【導(dǎo)讀】它具有啟動(dòng)快、制動(dòng)及時(shí)、可在大范圍內(nèi)平滑地調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)。大芯片廠商采用，基于ARM的開發(fā)技術(shù)席卷了全球嵌入式市場(chǎng)，已成為嵌入式系統(tǒng)主流技術(shù)之一。最新發(fā)布的ARM9處理器尤為。汽車系統(tǒng)、大型家用電器、網(wǎng)絡(luò)裝置等。本文即在上述背景的情。況下，提出了一個(gè)基于ARM9控制器的直流電機(jī)控制系統(tǒng)。主口，一個(gè)USB從口。一個(gè)RS232串口DB9接口。擴(kuò)展插座，引出所有總線信。配液晶屏/觸摸屏板。電源、復(fù)位、JTAG、RTC等基本資源和接?？?，支持博創(chuàng)UP-LINK和J-LINK仿真器。該控制系統(tǒng)的研制為。直流電機(jī)在高精度技術(shù)的應(yīng)用提供了良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。32MSDRAM，64MNANDFLASH，100Mworkcard，DM9000AE。

　　

【正文】 開發(fā)板配套的實(shí)驗(yàn)教程，分別將教程中給出的實(shí)現(xiàn)各不同功能的源代碼下載到開發(fā)板上，觀察開發(fā)板的變化，對(duì)源代碼產(chǎn)生直觀的印象。并結(jié)合注釋閱讀源代碼，力爭(zhēng)弄懂每行源代碼的意義。 修改 維護(hù) 在弄懂每行源代碼的基礎(chǔ)上，嘗試自己對(duì)已有的源代碼進(jìn)行修改，看是否能達(dá)到預(yù)期的目的。若開發(fā)板上顯示出的變化與預(yù)期一致，說明已完全理解該源代碼，具備進(jìn)行創(chuàng)新的條件。 創(chuàng)新 當(dāng)完全理解源代碼后即可進(jìn)行創(chuàng)新，根據(jù)要求可以自己編寫出能夠完成指定目的的源代碼，編寫出的源代碼需要下載到開發(fā)板上進(jìn)行 檢驗(yàn)。若開發(fā)板的變化與預(yù)期一致，則完成任務(wù)；若開發(fā)板的變化與預(yù)期有偏差，則需仔細(xì)研究代碼觀察是否自己之前理解有偏差并作出修改。 運(yùn)用這種方法，首先理解了 Luminary Micro 公司提供的驅(qū)動(dòng)庫的用法，隨后完成了電機(jī)控制系統(tǒng)軟件部分的編寫。 設(shè)計(jì) 硬件實(shí)驗(yàn)電路的成功搭建以及軟件部分的順利編寫，為接下來 PCB 制板打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。下面階段的任務(wù)就是以前面制定的硬件框架圖為基礎(chǔ)，整合已完成的各模塊的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的模塊進(jìn)行完整電機(jī)控制系統(tǒng)的原理圖的繪制以及 PCB 電路板的布局及布 線。 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 核心資源 S3C2410 ARM CPU、 32M SDRAM、 64M NAND FLASH。 100M網(wǎng)卡， DM9000AE。一個(gè) USB主口，一個(gè) USB從口。一個(gè) RS232串口 DB9接口。另有一路 RS232串口和 TTL串口從擴(kuò)展插座上引出。擴(kuò)展插座，引出所有總線信號(hào)（經(jīng)過驅(qū)動(dòng)芯片）和未占用資源。 LCD和觸摸屏接口，外接專配液晶屏 /觸摸屏板。電源、復(fù)位、 JTAG、 RTC等基本資源和接口，支持博創(chuàng) UPLINK和 JLINK仿真器。設(shè)置了 IO控制的 LED和可產(chǎn)生硬中斷的 5位導(dǎo)航按鍵等簡(jiǎn)單 調(diào)試資源 。 電路原理說明 S3C2410的 OM0和 OM1兩個(gè)引腳用來配置啟動(dòng)方式和 Bank0的總線寬度。