課程設(shè)計(jì)--基于arm嵌入式系統(tǒng)的擬人機(jī)器人控制器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-12-22 17:32 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 10 位 ADC， Touch Screen 接口，IICBUS 接口， IISBUS 接口， 2 個(gè) USB 主機(jī)， 1個(gè) USB 設(shè)備， SD 主機(jī)和 MMC 接口，2路 SPI。 S3C2410 處理器最高可運(yùn)行在 203MHz。 2) 需要硬件的數(shù)量。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅要選擇使用何種微處理器，還要選擇存儲(chǔ)器的數(shù)量、所使用的外設(shè)及其它的內(nèi)容。因?yàn)樵跐M足性能要求的同時(shí)也要考慮制造費(fèi)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(guò)多又會(huì)使產(chǎn)品變得過(guò)于昂貴。 3) 時(shí)限要求 。 通過(guò)提高 CPU 的時(shí)鐘頻率的方法來(lái)提高程序運(yùn)行速度以解決時(shí)間約束的方法顯得十分笨拙，因?yàn)槌绦虻乃俣扔锌赡苁艽鎯?chǔ)系統(tǒng)的限 制，因此必須從整個(gè)系統(tǒng)的觀點(diǎn)來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題 4) 系統(tǒng)的功耗。 對(duì)于電池供電的電器而言，功耗是一個(gè)十分重要的問(wèn)題 。對(duì)于非電池供電的電器而言，高功耗也會(huì)帶來(lái)高的散熱量。降低系統(tǒng)功耗的一種方法就是降低它的運(yùn)算速度，但是單純的降低運(yùn)算速度顯然會(huì)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(jì)，以便通過(guò)降低系統(tǒng)非關(guān)鍵部分的速度來(lái)降低系統(tǒng)功耗，而同時(shí)又能滿足系統(tǒng)整體性能的要求。 5) 系統(tǒng)的可升級(jí)性。 系統(tǒng)的硬件平臺(tái)可能使用幾代，或者使用在同一代的不同級(jí)別的產(chǎn)品中，而這些 7 僅僅需要一些簡(jiǎn)單的改變就應(yīng)實(shí)現(xiàn)，所以我們必須能夠通 過(guò)改變軟件來(lái)改變系統(tǒng)的特性。這就要求我們?cè)谲浖O(shè)計(jì)中必須考慮系統(tǒng)的升級(jí)問(wèn)題。進(jìn)行嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩種最基本的方法。一種是自頂向下的方法，從對(duì)系統(tǒng)最抽象的描述開(kāi)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(gè)構(gòu)件開(kāi)始向上。圖 匯總了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要步驟。從自頂向下的角度來(lái)看，先從系統(tǒng)的需求開(kāi)始分析，然后是規(guī)格說(shuō)明，在這一步對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更加細(xì)致的描述，但是規(guī)格說(shuō)明只是對(duì)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(kāi)發(fā)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)時(shí)才能展現(xiàn)出來(lái) ，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(kāi)始設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)程中的這些步驟只是嵌入式系統(tǒng)的全貌的一個(gè)軸線，同時(shí)還需要考慮其它一些相關(guān)因素。 圖 設(shè)計(jì)過(guò)程的主要抽象層次 具體的說(shuō)，第一步“需求”就是要清楚要設(shè)計(jì)什么，從用戶那里收集系統(tǒng)的非形式描述，然后對(duì)這些要求進(jìn)行提煉，以得到系統(tǒng)的規(guī)格說(shuō)明。第二步“規(guī)格說(shuō)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(gè)計(jì)劃，而后用于設(shè)計(jì)搭建整個(gè)體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)建也是許多設(shè)計(jì)者認(rèn)為的設(shè)計(jì)的第一階段，形象化的話就是把系統(tǒng)用功能框圖來(lái)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(shuō)明達(dá)需求 體系結(jié)構(gòu) 構(gòu)件 系統(tǒng)集成 規(guī)格說(shuō)明 8 到一致，一些構(gòu)件可能是現(xiàn)成的，比如 CPU、存儲(chǔ)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(jì)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(gè)能運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。 6)在實(shí)驗(yàn)完成的基礎(chǔ)上完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫(xiě)，按照模板的格式書(shū)寫(xiě)，要求有軟件流程圖和調(diào)試過(guò)程。 4 課程設(shè)計(jì)報(bào)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(jì) 在機(jī)械結(jié)構(gòu)和自由度分配上 , 設(shè)計(jì)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(dòng)關(guān)節(jié) , 其中 2 條下肢各 6 個(gè)關(guān)節(jié) , 2 條上肢各 4 個(gè)關(guān)節(jié) , 頭部 1 個(gè)關(guān)節(jié) , 共需使用 21 個(gè)舵機(jī)。 舵機(jī)是一種位置伺服的驅(qū)動(dòng)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(hào)進(jìn)入舵機(jī)內(nèi)部的信號(hào)調(diào)制芯片 , 獲得直流偏置電壓 。 內(nèi)部還有一個(gè)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(hào) , 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(dòng)芯片決定電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí) , 通過(guò)級(jí)聯(lián)減速齒輪帶動(dòng)電位器旋轉(zhuǎn) , 使得電壓差為 0, 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。舵機(jī)的控制信號(hào)是脈寬調(diào)制 (PWM ) 信號(hào) , 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(duì)應(yīng)于 90176?！? + 90176。的轉(zhuǎn)角 。 擬人機(jī)器人控制器 軟硬件 設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 控制器平臺(tái)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(dòng)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(chǔ)器控制器、 LCD控制器、 NAND F lash 控制器、 4 個(gè) DMA 通道、 3 通道 UART、 1 個(gè) I2C 總線控制器、 1 個(gè) IIS 總線控制器 , 以及 4 通道 PWM 定時(shí)器和一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器、通用 I246。O 口、實(shí)時(shí)時(shí)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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