嵌入式系统课程设计实验指导书

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嵌入式系统应用技术课程设计实验指导书

1、课程设计背景和任务

1.1 课程设计背景

在电力检修、抢险救灾等户外工作领域,常常需要移动电源为现场电气设备提供电能。本课程设计即来源于这样的需求背景,以设计一个具有基本功能的移动电源系统为基本目标。

图一所示的是一套功能完善的移动电源系统。以该系统为例,

下对其组成和各模块所涉及的技术要点进行阐述。

该移动电源系统以锂电池为储能核心,分为充电部分和放电部分。

充电部分由光伏控制器和市电充电器构成,分别用以解决太阳能电池和市电两种形式的电源对锂电池的充电问题。光伏控制器涉及到充电时机检测、过充保护及太阳能电池最大功率跟踪等技术。市电充电器涉及到交直流变换、充电保护、快速充电策略等技术。 放电部分由逆变器、直流变换器和SOC 显示器构成,分别用以解决对交流设备供电、直流设备供电和锂电池电量显示的问题。逆变器和直流变换器都涉及到利用电力电子技术,实现高效率的、低成本的、高质量的电能变换技术。SOC 显示器涉及到对锂电池荷电状态的检测和估计等技术。

此外,该移动电源系统还涉及到控制面板、散热器件和保护装置等模块的设计和实现。

2.2 课程设计任务

本课程设计参考图一所示的移动电源系统,以完成一个简化的系统为基本要求。 该简化系统由图一中灰色的部分组成,即市电充电器、锂电池和逆变器。其工作原理是:市电充电器从市电获取交流电能,采用合适的充电策略对锂电池充电;逆变器从锂电池获取直流电能,将其转变为220V 工频交流电。

在完成基本目标的基础上,可以再对其他部分进一步地学习、研究和实践。本课程设计要求学生对电能变换理论、仿真技术、硬件设计与制作、控制理论和单片机实践等方面进行学习和实践,对其在电源类电子设计的综合能力提升有实际的意义。

2、市电充电器

2.1 锂电池的类别及其化学原理

锂电池主要分为两类,一次锂电池和可充电锂电池,一次锂电池只是用于某些特殊场合,这里不作特别介绍,可充电锂电池又分为锂离子电池(Li-ion )和锂聚合物电池(Li-polymer )。这里我们以锂离子电池为例,对可充电锂电池的组成及化学原理作一些介绍。

锂(Li )是元素周期表中原子量最小、电化学当量最小、电极电势最负的金属。用锂作为负极的锂电池具有开路电压高、比功率高、放电电压平稳、适用范围大和使用寿命长等优点。早期的锂电池直接在负极中使用金属锂,容易在充电过程中产生锂沉淀和锂结晶,并产生腐蚀现象,大大缩短了电池的循环次数及使用寿命,严重时可造成电池断路甚至爆炸。 为了解决这一问题,人们开发出了锂离子电池。所谓锂离子电池,是在正极和负极中采用可容纳锂离子的活性材料,使锂离子随着充放电从正极(电池阳极)转移到负极(电池阴极)或者从负极转移到正极。

一般锂离子电池的负极由碳(C )材料组成,正极由锂金属氧化物(2LiMO )构成,主要的化学反应如下:

负极反应式:66LiC C e Li ?++-+

正极反应式:-

+-++?xe xLi MO Li LiMO x 2)1(2

总反应式:62)1(26xLiC MO Li xC LiMO x +?+-

对于锂电池,使用不同的活性材料,包括电池的正极材料、负极材料和电解质,电池的性能特性也会有区别。

负极材料中,目前常见的有焦碳和石墨。锂离子电池的额定电压是3.6V (有的公司的产品是3.7V )。电池充满电时的电压(成为终止充电电压)与电池的负极材料有关。当负极材料为石墨时,终止充电电压为4.2V ;当负极材料为焦碳时,终止充电电压为4.1V 。另外,由于焦碳与石墨的内阻不同(焦碳阳极的略大),故其放电曲线也略有差别。正极材料中,主要以锂金属氧化物为主,目前常用的有锂钴氧化物(2LiCoO ),锂镍氧化物(2LiNiO )、锂锰氧化物(42O LiMn )以及纳米锰氧化物。锂电池中的电解质材料,通常为锂盐的有机溶液。目前使用的锂盐主要有4LiClO 、6LiAsF 、6LiPF 等。

2.2 锂电池的性能及特点

由于锂电池结构与其它可充电电池不同,反映到电池性能上,其电池电压、充电特性、放电特性以及温度特性也区别于其他可充电电池,因此对锂电池充放电的要求也不同。这里仍以锂离子电池为例,介绍锂电池的特性以及对锂电池充电必须注意的事项。

电池电压方面,从表1可以看出,锂离子电池的单体电压相当于镍镉、镍氢电池的三倍,也就是说,为了得到同样的电池组端电压,锂离子电池的使用数目只有镍镉、镍氢电池的1/3,大大减少了电池的数目,简化了电池组的设计,增加了整个电池组的稳定性。

表2-1 各种可充电电池电压特性

但是锂离子电池对充电终止电压的精度要求很高,误差不能超过额定值的1%。终止电压过高会影响锂离子电池的寿命,甚至造成过充电现象,对电池造成永久性的损坏;终止电压过低,又会使充电不安全,电池的可用时间变短。

充电电流方面,锂离子电池的充电率(充电电流)应根据电池生产厂的建议选用。虽然某些电池充电率可达2C(C为电池的容量),但常用的充电率为0.5~1C。在采用大电流对锂离子电池充电时,因充电过程中电池内部的电化学反应会产生热,因此有一定的能量损失,同时必需检测电池温度以防止电池过热损坏或产生爆炸。此外对锂离子电池充电,若全部采用恒电流充电,虽然可以在一定程度上缩短充电时间,但很难保证电池充满,如果对充电结束控制不当还会造成过充现象。因此一般来说,对锂离子电池充电并非全部采用恒定电流充电,还有恒压充电,实际充电时间约为2.5小时左右。

放电方面,和充电一样,锂离子电池的最大放电电流一般被限制在2~3C左右。更大的放电电流会使电池发热严重,对电池的组成物质造成损坏,影响电池的使用寿命。同时,由于大电流放电时,电池的部分能量转变成热能,因此电池的放电容量将会降低。

此外,与镍镉电池、镍氢电池不同,锂离子电池的一个显著特点是比较容易显示剩余电量。在放电过程中锂离子电池的工作电压是随时间徐徐下降的,其放电起始电压为4.1V或4.2V,放电终止电压一般为2.5V(不同厂家的该值有所不同)。

