嵌入式大作业_基于s3c2410的ad转换与电机控制系统

1、嵌入式大作业 _基于 s3c2410 的 ad 转换与电机控制系统嵌入式实验报告基于S3C2410的AD转换与电机控制系统院 （系） 计算机与信息工程学院 专 业 控制工程 学生姓名 成 绩 指导教师2015年 5 月摘要:本设计是基于嵌入式技术作为主处理器的 AD采集与电机控制系统，利用S3C2410 ARM微处理器作为主控CPU辅以LINUX操作系统和Qt界面系统，实现了智能化的将AD采集的数据通过Qt界面形式展现出来，同时根据 AD值的不同改变PW啲参数值，从而控制电机的方向和转速等功能，并讨论了如何提高系统的速度、可靠性和可扩展性。并解决了传统的数据采集系统由于存在响应慢、精度低、 可

2、靠性差、效率低、操作繁琐等弊端，能够完全适应现代化工业的高速发展。关键词：嵌入式系统ARM S3C2410 Qt AD采集PWM直流电机目录一（设计背1.1 设计目1.2 设计要1.3 设计意二、系统开发环2.1 Qt/Embedded 简2.2 ARM-Linux 简2.3 Qt/Embedded 进行应用开发的流2.4 交叉编译环境的介绍与构三、系统设3.1 设计思3.2 系统硬件电路设3.3 系统软件设. 10 四、测试结 11五、总结 1 2参考文献13一（设计背景1.1 设计目的1、注重培养综合运用所学知识、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

3、练。2、了解所选择的ARM芯片各个引脚功能，工作方式，计数/定时，I/O 口,AD, PW等的相关原理，并巩固学习嵌入式的相关内容知识。3、通过软硬件设计实现利用 ARM芯片对AD信号的采集与PWM电机控制及QT界面显示。1.2 设计要求以UP-NetARM2410-S实验箱及Linux操作系统为平台，设计一个基于 Qt的图形化应用程序，实现AD转换和转换结果的图形显示以及控制直流电机的正反转和 转速的图形化显示。1、在桌面Linux系统（虚拟机）中建立Qt开发环境和虚拟运行平台。2、将Qt移植到目标Linux系统（实验箱）中，建立实际运行环境。3、设计一个基于Qt的 图形化应用程序 :（1）

4、实现对AD进行转换，并将转换结果使用文本框控件、进度条控件、转速表控件等图形化方式进行显示。3.(2) 使用按钮控件控制直流电机的旋转方向，使用滑块控件控制直流电机的转速。4、在桌面 Linux 中编写和编译程序，然后下载到实验箱上运行。 1.3 设计意嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，且软硬件可裁剪，适应应 用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般 由以下几部分组成 : 嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统。嵌入式系 统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命 力、才更具有优势。因此嵌入式系统是与应用紧密结合的，

5、它具有很强的专用性， 必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。嵌入式系统是将先进的计算机技术、 半导体技术和电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密 集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统必须根据应用需 求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以， 如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是 个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个只有几 K 到几十 K 微内 核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁减，但是由于微内核的存在，使得这 种扩展能够非常顺利的进行。嵌入式系统是

6、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,1. 嵌入式系统通常是各种新型嵌入式设备在数量上已经远远超过了通用计算机。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。系统精简，关注成本。 2.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。嵌入式系统有实

7、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

8、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。、系统开发环境2.1 Qt/Embedded 简介Qt是一个1991年由奇趣科技开发的跨平台 C+4图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务 器。 Qt 是面向对象的框架，使用特殊的代码生成扩展 (称为元对象编译器 (MetaObject Compiler, moc) 以及一些宏，易于扩

9、展，允许组件编程。 2008年，奇趣科技被诺基亚公司收购，QT也因此成为诺基亚旗下的编程语言工具 Qt优良的跨平台特性。Qt/Embedded是一个为嵌入式设备上的图形用户接口和应用开发而定制的如果有嵌入式linux操作系统支持,它可以运行在多种不同的处理C+工具开发 包,器体系上,例如:In telX86、ARM MI PS P owerPC等。它为在嵌入式设备上开发应用程序提供了标准的 API 函数, 而且这些 API 函数都是单一的 , 在不同平台下都是用相同API函数，方便在不同体系结构下进行代码移植。Qt/Embedded通常为小型化, 低功耗, 便携式的设备开发带有图形化界面的应用

