嵌入式课程设计报告

1、嵌入式课程设计报告 题 目： 学 部： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导老师： 时 间： 目 录一、课程设计的目的与要求····················2二、实验介绍··················

2、83;·············2三、实验原理························3四、ARM启动代码设计 ·········&

3、#183;·······5五、实验体会及总结 ···················9六、参考文献 ····················

4、····9一、课程设计的目的与要求1、熟悉ARM 本身自带的PWM，掌握相应寄存器的配置。2、Linux 下编程实现ARM 系统的PWM 输出，从而控制直流电机。3、了解直流电机的工作原理，学会用软件的方法实现步进电机的脉冲分配。4、掌握带有PWM 的CPU 编程实现其相应功能的主要方法。2、 实验介绍学习直流电机的工作原理，了解实现电机转动对于系统的软件和硬件要求。学习ARM PWM的生成方法。使用Redhat Linux 9.0 操作系统环境及ARM 编译器，编译直流电机的驱动模块和应用程序。运行程序，实现直流电机的调速转动。3、 实验原理1、直流电

5、动机的PWM 电路原理晶体管的导通时间也被称为导通角，若改变调制晶体管的开与关的时间，也就是说通过改变导通角 的大小，如图2.9.1 所示，来改变加在负载上的平均电压的大小，以实现对电动机的变速控制，称为脉宽调制 (PWM)变速控制。在PWM 变速控制中，系统采用直流电源，放大器的频率是固定，变速控制通过调节脉宽来实现。构成PWM 的功率转换电路或者采用"H"桥式驱动，或者采用 "T"式驱动。由于"T"式电路要求双电源供电，而且功率晶体管承受的反向电压为电源电压的两倍。因此只适用于小功率低电压的电动机系统。而"H"

6、桥式驱动电路只需一个电源，功率晶体管的耐压相对要求也低些，所以应用得较广泛，尤其用在耐高压的电动机系统中。脉宽调制 (PWM)变速2、直流电动机的PWM 等效电路如图2.9.2 a 所示：是一个直流电动机的PWM 控制电路的等效电路。在这个等效电路中，传送到负载 (电动机)上的功率值决定于开关频率、导通角度及负载电感的大小。开关频率的大小主要和所用功率器件的种类有关，对于双极结型晶体管(GTR)，一般为lkHz至5kHz，小功率时(100W，5A 以下)可以取高些，这决定于晶体管的特性。对于绝缘栅双极晶体管(IGBT)，一般为5kHz 至l2kHz；对于场效应晶体管(MOSFET)，频率可高达

7、2OkHz。另外，开关频率还和电动机电感有关，电感小的应该取得高些。等效电路 PWM 电路中电流和电压波讨论当接通电源时，电动机两端加上电压UP，电动机储能，电流增加，当电源中断时，电枢电感所储的能量通过续流二极管VD 继续流动，而储藏的能量呈下降的趋势。除功率值以外，电枢电流的脉动量也与电动机的转速无关，仅与开关周期、正向导通时间及电机的电磁时间常数有关。四、ARM启动代码设计 首先是设备初始化，定义直流电机驱动程序的初始化函数ZLDJinit（），在函数中实现向系统注册设备号、设备名称和初始化寄存器。向系统注册设备，这里定义电机的主设备号宏符号名为ZLDJ-MAJOR,设备名称为zldj-

8、drv，设备的结构体为&ZLDJ-ops，则设备的注册函数为：Devfs-register-chrdev(ZLDJ-MAJOR,”zldj-dev”,ZLDJ-ops);设备初始化函数：Static intintZLDJ-init(void)Int ret=-ENODEV;ret= Devfs-register-chrdev(ZLDJ-MAJOR,”ZLDJ-drv”,&ZLDJ-ops);showversion();printk(ZLDJ-Module register success! -kernel-n”);if(ret<0)/当返回值小于0时，设备注册失败Prin