當(dāng) OM[1:0]=00時(shí)從 NandFlash啟動(dòng)，此時(shí) Bank0不能使用；當(dāng)OM[1:0]=01時(shí)從 Bank0啟動(dòng)，并配置為 16Bit寬度，也就是從 NorFlash啟動(dòng)。 UPStar2410上固定設(shè)置為從 NandFlash啟動(dòng)。 S3C2410從 NandFlash引導(dǎo)時(shí) ，通 過 NCON腳的 電 平來 配置NandFlash控制器的尋址字節(jié)數(shù)。從這點(diǎn)上看，無法從 128M及以上容量的大塊 NandFlash引 導(dǎo)，因?yàn)?128M Flash的尋址方式和塊頁組織都 有所變化。 S3C2410上將 NCON接高電平，支持 64M NandFlash引導(dǎo)。 K9F1208是三星公司的 NandFlash芯片，而 S3C2410內(nèi)部具有 Nand 控制器，所以 K9F1208直接和 S3C2410連接，并可以從 NandFlash引導(dǎo)。 核心板的 SDRAM采用一片 HY57V561620，為 32MB。 HY57V561620數(shù) 據(jù) 寬 度 16Bit ， 內(nèi) 部 分 為 4個(gè) Bank，每 Bank為 4M字節(jié)。HY57V561620第 20和 21腳 BA[1:0]連接 S3C2410的 LA24:23。 SDRAM的 Bank和 S3C2410地址空間的 Bank不是一個(gè)概念， SDRAM連接到S3C2410的 Bank6上。核心板上 ARM處理器的數(shù)據(jù)、地址、控制信號(hào)統(tǒng)稱為局部總線。 NandFlash、 SDRAM、網(wǎng)卡等芯片都直接和S3C2410連接，這部分總線我們稱為局部總線。局部總線上連接的芯片不可太多，為了減輕 CPU的負(fù)擔(dān)保證總線性能，必須設(shè)置總線隔離驅(qū)動(dòng)芯片 74HC245分別隔離地址數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，其外的總線我們稱為擴(kuò)展總線。從擴(kuò)展插座引出的是擴(kuò)展總線，可外接其他并行總線接口的設(shè)備 。 由于數(shù)據(jù)線是雙向的，所以 74HC245芯片必須有方向控制信號(hào)，這里采用經(jīng)過隔離后的讀控制信號(hào) nOE作為數(shù)據(jù)線所在74HC245芯片的方向控制線。當(dāng) nOE有效時(shí) 74HC245芯片的數(shù)據(jù)傳輸方向是從擴(kuò)展總線到局部總線；當(dāng) nOE無效時(shí)反之。另外，必須注意，無論 CPU對(duì)局部總線還是擴(kuò)展總線上的芯片讀數(shù)據(jù)時(shí) nOE都會(huì)有效，這樣就必須對(duì)局部總線和擴(kuò)展總線進(jìn)行總線仲裁。74HC245芯片也作為局部總線的一個(gè)負(fù)載，和局部總線上其他芯片之中只能有一個(gè)芯片輸出數(shù)據(jù)。將擴(kuò)展總線所具有的四個(gè)片選 信號(hào) nGCS 5用 74HC21相與后作為數(shù)據(jù)線所在的 74HC245芯片的輸出使能控制線，只有當(dāng) CPU對(duì)擴(kuò)展總線讀操作，也就是上述四個(gè)片選之一有效時(shí)， 74HC245才能對(duì)局部總線輸出數(shù)據(jù)，否則無論 OE如何都呈現(xiàn)高阻態(tài)。開發(fā)板上的擴(kuò)展總線和 IIC、 SPI等串行總線都是可以復(fù)用的，除了開發(fā)板上的芯片外還可以外接其他設(shè)備，另外還有一些開發(fā)板沒有用到的處理器資源，都從插座引出以連接其他硬件設(shè)備。由于 UPMagic Core 是一款精簡(jiǎn)的ARM開發(fā)板，并未引出所有的可用資源，比如數(shù)據(jù)總線就只有 16位。開發(fā)板插座的具體位置和引腳定義請(qǐng)查看原 理圖和后文 PCB說明。 UPStar2410的以太網(wǎng)芯片采用 DM9000AE，這是一個(gè)比較精巧的電路，性能也很不錯(cuò)。 