10、程序。 2.2 ARM-Linux 简介Linux 原本被设计为桌面系统 , 现在广泛应用于服务器领域 , 而更大的影响在于 它正逐渐应用于嵌入式设备。最大的优势在于开发源代码 , 任何人都可以对源码进 行修改和剪裁以适应自己特定的应用 , 所以出现了很多种面向嵌入式应用的 Linux,有RTLinux,UCLinux,还有目前可以支持面向 ARM核的Linux操作系统 ARM Linux。ARM Linux支持多种ARM芯片,带有大部分通用设备的驱动,比如键盘、鼠标、USB接口等 , 开发者只需专注于开发自己系统特定驱动 , 即可使整个系统正常运行 , 大大 缩短了开发周期 , 降低了开发的

11、复杂度。2.3 Qt/Embedded 进行应用开发的流程在一个嵌入式系统上发布一个 Qt/Embedded应用一般要经过在主机上调试应用程序,编译Qt/Embedded库文件以适应硬件平台,直到Qt/Embedded应用发布到设备上并且可靠运行后才算开发完成。2.4 交叉编译环境的介绍与构建交叉编译就是在主机平台上生成目标机器的可执行代码 ,在这里主机就是装有Linux 操作系统的机器 , 上面安装有交叉编译环境 , 我们在主机上进行应用软件的开发和编译。目标机是经过剪裁了的计算机系统 （这里特指ARM平台）,上面具有引导程序（bootloader）、操作系统内核、根文件系统,它们都被烧写进

12、ARM平台的flash 中。目标板与主机通过网线和串口线相连 , 最终在主机上把应用程序编译成ARM格式的二进制文件通过网线或串口传输到目标板上运行。主机与目标板的连接图如图 2 所示。开发环境构建所需软件开发包有 :linux内核 ,linux-2.4.21-crus -1 -4 -3.tar;ARM 交叉编译器 ,3.3.2.tar;Qt系列软件包 ,Qt-embedded-2.3.7.tar,Qt-x11 -2.3.2.tar,Qt-x11 -free -3.1.2.tar;编译链接工具 ,tmake-1.13.tar 等。这些工具均可从网上下载。把这些软件包解压安装 , 在安装时 ,

13、应配置两套开发环境,一种是ARM体系的,另一种是X86体系的,这通过设置con figure后的参数完成。注意在安装时要设定环境变量 , 可通过在 /usr/local/etc 中将环境变量写入文件，这里建立Qte.sh（ARM体系）和Qtx86.sh（X86体系）,在/root/bashrc文件中设定别名 , 用 source 命令应用这些环境变量即可。以后直接在终端输入别名加载这些环境变量。在搭建开发环境时，为了方便使用，采用写脚本文件的方式，创建了三个脚本文件， tmake.sh,qt1.sh,qt2.sh 这样就能够保证，一次写入的命令多次使用，在使用脚本文件时要使用 source 命

14、令。三、系统设计3.1 设计思路应用跨平台的Qt图形用户界面应用程序开发框架设计图形界面，将实验箱上的电位器作为信号输入器件，电位器的值可以通过 AD模块转换成数字值，将采集来的电位器值经算法滤波处理后用于电机调速，控制直流电机的运转方向和运转速度，这样就实现了通过电位器控制电机转速和方向。电位器处于中间值时，电机停止不转，电位器顺时针调大时电机顺时针旋转，且速度随着电位器的旋转而增加。电位器向逆时针转动调小时，电机逆时针旋转，且速度随着电位器旋转的角度增加。电位器转到最大或最小值时，电机的速度应该达到最高速度。电 位器在中间位置时，电机不应该出现抖动情况。LINUX 操作系统AD转换图形显示

15、电位器S3C2410Qt界面PWM直流电机图 3.1 系统整体结构图3.2 系统硬件电路设计对直流电机进行调速和控制，需经过 AD模块，在linux操作系统中，在电机中加载AD程序后，挂载到实验箱程序。电脑通过串口把执行的程序命令发给S3C44B0X 0处理器，在处理器中通过分析数据。手动调节 AD模块中电位器后，处理器收到相应信号，并发命令给电机，使电机的转动做出相应的调整。(1) 复位电路 :在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位 功能。复位电路可由简单的RC电路构成，也可以使用其他的相对较复杂但功能更 完善的电路。经使用证明RC复位电路复位逻辑是可靠的。工作

