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1、西安科技大学电控学院课程设计电控学院电控学院课程设计（论文）课程设计（论文）课程名称： ARM 嵌入式系统 题 目： 红外感应自动窗帘控制器设计 院 （系）： 电 控 学 院 专业班级： 自 动 化 0904 0905 姓 名： 王杰 朱闯 许支明 严东虎 王飞（0905） 学 号： 0411 0410 0426 0806050428 0806050212 指导教师： 李红岩 杨学存 2013 年 01 月 16 日第 - 1 -页 西安科技大学电控学院课程设计 目 录第第 1 1 章章 ARMARM 嵌入式系统概述嵌入式系统概述 2 21.11.1 嵌入式系统嵌入式系统 2 2 1.21.2
2、 嵌入式系统的特点嵌入式系统的特点 2 2第第 2 2 章章 步进电机原理简介步进电机原理简介 2 2 2.12.1 步进电机步进电机 3 3 2.1.12.1.1 步进电机原理步进电机原理 3 3 2.1.2步进电机的一些基本参数步进电机的一些基本参数 3 3第第 3 3 章章 控制系统的总体设计控制系统的总体设计3 33.13.1 总体设计思路总体设计思路 3 3 3.23.2 系统硬件设计系统硬件设计 4 4 3.2.13.2.1 EasyARM2131EasyARM2131 开发板功能开发板功能 4 4 3.2.23.2.2 ULN003AULN003A 驱动芯片驱动芯片55 3.2.
3、33.2.3 TH12864-15TH12864-15 液晶显示液晶显示 5 5 3.2.43.2.4 电机驱动模块电机驱动模块 5 5 3.2.53.2.5 显示模块显示模块66 3.33.3 总设计电路图总设计电路图77 3.43.4 软件设计软件设计773.4.13.4.1 程序流程图程序流程图77结论结论 7 7 附附 录（课设体会）录（课设体会）88 参考文献参考文献 8 8 设计程序设计程序 9 9第 - 2 -页 西安科技大学电控学院课程设计第 1 章 ARM 嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统嵌入式计算机系统的出现，是现代计算机发展史上的里程碑。嵌入式系统诞 生于微型计算机时代，
4、与通用计算机的发展道路完全不同，形成了独立的单芯 片的技术发展道路。由于嵌入式系统的诞生，现代计算机领域出现了通用计算 机与嵌入式计算机两大分支。 1.2 嵌入式系统的特点 (1) 由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置，系统资源相对有限，所以内 核较之传统的操作系统要小得多。 (2) 嵌入式系统的个性化很强，其中的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般 要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据 系统硬件的变化和增减不断进行修改。 (3) 嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能的 设 计及实现过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统
5、安全。(4) 高实时性的操作系统软件是嵌入式软件的基本要求。而且软件要求固化存 储，以提高速度。软件代码要求高质量和高可靠性。 (4) 嵌入式软件开发要想走向标准化，就必须使用多任务的操作系统。嵌入式 系统的应用程序可以没有操作系统而直接在芯片上运行； (5) 嵌入式系统开发需要专门的开发工具和环境。由于嵌入式系统本身不具备 自主开发能力，即使设计完成以后，用户通常也不能对其中的程序功能进行修 改，因此必须有一套开发工具和环境才能进行开发，这些工具和环境一般是基 于通用计算机上的软硬件设备以及各种逻辑分析仪、混合信号示波器等。第 2 章 步进电机原理简介2.1 步进电机在电气时代的今天，电动机
6、一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产还是在日常生活中的家用电器，都大量地使用着各种各样的电动机。因此对电动机的控制变得越来越重要了。下图 1 为本设计所用到的五线式四相步进电机第 3 页 西安科技大学电控学院课程设计图 1 五线式四相步进电机 2.1.1 步进电机原理步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，其原理是通过对它每相线圈中的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。通俗地说:当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。通过控制脉冲个数即可以控制
7、角位移量，从而达到准确定位的目的。同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的，现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR)、永磁式步进电机(PM)，混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。2.1.2 步进电机的一些基本参数电机固有步距角:它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如 86BYG250A 型电机给出的值为0。90/1。80(表示半步工作时为 0。90、整步工作时为 1。80)，这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。步进电机的相数:是指电机内
8、部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为 0。90/1。80、三相的为 0。750/1。50、五相的为 0。360/0。720。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分动器，则“相数”将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。第 3 章控制系统的总体设计3.1 总体设计思路本次设计采用 EasyARM2131 ARM 芯片为主控制芯片，由 ULN2003A 为驱动芯片控制步进电机转动；并通过 MG12864 点阵图形液晶图形模块显示步进电机转动模式。系统硬
9、件总体设计框图如图 2 所示。第 4 页 西安科技大学电控学院课程设计图 2 系统原理结构框图 3.2 系统硬件设计 本设计共用到的功能器件有，EasyARM2131 开发板、ULN2003A 驱动芯片、 MG12864 液晶显示屏、四相五线式步进电机、按键开关等器件。3.2.1 EasyARM2131 开发板功能EasyARM2131开发板是广州周立功公司设计的EasyARM系列开发套件之一， 采用了PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S 核、单电源供电、LQFP64封装的LPC2131， 具有JTAG仿真调试、ISP编程等功能。 如下图3所示为2131功能框图。红外感应模 块EasyA
10、RMLPC2131最小系统12864 液晶显示ULN2003A驱动芯片四相五线 步进电机第 5 页 西安科技大学电控学院课程设计图 3 EasyARM2131 开发板功能框图 可进行GPIO的控制实验，如LED闪烁控制、键盘输入、蜂鸣器控制、模拟SPI等；可进行外部中断实验，学习向量中断控制器(VIC)； 定时器控制实验，如定时 控制LED、按键捕获输入、匹配比较输出等；使用RS232转换电路，完成UART通 讯实验等。3.2.2 ULN003A 驱动芯片ULN 是集成达林管 IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可 用来驱动继电器。它是双列 16 脚封装，NPN 晶体管矩阵，最大驱动
11、电压为 50V，电流为 500MA，输入电压为，适用于 TTL COMS，由达林顿管组成驱动 电路。下图 4 为 ULN2003A 的管脚功能图。图 4 ULN2003A 管脚图 ULN2003 高压大电流达林顿晶体管阵列芯片，吸收电流可达 500mA，输出 耐压 50V，具有很强的驱动能力。内部具有 7 组达林顿管电路，可以驱动 7 路 负载。IN 为输入端可由单片机引脚直接控制，当输入端为高电平时，输出端 OUT 输出低电平。3.2.3 TH12864-15 液晶显示TH12864-15是128(列)64(行)点阵的液晶显示模块。当15脚为低且16脚为 高时选中TH12864-15的左区(
12、左边的6464)，当15脚为高且16脚为低时选中 MG12864的右区(右边的6464)。19脚和20脚是为了在光线暗的环境下看到液晶 显示器的显示内容而加的背光，即在液晶显示器的背面加一光源。控制线 RW、CSI、CS2、RS必须在使能线E为低的时候改变。当使能线E为高时控制线 RW、CSI、CS2、RS不能改变；使能线E为高时TH12864-15从数据线DB0DB7输 出数据。下图6为TH12864-15的管脚说明。 引脚号 符号 功能引脚号 符号 功能 1GND 模块的电源地714 DB0DB7 并行数据07 2VDD 模块的电源正端15PSB 并/串行接口选择 3 V0 LCD驱动电压输入端16NC空脚 4 RS 并行的指令/数据选择17RET复位，低电平有第 6 页 西安科技大学电控学院课程设计效信号；串行的片选信号 18 NC