9、tk（”Could not register ZLDJ-driver”）;return 0;驱动程序的file-operation数据结构，由于直流电机驱动程序只能控制电机旋转和停止，因此只需要接口函数ioctl（）就够了。static struct file-operations ZLDJ-ops=Ioctl:ZLDJ-ioctl，控制直流电机转动和停止的借口函数，控制直流电机转动和停止的借口函数ioctl（）后，主要是设备寄存器GPRS与寄存器GPCR的值。GPSR为置位寄存器，当取值为1时，电机开始转动。GPSR2 |=（0x1<<20;/电机正转GPSR2 |=（0x1&l

10、t;<18;/电机反转GRCR为复位寄存器，当取值为1时，电机停止转动。GPCR2 |=（0x1<<20;/电机正转停止GPCR2 |=（0x1<<18;/电机反转停止为了能让电机旋转一段时间后，自动停止转动，要使用函数udelay（）设置一段时间延迟。由于函数udelay（）是微妙级，且该值不能取得太大，否则会产生溢出，因此设置一个循环来加大延迟的时间。for（i=0；i<300;i+）udelay(8000);/延时直流电机驱动源程序：/*直流电机模块驱动程序*zldj-dev.c*/1.#include<linux/config.h>2.#

11、include<linux/kernel.h>3.#include<linux/sched.h>4.#include<linux/timer.h>5.#include<linux/init.h>6.#include<linux/module.h>7.#include<linux/delay.h>8.#include<linux/interrupt.h>9.#include<linux/devfs-fs-kernel.h>10.#include<linux/fs.h>11.#include

12、<linux/slab.h>12.#include<asm/io.h>13.#include<linux/asm/irq.h>14. #include<linux/hardware.h>15.#define ZLDJ-MAJOR 11116.#define VERS”ZLDJ-dev”17.void showversion(void)18.19.printk(”*n”);20.printk(“%sn”,VERS);21.printk(“*nn”);22.23./*接口函数ioctl*/24.ssize-tZLDJ-ioctl(struct ino

13、de*inode,struct file*file,unsigned int cmd,unsigned long arg) 25.26.int i;27. GPSR2 |=（0x1<<20;/电机正转28. for（i=0；i<300;i+）29.udelay(8000); /延时30. GPCR2 |=（0x1<<20;/电机正转停止31. for（i=0；i<300;i+）32. udelay(8000); /延时33.GPSR2 |=（0x1<<18;/电机反转34. for（i=0；i<300;i+）35. udelay(8000)

14、; /延时36. GPCR2 |=（0x1<<18;/电机反转停止37.udelay(arg);38.return 0;39. 40.static struct file-operations ZLDJ-ops=41.ioctlZLDJ-ioctl,42.;43. static intinit set-ZLDJ-init(void)44.45.int ret=-ENODEV;46.ret=devfs-register-chrdev(ZLDJ-MAJOR,”ZLDJ-drv”,&ZLDJ-ops);47.showversion();48.printk(“ZLDJ-Module

15、 register success!-kernel-n”);49.if(ret<0)/当返回值小于0时，设备注册失败50.51.printk（“Could not register ZLDJ-driver”）;52.53.return 0;54.55.static voidexit cleanup-ZLDJ-ctl(void)56.57.#ifdef OURS-HELLO-DEBUG58.printk(“cleanup-Module-kernel-n”);59.#endif60.decfs-unregister-chrdev(ZLDJ-MAJOR,”ZLDJ-drv”)61.62.MOD

16、ULE-LICENSE(“GPL”)63.module-init(set-ZLDJ-init);64.module-exit(cleanup-ZLDJ-ctl); 直流电机用户应用程序直流电机用户应用程序设计分析，直流电机应用程序的功能是在用户空间调用设备驱动程序，其主要设计步骤如下。第一步，获取直流电机驱动程序的文件描述符。 fd=open（"/dev/zldj_drv",O_RDWR）;第二步，调用设备驱动程序中的函数ioctl（），向电机发出控制指令。 ioctl(fd,0x1,1000); 直流电机用户应用程序源程序：/* 键盘用户应用程序：testZLDJ.c *

