． 2 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件，它實(shí)際上是一 種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。功耗管理模式為：正常模式正常運(yùn)行模式；低速模式不帶 PLL 的低頻時(shí)鐘；休眠模式只使 CPU 的時(shí)鐘停止；停止模式所有時(shí)鐘都停止。 ARM7TDMI 是 ARM 公司最早為業(yè)界普遍認(rèn)可且贏得了最廣泛應(yīng)用的處理器核。 1 IDE 接口電路 JTAG 邊界掃描 電路 D12 調(diào)試電路 電池 FLASH 電路 （實(shí)時(shí) RAM7 TDMI 時(shí)鐘 S3C44B0X RTC） SDRAM 電路 （ CPU） IIC 電路 24C08 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 8 頁(yè) 共 57 頁(yè) 邏輯、 FP/EDO/SDRAM控制器 )、 6個(gè)帶 PWM的定時(shí)器、 I/0口、 RTC, 8通道 12位 ADC, IIC/IIS總線接口、同步 SIO 接口和時(shí)鐘 PLL. S3C44BOX 如圖 32 所示，是使用 ARM7TDMI 核、 um 的 CMOS 標(biāo)準(zhǔn)單元和存儲(chǔ)器編譯開發(fā)的。 圖 31 開發(fā)板框圖 這塊 CPU 核心板上除了 S3C44BOX 的最小系統(tǒng)外還增加了：兩個(gè)串口，一個(gè) USB 口，一個(gè) IDE 接口，一 套 IIC 電路，一個(gè) FLASH 電路， RTC 電路，液晶接口及調(diào)試電路，所以它也可以完成獨(dú)立的進(jìn)行調(diào)試和工作。 圖 23 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 此次設(shè)計(jì)選用的這塊 CPU 核心板上除了 S3C44BOX 的最小系統(tǒng)外還增加了：兩個(gè)串口，一個(gè) USB 口，一個(gè) IDE 接口，一套 IIC 電路，一個(gè) FLASH 電路， RTC 電路，液晶接口及調(diào)試電路，所以它可以完成獨(dú)立的進(jìn)行調(diào)試和工作。目前存在的絕大多數(shù)通信設(shè)備都可以直接在嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用，包括 RS232接口 (串行通信接口 )、 SPI(串行外圍設(shè)備接口 )、 IrDA(紅外線接口 )、 I2C(現(xiàn)場(chǎng)總線 )、 USB(通用串行總線接口 )、 Ether(以太網(wǎng)接口 )等。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（ RTOS）是一段在嵌入式系統(tǒng)啟動(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序，用戶 的應(yīng)用程序是運(yùn)行于 RTOS 之上的各個(gè)任務(wù)， RTOS 根據(jù)各個(gè)任務(wù)要求，進(jìn)行資源（包括存儲(chǔ)器、外設(shè)等）管理、消息管理、任務(wù)調(diào)度及異常處理等工作 [5]。因此，這要求我們要有一定的硬件、軟件基礎(chǔ)，要不斷的深入學(xué)習(xí)。 根據(jù)如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，對(duì)軟硬件功能的劃分進(jìn)行系統(tǒng)軟件、硬件的選型，這是設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。需求一般分功能需求和非功能需求兩方面。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 4 頁(yè) 共 57 頁(yè) 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 2． 1 系統(tǒng)的開發(fā)流程 如圖 21所示，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程可包括：用戶需求、選擇嵌入式處理器及硬件平臺(tái)、選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)、在操作系統(tǒng)上開發(fā)應(yīng)用程序、應(yīng)用 程序測(cè)試、整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試、開發(fā)結(jié)束。隨著計(jì)算機(jī)硬件制造技術(shù)的進(jìn)步，新的硬件設(shè)計(jì)理念不斷涌現(xiàn)，硬件產(chǎn)品正以前所未有的速度更新?lián)Q代。軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)（如消費(fèi)類產(chǎn)品）； 相比較而言，國(guó)內(nèi)的定義更全面一些，體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的“嵌入”、“專用性”、“計(jì)算機(jī)”的基本要素和特征。以嵌入式計(jì)算機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)是繼 IT 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，又一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展方向。同時(shí)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里面，微型化和專業(yè)化成為了發(fā)展的新趨勢(shì)，同樣也需要嵌入式系統(tǒng)的支持。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 2 頁(yè) 共 57 頁(yè) 第 1 章 緒 論 1． 1 課題背景 嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件是可裁剪的，適用于對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這樣使用 32位系統(tǒng)就沒有技術(shù)和成本的障礙了。