值得提出的是,在电池中没有电池保护器或电子产品中没有电池放电终止电压检测电路时,可能会造成过放电(电池电压低于2.5V),严重时还会造成电池的失效。完善的充电器必须对过放电的电池进行挽救修复,即在充电前进行预处理。充电前先检测电池的电压:若电池电压大于2.5V,则按正常方式充电;若电池电压低于2.5V,则用小电流充电,电池电压被充电到2.5V后再按正常方式充电。通常将这一阶段的充电称为预充电或小电流充电。

电池温度方面,锂离子电池使用的环境温度范围比较宽,可以达到-20~60℃。但是环境温度对电池的放电容量有很大影响。采用0.2C放电速率,当环境温度为25℃,可放出额定容量;当环境温度为-10℃时,电池容量下降约5%;当环境温度为-20℃时,电池容量下降约10%。充电过程中,锂离子电池的温度一般应该被限制在0~60℃范围。电池温度过高不

仅会损坏电池并可能引起爆炸;温度过低虽不会造成安全方面的问题,但很难将电池充满。由于充电过程中,电池内部将有一部分热能产生,因此在大电流充电时,需要对电池进行温度检测,并且在超过设定的充电温度时停止充电以保证安全。

锂离子电池以上的这些特点,决定了其充电要求。为了满足这些要求,性能良好的锂离子电池充电器IC内部由下述几部分组成:包括恒流源(其精度一般为5%左右)及恒压源(0.75%~1%精度);电池电压检测电路;电池温度检测电路;充电器指示电路(一般用LED来指示);安全定时器电路;基准电压源(高精度)、多个电压比较器及逻辑控制电路、关闭控制电路等。

2.3 充电电池的主要充电方法

充电器是充电电池的孪生姐妹。自从第一个充电电池出现以后,充电器就一直伴随其发展,充电管理成为充电电池管理系统的重要组成部分,它对电池的特性及寿命有着至关重要的影响。随着电源技术的不断发展,充电的手段越来越丰富,充电方式对电池及应用环境的针对性也越来越强。

目前针对各种各样的可充电电池,存在的主要充电方法包括:恒流充电法、恒压充电法、恒压限流充电法、恒流恒压充电法、分级定流充电法、脉冲式充电法、定化学反应状态充电法、变电流间歇/恒压充电法及变电压间歇充电法等。这些充电方法根据各自特点,被运用在不同充电管理系统中。

(1)恒流充电

恒流充电根据其充电电流的大小,又可分为浮充充电(也称涓流充电)、标准充电及快速充电。该方法在整个充电过程中采用恒定电流对电池进行充电(如图2-1所示),操作简单,易于做到。这种方法特别适合对由多个电池串联的电池组进行充电,它可使电池容量落后的电池得到恢复。

但是,由于这种充电方法在整个过程都采用恒定电流,在充电初期电流显得相对较小,充电时间长;充电后期充电电流又显得过大,容易造成过充现象。因此,在国外已较少使用。

图2-1 电池恒流方式充电曲线

(2)恒压充电

该充电法在整个充电过程中以恒定的电压对电池进行充电,因此充电初期电流相当大,随着

充电的进行,电流逐渐减小,到充电结束时,只有很小的电流流过(如图2-2所示)。

与恒流充电一样,该方法操作简单,易于做到。但在电池放电深度过深时,充电初期电流过大,容易对电池及电路造成损伤。

图2-2 电池恒压方式充电曲线

(3)恒压限流充电

该方法在恒压充电的基础上,通过在充电设备输出电压与电池之间增加限流元件(一般为电阻)来对充电电流进行调整。充电初期,充电电流大,电阻上的压降也大,充电设备输出的电压损失也大,充电电流被限制在一定范围以内。充电结束时,电流减小,充电设备输出的电压损失也小(如图2-3所示)。

该方法克服了恒压模式下电流过大的缺点。但由于增加了限流电阻,充电效率降低。

图2-3 电池恒压限流方式充电曲线

(4)普通恒流恒压充电(CC/CV)

该方法结合恒流充电与恒压充电的特点,在充电初期采用恒定电流对电池充电,当电池电压达到充电结束电压时,改用恒定电压对电池充电(如图2-4所示)。这样既克服了恒流模式下结束时容易出现的过充现象,又防止了充电开始时电流过大的问题。同时可以通过在恒流阶段采用允许的大电流进行充电,缩短充电时间。

图2-4 电池普通恒流恒压方式充电曲线

(5) 分级定电流充电法

分级定电流充电法与恒流恒压充电方法相似。它根据电池充电过程中不同充电阶段的特性,将充电过程划分为几个阶段,在不同的阶段采用不同的充电电流或电压。这种充电方法在恒流恒压充电方法的基础上,将充电过程进一步细划,可以达到保护电池和快速充电的目的,是目前运用最广泛的充电方法。

在锂电池充电管理中所采用的三阶段充电法,基本上就是这种方法在应用过程中的一种变体。三阶段充电法将锂电池充电过程分为三个阶段,第一阶段为小电流充电阶段,主要起保护电池的作用;第二阶段为恒流充电阶段,采用固定电流对电池充电以实现快速充电的目的;第三阶段为恒压阶段,主要是保证电池充满及防止过充电(如图2-5所示)。

图2-5 电池三阶段充电法充电曲线

(6) 脉冲充电方法

脉冲充电方式是比较新的一种充电方式,特别是将它应用在锂电池充电方面。与恒流恒压充电相同的是,脉冲充电方式的充电也是从对电池的恒流充电开始的,大部分的能量在恒流充电过程中被转移到电池内部。当电池电压上升到充电终止电压后,恒流恒压充电方法中充电由恒流转入恒压充电阶段。而脉冲充电方法中则由恒流转入真正的脉冲充电阶段。在这一阶段,脉冲充电方式以与恒流充电阶段相同的电流值间歇性的对电池进行充电。每次充电时间为C T 后,然后关闭充电回路。充电时,由于充电电流的存在,电池电压将继续上升并超过充电终止电压CV V ;当充电回路被切断后,电池电压又会慢慢下降。电池电压恢复到CV V 时,重新打开充电回路,开始下一个脉冲充电周期。在脉冲充电电流的作用下,电池会渐渐充满,

