基于ARM嵌入式系统的二维平台设计毕业设计论文Word格式.docx
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2）步进电机驱动器使用方法。
3）微机接口技术与I/O通道电路的设计及实现方法；
4）电源电路的设计；
5）控制程序的设计及实现方法。
1.3课程设计要求
1、运行所设计的程序，步进电机带动二维平台进行直线插补。
2、运行所设计的程序，步进电机带动二维平台进行圆弧插补。
1.4课程设计内容
1、系统硬件接线图，包括相应的输入和输出接口电路；
2、软件程序，主要流程图；
1.5设计的目的与意义
通过设计，培养自己综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练，加深对ARM芯片的了解；
熟悉ARM芯片各个引脚的功能，工作方式，计数/定时，I/O口，中断等相关原理，巩固学习嵌入式的相关内容知识。
1.6设计内容
利用ARM芯片模拟实现直线、圆弧插补。
自行选择所需ARM芯片，查阅相关文献资料，熟悉所选ARM芯片，了解所选ARM芯片各个引脚功能，工作方式，计数/定时，I/O口，中断等相关原理，通过软硬件设计实现利用ARM芯片完成交通灯的模拟控制。
总体设计框图
LPC2104
JTAG仿真器
并行接口
PC机
UART通用异步串行接口电路
功率放大器
两相混合式步进电机细分驱动器SH-20403
X轴、
Ｙ轴
步进电机
图1.1总体设计框图
1.7课程设计进度安排
周次
工作日
工作内容
第
一
周
1
布置课程设计任务，学习和研究相关资料
2
掌握与课程设计相关器件的使用方法
3
完成总体设计方案
4
选择硬件设计需要的芯片
5
完成硬件电路的连接，电路要切实可行
二
电源电路的设计，电路要切实可行
人机接口与仿真接口设计
软件设计，画出主要流程图
完成课程设计报告
答辩
1.8课程设计考核办法
本课程设计满分为100分，从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。
2.硬件设计
根据设计任务要求，自行选择电子元件，画出电气原理图，并调试。
一个完整的系统除了主控芯片以外，还需配上电源系统、时钟电路、复位电路等。
独立的芯片是不能工作的。
2.1LPC2104芯片介绍及设计
LPC2104是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器，具有JTAG调试、ISP编程等功能。
并带有128kB的嵌入的高速Flash存储器。
64KB/32KB/16KB的SRAM，无需拓展存储器，使系统更为简单、可靠；
功能强大；
体积小，3.3V和1.8V系统电源，内部PLL时钟调整，功耗更低。
较小的封装和极低的功耗使LPC2104可理想地用于小型系统中，具有以下一些特性：
●小型LQFP48封装
●64KB/32KB/16KB的片内静态RAM和128k的片内Flash程序存储器。
●128位接口/加速器使其实现了60MHz的高速操作
●通过片内Boot-loader软件实现在系统编程（ISP）
●和在应用编程（IAP）
●Flash编程时间1ms
●可编程（512）字节
●单扇区擦除和整片擦除只需400ms
●向量中断控制器
●可配置优先级和向量地址
●嵌入式跟踪宏单元对指令的执行实现了非插入的高速实时跟踪
●多个串行接口包括双UART（16C550）高速
●标准的I2C总线接口和I2C总线可用于测试和诊断
●可配置为主机，从机或主/从机
●可编程时钟可实现通用速率控制
●主机从机之间双向数据传输
●多主机总线（无中央主机）
●同时发送的主机之间进行仲裁，避免了总线数据的冲突
●串行时钟同步使器件在一条串行总线上实现不同位速率的通信
●串行时钟同步可作为握手机制使串行传输挂起和恢复
图2.1LPC2104的内核结构
2.2
VDD5V
电源电路设计
图2.2
LPC2104要使用两组电源，I/O口供电电源为3.3V，内核供电电源为1.8V，所以系统设计为3.3V应用系统。
首先，交流电压AC220V输入多路开关电源，然后，输出直流DC40V、直流DC10V、直流DC5V，再使用LDO芯片（低压差电源芯片）稳压输出3.3V及1.8V电压。
LDO芯片采用了S-1131B33UC和S-1131B18UC，其特点为输出电流大，精度高，稳定性高，功耗低。
如系统电源电路附图一，ON/OFF脚接到+5V上，使能Vout输出。
2.3系统复位电路
由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低，对电源的纹波、瞬态响应能、时钟源的稳定性及电源监控可靠性能等诸多方面也提高了更多的要求。