目前，采用 ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的微處理器，即我們通常所說的 ARM微處理器，己 遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于 ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32位 RISC微處理器 75%以上的市場(chǎng)份額， ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 1 頁(yè) 共 57 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 基于 S3C44B0 步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng) 序言 當(dāng)今世界，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、芯片技術(shù)和軟件技術(shù)為核心的數(shù)字化技術(shù)取得了迅猛發(fā)展，不僅廣泛滲透到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、軍事、交通、通信等相關(guān)行業(yè)，而且深入到家電、娛樂、藝術(shù)、社會(huì)文化等各個(gè)領(lǐng)域，掀起了一場(chǎng)數(shù)字化技術(shù)革命。 隨著人們生活水平的提高人們對(duì)智能產(chǎn)品的需求 越來越高。原先高高在上的 32位嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)不再高貴，我們即將迎來 32位應(yīng)用普及的時(shí)代。嵌入式系統(tǒng)最典型的特點(diǎn)是與人們的日常生活緊密相關(guān)，任何一個(gè)普通人都可能擁有各類形形色色運(yùn)用了嵌入式技術(shù)的電子產(chǎn)品，小到 MP3. PDA等微型數(shù)字化設(shè)備，大到信息家電、智能電器、車載 GPS，各種新型嵌入式設(shè)備在數(shù)量上己經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了通用計(jì)算機(jī)。因此，研究嵌入式系統(tǒng)有著相當(dāng)重要的理論和實(shí)際意義。 IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）對(duì)嵌入式系統(tǒng)的定義為：嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”。隨著嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展，要完整的定 義“嵌入式”這個(gè)概念變得越來越困難。系統(tǒng)中使用某個(gè)核心模板的嵌入式系統(tǒng)為模塊級(jí)潛入。硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)（工業(yè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)）。特別是 ARM大力推廣的內(nèi)核定制技術(shù)，讓芯片生產(chǎn)廠商能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求定制處理器功能，使嵌入式處理器的設(shè)計(jì)擺脫了結(jié)構(gòu)固定、功能專一的傳統(tǒng)處理器模式，嵌入式設(shè)備的硬件設(shè)計(jì)更為靈活多樣 [1]。各個(gè)階段之間要求不斷的反復(fù)和修改。功能需求是系統(tǒng)的基本功能，如輸入輸出信號(hào)、操作方式等；非功能需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗、體積、重量等。 2． 2 需求分析 在實(shí)際設(shè)計(jì)前我們要明確的就是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)的功能，也就是對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行需求分析。 此次設(shè)計(jì)是在一定的外部條件幫助下實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖 22所示，基本組成部分是軟件和硬件。 圖 22 系統(tǒng)框圖 應(yīng)用程序 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 外圍設(shè)備 微處理器 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 6 頁(yè) 共 57 頁(yè) 在嵌入系統(tǒng)硬件系統(tǒng)中，除了中心控制部件 (MCU, DSP, EMPU, SOC)以外，用于完成存儲(chǔ)、通信、調(diào)試、顯示等輔助功能的其他部件，事實(shí)上都可以算作嵌入式外圍設(shè)備。由于嵌 入式應(yīng)用場(chǎng)合的特殊性，通常使用的是陰極射線管 (CRT)、液晶顯示器 (LCD)和觸摸板 (Touch Panel)等外圍顯示設(shè)備。 步進(jìn)電機(jī)選用了 S3C44B0— II 型實(shí)驗(yàn)儀上的步進(jìn)電機(jī)電路，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為：35BY48。在此開發(fā)板上我們利用了 RAM7TDMI 芯片、電源電路及串口 1 電路等 [7]。它的低功耗和全靜態(tài)設(shè)計(jì)使得其特別適用于成本敏感和功耗敏感的應(yīng)用。 系統(tǒng)（存儲(chǔ)）管理支持大，小端模式（通過外部引腳來選擇）；地址空間：包含 8江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 第 9 頁(yè) 共 57 頁(yè) 個(gè)地址空間，每個(gè)地址空間為 32MB，總共有 256MB 的地址空間； 8 個(gè)地址空間中， 6 個(gè)地址空間可用于 ROM， SRAM 等存儲(chǔ)器， 2個(gè)用于 ROM， SRAM， FP/EDO/SDRAM 等存儲(chǔ)器； 時(shí)鐘和功耗管理低功耗 。 通用輸入 /輸出端口有 8個(gè)外部中斷端口 ,71 個(gè)（多功能）復(fù)用輸入 /輸出口。單相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。 （一）步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)涵 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 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。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。 （表示半步工作時(shí)為 176。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 176。 、五相的為 176。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則 ‘ 相數(shù) ’將變得沒有意義，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．