V的时间达到某个电池端压下降的速度也渐渐减慢,这一过程一直持续到电池电压恢复到

CV

T为止,这时可以认为电池已接近充满(如图2-6所示)。

预设的值

O

图2-6 电池脉冲充电法充电曲线

(7)定化学反应状态充电法

定化学反应状态充电是近几年提出来的充电方法。采用这种方式充电,充电设备的闭环跟踪系统动态跟踪电池可接受的充电电流。这样充电电流始终与电池可接受的充电电流保持良好的匹配关系,使充电过程始终在最佳状态下进行(如图2-7所示)。这种充电方式具有充电效率高,充电时间短等优点。但其电路系统较为复杂,造价高,不易实现。

图2-7 定化学状态充电法充电曲线

(8)变电流间歇/定电压充电法

变电流间歇/定电压充电法与变电压间歇充电法也是近几年提出来的充电方法。该方法目前主要用于对铅酸蓄电池进行充电。它们采用分段电流或电压对电池进行间歇式充电,以提高充电效率和速度。

目前对锂电池仍以恒流恒压的充电方法为主。充电初期一般采用小电流对电池进行预处理,防止电池过放电带来的影响;接着用大电流快速充电;在电池电压到达额定充电终止电压时,转为恒压模式确保电池充满。

2.4 锂电池充电器

锂离子电池一般都采用的是三阶段充电方式,即:预充电、恒流充电和恒压充电。锂离子充电器的结构框图如图2-8所示,外部交流输入通过整流滤波后变成直流,再由充电管理电路给锂电池充电,其中充电管理电路一般包括恒流源、恒压源、电池电压检测电路、电池温度检测电路、充电器指示电路(一般用LED来指示)、安全定时器电路、基准电压源(高精度)、多个电压比较器及逻辑控制电路和关闭控制电路等,充电管理电路由控制器控制,控制器可以是单片机也可以是DSP等;与此同时,MAXIM公司、TI公司、LT公司、ADI公司等近年来都开发了多种新型锂电子电池充电管理芯片,因此也可以直接通过现有的较成熟的充电管理芯片来实现对锂电池的充电,如图中虚线部分所示。

图2-8锂离子充电器结构框图

本实验所采用的充电器框图如图2-9所示,主要包括直流电源、电源变换器、MSP430嵌入式处理器、采样电路以及锂电池。MSP430的任务是完成MPPT算法及从采样电路处实时采集电池的充电状态,通过计算决定下一阶段的充电电流,并产生合适的PWM信号来控制充电电流。图2-10为锂离子充电主电路。

图2-9本实验锂离子充电器结构框图

2.4.1 电源变换和控制电路

本设计采用容易控制的、效率高的BUCK变换器,BUCK变换器使用LM3S9B96产生的PWM信号控制的,通过控制PWM的占空比来控制开关管Q2的输出电压或者电流。Q2、D1、L1、C1和C2构成了BUCK电路,R1、Q1、R2、R3以及来自LM3S9B96产生的PWM信号组成了开关管Q2的驱动电路。BUCK变换器的工作原理是:当PWM输出高电平时,开关管导通,电流通过晶体管和电感到电池,在这一阶段,电感吸收能量,电容被充电;当PWM 输出低电平时,开关管断开,电流经D1续流。LM3S9B96中集成了PWM发生器,利用定时器(Timer)模块的16bit PWM功能来产生PWM信号。在PWM模式中,TimerA或TimerB 配置为16bit 的递减计数器,通过配置适当的装载值(决定PWM周期)和匹配值(决定PWM 占空比)来自动产生PWM方波信号,并从相应的管脚输出。本方法的基本思想是利用LM3S9B96所具有的PWM管口,在不改变PWM方波周期的前提下,通过软件的方法调整PWM控制寄存器来调整PWM的占空比,从而控制充电电流。在调整充电电流前,处理器先快速读取充电电流的大小,然后把设定的充电电流与实际读取的充电电流进行比较,若实际电流偏小,则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比;若实际电流偏大,则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。

图2-10锂离子充电主电路

采样包括对充电电流和充电电压的采样。采样的电压和电流通过LM3S9B96的1个集成的10bit ADC模块送到LM3S9B96控制芯片中,LM3S9B96对数据进行处理与保存。ADC模块支持16个输入通道,并含有4个可编程的序列发生器,这些序列发生器可在无需控制器干预即可自动完成对多个模拟输入源进行采样,ADC可使用片内3V参考电压,也可使用篇外参考电平。

R5、R6、R7和运算放大器LM358构成了电流采样电路,为了降低成本,设计中对电流采样不外加传感器,通过一个传感电阻R6把流过电池的电流转换成电压后,再进行ADC转换取样。流过电池的电流可能会很大,如果R6取的很大,那么就会产生较大的电压降,根据功率计算公式R

,消耗的功率太大,就会产生较多的热量,为此本设计中取R6=0.1

P2

I

Ω,用LM358运算放大器把电压放大20倍后再送到ADC的ADC1管脚。

为了滤除高频信号噪声干扰,电池电压先通过一个由R4和C3构成的RC低通滤波器,

再传送到ADC的ADC0管脚进行数据处理。

ADC转换需要一个基准电压为参照来完成模拟电压信号到数字信号的量化。基准电压直接影响电压和电流的采样结果。LM3S9B96内部集成了可编程选择的3V基准稳压源,可确保基准电压的准确性,不需要采用外部的稳压源,可以节省设计的成本。

2.4.2 软件程序设计

本实验是针对12V、5000mAh的锂电池所设计的,锂离子电池采用三阶段充电方式,其充电主控制程序流程图如图2-11所示。

图2-11主控制程序流程图

3. 逆变器

3.1 逆变器原理介绍

光伏逆变器指的是光伏系统中使用的逆变器。所谓逆变器,是指所谓逆变器,是指整流(又称顺变)器的逆向变换装置,其作用是通过半导体功率开关元件的开通和关断作用,把直流电能变换成交流电能,因此是一种电能变换装置。由于是通过半导体功率开关器件的开通和关断来实现电能转换。

中小功率逆变器是户用独立交流光伏系统中重要的环节之一,其可靠性和效率对推广光伏系统、有效用能、降低系统造价至关重要,因而各国的光伏专家们一直在努力开发适于户用的逆变电源,以促使该行业更好更快地发展。

3.1.1光伏逆变器的作用

由于光伏发电所产生的电能一般为几伏特到几十伏特的直流电压不等,光伏逆变器的作用主要是将此直流电压转换成更高的几百上千伏特的交流电。其中,比较主要的是将其转换为市电(220V 50HZ)以供日常负载使用。

