ch10第十章機(jī)械電子系統(tǒng)中的微處理器(編輯修改稿)
2025-01-16 11:40 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 l Architecture)。 ? 其中最流行的是 ARM系列處理器，它憑借著低功耗、高性能、靈活易用的特點(diǎn)，應(yīng)用已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)及無線通訊設(shè)備等各領(lǐng)域，在32位 RISC微處理器市場中的占有率達(dá)到 75%。 14 數(shù)字信號(hào)處理器 DSP的發(fā)展 ? DSP芯片主要應(yīng)用于高密度、大容量、重復(fù)的數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，例如音頻或視頻信號(hào)的壓縮編碼、加密解密、調(diào)制解調(diào)、頻譜分析等處理運(yùn)算。 ? 由于 DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器采用了不同于普通處理器普林斯頓結(jié)構(gòu)（馮 諾依曼結(jié)構(gòu)）的改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，并擁有多總線和流水線結(jié)構(gòu)，硬件乘法器和專用的運(yùn)算指令，所以 DSP可以進(jìn)行高速的并行運(yùn)算。 ? 目前 DSP已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于通信、航空、雷達(dá)、家用電器等領(lǐng)域，常見的手機(jī)、數(shù)字電視、數(shù)碼相機(jī)都離不開 DSP。 15 可編程邏輯器件的發(fā)展 ? 可編程邏輯器件是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ Electronic Design Automation, EDA）的物質(zhì)基礎(chǔ)。 ? 所謂電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化是在 EDA的軟件平臺(tái)上，對(duì)用硬件描述語言 HDL 完成的設(shè)計(jì)文件自動(dòng)地進(jìn)行邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真 ,直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片進(jìn)行適配編譯、邏輯映射和編程下載等。 ? 設(shè)計(jì)者只需用 HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助EDA工具就可得到設(shè)計(jì)結(jié)果，將編譯后的代碼下載到目標(biāo)芯片就可在硬件上實(shí)現(xiàn)。目前主要的可編程邏輯器件有 CPLD和 FPGA。 ? EDA技術(shù)作為一種現(xiàn)代電子系統(tǒng)開發(fā)方式，具有軟硬件高度關(guān)聯(lián)、高速高可靠性的優(yōu)點(diǎn)。 16 嵌入式軟件技術(shù)的發(fā)展 ? 嵌入式軟件的發(fā)展主要體現(xiàn)在 嵌入式應(yīng)用軟件 和 嵌入式操作系統(tǒng) 兩個(gè)方面。 ? 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用軟件具有固化存儲(chǔ)、可靠性和正確性要求高等特點(diǎn)，目前的嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)向應(yīng)用高級(jí)語言，例如 C和 Java。嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用軟件的開發(fā)手段和工具的改變，一方面使得嵌入式軟件的功能更為豐富，另一方面也使開發(fā)的復(fù)雜程度和風(fēng)險(xiǎn)大大提高。 ? 與通用計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)相比，嵌入式操作系統(tǒng)不單要管理各種硬件資源、處理各種沖突、為各類應(yīng)用程序提供與硬件無關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用接口，還必需具備通用操作系統(tǒng)不具備的內(nèi)核體積小、實(shí)時(shí)性、可裁剪、可移植、高可靠性等特點(diǎn)。 17 機(jī)械電子系統(tǒng)中微處理器的作用 ? 一個(gè)典型的用于控制的微處理器系統(tǒng)的框圖。 機(jī) 械 手C P U模 擬驅(qū) 動(dòng) 器數(shù) 字驅(qū) 動(dòng) 器模 擬傳 感 器數(shù) 字傳 感 器數(shù) 字 輸 入數(shù) 字 輸 出 模 擬 輸 入模 擬 輸 出存 儲(chǔ) 器數(shù) 字接 口通 信接 口通 信 電 纜顯 示鍵 盤0 1 2 34 5 6 78 9 A BC D E F18 使用微處理器系統(tǒng)控制機(jī)械手 ? 機(jī)器人控制器的首要功能是控制機(jī)器人手臂的軸。每一個(gè)坐標(biāo)軸都構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的控制環(huán)，稱為獨(dú)立任務(wù)模塊或程序模塊。 ? 機(jī)器人軸的運(yùn)動(dòng)速度、方向的運(yùn)算和控制算法使CPU的運(yùn)算量很大。因此， CPU必須具有足夠的性能以滿足在應(yīng)用處理方面和實(shí)時(shí)性方面的要求，因而采用高性能的 16位或 32位 CPU。在許多應(yīng)用場合中，還采用高速運(yùn)算的協(xié)處理器來提高 CPU的運(yùn)算能力。 ? 機(jī)器人的手臂與微處理器系統(tǒng)通過各模擬傳感器和數(shù)字傳感器以及不同的執(zhí)行器連接起來。 19 使用微處理器系統(tǒng)控制機(jī)械手 ? 像機(jī)器人這樣的系統(tǒng)很少會(huì)單獨(dú)工作，它一般都從屬于一個(gè)更大的控制系統(tǒng)，這個(gè)大控制系統(tǒng)同時(shí)控制著相互協(xié)作的許多臺(tái)機(jī)器人和控制器。 ? 因此本例中的機(jī)器人控制器配備有鍵盤和顯示器兩個(gè)人機(jī)界面以及一個(gè)用來連接其它機(jī)器人和系統(tǒng)的通信接口。 ? 盡管這些機(jī)器人和系統(tǒng)可能位于不同的地點(diǎn)，但通信網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)聯(lián)系手段。通過這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，機(jī)器人之間能夠相互通信，或與掌管全局的中心計(jì)算機(jī)通信。 ? 這種類型的系統(tǒng)稱為 分布式控制系統(tǒng) ，其作用主要在于使通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合實(shí)際要求。 20 嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 ? 無論在機(jī)械電子系統(tǒng)中的作用是控制還是
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