低成本ARM系列LM3S101微控制器的結構與應用

LM3S101是美國Luminary公司生產(chǎn)的、基于ARMCortex-M內核的32位微控制器芯片，它的銷(xiāo)售價(jià)格在1美元以下，在構建同等性?xún)r(jià)格比的應用系統時(shí)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)習和評估該芯片為目的的開(kāi)發(fā)套件EasyArm101。該套件由H-JTAG調試器、開(kāi)發(fā)板、KeilμVision開(kāi)發(fā)工具包、各類(lèi)驅動(dòng)程序庫、文檔以及與實(shí)例程序配套的相關(guān)元器件等組成。
1 LM3S101芯片的架構與特點(diǎn)

1.1 架 構

圖1是LM3S101 芯片電路圖和EasyArm101開(kāi)發(fā)套件實(shí)物圖。



LM3S101采用哈佛架構、Thumb-2指令集。芯片內部集成了8 KB單周期的Flash ROM，2 KB單周期的SRAM，2個(gè)32位定時(shí)器，1個(gè)同步串行接口(SSI)，1個(gè)遵循ARM FiRM規范的看門(mén)狗定時(shí)器，1個(gè)UART，2個(gè)模擬比較器以及18個(gè)GPIO等，時(shí)鐘頻率為20 MHz。

1.2 應用特點(diǎn)

◆存儲管理方式簡(jiǎn)單；

◆具有硬件位操作能力；

◆中斷響應快捷；

◆定時(shí)器與脈寬調制PWM功能；

◆同步和異步串行接口。

2 開(kāi)發(fā)環(huán)境和過(guò)程

2.1 開(kāi)發(fā)環(huán)境

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

2.2 開(kāi)發(fā)過(guò)程

① 開(kāi)發(fā)軟件安裝：安裝KeilμVision3 for ARM軟件。

② 調試器驅動(dòng)安裝：將ULINK調試器連接到計算機，選擇自動(dòng)搜索驅動(dòng)選項安裝。

③ 設置編譯器：選擇Project→Components，Environ-ment；Books進(jìn)入編譯器設置界面，選擇RealView編譯器。選中Use RealView Complier選項，其他選默認設置。

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

⑤ 程序調試：應用程序編寫(xiě)完成后，按F7編譯。編譯通過(guò)以后，選擇Flash→Download菜單，就可以將程序下載到LM3S101上。

3 LM3S101應用實(shí)例

3.1 直流電動(dòng)機調速控制

使用PWM控制直流電動(dòng)機調速是通過(guò)調節輸出方波的占空比來(lái)實(shí)現的，這里采用定頻調寬法，即方波的周期不變，只改變方波寬度。當PWM輸出占窄比為50％時(shí)，電機處于靜止狀態(tài)；當占空比小于50％時(shí)，電機反轉；當占空比大于50％時(shí)，電機正轉。調節占空比就可以改變轉速。按鍵KEY1和KEY2用來(lái)控制占空比進(jìn)行調速實(shí)驗，按下KEY1時(shí)占空比提高10％，按下KEY2時(shí)占空比降低10％。

3.1.1 直流電動(dòng)機調速原理

直流電動(dòng)機PWM調速控制原理圖如圖2所示。其中，TA7291S是直流電動(dòng)機驅動(dòng)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(dòng)機調速程序設計

程序流程圖如圖3所示。初始化程序將PWM占空比設置為50％，將PA5和PA4設置為上升沿中斷觸發(fā)方式。當中斷發(fā)生后，由中斷服務(wù)程序修改占空比，從而調節電機的轉速。



3.2 步進(jìn)電機運行

實(shí)驗使用四相步進(jìn)電機，采用單極單相激磁方法。步進(jìn)電機運行通過(guò)4個(gè)輸入控制信號CE、CD、SI和MO來(lái)控制。其中，CE是步進(jìn)電機使能位，高電平使能，低電平禁能；CD用于控制電機轉向，低電平順時(shí)針轉動(dòng)，高電平逆時(shí)針轉動(dòng)；SI為轉動(dòng)量控制端，每收到一個(gè)脈沖即轉動(dòng)N個(gè)步進(jìn)角；N的值由端口MO設置，低電平時(shí)N為1，高電平時(shí)N為10。輸入控制信號由PA0～PA3進(jìn)入，激磁信號由PB0～PB3輸出。

3.2.1 步進(jìn)電機運行控制原理

步進(jìn)電動(dòng)機運行控制電路原理如圖4所示。其中TLP521-4為光隔芯片，UNL2003為達林頓驅動(dòng)器，用于進(jìn)行步進(jìn)電機驅動(dòng)。



3.2.2 步進(jìn)電機運行控制程序設計

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，每次中斷轉動(dòng)N個(gè)步距角，其判斷過(guò)程由中斷服務(wù)程序實(shí)現。



結 語(yǔ)

LM3S101芯片性?xún)r(jià)比高，具有配套完善的軟件開(kāi)發(fā)工具和豐富的驅動(dòng)程序庫，使用C語(yǔ)言編程，兇此特別適合構建32位的小嵌入式系統。本文介紹了使用開(kāi)發(fā)套件EasyArm101進(jìn)行直流電動(dòng)機調速控制和步進(jìn)電機運行控制的實(shí)例。