在日常生活中,我们是将市电转换为低压直流电使用,逆变器却正好相反。

逆变器,特别是正弦波逆变器,其主要用途是用于交流传动,静止变频和UPS电源。逆变器的负载多半是感性负载。它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电动工具、缝纫机、DVD、VCD、电脑、电视、洗衣机、抽油烟机、冰箱,录像机、按摩器、风扇、照明等。

3.1.2逆变器的分类

常用逆变器主电路的形式基本有两种分类方法:按照相数分类,可以分为单相和三相;按照直流侧波形和交流侧波形分类,可以分为电压型逆变器和电流型逆变器。

具体根据不同的参数性能可以进行如下分类:

1、按逆变器输出交流电能的频率分,可分为工频逆变器、中频逆器和高频逆变器。工频逆变器的频率为 50~60Hz的逆变器;中频逆变器的频率一般为 400Hz到十几kHz;高频逆变器的频率一般为十几KHz到MHz。

2、按逆变器输出的相数分,可分为单相逆变器、三相逆变器和多相逆变器。

3、按照逆变器输出电能的去向分,可分为有源逆变器和无源逆变器。凡将逆变器输出的电能向工业电网输送的逆变器,称为有源逆变器;凡将逆变器输出的电能输向某种用电负载的逆变器称为无源逆变器。

4、按逆变器主电路的形式分,可分为单端式逆变器,推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器。

5、按逆变器主开关器件的类型分,可分为晶闸管逆变器、晶体管逆变器、场效应逆变器和绝缘栅双极晶体管(IGBT)逆变器等。又可将其归纳为"半控型"逆变器和"全控制"逆变器两大类。前者,不具备自关断能力,元器件在导通后即失去控制作用,故称之为"半控型"普通晶闸管即属于这一类;后者,则具有自关断能力,即无器件的导通和关断均可由控制极加以

控制,故称之为"全控型",电力场效应晶体管和绝缘栅双权晶体管(IGBT)等均属于这一类。

6、按直流电源分,可分为电压源型逆变器(VSI)和电流源型逆变器(CSI)。前者,直流电压近于恒定,输出电压为交变方波;后者,直流电流近于恒定,输也电流为交变方波。

7、按逆变器输出电压或电流的波形分,可分为正弦波输出逆变器和非正弦波输出逆变器。

8、按逆变器控制方式分,可分为调频式(PFM)逆变器和调脉宽式(PWM)逆变器。

9、按逆变器开关电路工作方式分,可分为谐振式逆变器,定频硬开关式逆变器和定频软开关式逆变器。

10、按逆变器换流方式分,可以分为负载换流式逆变器和自换流式逆变器。

3.2常用电路介绍

3.2.1 DC-DC:

1:BOOST电路是一种开关直流升压电路,它可以是输出电压比输入电压高。

BOOST电路的基本原理可以理解为在充电过程中,开关闭合(三极管导通),开关(三极管)处用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。

放电过程如图,这是当开关断开(三极管截止)时的等效电路。当开关断开(三极管截止)时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0。而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。

说起来升压过程就是一个电感的能量传递过程。充电时,电感吸收能量,放电时电感放出能量。

如果电容量足够大,那么在输出端就可以在放电过程中保持一个持续的电流。如果这个

通断的过程不断重复,就可以在电容两端得到高于输入电压的电压。

2:推挽电路

如图3-1所示为推挽式DC-DC电路拓扑原理图。

图3-1推挽式DC-DC电路原理图

可见,该电路可以分为前级DC-AC部分、高频变压(升压)部分、后级全桥整流部分三个部分。前级电路具有推挽式拓扑一贯的优点:基极驱动十分方便、简单,不需要进行电气隔离就可以直接驱动。整体结构具有结构紧凑、驱动电路简单以及升压效果明显等优点。下面介绍其工作原理:

其中最主要的元件为一个中间抽头的高频变压器,主要作用在于将前级高频交流电提升电压至理想值。

Q1和Q2为两个可控开关管,它们的射级同时直接与输入电源负极相连,其开断由PWM1和PWM2这两个占空比均为50%并且相位正好相反的方波控制,如图3-2所示,

图3-2 PWM波形示意图

即当Q1导通时Q2关断,Q2导通时Q1关断。现若Q1导通,Q2关断,电源电压反向加在变压器原边,根据变压器同名端关系,副边即二次侧将会出现反向电流;若Q2导通,Q1关断,情况相反,二次侧出现正向电流。由于在一个周期内,Q1、Q2导通关断时间相等,并且正好错开,变压器二次侧正好出现跟PWM波频率相同的交流电。此交流电通过变压器升压已经达到理想幅值,且正负半周幅值相同。此高频交流电再通过全桥整流,整流成为幅值为预期幅值的直流电,通过后级LC电路滤波,达到稳定的加在负载R2两端的直流电,以供逆变电路使用。[i]

此外,由于在开关管开断瞬间,由于电流变化波形比较锋利,故需要加入RC吸收电路,以缓和尖峰电流,防止功率元件被损坏。并且在两个功率开关管两端都并联有续流二极管,以此为能量回馈提供反馈回路。

根据以上叙述可见,此为理想情况,PWM1和PWM2的占空比刚好各为50%。但是由于开关管关断和打开需要时间,为了避免两个开关管同时打开,需要留出一定的死区时间,即两个PWM波占空比要小于50%。

整个电路由于仍然采用硬开关,相比于软开关,不可避免会有一定开关管损耗。但是由

于每次电流只需要经过一个开关管,相比于传统的电路而言也大大减少了开关管功率损耗,而且高频变压器的效率也比较高。整体而言仍然能够达到设计要求。

3.2.2DC-AC:

单相逆变电路大多采用桥式电路,分为全桥和半桥。

全桥电路如图3-3所示,拥有四个导电臂,其优点为电压增益低,不需要有分压电容;但是其缺点是使用的器件数量较多。

图3-3电压型单相全桥逆变电路

半桥电路如图3-4所示,只拥有两个导电臂,其优缺点与全桥电路正好相反。

图3-4电压型单相半桥逆变电路

逆变电路主要依靠开关管的有序开断将直流转换为负载上的交流电,其具体工作原理将会在后面章节作详细介绍,此处只做概述。

由于全桥逆变电路的电压电流增益效果好,本次设计将会采用电压型单相全桥逆变电路作为DC-AC部分的主电路。

2.2.2 SPWM单相全桥逆变电路

所谓SPWM,即为正弦脉宽调制,如图3-5所示,即将正弦波按横轴划分为K等分,将每一等分中的正弦曲线与横轴围成的面积都用一个与此面积相等的等高矩形波代替。显然,

各个矩形波宽度不同,而且它们的宽度大小按正弦规律变化。负半周也可以用相同办法代替。对上述等效脉冲,可以借助计算机严格算出各段矩形脉冲宽度,作为控制逆变器开关元件导通的依据。

