課程設(shè)計--基于arm嵌入式系統(tǒng)的擬人機(jī)器人控制器的設(shè)計(編輯修改稿)
2024-12-22 17:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 10 位 ADC， Touch Screen 接口，IICBUS 接口， IISBUS 接口， 2 個 USB 主機(jī)， 1個 USB 設(shè)備， SD 主機(jī)和 MMC 接口，2路 SPI。 S3C2410 處理器最高可運行在 203MHz。 2) 需要硬件的數(shù)量。 在系統(tǒng)設(shè)計中，不僅要選擇使用何種微處理器，還要選擇存儲器的數(shù)量、所使用的外設(shè)及其它的內(nèi)容。因為在滿足性能要求的同時也要考慮制造費用的約束，硬件設(shè)備的選擇是十分重要的，硬件太少，將不能達(dá)到性能的要求，硬件設(shè)備過多又會使產(chǎn)品變得過于昂貴。 3) 時限要求 。 通過提高 CPU 的時鐘頻率的方法來提高程序運行速度以解決時間約束的方法顯得十分笨拙，因為程序的速度有可能受存儲系統(tǒng)的限 制，因此必須從整個系統(tǒng)的觀點來考慮這個問題 4) 系統(tǒng)的功耗。 對于電池供電的電器而言，功耗是一個十分重要的問題 。對于非電池供電的電器而言，高功耗也會帶來高的散熱量。降低系統(tǒng)功耗的一種方法就是降低它的運算速度，但是單純的降低運算速度顯然會導(dǎo)致不能滿足性能需求。所以必須從全局的角度進(jìn)行設(shè)計，以便通過降低系統(tǒng)非關(guān)鍵部分的速度來降低系統(tǒng)功耗，而同時又能滿足系統(tǒng)整體性能的要求。 5) 系統(tǒng)的可升級性。 系統(tǒng)的硬件平臺可能使用幾代，或者使用在同一代的不同級別的產(chǎn)品中，而這些 7 僅僅需要一些簡單的改變就應(yīng)實現(xiàn)，所以我們必須能夠通 過改變軟件來改變系統(tǒng)的特性。這就要求我們在軟件設(shè)計中必須考慮系統(tǒng)的升級問題。進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計有兩種最基本的方法。一種是自頂向下的方法，從對系統(tǒng)最抽象的描述開始，一步一步地推進(jìn)到細(xì)節(jié)內(nèi)容。另外一種方法是自底向上的方法，這種方法從構(gòu)成系統(tǒng)的每一個構(gòu)件開始向上。圖 匯總了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的主要步驟。從自頂向下的角度來看，先從系統(tǒng)的需求開始分析，然后是規(guī)格說明，在這一步對整個系統(tǒng)進(jìn)行更加細(xì)致的描述，但是規(guī)格說明只是對系統(tǒng)如何工作進(jìn)行了描述，并不涉及它的組成。系統(tǒng)內(nèi)部的詳細(xì)構(gòu)造要在開發(fā)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)時才能展現(xiàn)出來 ，這一階段以大的構(gòu)件為單位給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。一旦知道了需要的構(gòu)件，就可以開始設(shè)計這些構(gòu)件，包括軟件模塊和所需要的專用硬件模塊。在這些構(gòu)件的基礎(chǔ)上，就可以構(gòu)造出所需要的完整的系統(tǒng)。上述設(shè)計過程中的這些步驟只是嵌入式系統(tǒng)的全貌的一個軸線，同時還需要考慮其它一些相關(guān)因素。 圖 設(shè)計過程的主要抽象層次 具體的說，第一步“需求”就是要清楚要設(shè)計什么，從用戶那里收集系統(tǒng)的非形式描述，然后對這些要求進(jìn)行提煉，以得到系統(tǒng)的規(guī)格說明。第二步“規(guī)格說明”更精確一些， 它起到客戶和生產(chǎn)者之間合同的作用。第三步“體系結(jié)構(gòu)，’是系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的一個計劃，而后用于設(shè)計搭建整個體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)建也是許多設(shè)計者認(rèn)為的設(shè)計的第一階段，形象化的話就是把系統(tǒng)用功能框圖來表示，然后可以再細(xì)分成硬件框圖和軟件框圖。