本实验板的复位电路使用了微处理器电源监控芯片MAX708S,提高了系统的可靠性。
由于在进行JTAG调试时，
、TRST是可由上位机控制复位的，所以使用了74HC125进行驱动。
系统复位电路如图所示。
图2.3系统复位电路
2.4系统时钟电路
LPC2104可使用外部晶振或外部时钟源，时钟频率10～25MHz，内部PLL电路可调整时钟，使系统运行速度更快（CPU最大操作时钟频率为60MHz）。
系统时钟电路如图所示，用1MΩ电阻R6并接到晶振的两端，使系统更容易起振。
图2.4系统时钟电路
2.5UART通用异步串行接口电路
图2.5UART通用异步串行接口电路
LPC2104具有两个UART，16字节的收发FIFO，寄存器位置符合“550工业标准”，内置波特率发生器，两个串口具有基本相同的寄存器，在使用UART与上位机PC通信时，需要一个RS232电平电路转换电路，即MAX3232。
UART0的基本操作方法：
●设置I/O连接到UART0；
●设置串口波特率（U0DLM、U0DLL）；
●设置串口工作模式（U0LCR、U0FCR）；
●收发数据（U0THR、U0RBR）；
●检查串口状态字或等待串口中断（U0LSR）。
2.6JTAG调试接口设计
图2.6
JTAG是JointTestActionGroup（联合测试行动小组）的简称。
IEEE1149.1标准就是由JTAG这个组织最初提出的，最终由IEEE批准并且标准化的，所以IEEE1149.1标准一般也俗称JTAG标准。
JTAG概述
JTAG标准主要用于芯片内部测试及对系统进行仿真、调试，JTAG技术是嵌入式调试技术，它在芯片内部封装了专门的电路测试访问口（TestAccessPort，简称TAP）,通过专用的JTAG测试工具对内部节点进行测试。
目前，大多数比较复杂的器件都支持JTAG协议，如ARM、DSP、FPGA器件等。
标准的JTAG借口是4线：
TMS、TCK、TDI和TDO，分别为测试模式选择、测试时钟、测试数据输入和测试数据输出。
JTAG测试允许多个器件通过JTAG借口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对多个器件分别测试。
JTAG借口还常用于实现系统可编程（In-SystemProgrammable，简称ISP）功能，如对Flash器件进行编程等。
2.7限位开关电路
图2.7
在两个坐标轴的设置四个极限位置起限位保护的功能，在实现轴向位移、直线插补或圆弧插补过程中，只要有任一方向上的限位开关动作，就有可能使本次操作中途失败，此时的症状是：
插补尚未到位，但电动机已经不转动了。
在这种情况下，可以先观察在哪个方向上最有可能发生了限位动作，然后选择在与该方向相反的方向上再进行一次操作，这样，就有可能摆脱原有的困境。
例如，发现在X-方向的限位有可能已经动作了，只需选择X+方向的轴向位移20mm就能够使该电动机恢复运行。
2.8X、Y轴驱动电路
公共端
脉冲
方向
脱机
图2.8
2.9引脚图
图2.9
1-8引脚：
输入端
11-18引脚：
输出端
9引脚：
地端
10引脚：
电源+5V
2.10两相混合式步进电机细分驱动器SH-20403
特点
●10V—40V直流供电
●H桥双极恒相流驱动
●最大3A的八种输出电流可选
●最大64细分的七种细分模式可选
●输入信号光电隔离
●标准共阳单脉冲接口
●脱机保持功能
●半密闭式机壳可适应更严苛环境
●提供节能的自动半电流锁定功能
●通过CE认证
性能指标
表电气性能（环境温度Tj=250C时）
供电电源
10V—40VDC,容量0.03KVA
输出电流
峰值3A/相（电流可由面板拨码开关设定）
驱动方式
恒相流PWM控制
励磁方式
整步,半步,4细分,8细分,16细分,32细分,64细分
绝缘电阻
在常温常压下>
100MΩ，
绝缘强度
在常温常压下0.5KV,1分钟
功能及使用
电源电压
驱动器内部的开关电源设计保证了可以适应较宽的电压范围，用户可根据各自的情况在10V到40VDC之间选择。
一般来说，较高的额定电源电压有利于提高电机的高速力矩，但却会加大驱动器的损耗和温升。
输出电流选择
本驱动器最大输出电流值为3A/相（峰值），通过驱动器面板上六位拨码开关的第5、6、7三位可组合出八种状态，对应八种输出电流，从0.9A到3A（详见电流选择表）以配合不同的电机使用。
说明：
面板上的白色方块对应开关的实际位置。
on
0.9A
off
1.5A
1.2A
1.8A
2.1A
2.7A
2.4A
3A
细分选择
本驱动器可提供整步、改善半步、4细分、8细分、16细分、32细分和64细分七种运行模式，利用驱动器面板上六位拨码开关的第1、2、3三位可组合出
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