图3-5与正弦波等效的矩形脉冲波形

实际中,人们常采用正弦波与三角波相交的方法来确定各段矩形脉冲的宽度。

图3-6三角波正弦波比较图

图3-7逆变器输出电压正弦脉宽调制波形

如图所示单相全桥,上图给出了三角波与正弦波的比较图。电路左面支路上下臂开关元

件轮流导通,其开关频率为调制正弦波频率f。当正弦波为正半周时,上臂导通;负半周期间,下臂导通。右面支路的上下臂开关元件也是轮流导通。当正弦波比三角波大时,下管导通;相反,则上管导通。两个波形的相交点就是右面支路上下臂开关元件切换点,故右面元件开关频率就是载波(三角波)频率f C。

输出电压波形如图3-7所示,而该逆变桥带有感性负载,且若电感足够大,则负载电流连续,即可输出正弦波形。

3.3小功率逆变器的实现

针对本门课程,为了体现逆变器的基本功能结构同时满足实际实验的硬件要求。逆变器分为两大部分。其中直流DC-DC部分采用传统的吧BOOST电路,而后端DC-AC 采用逆变桥电路

开环仿真电路图为:

程序的流程图为:

程序框图可以表示为:

初始化流程

1. 生成SPWM 信号表格,初始化管选择为上管,信号角度为0。

2. 初始化9B92 芯片,屏幕等外设。

3. 初始化两路PWM 模块,频率设定为20K,不使用中断。

4. 初始化Timer 中断,设定为20/(360/5)ms触发一次,即5 度改变一次占空比。

5. 进行循环等待

Timer 中断处理流程:

1.按信号角度计算当前占空比(查表)。

2.跟据选择上管或下管,打开相应PWM 模块,并设置PWM 计数器的值。

3.将角度+5。如果角度为360,那么切换管选择,并将角度设置为0。

4.中断标志位清空。

基于STM32F103嵌入式实验指导书

实验一、STM32的开发环境与简单工程 一、实验目的 1、熟悉STM32开发板的开发环境; 2、熟悉MDK创建和配置STM32工程项目的基本流程; 3、熟悉STM32官方库的应用; 4、规范编程格式。 二、实验内容 本次实验配置MDK集成开发环境,新建一个简单的工程文件,添加STM32官方库并配置工程,编译运行这个工程文件。下载已经编译好的文件到开发板中运行。学会在程序中设置断点,观察系统内存和变量,为调试应用程序打下基础。 三、预备知识 基本单片机硬件知识、单片机软件编程语言、程序创建和调试的基本方法。 四、实验设备及工具 硬件:STM32开发平台 软件:STM32官方库;PC机操作系统Windows 98、Windows 2000或Windows XP;KEIL MDK 集成开发环境;串口转usb驱动。 五、实验步骤 1、在准备存放工程文件的目录下创建一新文件夹,命名为Proj_GPIO;在Proj_GPIO 文件夹里面分别再创建四个文件夹:CMSIS、USER、LIB、OBJ。如图1。 其中CMSIS(Cortex Microcontroller Software Interface Standard)用于存放Cortex-M 处理器系列的与供应商无关的软件抽象层和启动相关的代码文件; USER用于存放我们自己编写的代码文件(含自己移植的底层驱动),还有MDK工程; LIB存放所有的官方底层驱动库文件; OBJ用于工程输出的过程文件和最终的二进制文件。 图1

2、将官方库STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0.rar解压。 1)把STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport下的所有文件和STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x 下的所有文件都到第一步所创建的CMSIS文件夹中; 2)把STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Libraries\STM32F10x_StdPeriph_Driver目录下的文件(目录inc和scr)复制到第一步创建的LIB文件夹中; 3)把STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.5.0\Project\STM32F10x_StdPeriph_Template目录下的stm32f10x_conf.h、stm32f10x_it.c、stm32f10x_it.h三个文件复制到USER文件夹中。 3、打开MDK软件,新建一个工程Proj_GPIO保存到Proj_GPIO/USER中。CPU选择STM32F103ZE,如图2; 图2 4、新建一个空文档main.c保存到USER中,然后根 据绝对路径将文件对应添加到工程中,如右图。 5、配置工程属性,右键点击工程文件中的Target 1选择Options for Target ‘Target 1’打开工程选项对话框。做如下修改: 1)Output选项勾选Create HEX File,然后点击Select Folder for Objects按钮定位输出文件保存目录到工程的OBJ文件; 2)Listing选项,同样点击Select Folder for Listings定位输出文件保存目录到工程的OBJ 文件; 3)C/C++选项,Define中填入 STM32F10X_HD, USE_STDPERIPH_DRIVER系统的两个基 本宏定义;配置Include Paths属性,加入工 程中包含头文件的目录;如右图

嵌入式ADS实验指导书

实验一嵌入式微处理器系统的开发环境 一、实验环境 PC机一台 软件: ADS 1.2集成开发环境一套 二、实验目的 1.了解嵌入式系统及其特点; 2.熟悉嵌入式系统的开发环境和基本配置并能编写简单的汇编程序 三、实验容 1.嵌入式系统的开发环境、基本配置 2.使用汇编指令完成简单的加法实验 四、实验步骤 (1)在D:\新建一个目录,目录名为experiment。 (2)点击 WINDOWS 操作系统的“开始|程序|ARM Developer Suite v1.2 |Code Warrior for ARM Developer Suite”启动Metrowerks Code Warrior,或双击“ADS 1.2”快捷方式启动。启动ADS 1.2 如图1-1所示: 图1-1启动ADS1.2 (3) 在CodeWarrior 中新建一个工程的方法有两种,可以在工具栏中单击“New”按钮, 也可以在“File”菜单中选择“New…”菜单。这样就会打开一个如图1-2 所示的对话框。选择【File】->【New…】,使用ARM Executable Image工程模板建立一个工程,名称为ADS,目录为D:\experiment。 图1-2 新建文件 在这个对话框中为用户提供了7 种可选择的工程类型:

