ch10第十章機械電子系統(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，應用已經遍及工業(yè)控制、消費類電子產品、網絡及無線通訊設備等各領域，在32位 RISC微處理器市場中的占有率達到 75%。 14 數字信號處理器 DSP的發(fā)展 ? DSP芯片主要應用于高密度、大容量、重復的數據處理領域，例如音頻或視頻信號的壓縮編碼、加密解密、調制解調、頻譜分析等處理運算。 ? 由于 DSP內部存儲器采用了不同于普通處理器普林斯頓結構（馮 諾依曼結構）的改進的哈佛結構，并擁有多總線和流水線結構，硬件乘法器和專用的運算指令，所以 DSP可以進行高速的并行運算。 ? 目前 DSP已經廣泛地應用于通信、航空、雷達、家用電器等領域，常見的手機、數字電視、數碼相機都離不開 DSP。 15 可編程邏輯器件的發(fā)展 ? 可編程邏輯器件是電子設計自動化（ Electronic Design Automation, EDA）的物質基礎。 ? 所謂電子設計自動化是在 EDA的軟件平臺上，對用硬件描述語言 HDL 完成的設計文件自動地進行邏輯編譯、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 ,直至對于特定目標芯片進行適配編譯、邏輯映射和編程下載等。 ? 設計者只需用 HDL 語言完成系統(tǒng)功能的描述，借助EDA工具就可得到設計結果，將編譯后的代碼下載到目標芯片就可在硬件上實現。目前主要的可編程邏輯器件有 CPLD和 FPGA。 ? EDA技術作為一種現代電子系統(tǒng)開發(fā)方式，具有軟硬件高度關聯、高速高可靠性的優(yōu)點。 16 嵌入式軟件技術的發(fā)展 ? 嵌入式軟件的發(fā)展主要體現在 嵌入式應用軟件 和 嵌入式操作系統(tǒng) 兩個方面。 ? 嵌入式系統(tǒng)的應用軟件具有固化存儲、可靠性和正確性要求高等特點，目前的嵌入式應用軟件的開發(fā)已經逐漸轉向應用高級語言，例如 C和 Java。嵌入式系統(tǒng)應用軟件的開發(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)的復雜程度和風險大大提高。 ? 與通用計算機操作系統(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、為各類應用程序提供與硬件無關的系統(tǒng)調用接口，還必需具備通用操作系統(tǒng)不具備的內核體積小、實時性、可裁剪、可移植、高可靠性等特點。 17 機械電子系統(tǒng)中微處理器的作用 ? 一個典型的用于控制的微處理器系統(tǒng)的框圖。 機 械 手C P U模 擬驅 動 器數 字驅 動 器模 擬傳 感 器數 字傳 感 器數 字 輸 入數 字 輸 出 模 擬 輸 入模 擬 輸 出存 儲 器數 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)控制機械手 ? 機器人控制器的首要功能是控制機器人手臂的軸。每一個坐標軸都構成一個獨立的控制環(huán)，稱為獨立任務模塊或程序模塊。 ? 機器人軸的運動速度、方向的運算和控制算法使CPU的運算量很大。因此， CPU必須具有足夠的性能以滿足在應用處理方面和實時性方面的要求，因而采用高性能的 16位或 32位 CPU。在許多應用場合中，還采用高速運算的協(xié)處理器來提高 CPU的運算能力。 ? 機器人的手臂與微處理器系統(tǒng)通過各模擬傳感器和數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)控制機械手 ? 像機器人這樣的系統(tǒng)很少會單獨工作，它一般都從屬于一個更大的控制系統(tǒng)，這個大控制系統(tǒng)同時控制著相互協(xié)作的許多臺機器人和控制器。 ? 因此本例中的機器人控制器配備有鍵盤和顯示器兩個人機界面以及一個用來連接其它機器人和系統(tǒng)的通信接口。 ? 盡管這些機器人和系統(tǒng)可能位于不同的地點，但通信網絡提供了一個聯系手段。通過這個網絡，機器人之間能夠相互通信，或與掌管全局的中心計算機通信。 ? 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)的設計符合實際要求。 20 嵌入式系統(tǒng)的設計方法 ? 無論在機械電子系統(tǒng)中的作用是控制還是
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