基于ARM的直流电机调速系统的研究Word格式文档下载.doc

1、目 录摘要.2概述.21.嵌入式和电机调速原理简介.31.1嵌入式系统简介.31.1.1嵌入式系统定义31.1.2国内外嵌入式系统的发展现状31.1.3嵌入式系统的特点.41.2 PWM脉冲宽度调制简介.52.系统总体方案设计.52.1方案论证.52.1.1系统方案.52.1.2方案比较.62.2系统基本原理.62.2.1 S3C2410的PWM定时器概述.62.2.2 S3C2410的寄存器介绍.82.2.3 直流电机驱动芯片介绍.102.3系统方案实现.113. 系统软硬件实现.123.1系统硬件电路设计.123.2系统软件设计.154.心得体会.24摘 要本论文主要研究了采用基于ARM嵌

2、入式的直流电机调速的问题。首先对本论文的主要器件和原理进行了介绍，包括ARM微处理器，直流电机和PWM脉冲宽度调制。通过不同方案的对比，选择了本论文的主要技术方案为PWM脉冲宽度调制并对该方案进行了逐步验证。通过proteus软件进行了硬件电路的设计和软件程序的编写，实现了对直流电机速度控制，正传，反转的目的，并进行了电路仿真，最终得到了理想的效果。论文的最后对这次的研究进行了深刻的总结和反思，总结了本次研究得到的经验，并对研究方案的不足之处进行了反思和改进，使得该方案更加完美。 概 述随着我国国民经济的快速增长，产业结构也随之不断调整。先进的科学技术的出现为我国工业的快速发展提供了基础。近些

3、年来，以计算机技术，通讯技术、消费电子技术为主的电子信息技术的高速发展和国际互联网络（Internet）的广泛应用已经改变了人们的生活方式,世界各国都在为发展以计算机技术，通讯技术、消费电子技术为主要内容的信息产业制定宏伟的发展规划,以期望在21世纪的政治、经济和技术竞争中处于主动有利的地位。信息技术对其他各产业的贡献越来越大,信息产业正逐渐成为其他产业的支柱。信息产业的发展程度、信息流通、畅通与否已成为评价各个国家的经济发展水平的一个重要标准。在人类步入全球信息化社会的进程中，全球性电子信息技术正在发挥着巨大的作用。嵌入式系统是近年来发展最快的技术之一。嵌入式系统与传统的单片机系统和 PC

4、平台相比，融合了两者的优点，既有单片机系统成本低、体积小、功耗低的特点，又具 有PC平台的开发环境好、资源丰富、具备操作系统、用户界面友好的特点，因而在应用技术领域就有良好的发展前景。以32位的ARM 芯片和高速大容量FPGA为核心的嵌入式系统不但充分发挥了以上特点，而且大大简化了系统设计，提高了集成度和可靠性。国家的发展，使得大到工厂企业，小到电子产品都需要电机来进行各种运动的控制，对电机速度的控制也称为了现代数字控制的一大课题。科技发展至今，主要采用对输入电压的控制来进行电机的控制，而输入电压的控制又广泛采用PWM脉冲宽度调制来实现对电压大小的控制。ARM嵌入式可直接输出PWM波，通过编程

5、对该波进行占空比和频率的调节，相比电路和单片机实现的PWM波而言，ARM嵌入式具有更好的灵活性，高效率性，精度高，快速响应好，成本低，功耗小等特点，具有很好的应用前景。1. 嵌入式和电机调速原理简介1.1嵌入式系统简介1.1.1嵌入式系统定义 国际电气和电子工程师协会（IEEE）对嵌入式系统的定义为：“用于控制、监视或者辅助操作机器、设备和工厂的装置。”（devices used to control, monitor or assist the operation of equipment, machinery or plants）。这里主要是从应用上进行定义的。国内的一些学者和专家讲嵌入式

6、系统定义为：“嵌入到对象体系中的专用计算机系统”。“嵌入性”、“专用型”与“计算机系统”是嵌入式系统的3个基本要素，对象系统则是嵌入式系统所嵌入的宿主系统。目前国内一个普遍被认同的定义是：嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软、硬件可裁减，满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。由于嵌入式系统本身是一个相对模糊的定义，一个手持的MP3和一个PC104的微型工业控制计算机都可以认为是嵌入式系统，因此只要是和具体产品结合在一起并具有嵌入式特点的控制系统都可以成为嵌入式系统。目前通常把嵌入式系统概念的重心放在“系统”上，及指能够运行稳定系统的软硬件综合体。总