1)ARM Executabl Image:用于由ARM 指令的代码生成一个ELF 格式的可执行映像文件;2)ARM Object Library:用于由ARM 指令的代码生成一个armar 格式的目标文件库; 3)Empty Project:用于创建一个不包含任何库或源文件的工程; 4)Makefile Importer Wizard:用于将Visual C 的nmake 或GNU make 文件转入到CodeWarrior IDE 工程文件; 5)Thumb ARM Executable Image:用于由ARM 指令和Thumb 指令的混和代码生成一个可执行的ELF 格式的映像文件; 6)Thumb Executable image:用于由Thumb 指令创建一个可执行的ELF 格式的映像文件;7)Thumb Object Library:用于由Thumb 指令的代码生成一个armar 格式的目标文件库。(4)选择【File】->【New…】建立一个新的文件TEST1.S,设置直接添加到项目中。输入如程序代码,并保存,此时在工程窗口中可以看到TEST1.S文件。 图1-3 新建test1.s (5) 选择【Edit】->【Perferences…】,在Font选项设置字体是Fixedsys,Script是CHINESE_GB2312。 图1-4 设置字体 (6) 选择【Edit】->【DebugRel Settings…】,在DebugRel Settings对话框的左边选择ARM Linker项,设置地址。 点击“DebugRel Settings…”图标按钮,即可进行工程的地址设置、输出文件设置、编

2013嵌入式系统课程设计任务书

嵌入式系统 课程设计任务书 辽宁工程技术大学软件学院 嵌入式软件系

一、课程设计目的和任务 《嵌入式系统课程设计》是软件工程专业(嵌入式软件方向)学生的专业实践课程,是学习《嵌入式系统》课程后必要的实践教学环节。课程设计是检验学生是否掌握相关专业课程知识的重要手段,以学生为主体,充分调动学生的积极性和创造性,重视学生实际动手能力的培养。 通过本课程设计使学生加深理解、巩固课堂教学和平时实验内容,使学生初步具备基于Android、Linux、C和ARM汇编应用开发的系统分析、系统设计、系统实现与测试的实际能力,强化学生的知识实践意识、提高动手能力,发挥学生的想象力和创新能力,从而培养工程应用型人才。 二、课程设计基本要求 1、学习态度:要有勤于思考、刻苦钻研的学习精神和严肃认真、一丝不苟、有错必改、精益求精的工作态度,积极查阅整理分析相关参考文献,精心设计、认真编码、确保质量。对弄虚作假者,课程设计成绩一律按不及格记。 2、学习纪律:要严格遵守学习纪律,遵守作息时间,不得迟到、早退和旷课。特殊情况不能上课者,必须请假,凡未请假或未获准假擅自不上课者,均按旷课论处。 3、课程目标:掌握Linux和WinCE应用开发的基本理论知识和基本方法技能,概念清楚准确,系统分析、系统设计、系统实现、系统测试符合软件工程相关规范,结构合理,程序运行良好,课程设计报告撰写规范,答辩中回答问题正确。 4、课程设计报告:按照《课程设计报告规范》和《嵌入式系统课程设计任务书》的要求,认真设计、撰写好课程设计报告,总结课程设计的收获和心得体会,及时提交电子和纸质材料。 三、课程设计内容 1.以下学号学生完成题目1:1、11、9 题目1:基于嵌入式技术的烟气检测监控系统的设计(ARM体系结构与编程)设计要求:设计以嵌入式技术为核心的的烟气检测监控系统,完成系统的硬件组成和软件控制的设计,检测监控烟气排放是否符合烟气污染排放标

基于STM32和uC_OS-II的多任务设计-嵌入式系统课程设计报告

基于STM32和uC_OS-II的多任务设计-嵌入式系统课程设 计报告 NORTH CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 嵌入式系统课程设计报告 学生姓名: 学号: 学院: 专业班级: 指导教师: 同组成员: 2016年 12 月 26 日 嵌入式系统课程设计报告 一、课程设计目的 本课程设计是在《嵌入式系统原理与应用》课程的基础上,通过软件编程及仿真调试的实践,进一步掌握嵌入式系统的原理和应用方法,是毕业设计前的一 次重要实践,为今后从事嵌入式系统相关工作岗位打下良好的基础。 二、设计题目及要求 2.1 设计题目: 基于STM32和uC/OS-II的多任务设计 2.2 功能实现:

使用uC/OS-II的任务管理函数和STM32库函数控制相应的寄存器,完成一个多任务设计。整个设计共有4个任务,驱动一个LED指示灯闪烁、由3个LED指示灯组成的流水灯、驱动蜂鸣器和利用swd方式进行printf输出。 2.3 设计要求: 理解和熟练使用KEIL软件、STM32寄存器、STM32库函数和uC/OS-II任务管理函数,用KEIL软件完成编程和调试,下载到开发板中实现4个设定的任务,并完成课程设计报告。 四个任务分别为: (1)驱动1个LED指示灯闪烁、 (2)由3个LED指示灯组成流水灯 (3)驱动蜂鸣器发出响声。 (4)利用swd方式进行printf输出。 三、设计原理说明 3.1 硬件说明 本次课程设计主要使用的是STM32 神舟 IV 号开发板为基础进行课程设计的,本节将详细介绍神舟IV号开发板的各部分硬件原理与实现。 (1)开发板资源图 - 1 - 嵌入式系统课程设计报告

嵌入式微控制器技术实验任务书(附程序和仿真图)

“嵌入式微控制器技术”实验任务书(电气、自动化) 一、实验目的与要求: 1、熟练掌握基于SST89E554RC微控制器的Keil C51集成开发工具的操 作及调试程序的方法(包括:仿真调试与脱机运行间的切换方法);掌握 其他相关微控制器集成开发工具的使用及调试方法; 2、熟练掌握基于SST89E554RC单片机核心板及I/O扩展实验系统的电 路结构原理、设计与应用;掌握其他相关微控制器最小系统设计与应用; 3、熟练掌握在Keil C51与Proteus仿真软件虚拟联机环境下的基于51 单片机控制器数字接口电路的硬件、软件设计方法与功能调试; 4、完成本实验课程所要求的全部实验容,并写出实验报告。 二、微机原理与接口技术综合实验室资源简介 实验室为以下实验活动提供条件: 1、基于唐都实验系统的微机原理与接口技术实验(包括汇编语言、C 语言/C++语言软件编程实验和16位/32位微机接口电路应用实验); 2、基于SST89E554RC微控制器技术软/硬件实验(提供支持汇编语言、 C语言编程的Keil C51集成开发工具、最小核心板+唐都实验系统箱); 3、基于DSP2407、DSP2812、DSP28335微控制器技术软件/硬件实验(提 供支持C语言编程的TI公司的CCS集成开发工具、DSP系列学习开发板、直流电机、步进电机、液晶); 4、基于Freescale的16位MC9S12XS128微控制器技术应用实验(提 供支持C语言编程的CodeWarrier 5.0 For S12集成开发工具、 HF-MC9S12XS128EVB-A 核心板); 5、基于ARM的16/32位ARM7LPC2103TDMI-S微控制器技术基础实验(提供 支持C、C++语言编程的ARM公司推出的ARM微控制器ADS 1.2集成开发工具、EasyARM2103开发板); 6、基于ARM Cortex?-M3先进核的LM3S1138微控制器技术基础实验(提

