低成本ARM系列LM3S101微控制器的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

LM3S101是美國Luminary公司生產(chǎn)的、基于ARMCortex-M內(nèi)核的32位微控制器芯片，它的銷售價格在1美元以下，在構(gòu)建同等性價格比的應(yīng)用系統(tǒng)時成本很低。廣州周立功單片機發(fā)展有限公司推出了以學(xué)習(xí)和評估該芯片為目的的開發(fā)套件EasyArm101。該套件由H-JTAG調(diào)試器、開發(fā)板、KeilμVision開發(fā)工具包、各類驅(qū)動程序庫、文檔以及與實例程序配套的相關(guān)元器件等組成。
1 LM3S101芯片的架構(gòu)與特點

1.1 架 構(gòu)

圖1是LM3S101 芯片電路圖和EasyArm101開發(fā)套件實物圖。



LM3S101采用哈佛架構(gòu)、Thumb-2指令集。芯片內(nèi)部集成了8 KB單周期的Flash ROM，2 KB單周期的SRAM，2個32位定時器，1個同步串行接口(SSI)，1個遵循ARM FiRM規(guī)范的看門狗定時器，1個UART，2個模擬比較器以及18個GPIO等，時鐘頻率為20 MHz。

1.2 應(yīng)用特點

◆存儲管理方式簡單；

◆具有硬件位操作能力；

◆中斷響應(yīng)快捷；

◆定時器與脈寬調(diào)制PWM功能；

◆同步和異步串行接口。

2 開發(fā)環(huán)境和過程

2.1 開發(fā)環(huán)境

支持LM3S101芯片開發(fā)的集成環(huán)境有好幾種，本文以Keil μVision3 for ARM軟件為例來介紹開發(fā)環(huán)境。該軟件集成了編譯器、鏈接器和調(diào)試器等，其使用方式與Keil for C51相似。針對LM3S系列控制器提供的函數(shù)庫名為Stellaris Drivet Library。

2.2 開發(fā)過程

① 開發(fā)軟件安裝：安裝KeilμVision3 for ARM軟件。

② 調(diào)試器驅(qū)動安裝：將ULINK調(diào)試器連接到計算機，選擇自動搜索驅(qū)動選項安裝。

③ 設(shè)置編譯器：選擇Project→Components，Environ-ment；Books進入編譯器設(shè)置界面，選擇RealView編譯器。選中Use RealView Complier選項，其他選默認(rèn)設(shè)置。

④ 建立工程：選擇Project→New Project，輸入工程名，選擇對應(yīng)的MCU型號LM3S101。按軟件提示復(fù)制相應(yīng)的啟動代碼。該啟動代碼用匯編編寫，它主要對堆棧和中斷向量進行初始化。接下來需將DriverLib.lib文件導(dǎo)入到工程，該文件就是Stellaris Driver Library的二進制版本，導(dǎo)入以后就可以在程序中調(diào)用庫函數(shù)。

⑤ 程序調(diào)試：應(yīng)用程序編寫完成后，按F7編譯。編譯通過以后，選擇Flash→Download菜單，就可以將程序下載到LM3S101上。

3 LM3S101應(yīng)用實例

3.1 直流電動機調(diào)速控制

使用PWM控制直流電動機調(diào)速是通過調(diào)節(jié)輸出方波的占空比來實現(xiàn)的，這里采用定頻調(diào)寬法，即方波的周期不變，只改變方波寬度。當(dāng)PWM輸出占窄比為50％時，電機處于靜止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)占空比小于50％時，電機反轉(zhuǎn)；當(dāng)占空比大于50％時，電機正轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)占空比就可以改變轉(zhuǎn)速。按鍵KEY1和KEY2用來控制占空比進行調(diào)速實驗，按下KEY1時占空比提高10％，按下KEY2時占空比降低10％。

3.1.1 直流電動機調(diào)速原理

直流電動機PWM調(diào)速控制原理圖如圖2所示。其中，TA7291S是直流電動機驅(qū)動芯片，工作電壓為4～20V，最大輸出電流為0.4 A。



3.1.2 直流電動機調(diào)速程序設(shè)計

程序流程圖如圖3所示。初始化程序?qū)WM占空比設(shè)置為50％，將PA5和PA4設(shè)置為上升沿中斷觸發(fā)方式。當(dāng)中斷發(fā)生后，由中斷服務(wù)程序修改占空比，從而調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。



3.2 步進電機運行

實驗使用四相步進電機，采用單極單相激磁方法。步進電機運行通過4個輸入控制信號CE、CD、SI和MO來控制。其中，CE是步進電機使能位，高電平使能，低電平禁能；CD用于控制電機轉(zhuǎn)向，低電平順時針轉(zhuǎn)動，高電平逆時針轉(zhuǎn)動；SI為轉(zhuǎn)動量控制端，每收到一個脈沖即轉(zhuǎn)動N個步進角；N的值由端口MO設(shè)置，低電平時N為1，高電平時N為10。輸入控制信號由PA0～PA3進入，激磁信號由PB0～PB3輸出。

3.2.1 步進電機運行控制原理

步進電動機運行控制電路原理如圖4所示。其中TLP521-4為光隔芯片，UNL2003為達林頓驅(qū)動器，用于進行步進電機驅(qū)動。



3.2.2 步進電機運行控制程序設(shè)計

程序流程圖如圖5所示。主程序等待輸入控制信號觸發(fā)外部中斷，每次中斷轉(zhuǎn)動N個步距角，其判斷過程由中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)。



結(jié) 語

LM3S101芯片性價比高，具有配套完善的軟件開發(fā)工具和豐富的驅(qū)動程序庫，使用C語言編程，兇此特別適合構(gòu)建32位的小嵌入式系統(tǒng)。本文介紹了使用開發(fā)套件EasyArm101進行直流電動機調(diào)速控制和步進電機運行控制的實例。