【正文】 （一）永磁式步進電機的控制在此次設計中選用的步進電機是永磁式步進電機，其型號是35BY48。工作時假設步距角為X。步進電機的轉速由脈沖信號的周期決定,脈沖信號周期由CPU通過延時子程序等方法確定,延時子程序可以設置控制信號的延時間來控制電機轉速。指數(shù)曲線在實際軟件編程中比較麻煩，一般事先算好時間常數(shù)存貯在計算機存貯器內，工作過程中直接選取。升降速曲線一般為指數(shù)曲線或經過修調的指數(shù)曲線，當然也可采用直線或正弦曲線等。一般來說升速和降速規(guī)律相同，以下為升速為例介紹： 升速過程由突跳頻率加升速曲線組成（降速過程反之）。步進電機轉速越高，力矩越小則要求電機的電流越大，驅動電源的電壓越高。因而不同的場合采取不同的驅動方式，到目前為止，驅動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流、細分數(shù)等。步進電機在一定轉速下的轉矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。我們運用的是二相電機。 信號分配一般使用的感應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,；二相八拍為,。 所以，控制步進脈沖信號的頻率，可以對電機精確調速；控制步進脈沖的個數(shù)，可以對電機精確定位目的。 （一）步進電機的控制原理 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構,步進電機的運行必須要有一電子裝置進行驅動, 這種裝置就是步進電機驅動器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移, 或者說: 控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號, 通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角。和反應式步進電動機不同，永磁式步進電動機的繞組電流要求正、反向流動，故驅動電路一般要做成雙極性驅動。設計時應使轉子齒數(shù)能被二整除。轉子是一個圓柱形鐵心，外表面上圓周方向均勻的布滿了小齒。每個大齒上都套有一個線圈，徑向相對的兩個線圈串聯(lián)起來成為一項繞組。3．2．2 步進電機的工作原理現(xiàn)以反應式三相步進電機為例說明其工作原理。 步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。步進電機低速時可以正常運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。 當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。 步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此，電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點,一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏8090度完全正常。（三）步進電機的特點： 1．一般步進電機的精度為步進角的35%，且不累積。 DETENT TORQUE： DETENT TORQUE是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。、176。、176。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，176。），這個步距角可以稱之為‘電機固有步距角’，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。（176。電機出廠時給出了一個步距角的值，176。它又分為兩相和五相： 。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產生轉矩。 現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。（一）步進電機的內涵 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。3．2．1 步進電機概述步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。正常情況下，步進電機轉過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時，電動機的轉速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關系，不受電壓波動和負載變化的影響。使用多相步進電動機時，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉換為多相脈沖信號，在經功率放大后分別送入步進電動機各項繞組。單相步進電動機有單路電脈沖驅動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅動。8位串行數(shù)據(jù)傳送/；定時器中斷請求或系統(tǒng)超時復位 [4]。 通用輸入/輸出端口有8個外部中斷端口,71個（多功能）復用輸入/輸出口。時鐘可通過軟件選擇性的反饋回每個功能塊。