嵌入式系统实验指导书

《嵌入式系统原理》实验指导书 目录 《嵌入式系统原理》实验指导书 (1) 目录 (1) 实验报告要求: ....................................................................................... 错误!未定义书签。 实验一Linux的初步使用 (2) 实验二linux驱动程序 (5) 实验三交叉编译程序 (11) 实验四编译内核与下载 (15)

实验一Linux的初步使用 实验目的: 熟练掌握linux命令的使用,linux程序的编译与调试 实验学时: 3学时 实验内容: 1.掌握虚拟机VMWARE的基本应用; 2. 掌握虚拟机中RED hat linux 的安装; 3. 掌握基本linux命令的使用; 4. 掌握linux程序编译与调试。 实验设备: 装有VMWARE的PC机一台,RED HAT安装光盘(或ISO映像文件)。 实验步骤: 1.创建一虚拟机MYLINUX 1)从桌面上单击“VMWARE WORKSTAION”启动虚拟机软件,单击新建虚拟 机,指定保存路径“D:\MYLINUX”,选择虚拟机操作系统类型:linux,然后 完成虚拟机的创建; 2)双击虚拟机中CDROM,选择将虚拟机光驱连接修改为:使用ISO映像,并指 定映像文件为共享磁盘:I:\redhat-disk-1.iso。 3)单击虚拟机中启动虚拟机,开始从光盘上启动系统并安装linux。 2.安装linux 注意: 在虚拟机和主机之间进行切换方法:鼠标单击虚拟机,可以进入;要回到主机,请用CTRL+ALT 1)输入回车,进入图形化安装;也可以linux text进入文本界面安装; 2)选择Skip(跳过CD检查),回车 3)点击NEXT(下一步) 4)安装语言,选择简体中文;或选择English 5)安装类型,选择定制:Custom 6)分区选择:自动分区

嵌入式课程设计

嵌入式课程设计 学院:计算机与通信工程学院专业:物联网工程班级:物联1501 姓名:王强学号:41501602 实验日期:2017年12月25日 实验名称: 嵌入式课程设计 实验目的: 以STC89开发板为硬件平台,开发温度采集、动态数码管显示、按键响应、与PC串口通讯的综合程序,实现以下功能: 1)PC上的串口调试助手通过串口给STC89开发板发送“GetTemp”命令。 2)STC89开发板从串口接收到“GetTemp”命令后启动温度传感器DS18B20的测温程序获取当前温度,测试完成时将所测得温度数据显示在动态数码管上。(动态数码管在温度获取之前应该显示“FFFFFFFF”,只有在获取温度后才显示温度值) 3)动态数码管显示出温度数据后,请通过按键触发STC89开发板通过串口回送步骤2所测的温度数据给PC上串口调试助手,同时恢复动态数码管显示为“FFFFFFFF”。为保证每个同学的实验都独立完成,要求回送的数据包含自己的学号,即如果你的学号是20150809,当前温度值是19.6摄氏度,那么在PC上的串口调试助手应该显示:20150809 : 19.6°C。硬件电路说明: 1)STC89处理器管脚和晶振电路

2)独立按键 独立按键一共5个,分别连接在单片机的P3.0到P3.4口。去抖动的方式,我们采用软件延时的方法。过程如下: 先设置IO口为高电平(一般上电默认就为高),读取IO口电平确认是否有按键按下,如有IO电平为低电平后,延时几个ms,再读取该IO电平,如果任然为低电平,说明对应按键按下,执行相应按键的程序。 3)DS18B20温度传感器部分 DS18B20内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器,为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。 高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器,为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。 初始时,温度寄存器被预置成-55℃,每当计数器1从预置数开始减计数到0时,温度寄存器中寄存的温度值就增加1℃,这个过程重复进行,直到计数器2计数到0时便停止。 初始时,计数器1预置的是与-55℃相对应的一个预置值。以后计数器1每一个循环的预置数都由斜率累加器提供。为了补偿振荡器温度特性的非线性性,斜率累加器提供的预置数也随温度相应变化。计数器1的预置数也就是在给定温度处使温度寄存器寄存值增加1℃计数器所需要的计数个数。 DS18B20内部的比较器以四舍五入的量化方式确定温度寄存器的最低有效位。在计数器2停止计数后,比较器将计数器1中的计数剩余值转换为温度值后与0.25℃进行比较,若低于0.25℃,温度寄存器的最低位就置0;若高于0.25℃,最低位就置1;若高于0.75℃时,温度寄存器的最低位就进位然后置0。这样,经过比较后所得的温度寄存器的值就是最终读

嵌入式系统设计课设报告分析解析

福州大学 《嵌入式系统设计课设》 报告书 题目:基于28027的虚拟系统 姓名: 学号: 学院:电气工程与自动化学院 专业:电气工程与自动化 年级: 起讫日期: 指导教师:

目录 1、课程设计目的 (1) 2、课程设计题目和实现目标 (1) 3、设计方案 (1) 4、程序流程图 (1) 5、程序代码 (1) 6、调试总结 (1) 7、设计心得体会 (1) 8、参考文献 (1)