17、/ 1.#include<stdio.h>2.#include<sys/ioctl.h>3.#include<fcntl.h>4.#include<unistd.h>5.int main()6.7. int fd;8. int ret;9. fd=open("/dev/zldj_drv",O_RDWR);10. if(fd<0)11. 12. printf("nnOpen device zldj errorn");13. 14. printf("n please input Number (

18、0-9):");15. scanf("%x",&ret);16. ioctl(fd,0x1,1000);17. close(fd);18. printf("End of Testn");19. return 0;20.驱动程序的编译文件MakefileKERNELDIR=/LinuxINCLUDEDIR=$(KERNELDIR)/includeCROSS_COMPILE=arm-Linux-CC =$(CROSS_COMPILE)gccCFLAGS+=-I.CFLAGS+=-Wall-O-D_KERNEL_-DMODULE-I $ (I

19、NCLUDEDIR)TARGET=zldj_drv.oall:$(TARGET)zldj_drv.o:zlidj_drv.c $(CC) -c $ (CFLAGS) $ -o $ install: install-d $ (INSTALLDIR) install-c $ (TARGET).o $ (INSTALLDIR)clean：rm-f *.o * core .depend2.4用户程序的Makefile文件CC=arm-Linux-gccSTD= _GUN_SOURCEWARN= -WallTARGTS=testZLDJ.c.o: $(CC) -c $ (CFLAGS)-D $ (STD

20、) $ (WARN) $ <all: $(STARGTS)TestZLDJ:testZLDJ.o $(CC)testZLDJ.o -o testZLDJclean: rm-f *.o core a.out $ (TARGTS)clobber:clean rm-f $ (TARGTS)建立设备进入点 由于直流电机驱动程序中已经定义其主设备号为111，此设备号没有定义，故取默认值为0.直流电机的设备进入点为zldj_drv。创建直流电机驱动程序的设备进入点如下： rootLinux dcmo_drv# mknod/dev/zldj_drv c 111 0加载驱动程序 使用命令insmod命令

21、加载驱动程序。加载zldj_drv.o的运行结果如下：rootLinux aldj# insmod zldj_drv.o Using zldj_drv.o ZLDJ_Module register success!-kernel-运行用户应用程序 运行用户应用程序testZLDJ，当按下任意数字键时，电机开始旋转。rootLinux zldj# ./testZLDJ Please input Number (09):1End of TestLinux 下的直流电机程序包括模块驱动程序和应用程序两部分。Module 驱动程序实现了以下方法：static struct file_operation

22、s s3c2410_dcm_fops = owner: THIS_MODULE,open: s3c2410_dcm_open,ioctl: s3c2410_dcm_ioctl,release: s3c2410_dcm_release,;开启设备时，配置IO 口为定时器工作方式：( GPBCON &= 0xf; GPBCON |= 0xa; )配置定时器的各控制寄存器：( TCFG0 &= (0x00ff0000); TCFG0 |= (DCM_TCFG0); TCFG1 &= (0xf); TCNTB0 = DCM_TCNTB0; /* less than 10ms *

23、/ TCMPB0 = DCM_TCNTB0/2; TCON &=(0xf); TCON |= (0x2); TCON &=(0xf); TCON |= (0x19); )在s3c2410_dcm_ioctl 中提供调速功能接口：case DCM_IOCTRL_SETPWM:return dcm_setpwm(int)arg);应用程序dcm_main.c 中调用：ioctl(dcm_fd, DCM_IOCTRL_SETPWM, (setpwm * factor);实现直流电机速度的调整。运行程序 建立设备进入点 由于直流电机驱动程序中已经定义其主设备号为111，此设备号没有定义，故取默认值为0.直流电机的设备进入点为zldj_drv。创建直流电机驱动