系統(tǒng)（存儲）管理支持大，小端模式（通過外部引腳來選擇）；地址空間：包含8個地址空間，每個地址空間為32MB，總共有256MB的地址空間；8個地址空間中，6個地址空間可用于ROM，SRAM等存儲器，2個用于ROM，SRAM，F(xiàn)P/EDO/SDRAM等存儲器；時鐘和功耗管理低功耗。 圖32 S3C44BOX封裝圖S3C44B0是基于ARM7TDMI的體系結構。它的低功耗和全靜態(tài)設計使得其特別適用于成本敏感和功耗敏感的應用。3．1．2 S3C44B0X簡介 Samsung 公司的S3C44BOX16/32位RISC處理器為手持設備和一般應用提供了高性價比和高性能的微控制器解決方案。1 IDE接口電路 JTAG邊界掃描 電路D12 調試電路圖31 開發(fā)板框圖這塊CPU核心板上除了S3C44BOX的最小系統(tǒng)外還增加了：兩個串口，一個USB口，一個IDE接口，一套IIC電路，一個FLASH電路，RTC電路，液晶接口及調試電路，所以它也可以完成獨立的進行調試和工作。圖31為開發(fā)板框圖。步進電機選用了S3C44B0—II型實驗儀上的步進電機電路，步進電機的型號為：35BY48。通過應用程序調試進行模擬仿真控制步進電機的轉動。由于嵌入式應用場合的特殊性，通常使用的是陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)和觸摸板(Touch Panel)等外圍顯示設備。存儲設備主要用于各類數(shù)據(jù)的存儲，常用的有靜態(tài)易失型存儲器(RAM,SRAM)、動態(tài)存儲器(DRAM)和非易失型存儲器(ROM、 EPROM、 EEPROM、FLASH)三種，其中FLASH憑借其可擦寫次數(shù)多、存儲速度快、存儲容量大、價格便宜等優(yōu)點，在嵌入式領域內得到了廣泛應用。 應用程序實時操作系統(tǒng)外圍設備微處理器 圖22 系統(tǒng)框圖在嵌入系統(tǒng)硬件系統(tǒng)中，除了中心控制部件(MCU, DSP, EMPU, SOC)以外，用于完成存儲、通信、調試、顯示等輔助功能的其他部件，事實上都可以算作嵌入式外圍設備。軟件包括啟動代碼，操作系統(tǒng)及應用程序等。此次設計是在一定的外部條件幫助下實現(xiàn)對電機的控制，設計的系統(tǒng)框圖如圖22所示，基本組成部分是軟件和硬件。嵌入式技術融合了具體應用系統(tǒng)技術、嵌入式微處理器、DSP技術、系統(tǒng)芯片SOC（嵌入式片上系統(tǒng)、System on Chip）設計制造技術、應用電子技術和嵌入式操作系統(tǒng)及應用軟件技術，具有極高的系統(tǒng)集成性，可以滿足不斷增長的信息處理技術對嵌入式系統(tǒng)設計的要求。2．2 需求分析在實際設計前我們要明確的就是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺需要實現(xiàn)的功能，也就是對設計進行需求分析。操作系統(tǒng)負責計算機系統(tǒng)中全部軟硬件資源的分配與回收、控制與協(xié)調等并發(fā)的活動；提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；為用戶擴展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺。功能需求是系統(tǒng)的基本功能，如輸入輸出信號、操作方式等；非功能需求包括系統(tǒng)性能、成本、功耗、體積、重量等。用戶需求 選擇嵌入式處理器及硬件平臺選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)在操作系統(tǒng)上開發(fā)應用程序應用程序測 試通過整個系統(tǒng)測試開發(fā)結束圖21嵌入式開發(fā)流程確定設計任務和設計目標，并提煉出設計規(guī)格說明書，作為正式設計指導和驗收的標準。各個階段之間要求不斷的反復和修改。本次設計的條件及技術指標是：了解S3C44B0的BootLoader編寫；編制基于S3C44B0開發(fā)板上的步進電機控制；步進電機指標型號是：35BY408，+12V ；能將程序下載至目標板。特別是ARM大力推廣的內核定制技術，讓芯片生產廠商能夠根據(jù)實際應用的需求定制處理器功能，使嵌入式處理器的設計擺脫了結構固定、功能專一的傳統(tǒng)處理器模式，嵌入式設備的硬件設計更為靈活多樣[1]。隨著嵌入式硬件技術的發(fā)展，嵌入式應用的不斷增長以及嵌入式系統(tǒng)復雜性不斷提高，要求嵌入式軟件的規(guī)模和復雜性也不斷提高，嵌入式軟件的質量和開發(fā)周期對產品的最終質量和上市時間起到決定性的影響，嵌入式軟件的調試工具成為了人們關注的重點。硬實時系統(tǒng)（工業(yè)實時控制系統(tǒng)）。非實時系統(tǒng)；系統(tǒng)中使用某個核心模板的嵌入式系統(tǒng)為模塊級潛入。系統(tǒng)中使用含程序或算法的處理器的嵌入式系統(tǒng)為芯片級潛入。隨著嵌入式應用領域的日益擴展，要完整的定義“嵌入式”這個概念變得越來越困難。國內普遍認同的嵌入式系統(tǒng)定義為：以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁減，適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）對嵌入式系統(tǒng)的定義為：嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機器和設備的裝置”。1．