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?。定子鐵心上有六個(gè)形狀相同的大齒，相鄰兩個(gè)大齒之間的夾角為 60 度。轉(zhuǎn)子小齒的齒距是和定子相同的?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組電流也要求正、反向流動(dòng)，故驅(qū)動(dòng)電路通常也要做成雙極性 。 使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下圖 33所示： 圖 33 電機(jī)控制系統(tǒng) 脈沖信號(hào)的產(chǎn)生。我們運(yùn)用的是二相電機(jī)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。一般來說升速和降速規(guī)律相同，以下為升速為例介紹： 升速過程 由突跳頻率加升速曲線組成（降速過程反之）。指數(shù)曲線在實(shí)際軟件編程中比較麻煩，一般事先算好時(shí)間常數(shù)存貯在計(jì)算機(jī)存貯器內(nèi)，工作過程中直接選取。工作時(shí)假設(shè)步距角為 X。 永磁式步進(jìn)電機(jī)工作原理簡(jiǎn)述：永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)永久磁鐵電動(dòng)子 , 卷繞并且磁性地導(dǎo)電性定子。然后對(duì) B向繞阻通電，使轉(zhuǎn)子由 A向繞阻向 B向繞阻轉(zhuǎn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)子隨磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 （二）電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路 通過簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。開機(jī)時(shí)， JB1~JB4均為高電平，依次將 JB1~JB4 切換為低電平即可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，注意在切換之前將前一個(gè)輸出引腳變?yōu)楦唠娖健? 整個(gè)過程中的部分工作在主機(jī)上完成，另一部分工作在目標(biāo)板上完成。最后通過重定位機(jī)制和下載過程，將 .image 文件下載到目標(biāo)板上運(yùn)行。 開發(fā)環(huán)境的建立 按照發(fā)布的形式，交叉開發(fā)環(huán)境主要分為開放和商用 2種類型。 對(duì)交叉開發(fā)環(huán)境有了一定的了解后，就可根據(jù)開發(fā)需求選擇一種開發(fā)環(huán)境進(jìn)行代碼編寫。 C語(yǔ)言在開發(fā)軟件時(shí)具有易模塊化、易調(diào)試、易維護(hù)和易移植等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛，是目前嵌入式軟件開發(fā)中最常用的語(yǔ)言。在目標(biāo)文件中規(guī)定了信息的組織方式，也即目標(biāo)文件格式。 下載 下載就是把可執(zhí)行映像文件燒寫到 ROM 里。由于嵌入式系統(tǒng)特殊 的開發(fā)環(huán)境，不可避免的是，調(diào)試是必然需要目標(biāo)運(yùn)行平臺(tái)和調(diào)試器兩方面的支持。硬件調(diào)試器的原理一般是通過仿真硬件的真正執(zhí)行過程，讓開發(fā)者在調(diào)試過程中可時(shí)刻獲得執(zhí)行情況。在編寫嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用程序時(shí)，可采取如下幾個(gè)步驟 : (1)明確所要解決的問題 :根據(jù)問題的要求，將軟件分成若干個(gè)相對(duì) 獨(dú)立的部分，并合理設(shè)計(jì)軟件的總體結(jié)構(gòu)。 此外，由于嵌入式系統(tǒng)一般都應(yīng)用在環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)合，易受各種干 擾，從而影響到系統(tǒng)的可靠性，因此，應(yīng)用程序的抗干擾技術(shù)也是必須考慮 的，這也是嵌入式系統(tǒng)應(yīng) 用程序不同于其他應(yīng)用程序的一個(gè)重要特點(diǎn)。 在 S3C44B0X 處理器的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中，也是通過存儲(chǔ)控制器為片外存儲(chǔ)器訪問提供必要的控制信號(hào)，管理片外存儲(chǔ)部件的。 Bank0~Bank5 的起始地址和空間大小都是固定的 ； 而且如果異常中斷向量表放在 RAM 中，程序在運(yùn)行過 程中程序可以修改中斷向量表的內(nèi)容，使得系統(tǒng)更為靈活。對(duì)于有操作系統(tǒng)支持的應(yīng)用系統(tǒng)來說，在 操作系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)將會(huì)初始化系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境。 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境的初始化主要包括以下內(nèi)容： 在系統(tǒng)初始化完成之后，程序?qū)?zhí)行權(quán)交給主函數(shù) main ()，在 main()中 執(zhí)行與系統(tǒng)功能相關(guān)的操作。 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想是采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法中的模塊化程序設(shè)計(jì)。把整個(gè)程序按照“自頂向下”的設(shè)計(jì)來分塊，一層層分下去，一直分到最下層的每一模塊能容易 編寫為止，即所謂模塊化編程。這種方法在程序設(shè)計(jì)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是明顯的，但在具體編程時(shí)最好采用“自底向上”的方法，即從最低層的模 塊開始編程，然后進(jìn)行上層的模塊編程，直至最后完成。步進(jìn)電機(jī)是一種利用電磁鐵的作用原理將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)。 此步進(jìn)電機(jī)為四相步進(jìn)電機(jī)，步距角為 度 。 四相步距電機(jī)的控制方法有四相單四拍，四相單、雙八拍 和四相雙四拍三種控制方式。按照四相雙 四 拍控制 方法，電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的控制順序?yàn)?PE PE4— PE PE5— PE PE6— PE PE3。兩個(gè) 9位輸入 /輸出端口（ PortE 和 PortF