DM9000AE是 16Bit總線寬度，接在S3C2410的 Bank2上， DM9000AE的第 32腳 CMD用來指示當(dāng)前數(shù)據(jù)總線是 Index端口還是 Data端口， UPStar2410則將 1根地址線 A1接到此腳，以此區(qū)分讀寫的是命令 /地址還是數(shù)據(jù)（這點(diǎn)不同于其他具有多位地址線的芯片）。 DM9000AE的 Index端口的地址是0x1000 0000， Data端口的地址是 0x1000 0002。驅(qū) 動(dòng)程序中只以兩個(gè)物理地址訪問 DM9000AE。網(wǎng)卡使用中斷 EINT2。 DM9000AE輸出 。芯片和網(wǎng)絡(luò)變壓器的連接也非常簡(jiǎn)潔，網(wǎng)絡(luò)變壓器芯片一側(cè)的收發(fā)線圈中心都接 壓。由于這種電路板沒有金屬外殼也就沒有外殼地，所以 RJ45插座就直接到 PCB地了。 DM9000AE具有收發(fā)線對(duì)自適應(yīng)功能，收 發(fā)線對(duì)可以自動(dòng)翻轉(zhuǎn)為正確連接方式，也就是用交叉線和對(duì)等線都可以。 開發(fā)板觸摸屏電路是用 S3C2410內(nèi)部 ADC構(gòu)成，外接 2個(gè)雙 MOS管器件即可。 S3C2410內(nèi)部 ADC提供了專門的 觸摸屏接口，可以產(chǎn)生 XMON、 nXPON等開關(guān)信號(hào)，控制外部 MOS管切換加在電阻式觸摸屏上的電壓，并用自身 ADC完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。開發(fā)板上觸摸屏的信號(hào)和 LCD信號(hào)一并從插座引出。 開發(fā)板電源電壓為 DC5V，5V電壓經(jīng)過 LDO芯片 、 、其中 S3C2410內(nèi)核使用的。另外 電壓經(jīng)過一個(gè)肖特基二極管后給 2410處理器內(nèi)部 RTC供電。 RTC電源 VCCRTC也引到擴(kuò)展插座，需要的話外部可接電池 。 開發(fā)板提供 2個(gè) RS232串口，分 別對(duì)應(yīng) S3C2410的 UART0和 UART1。用 MAX3232芯片做 TTLRS232電平轉(zhuǎn)換。其中 UART0對(duì)應(yīng)的 RS232串口用 DB9插座引出，方便調(diào)試。 UART1對(duì)應(yīng)的 RS232串口從擴(kuò)展插座引出。擴(kuò)展插座上還有UART2（ TTL電平）。 開發(fā)板設(shè)置了 3個(gè) GPIO控制的 LED，和可直接產(chǎn)生外部硬件中斷的5位導(dǎo)航按鍵。這些資源在調(diào)試程序或?qū)W習(xí) ARM體系結(jié)構(gòu)時(shí)將發(fā)揮良好的作用。 LED分別使用 S3C2410的 GPC5， GPC6， GPC7三個(gè) GPIO，導(dǎo)航按鍵的 5個(gè)鍵分別接到 INT 1 12中斷 ， 開發(fā)板具備 1個(gè) USB主口和 1個(gè) USB從口，電路中主要是上下拉電阻。 USB從口可以檢測(cè)電纜插入動(dòng)作，并可引起 INT10中斷。 UPMagic Core擴(kuò)展插座接口定義 開發(fā)板擴(kuò)展插座引出了常用的（并非所有的）總線、可復(fù)用信號(hào)、電源及未使用資源。下圖給出了擴(kuò)展插座各引腳的定義以及插座上引腳位置的示意。 EXPORT1上包括 16位數(shù)據(jù)線和 12位地址線、 4個(gè)片選信號(hào)、 2個(gè)中斷信號(hào)，以及讀寫控制信號(hào)。 EXPORT2上包括定時(shí)器輸出TOUT/計(jì)數(shù)器輸入 TCLK、可編程時(shí)鐘輸出 CLKOUT、 IIC總線、 IIS音頻接口、 SD卡接口、 SPI總線、 4通道模擬輸入、 TTL串口 RS232串口 若干 GPIO和 2個(gè)中斷輸入。而諸如 IIC、 SPI、 IIS、 SD等總線都可以定義為 GPIO使用 。 