第四步“軟硬件構(gòu)件，使得構(gòu) 件與體系結(jié)構(gòu)和規(guī)格說明達(dá)需求 體系結(jié)構(gòu) 構(gòu)件 系統(tǒng)集成 規(guī)格說明 8 到一致，一些構(gòu)件可能是現(xiàn)成的，比如 CPU、存儲芯片或者各種模塊等，同樣軟件也有標(biāo)準(zhǔn)的模塊可以利用，比如現(xiàn)有的操作系統(tǒng)、 TCP/IP 協(xié)議等，但也要自己設(shè)計一些構(gòu)件，硬件方面如一些電路等，軟件方面如定制一些文件系統(tǒng)或者網(wǎng)絡(luò)協(xié)議以滿足特別的要求。第五步“系統(tǒng)集成，是將構(gòu)件集成到一個能運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。 6)在實驗完成的基礎(chǔ)上完成課程設(shè)計報告的撰寫，按照模板的格式書寫，要求有軟件流程圖和調(diào)試過程。 4 課程設(shè)計報告內(nèi)容 擬人機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu) 擬人機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計 在機(jī)械結(jié)構(gòu)和自由度分配上 , 設(shè)計的擬人機(jī)器人采用雙軸輸出伺服電機(jī) (也稱為“舵機(jī)” )為 活動關(guān)節(jié) , 其中 2 條下肢各 6 個關(guān)節(jié) , 2 條上肢各 4 個關(guān)節(jié) , 頭部 1 個關(guān)節(jié) , 共需使用 21 個舵機(jī)。 舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動器 , 適用于那些需要角度不斷變化并可以保持的控制系統(tǒng)。其工作原理是 : 控制信號進(jìn)入舵機(jī)內(nèi)部的信號調(diào)制芯片 , 獲得直流偏置電壓 。 內(nèi)部還有一個基準(zhǔn)電路 , 產(chǎn)生周期為 20m s、寬度為 1. 5m s 的基準(zhǔn)信號 , 將獲得的直流偏置電壓與電位器的電壓比較 , 獲得電壓差輸出 。最后 , 電壓差的正負(fù)輸出到電機(jī)驅(qū)動芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時 , 通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器旋轉(zhuǎn) , 使得電壓差為 0, 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。舵機(jī)的控制信號是脈寬調(diào)制 (PWM ) 信號 , 利用占空比的變化改變舵機(jī)的位置 , 通?？刂浦芷?T = 20m s,高電平脈寬 0. 5～ 2. 5m s, 對應(yīng)于 90176?！? + 90176。的轉(zhuǎn)角 。 擬人機(jī)器人控制器 軟硬件 設(shè)計 硬件設(shè)計 控制器平臺的處理器選用了三星公司基于 ARM 9 內(nèi)核的 S3C2410 嵌入式處理器。 S3C2410 被廣泛應(yīng)用于 PDA、移動通訊、路由器、工業(yè)控制等領(lǐng)域 , 芯片中集成了下列模塊 : 16kB 指令 Cache、 16kB 數(shù)據(jù) Cache、 MMU、外部存儲器控制器、 LCD控制器、 NAND F lash 控制器、 4 個 DMA 通道、 3 通道 UART、 1 個 I2C 總線控制器、 1 個 IIS 總線控制器 , 以及 4 通道 PWM 定時器和一個內(nèi)部定時器、通用 I246。O 口、實時時鐘、 8 通道 10 b it AD 和觸摸屏接口、 U SB Ho st 和 U SB Device 控制器、SD246。MM
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