基于ARM嵌入式工业控制器设计

论文摘要

近年来,伴随着PC及微处理器的迅速发展、软件资源的丰富,嵌入式系统成为研究与应用的热点。嵌入式系统是一种面向具体应用的将底层硬件、实时操作系统和应用软件相结合的专用计算机系统。其广泛应用于控制领域、消费电子产品等行业,己成为现代电子领域的重要研究方向之一。本文结合课题实际需要与当前的控制器发展趋势,构建和开发基于ARM和μC/OS-II实时操作系统的嵌入式通用控制器应用平台。在分析ARM内核处理器的基础上,自主开发以PHILIPS公司LPC2880芯片为核心的嵌入式通用控制器的硬件平台。根据嵌入式控制器的实际应用要求设计了相应的应用模块,主要包括:串口模块、存储器扩展模块、液晶显示和键盘模块等。并完成了各个功能模块的接口函数,创建了应用函数库,为后面的代码应用和移植提供了方便。在对电机驱动控制原理的学习掌握基础上,开发出基于L297/L298芯片的步进电机驱动器及基于LMD18200芯片的伺服电机驱动器。为实现控制器与PC机的通讯,确定了USB2.0通讯接口作为主要通讯方式,详细分析了通用串行总线的软硬件特点,根据LPC2880芯片特点实现嵌入式USB主机模式的通讯方式,并给出了它和主控制器的连线原理图以及USB主机的系统软件框架。嵌入式实时操作系统是嵌入式系统应用软件开发的支撑平台,通过对现在常用的几种嵌入式操作系统的综合比较,选择μC/OS-II作为本系统的RTOS。详细分析了μC/OS-II内核工作原理,改进了中断和时钟处理的不足。成功的将μC/OS-II系统移植到ARM微处理器中,并通过相应的开发工具,对移植系统进行模拟调试和功能测试。结果表明,设计的嵌入式通用控制器平台基本达到预期目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 嵌入系统简介
• 1.1.1 嵌入式系统的定义
• 1.1.2 嵌入式系统的特点
• 1.2 嵌入式系统的现状和发展趋势
• 1.3 运动控制器的发展现状
• 1.3.1 基于计算机标准总线的运动控制器
• 1.3.2 Soft 型开放式运动控制器
• 1.3.3 嵌入式结构的运动控制器
• 1.4 课题研究的背景和意义
• 1.5 课题来源
• 1.6 课题的主要研究任务和目标
• 第2章 系统硬件电路设计与开发
• 2.1 整体硬件设计
• 2.2 ARM 系列嵌入式微处理器
• 2.2.1 ARM 体系结构
• 2.2.2 ARM 处理器模式
• 2.2.3 ARM 异常中断
• 2.3 LPC2880 微处理器简介
• 2.4 系统硬件模块设计
• 2.4.1 电源电路
• 2.4.2 复位电路、系统时钟电路的设计
• 2.4.3 JTAG 接口电路
• 2.4.4 键盘电路
• 2.4.5 LCD 接口电路
• 2.4.6 USB 接口电路
• 2.4.7 存储器扩展电路
• 2.4.8 控制电路板抗干扰措施
• 2.5 电机驱动电路设计
• 2.5.1 伺服电机驱动器设计
• 2.5.2 步进电机驱动器设计
• 2.6 步进电机驱动器测试
• 2.7 本章小结
• 第3章 μC/OS-II 分析与改进
• 3.1 μC/OS-II 实时操作系统简介
• 3.1.1 μC/OS-II 实时操作系统的特点
• 3.1.2 μC/OS-II 的工作原理
• 3.1.3 使用μC/OS-II 应注意的问题
• 3.2 μC/OS-II 内核分析
• 3.2.1 μC/OS-II 的任务管理
• 3.2.2 任务状态
• 3.2.3 任务调度
• 3.2.4 中断处理
• 3.2.5 任务间的通讯与同步
• 3.3 μC/OS-II 的改进
• 3.3.1 μC/OS-II 中断改进
• 3.3.2 系统时钟中断的改进
• 3.4 本章小结
• 第4章 μC/OS-II 操作系统的移植
• 4.1 移植μC/OS-II 所要满足的条件
• 4.2 μC/OS-II 在LPC2880 上的移植
• CPU. H'>4.2.1 OS_CPU. H
• CPU_C. C'>4.2.2 OS_CPU_C. C
• CPU_A. ASM 文件'>4.2.3 OS_CPU_A. ASM 文件
• 4.3 移植代码的测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 创建库函数及应用程序编写
• 5.1 液晶程序的设计
• 5.2 键盘按键的程序设计
• 5.3 USB 接口程序设计
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