外圍模塊電路 實(shí)現(xiàn) 為提高系統(tǒng)效率、降低功耗，功放驅(qū)動(dòng)電路采用基于雙極型H橋型脈寬調(diào)制方式（ PWM）的集成電路 L2Array8N。 L2Array8N是 SGS公司的產(chǎn)品，內(nèi)部包含二個(gè) H橋的高電壓大電流橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯電平信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46伏、 2安培以下的電機(jī)，工作溫度范圍從－ 25度到 130度。其內(nèi)部的一個(gè) H橋原 理圖如圖 1所示。 EnA是控制使能端，控制 OUTl和 OUT2之間電機(jī)的停轉(zhuǎn)， ININ2腳接入控制電平，控制 OUTl和 OUT2之間電機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)使能端 EnA有效， IN1為低電平 IN2為高電平時(shí)，三極管 2， 3導(dǎo)通， 1，4截止，電機(jī)反轉(zhuǎn)。當(dāng) IN1和 IN2電平相同時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)。表 1是其使能引腳，輸入引腳和輸出引腳之間的邏輯關(guān)系。另一個(gè) H橋的工作原理同上。由 EnB控制 OUT3和 OUT4之間電機(jī)的停轉(zhuǎn)，根據(jù) ININ4腳的輸入電平情況控制 OUT3和 OUT4之間電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 由于 S3C2410X 本身就帶有 PWM 輸出口，直接輸出控制信號(hào)到L2Array8N 即可，無須另加電路。系統(tǒng)中選用了工作在中斷模式下的定時(shí)器 1 和 2 作為產(chǎn)生 PWM 的定時(shí)器。通過編程設(shè)定 I／ O 口 PE4和 PE5 作為定時(shí)器 1， 2 輸出 PWM 的端口，接入 L2Array8N 的 EnA 和EnB 端口，根據(jù)定時(shí)器 1， 2 輸出的 PWM 頻率分別控制兩個(gè)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 PE6 設(shè)定為輸出端口連接 IN1 并通過一反向器連接 IN2；同樣， PE7 也設(shè)為輸出端口，接入 IN3 并經(jīng)一個(gè)反向器接入 IN4。通過接入反向器， IN1 和 IN2， IN3 和 IN4 就不會(huì)同時(shí)處于高電平或低電平，即不會(huì) 因?yàn)?IN1 和 IN2， IN3 和 IN4 電平相同而使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的停止操作可以通過調(diào)制脈沖寬度為 0即占空比為 0或者關(guān)閉定時(shí)器的使能位實(shí)現(xiàn)。這樣只需一路信號(hào) PE6 就可控制 IN1 和 IN2 的狀態(tài)， PE7 控制 IN3 和 IN4 的狀態(tài)，從而使得系統(tǒng)的控制信號(hào)得到減少，在一定程度上簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。為保證 L2Array8N 驅(qū)動(dòng)芯片正常工作，還要在其與直流電機(jī)之間加入四對(duì)續(xù)流二極管用以將電機(jī)中反向電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電流分流到地或電源正極，以免反向電動(dòng)勢(shì)對(duì) L2Array8N 產(chǎn)生損害 。 