16、原理如下：在系统上 电时，通过电阻R1向电容C1充电，当C1两端的电压未达到高电平的门限电压 时，RESETS输出为高电平，系统处于复位状态；当C1两端的电压未达到高电平的门限电压时，RESE端输出为低电平，系统进入正常工作状态。如图7所示。图3.2系统的复位电路时钟电路:在S3C2410中的时钟控制逻辑能够产生 CPL所需的FCLK时钟信号、AHB总线外围设备所需的HCLK寸钟信号，以及APB总线外围设备所需的PCLK寸钟信号。Locked Loops, PLL），一个用于 FCLK HCLK和 S3C2410有两个锁相环（PhasePCLK另一个专门用于USB模块(48MHz)。时钟控制逻

17、辑可以再不需要 PLL的情况下产生慢速时钟，并且可以通过软件来控制时钟与每个外围模块是连接还是断（:开，从而降低功耗。121W.4| 图3.3 (a)RTC外部时钟电路(b)RLL外部时钟电路5)电机驱动电路:电机驱动电路采用L9110来对电机进行驱动，只要在 L9110的端口 6、7(IA、IB)输入PWMI号，则在L9110的端口 1、4(0A、OB输出较大的驱动电流对电机进行驱动。本次设计中采用 TOUT0俞入PWM波，GPB1输入低电平，两个输出引脚构成PWM波，如果需要进行电机的反转，则使 TOUT(反相，然后是GPB1 俞出高电平即可实现。电机驱动电路如下图所示。3.3系统软件设计

18、图形界面的设计主要应用到 QWidget类、QDial类，QPushButton类、QLabel、QTimer类等。前面几个类都是图形设计用到的类，QTimer类是一个与硬件相关的类，在本设计中没有采用多另加一个线程的方法，而是通过QTimer类实现对AD值的实时读取和电机控制，这样程序设计更简洁，同时不影响数据的读取 和PW啲控制。图形界面和硬件同时工作时应用到定时器类QTimer，它提供当定时器触发的时QTimer候发射一个信号的定时器，他提供只触发一次的超时事件，QTimer类提供了定时器信号和单触发定时器。它在内部使用定时器事件来提供更通用的定时器。很容易使用：创建一个QTimer，使

19、用start()来开始并且把它的timeout()连接到适当的槽。当这段时间过去了，它将会发射timeout()信号。注意当QTimer的父对象被销毁时，它也会被自动销毁你也可以使用静态的sin gleShot()函数来创建单触发定时器。作为一个特殊情况，一旦窗口系统事件队列中的所有事件都已经被处理完, 个定时为0的QTimer就会到时间了。这也可以用来当提供迅速的用户界面时来做 比较繁重的工作。将会被重复调用并且应该很快返回 (通常在处理一个数据项之后） ，这样 Qt 可以把事件传送给窗口部件并且一旦它完成这个工作就停止这个定时器。这是在图形用户界面应用程序中实现繁重的工作的一个典型方法，现

20、 在多线程可以在越来越多的平台上使用，并且我们希望无效事件最终被线程替代。QTimer的精确度依赖于底下的操作系统和硬件。绝大多数平台支持20毫秒的精确度，一些平台可以提供更高的。如果 Qt 不能传送定时器触发所要求的数量，它将会默默地抛弃一些。另一个使用 QTimer 的方法是为你的对象调用QObject:startTimer()和在你的类中 （当然必须继承 QObject） 重新实现QObject:timerEvent()事件处理器。缺点是 timerEvent（） 不支持像单触发定时器或信号那样的高级水平。一些操作系统限制可能用到的定时器的数量，Qt 会尽力在限制范围内工作。启动电开始机

21、 ,电机加载成电机未加载功启动界面AD值转换为NPW参数启动AD,控制电机AD加载成功AD未加载界面显示图 3.5 系统软件流程图四、测试结果将程序挂载后运行dcm_main.c,手动转动实验箱上 AD模块的电位器k1,直流电机会做出相应的变动，处理器将电位器转动对应的电压值和直流电机转 动对应的pwm值通过实验箱的串口发回到电脑的linux的minicom运行环境中。电位器调到其对应的AD值为512时，直流电机停止转动，当电位器顺时针调动时AD值大于电机正传且调动越多电机转速越快，当电位器顺时针调动时AD值小于电机反传且调动越多电机转速越快，电机速度随着电位器的旋转而增加。电位器转到最大时，电机的速度达到最高速度。图4.1系统测试图厂呼.r五、总结一个学期嵌入式的嵌