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1、基于ARM嵌入式系统的二维平台设计摘要随着移动设备的流行和发展，嵌入式系统已经成为一个热点。它并不是最近出现的新 技术，只是随着微电子技术和计算机技术的发展，微控制芯片功能越来越大，而嵌入微控 制芯片的设备和系统越来越多，从而使得这种技术越来越引人注目。它对软硬件的体积大 小、成本、功耗和可靠性都提出了严格的要求。嵌入式系统的功能越来越强大，实现也越 来越复杂，随之出现的就是可靠性大大降低。最近的一种趋势是一个功能强大的嵌入式系 统通常需要一种操作系统来给予支持，这种操作系统是已经成熟并且稳定的，可以是嵌入 式的Linux，WINCE等等。本文所要研究的就是基于ARM嵌入式系统的二维平台设计系
2、 统的设计与实现。本设计采用了飞利浦的32位ARM微处理器LPC2104作为核心处理器。目录1.课程设计任务书1-01.1 课程设计任务1-01.2 课程设计目的1-01.3 课程设计要求1-01.4 课程设计内容1-01.5 设计的目的与意义1-01.6 设计内容1-11.7 课程设计进度安排1-11.8 课程设计考核办法1-22. 硬件设计2-32.1 LPC2104芯片介绍及设计2-32.2 电源电路设计2-52.3 系统复位电路2-52.4 系统时钟电路2-62.5 UART通用异步串行接口电路2-72.6 JTAG调试接口设计2-82.7 限位开关电路2-92.8 X、Y轴驱动电路2
3、-102.9 引脚图2-102.10两相混合式步进电机细分驱动器SH-20403 2-113. 系统电源电路设计153.1 多输出电路设计153.1.1确定多路输出的技术指标153.1.2确定反馈电路153.1.3电路设计173.2 多路输出式高频变压器的设计173.3 多路输出单片开关电源的改进方案194. 软件设计214.1 工作原理214.2 直线插补原理214.3 圆弧插补原理254.4 总程序流程图设计284.5 UART通用异步串行通信的实现思路294.5.1引脚描述294.5.2 结构294.6 JTAG调试接口的系统仿真调试314.6.1调试框图314.6.2调试设置及操作32
4、4.6.3固化程序335. 参考文献341. 课程设计任务书题目：二维平台的直线插补和圆弧插补软硬件设计11课程设计任务本课题根据步进电机工作原理，运用ARM系统，设计基于步进电机的直线插补功能 和圆弧插补功能的ARM控制实现。该系统以ARM为核心，结合相关的输入和输出接口 电路，通过步进驱动器驱动步进电机转动并带动机械传动机构推动二维平台按照设计的要 求运动。1.2课程设计目的通过本次课程设计使学生掌握：1）步进电机的工作原理。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
5、，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；15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。16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
6、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。总体设计框图图1.1总体设计框图17课程设计进度安排周次工作日工作内容1布置课程设计任务，学习和研究相关资料第2掌握与课程设计相关器件的使用方法-3完成总体设计方案周4选择硬件设计需要的芯片5完成硬件电路的连接，电路要切实可行第1电源电路的设计，电路要切实可行周2人机接口与仿真接口设计3软件设计，画出主要流程图4完成课程设计报告5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
7、%。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。2.1 LPC2104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
8、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
9、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ARM7 LOCAL BUS(NTEHNAL SRAMCONTROLLEAINTERNALF LASf 1CONTROL LEFI16/32/64 kBSA AMARM7TDMHSTEST/DEBUG INTERFACEr宫网白mclockAHB BRIDGEAMBA AHB(Adv刍ricd Higtperto(rimaine Buis：i120 KB FLASHAH0TO VPBVPB6R
10、IDGEDIVIO EFIAH& DECODERVECTOREO INTERRUPT CONTROLLERl2C SERIAL INTERFACESCL*；SDA :APB 但)ElNTOEwn*lxULUARTOFIE*lxUbR7(DtUART1PWM1 6*PWMOShared with GPIOOQZaaait?SYSTEM CONTROLEXTERMAL IHTERRUPTSHEAL TIMEDLOC；KWATCHDOG TIMERMODEM COWTROL 世PM&匸tCAPO.SCAPTURE?*COMPAREMAT0.2BTIMER 0CAP0.3*CAPTURE/COMPAR
11、EMATQ.3STIMER 11；GPJO (32 PINS)GENERAL1 *11PURPOSE I/OSCK-SPI SERIAL INTERFACEMOS IMiser:阴 EV :图2.1 LPC2104的内核结构2.2电源电路设计VDD5VU2VinON/OFFVout NC 14S-1131B33UCVCC3.3VCI7I6VKiulGND-Vin-ON OFFvssNC -2S-LI31BI&UC十 VCCI.SVC181&VIQnF图2.2LPC2104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AC2
12、20V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
13、 试时，忒、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。复位电路IVCC3.3V-.-MRVCC -NCRST叶Rsr -GND/PFO -MAX70HS2 & 7-5R.3k：kCiND27+ElClt5 74H(：J2 iGND图2.3系统复位电路24系统时钟电路LPC2104可使用外部晶振或外部时钟源，时钟频率1025 MHz,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1M Q电阻R6并接到晶振的两端，使系统更容易起振。晶振电路ILI诫卿GND图2.4 系统时钟电路2.5UART通用异步串行接口电路GNDUART通用异步串行接口电路GNDRI01HR2QUTMAX3232图2.5 UART通用异步串行接口电路GNDLPC2104具有两个UART，16字节的收发FIF0,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