原理 設(shè)計(jì) 使用 PWM驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)電 路使用大功率達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，構(gòu)成互補(bǔ)輸出形式，有效增強(qiáng)了電路的驅(qū)動(dòng)能力，另外電路包含了電機(jī)感應(yīng)電壓保護(hù)電路，可以安全使用在電機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路取自CPU,TOUT0,TOUT1為 PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在軟件配置死區(qū)長(zhǎng)度的情況下可以有效控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速等。 TOUT0= TOU1=0時(shí) Q Q Q4導(dǎo)通， TOUT0=TOUT1=0的時(shí)候停止，TOUT0=TOUT1=1時(shí)信號(hào)先到先得，那個(gè)信號(hào)先到就按照相應(yīng)的響應(yīng)，四個(gè)二極管起泄流保護(hù)作用。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 定時(shí) 器工作方式 在 S3C44B0X 中，每個(gè)定時(shí)器具有一個(gè)倒計(jì)時(shí)器，通過定時(shí)器時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng) 16 位倒計(jì)時(shí)寄存器 TCNTn。定時(shí)器啟動(dòng)前，要向定時(shí)計(jì)數(shù)緩沖區(qū)寄存器（ TCNTBn）寫入一個(gè)初始值，這個(gè)值在定時(shí)器啟動(dòng)時(shí)載入到倒計(jì)時(shí)器 TCNTn 中。在定時(shí)器的比較緩沖器寄存器（ TCMPBn）中同樣也要寫入一初始值，運(yùn)行時(shí)用來載入到比較寄存器 TCMPn 中與倒計(jì)時(shí)器 TCNTn 的值相比較。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要通過置手動(dòng)刷新位的方式，將 TCMPBn 和 TCNTBn 這兩個(gè)緩沖區(qū)的值載入到 TCMPn 和 TCNTn中。 TCMPBn 和 TCNTBn 這兩個(gè)緩沖區(qū)的應(yīng)用（即雙緩沖器）使定時(shí)器能夠在頻率和占空比同時(shí)變化時(shí)，仍然產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的輸出。一般啟動(dòng)定時(shí)器的步驟如下： 將初始值寫入到 TCNTBn 和 TCMPBn 中 ， 設(shè)置對(duì)應(yīng)定時(shí)器的自動(dòng)重載位，設(shè)置對(duì)應(yīng)定時(shí)器的手動(dòng)更新位 ,反向器置為 off 狀態(tài)，設(shè)置對(duì)應(yīng)定時(shí)器的啟動(dòng)位來啟動(dòng)定時(shí)器，同時(shí)清除手動(dòng)更新位。 此時(shí)定時(shí)器 TCNTn 開始倒計(jì)數(shù)，當(dāng) TCNTn 具有與 TCMPn 相同的值時(shí)， TOUTn 的邏輯電平由低變高。當(dāng)計(jì)數(shù)器 TCNTn 到達(dá) 0 時(shí)將產(chǎn)生定時(shí)器中斷請(qǐng)求，通知 CPU 定時(shí)器操作已經(jīng)完成。此時(shí)，如果自動(dòng)重載 控制位使能， TCNTBn 的值會(huì)自動(dòng)載入到 TCNTn 寄存器中，并開 始下一操作周期。如果通過清除定時(shí)器使能位等方法使定時(shí)器停止，計(jì)數(shù)值將不會(huì)自動(dòng)重載。 調(diào)制 PWM 脈沖寬度調(diào)制 (Pulse Width Modulation?PWM)是指將輸出信號(hào)的基本周期固定，通過調(diào)整基本周期內(nèi)工作周期的大小來控制輸出功率。對(duì)于一個(gè)定時(shí)