课程设计--基于arm嵌入式系统的拟人机器人控制器的设计

课程设计--基于arm嵌入式系统的拟人机器人控制器的设计内容摘要：

10 位 ADC， Touch Screen 接口，IICBUS 接口， IISBUS 接口， 2 个 USB 主机， 1个 USB 设备， SD 主机和 MMC 接口，2路 SPI。 S3C2410 处理器最高可运行在 203MHz。 2) 需要硬件的数量。 在系统设计中，不仅要选择使用何种微处理器，还要选择存储器的数量、所使用的外设及其它的内容。 因为在满足性能要求的同时也要考虑制造费用的约束，硬件设备的选择是十分重要的，硬件太少，将不能达到性能的要求，硬件设备过多又会使产品变得过于昂贵。 3) 时限要求。 通过提高 CPU 的时钟频率的方法来提高程序运行速度以解决时间约束的方法显得十分笨拙，因为程序的速度有可能受存储系统的限 制，因此必须从整个系统的观点来考虑这个问题 4) 系统的功耗。 对于电池供电的电器而言，功耗是一个十分重要的问题。 对于非电池供电的电器而言，高功耗也会带来高的散热量。 降低系统功耗的一种方法就是降低它的运算速度，但是单纯的降低运算速度显然会导致不能满足性能需求。 所以必须从全局的角度进行设计，以便通过降低系统非关键部分的速度来降低系统功耗，而同时又能满足系统整体性能的要求。 5) 系统的可升级性。 系统的硬件平台可能使用几代，或者使用在同一代的不同级别的产品中，而这些 7 仅仅需要一些简单的改变就应实现，所以我们必须能够通 过改变软件来改变系统的特性。 这就要求我们在软件设计中必须考虑系统的升级问题。 进行嵌入式系统设计有两种最基本的方法。 一种是自顶向下的方法，从对系统最抽象的描述开始，一步一步地推进到细节内容。 另外一种方法是自底向上的方法，这种方法从构成系统的每一个构件开始向上。 图 汇总了嵌入式系统设计的主要步骤。 从自顶向下的角度来看，先从系统的需求开始分析，然后是规格说明，在这一步对整个系统进行更加细致的描述，但是规格说明只是对系统如何工作进行了描述，并不涉及它的组成。 系统内部的详细构造要在开发系统的体系结构时才能展现出来 ，这一阶段以大的构件为单位给出了系统的结构。 一旦知道了需要的构件，就可以开始设计这些构件，包括软件模块和所需要的专用硬件模块。 在这些构件的基础上，就可以构造出所需要的完整的系统。 上述设计过程中的这些步骤只是嵌入式系统的全貌的一个轴线，同时还需要考虑其它一些相关因素。 图 设计过程的主要抽象层次 具体的说，第一步“需求”就是要清楚要设计什么，从用户那里收集系统的非形式描述，然后对这些要求进行提炼，以得到系统的规格说明。 第二步“规格说明”更精确一些， 它起到客户和生产者之间合同的作用。 第三步“体系结构，’是系统整体结构的一个计划，而后用于设计搭建整个体系结构的构件。 结构设计的创建也是许多设计者认为的设计的第一阶段，形象化的话就是把系统用功能框图来表示，然后可以再细分成硬件框图和软件框图。 第四步“软硬件构件，使得构 件与体系结构和规格说明达需求 体系结构 构件 系统集成 规格说明 8 到一致，一些构件可能是现成的，比如 CPU、存储芯片或者各种模块等，同样软件也有标准的模块可以利用，比如现有的操作系统、 TCP/IP 协议等，但也要自己设计一些构件，硬件方面如一些电路等，软件方面如定制一些文件系统或者网络协议以满足特别的要求。 第五步“系统集成，是将构件集成到一个能运转的系统。 6)在实验完成的基础上完成课程设计报告的撰写，按照模板的格式书写，要求有软件流程图和调试过程。 4 课程设计报告内容 拟人机器人系统架构 拟人机器人机械结构设计 在机械结构和自由度分配上 , 设计的拟人机器人采用双轴输出伺服电机 (也称为“舵机” )为 活动关节 , 其中 2 条下肢各 6 个关节 , 2 条上肢各 4 个关节 , 头部 1 个关节 , 共需使用 21 个舵机。 舵机是一种位置伺服的驱动器 , 适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。 其工作原理是 : 控制信号进入舵机内部的信号调制芯片 , 获得直流偏置电压。 内部还有一个基准电路 , 产生周期为 20m s、宽度为 1. 5m s 的基准信号 , 将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较 , 获得电压差输出。 最后 , 电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。 当电机转速一定时 , 通过级联减速齿轮带动电位器旋转 , 使得电压差为 0, 电机停止转动。 舵机的控制信号是脉宽调制 (PWM ) 信号 , 利用占空比的变化改变舵机的位置 , 通常控制周期 T = 20m s,高电平脉宽 0. 5～ 2. 5m s, 对应于 90176。 ～ + 90176。 的转角。 拟人机器人控制器 软硬件 设计 硬件设计 控制器平台的处理器选用了三星公司基于 ARM 9 内核的 S3C2410 嵌入式处理器。 S3C2410 被广泛应用于 PDA、移动通讯、路由器、工业控制等领域 , 芯片中集成了下列模块 : 16kB 指令 Cache、 16kB 数据 Cache、 MMU、外部存储器控制器、 LCD控制器、 NAND F lash 控制器、 4 个 DMA 通道、 3 通道 UART、 1 个 I2C 总线控制器、 1 个 IIS 总线控制器 , 以及 4 通道 PWM 定时器和一个内部定时器、通用 I246。 O 口、实时时钟、 8 通道 10 b it AD 和触摸屏接口、 U SB Ho st 和 U SB Device 控制器、SD246。 MM。