2 嵌入式系統(tǒng)的簡介嵌入式系統(tǒng)是嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)。因此，研究嵌入式系統(tǒng)有著相當重要的理論和實際意義。隨著信息化、智能化、網絡化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術廣泛應用于工業(yè)控制、信息家電、交通管理、農業(yè)、商業(yè)、服務業(yè)等各行業(yè)，己成為現(xiàn)代電子產品設計的一大領域和方向。嵌入式系統(tǒng)最典型的特點是與人們的日常生活緊密相關，任何一個普通人都可能擁有各類形形色色運用了嵌入式技術的電子產品，小到MP3. PDA等微型數(shù)字化設備，大到信息家電、智能電器、車載GPS，各種新型嵌入式設備在數(shù)量上己經遠遠超過了通用計算機。而目前在32位市場上ARM 占統(tǒng)治地位，因此為了適應社會發(fā)展的需求我們就很有必加入ARM嵌入式學習的環(huán)境中來了。原先高高在上的32位嵌入式系統(tǒng)已經不再高貴，我們即將迎來32位應用普及的時代。32位微控制器的價格已經不比8位機高多少，有些系統(tǒng)使用32位機其整體成本甚至比用8 位機還要低。隨著人們生活水平的提高人們對智能產品的需求越來越高。ARM (Advanced RISC Machines)，是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。江蘇技術師范學院畢業(yè)設計說明書（論文）畢業(yè)設計說明書（論文）基于S3C44B0步進電機的控制系統(tǒng)序言當今世界，以計算機技術、芯片技術和軟件技術為核心的數(shù)字化技術取得了迅猛發(fā)展，不僅廣泛滲透到社會、經濟、軍事、交通、通信等相關行業(yè)，而且深入到家電、娛樂、藝術、社會文化等各個領域，掀起了一場數(shù)字化技術革命?，F(xiàn)代控制技術、多媒體技術與Internet的應用與普及，促使消費電子、計算機、通信一體化(3C)趨勢步伐加快，嵌入式系統(tǒng)技術再度成為一個研究熱點. 嵌入式系統(tǒng)技術是將先進的計算機技術、半導體技術和電子技術和各個行業(yè)的具體應用相結合后的產物，這一點就決定了它必然是一個技術密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。目前，采用ARM技術知識產權的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器，己遍及工業(yè)控制、消費類電子產品、通信系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產品市場，基于ARM技術的微處理器應用約占據(jù)了32位RISC微處理器75%以上的市場份額，ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。很多產品用8位機已經很難滿足要求，同時技術的進步已經使32位系統(tǒng)不再高高在上。這樣使用32位系統(tǒng)就沒有技術和成本的障礙了。作為電類非計算機專業(yè)的本科生很有必要了解和掌握32位嵌入式應用的開發(fā)技術。第1章 緒論1．1 課題背景嵌入式系統(tǒng)是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件是可裁剪的，適用于對功能、可靠性、成本、體積、功耗等有嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。這也難怪美國著名未來學家尼葛洛龐帝在1999年1月訪華時就預言，45年后嵌入式智能工具將成為繼PC機和Internet之后計算機工業(yè)最偉大的發(fā)明。同時在計算機領域里面，微型化和專業(yè)化成為了發(fā)展的新趨勢，同樣也需要嵌入式系統(tǒng)的支持。本次設計即運用其基于S3C44B0實現(xiàn)對步進電機的控制，從而可擴展到其他運用的設計。以嵌入式計算機為核心的嵌入式系統(tǒng)是繼IT網絡技術之后，又一個新的技術發(fā)展方向。這主要是從應用對象上加以定義，涵蓋了軟硬件及輔助機械設備。相比較而言，國內的定義更全面一些，體現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)的“嵌入”、“專用性”、“計算機”的基本要素和特征。嵌入式的分類可按如下：嵌入式系統(tǒng)按表現(xiàn)形式及使用硬件種類可分為：嵌入式系統(tǒng)按軟件實時性需求可分為：軟實時系統(tǒng)（如消費類產品）； 嵌入式系統(tǒng)開發(fā)是當今計算機軟件發(fā)展的一個熱點。隨著計算機硬件制造技術的進步，新的硬件設計理念不斷涌現(xiàn)，硬件產品正以前所未有的速度更新?lián)Q代。1．3 本課題的主要任務 在本次設計中要了解嵌入式技術及其應用，熟悉S3C44BO微控制器的結構資源，了解ARM開發(fā)板的工作過程，并基于S3C44B0微控制器進行設計，從而熟悉嵌入式系統(tǒng)中步進電機的基本控制開發(fā)流程。 第2章 系統(tǒng)總體設計2．1 系統(tǒng)的開發(fā)流程 如圖21所示，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)流程可包括：用戶需求、選擇嵌入式處理器及硬件平臺、選擇合適的嵌入式操作系統(tǒng)、在操作系統(tǒng)上開發(fā)應用