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(多图) 基于ARM和μC/OS-II的人造提花毛皮机控制系统

汪凤翔 万光逵 王琪 俞子荣 吴开志?? 2008年11月03日 ?? 收藏0

  1 引言

  人造提花毛皮机是生产人造提花毛皮的针织机械。人造提花毛皮广泛用于服装、玩具、装饰等。随着人民生活水平的不断提高,市场对人造提花毛皮机的需求量也在大幅度上升。同时,对人造毛皮的质量标准也愈加严格,这就要求进一步提高人造提花毛皮机的控制精度和工作效率。ARM处理器具备高性能、低功耗、低成本等优点,将其应用于人造提花毛皮机控制系统,可以提高人造提花毛皮机的处理速度和精度,结合μC/OS-II实时操作系统,实现实时控制,并简化设计系统软件。

  嵌入式的发展方向是32位内核,因此结合LCD显示及USB存储技术,设计基于ARM和μC/OS-II的人造提花机控制系统具有现实意义。

  2 系统总体结构

  本系统主要由ARM微处理器、存储器、USB接口、步进电机控制、选针器控制、D/A转换电路和键盘及LCD显示等模块组成。系统启动后,微处理器根据设定的针筒转速参数、反馈针筒脉冲数以及梳理头密度参数来控制提花过程,不断检测断毛、断线等自停信号,并根据反馈的针筒脉冲来统计产量和定长自停。USB接口模块主要用于输入花型数据等参数,LCD模块用于显示花型数据。串口通信模块用于实现与人造提花机主机的通讯。其系统总体结构框图如图1所示。

系统总体结构框图

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  3 硬件电路设计

  在传统提花机的基础上,本系统更新了ARM模块、USB模块以及LCD显示模块,符合人造提花机的发展趋势,满足市场需求。

  3.1 ARM微处理器系统

  ARM微处理系统用于管理整个提花控制过程。本系统采用Samsung公司的S3C44BOX微处理器。S3C244BOX微处理器采用ARM7TDMI内核,工作在66 MHz,集成有8 KB Cache、外部存储器控制器、LCD控制器、71个通用I/O端口、8个外部中断源等。此外,本系统采用专用复位器件IMP811实现准确、高效的复位。系统时钟采用外接10MHz和32.768 kHz的晶体振荡器同时工作,其中,10 MHz晶体振荡器经ARM内部PLL倍频转换为66 M:Hz。32.768 kHz晶体振荡器为ARM的RTC(实时时钟)计时。OMO经上拉电阻接高电平,OM1直接接地,确保OM[1:0]=01,从而确定nGCSO的总线宽度为16位。OM3,OM2同时接地,使得OM[3:2]=00,打开内部PLL模式。PLL-CAD外接700 pF的系统时钟环路电容;VDDRTC是RTC的电源接口,外接3 V电压,为电池供电,不支持3.3 V电压。VDD2外接2.5 V电压,为内核供电。ARM处理器基本系统电路如图2所示。

ARM处理器基本系统电路

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  3.2 USB接口模块

  本系统采用USB接口技术,选用USB控制器SL811HS。SL811HS是Cypress公司可支持全速数据传输的USB控制器,可作为USB主机或作为设备的接口控制器:提供全速和低速两种USB总线速率:片上集成有SIE、单端口Hub、USB收发器以及256 Byte的RAM:3.3 V的工作电压;硬件自动产生帧起始包SOF和CRC5/16校验。采用S3C44BOX的nGCS5选通USB控制器SL811HS。SL811HS的其他信号线与S3C344BOX的引脚对应相连。CPU可从外部U盘提取花型数据,具有即插即用功能,取代了传统提花机中的串口通信模块。USB接口硬件电路图如图3所示。

USB接口硬件电路图

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  3.3 键盘及LCD显示模块

  本系统采用TLC-VCT256/14G型控制器,可控制640×480点阵彩色TFT液晶显示屏,显示256种颜色,实时效果好,CPU能随时写入显示存储器而不影响显示效果。

  4 系统软件设计

  软件设计是指在μC/OS-II的支撑平台上设计各硬件模块电路的驱动程序,创建和启动多项任务,创建消息邮箱完成各任务间的通信,从而控制整个提花过程。

  4.1 主程序设计

  程序启动后,跳转至主函数开始执行,调用函数ARMT argetInit()初始化ARM系统,包括:建立相关参数和变量,配置ARM处理器中断端口,设置中断,并初始化各个器件等。调用函数OSInit()初始化μC/OS-II操作系统。 调用函数OSTask Create(Main_Task,(void*)0,(OS_STK*)&Main_Task_Stack[TASK_STACK_SIZE-1],Main_Task_PRIO),创建主任务,并在主任务中创建各分任务,完成整个系统控制。调用函数OSStait(),μC/OS-II开始运行,执行主任务。

  4.2 各分任务设计

  分任务设计包括USB接口、步进电机控制、选针器控制、D/A转换电路、键盘LCD显示等模块。由于各任务间不完全独立,因此要创建信号量、消息邮箱、消息队列来完成任务间通信,该操作通过调用OSSemCreate(),OSM-boxCreate(),OSQGreate()函数完成。键盘扫描图分任务函数为OSTask Create (Task KEY,(void*)0,(OS_STK*)&Task_KEY_Stack[TASK_STACK_SIZE-1],Task_KEY_PRIO)。创建其他任务函数,驱动对应硬件。而步进电机控制模块、选针器控制模块、D/A转换电路模块则延用传统提花机设计,在此不做介绍,以下主要介绍改进的键盘LCD显示和USB接口模块。


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