7、体上嵌入式系统可以分成硬件和软件2部分：硬件一般由嵌入式微处理器、存储器和外围接口电路组成；软件一般由引导装载程序、操作系统和上层应用程序组成。软件和硬件之间有中间层。1.1.2国内外嵌入式系统的发展现状随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术也将获得广阔的发展 空间。以8位单片机（或微控制器，MCU）为核心的嵌入式系统早以广泛应用与各个领域，这些应用大多数还处于单机使用的嵌入式底层次阶段。其特点是以MCU为核心，与一些简单的传感器及监测、伺服控制、指示和显示等设备配合，实现一定的测量、显示、信息处理及控制等功能。虽然在一些工业控制、汽车电子和智能家居等多机应用中，为了实现多个MCU构

8、成的系统间的信息交流，通常是利用CAN、RS-232和RS-485等总线将MCU组网。但这种应用空间有限，相关的通信协议也比较单一，并且孤立于Internet之外。Internet已成为社会重要的基础信息设施，嵌入式系统必将要与Internet完美结合。随着嵌入式设备与Internet的结合，手机、PDA、路由器和调制解调器等复杂的高端应用对嵌入式处理器的性能提出了更高的要求。虽然以8位单片机为核心的嵌入式技术的不断发展，性能也不断提高，但由于其性能的局限性，已无法满足未来高性能嵌入式技术的发展需求。目前在8位单片机上运行嵌入式操作系统尚有一定困难，因此，以32位处理器作为高性能嵌入式系统开发

9、的核心已是嵌入式技术发展的必然趋势。嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低和可靠性高的优点，是嵌入式系统的核心。目前比较有影响的32位嵌入式处理器有ARM公司的ARM，Compaq公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的MIPS和Sun公司的Sparc等。而ARM处理器具有高性能、低功耗和低成本等显著优点，已成为高性能、低功耗嵌入式微处理器的代名词，是目前32位、64位嵌入式处理器中应用最为广泛的一个系列。ARM微处理器得到了众多半导体厂家和整机厂家的大力支持，全球有100多家IT公司在采用ARM技术，20家最大的半导体厂家有19家是ARM的用户

10、，包括TI、PHILIPS和Intel等公司。优良的性能和准确的市场定位极大地丰富了ARM资源，加速了基于ARM核的面向各种应用系统芯片的开发应用。如今，ARM公司已经成为业界的龙头老大，几乎所有的手机、移动设备、PDA都是用基于ARM核的系统芯片开发的。为了顺应当今世界技术革新的潮流，了解、学习和掌握高性能嵌入式技术已经非常重要。1.1.3嵌入式系统的特点嵌入式系统是面向应用的专用计算机系统。嵌入式系统最典型的特点是与人们的日常生活紧密相关，现在每一个人都拥有形形色色运用了嵌入式技术的电子产品，小到MP3、PDA等卫星数字化设备，达到信息家电、智能电器、车载GIS等，各种新型嵌入式设备在数量

11、上已经远远超过了通用计算机。1.嵌入式系统通常是面向特定应用的软硬件结合体。嵌入式系统一般用于特定的场合，其硬件和软件都务须高效，量体裁衣，去除冗余；而计算机则是一个通用的计算机平台。2.系统精简，关注成本。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面有利于控制系统成本，同时也有利于实现系统安全。3.嵌入式系统有实时性和可靠性的要求。 高实时性的操作系统软件是嵌入式区按键的基本要求，而且软件要求固态存储，以提高速度。软件代码要求高可靠性和实时性。在多任务嵌入式系统中，对重要性各不相同的任务进行统筹兼顾的合理调度是保证每个任务及时执行的关键，单纯通

12、过提高处理器速度是无法完成和没有效率的，因此系统渐渐地高实时性是基本要求。 4.产品升级换代和具体产品同步，具有较长的生命周期。 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，他的升级换代也和具体产品同步进行，因此嵌入式系统产品一点进入市场，便具有较长的生命周期。 5.嵌入式软件开发走向标准化，必须使用多任务的操作系统。 嵌入式系统的应用程序可以在没有操作系统的情况下，直接在芯片上运行。单位了合理的调度多任务，利用系统资源、系统函数以及和专家库函数接口，必须使用RTOS（Real-Time Operating System）系统平台，这样才能保证程序执行的实时性、可靠性，并减少开发时间，保障软件质量。

13、1.2 PWM脉冲宽度调制简介PWM就是指脉冲宽度调制（pulse width modulation），简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机转速。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。PWM技术的发展经过了几个阶段。第一个阶段：电子发展早期由电路设计产生PWM波，例如由555定时器或者运算放大器产生PWM波。第二个阶段：单片机产生后，人们开始采用软件设计产生PWM波，这样的波可以进行数字控制，可以直接使用计算机来设定实现自动控