1、课程设计目的 《嵌入式系统设计课设》是与《嵌入式系统设计》课程相配套的实践教学环节。《嵌入式系统设计》是一门实践性很强的专业基础课,通过课程设计,达到进一步理解嵌入式芯片的硬件、软件和综合应用方面的知识,培养实践能力和综合应用能力,开拓学习积极性、主动性,学会灵活运用已经学过的知识,并能不断接受新的知识。培养大胆发明创造的设计理念,为今后就业打下良好的基础。 通过课程设计,掌握以下知识和技能: 1.嵌入式应用系统的总体方案的设计; 2.嵌入式应用系统的硬件设计; 3.嵌入式应用系统的软件程序设计; 4.嵌入式开发系统的应用和调试能力 2、课程设计题目和实现目标 课程设计题目:基于28027的虚拟系统 任务要求: A、利用28027的片上温度传感器,检测当前温度; B、通过PWM过零中断作为温度检测A/D的触发,在PWM中断时 完成温度采样和下一周期PWM占空比的修正;PWM频率为1K; C、利用按键作为温度给定;温度给定变化从10度到40度。 D、当检测温度超过给定时,PWM占空比增减小(减小幅度自己设 定);当检测温度小于给定时,PWM占空比增大(增大幅度自己 设定); E、把PWM输出接到捕获口,利用捕获口测量当前PWM的占空比; F、把E测量的PWM占空比通过串口通信发送给上位机; 3、设计方案-----介绍系统实现方案和系统原理图 ①系统实现方案: 任务A:利用ADC模块通道A5获取当前环境温度。 任务B:PWM过零触发ADC模块,在PWM中断服务函数中,将当前环境温度和按键设定温度进行比较,并按照任务D的要求修订PWM占空比。

《嵌入式系统开发实训》实训指导书V1.0

《嵌入式系统开发实训》指导书 一、实训的目的和作用 实训是培养和锻炼学生在学习完《嵌入式系统开发》后综合应用所学理论知识解决实际工程设计和应用问题的能力、进行工程实训的重要教学环节,它具有动手、动脑,理论联系实际的特点,是培养在校工科大学生理论联系实际、敢于动手、善于动手和独立自主解决设计实践中遇到的各种问题能力的一种较好方法。 《嵌入式系统开发》是一门应用性、综合性、实践性较强的课程,没有实际的有针对性设计环节,学生就不能很好的理解和掌握所学的技术知识,更缺乏解决实际问题的能力。所以通过有针对性的实训,使学生学会系统地综合运用所学的技术理论知识,提高学生在嵌入式应用方面的开发与设计本领,系统的掌握嵌入式系统设计方法。 本实训是配合课堂教学的一个重要的实践教学环节,不仅要培养学生的实际动手能力,检验学生对本课程学习的情况,更要培养学生在实际的工程设计中查阅专业资料、工具书或参考书,掌握工程设计手段和软件工具,并能以图纸和说明书表达设计思想和结果的能力。培养学生事实求是和严肃认真的工作态度。 通过本实训使学生深入了解嵌入式系统开发的步骤与方法,掌握嵌入式系统的软硬件协同开发要点及使用方法。掌握能够根据实际问题综合应用嵌入式软件、硬件的基本技能,编写相应的程序。巩固和强化理论教学内容,综合课程教学中的实验环节,培养和锻炼学生的工程实践能力,具备嵌入式系统软硬件协同开发应用程序的能力。 二、实训主要内容与要求 要求每个学生(或小组)都要自己动手独立设计完成一个典型的嵌入式应用小系统。设计题目可以在给出的参考题目中选,也可以自己选设计题目,但难度不应小于参考题目,需经指导教师审查后方可确定是否采纳或修改设计题目。 一般以1~2人为一个小组,分工协作,可以进行充分的讨论和互助。完成所选课题的硬件和软件的设计与调试。独立解决设计和调试过程中遇到的基本问题。总结整个实践过程,写出实训报告(包括方案选择比较、总体思路、理论分析、系统设计,软件流程图,加注释的源程序,调试过程中遇到的问题及解决办法,总结与体会,参考文献)。 实训是在教师指导下,各组可以集体讨论,但实训报告由学生独立完成,不得互相抄袭。教师的主导作用主要在于指明设计思路,启发学生独立设计的思路,解答疑难问题和按设计进度进行阶段审查。学生必须发挥自身学习的主动性和能动性,主动思考问题、分析问题和解决问题,而不应处处被动地依赖指导老师查资料、给数据、定答案。同组同学要发扬团队协作精神,积极主动的提出问题、解决问题、讨论问题,互相帮助和启发。 实训报告每个学生一份,由课代表收齐后统一交给指导教师。实训成绩评定由3部分组成:验收答辩情况30%,实训作品质量40%,实训报告书30%。

嵌入式系统课程设计

《嵌入式系统设计与应用》课程设计 题目嵌入式系统的实践教学探讨 1.嵌入式系统设计与应用课程的内容概述 1.1 内容概述 本课程适用于计算机类专业,是一门重要的专业课程。它的任务是掌握嵌入式系统的基本概念;掌握嵌入式处理器 ARM 体系结构,包括ARM总体结构、存储器组织、系统控制模块和I/O外围控制模块;掌握ARM指令集和Thumb指令集;掌握ARM汇编语言和C语言编程方法;了解基于ARM 的开发调试方法。它的目的是了解和掌握嵌入式处理器的原理及其应用方法。 1)介绍嵌入式系统开发的基础知识,从嵌入式计算机的历史由来、嵌入式系统的定义、嵌入式系统的基本特点、嵌入式系统的分类及应 用、嵌入式系统软硬件各部分组成、嵌入式系统的开发流程、嵌入 式技术的发展趋势等方面进行了介绍,涉及到嵌入式系统开发的基 本内容,使学生系统地建立起的嵌入式系统整体概念。 2)对ARM技术进行全面论述,使学生对ARM技术有个全面的了解和掌握,建立起以ARM技术为基础的嵌入式系统应用和以ARM核为基础 的嵌入式芯片设计的技术基础。 3)ARM指令系统特点,ARM 指令系统,Thumb 指令系统,ARM 宏汇编,ARM 汇编语言程序设计,嵌入式 C 语言程序设计。 1.2实践教学探讨 在IEEE 计算机协会2004年6月发布的Computing Curricula Computer Engineering Report, Ironman Draf t 报告中把嵌入式系统课程列为计算机工程学科的领域之一,把软硬件协同设计列为高层次的选修课程。美国科罗拉多州立大学“嵌入式系统认证”课程目录包括实时嵌入式系统导论、嵌入式系统设计和嵌入式系统工程训练课程。美国华盛顿大学嵌入式系统课程名称是嵌入式系统

嵌入式系统课程设计

嵌入式系统课程设计 学号:1070410014030 班级:通信10 姓名:刘豆

嵌入式系统在智能交通中的应用摘要:介绍了嵌入式系统及其操作系统,并将其系统和通用计算机系统作了比较,总结了嵌入式系统产品在ITS(Intelligent Traffic system ),智能交通系统应用中的工作稳定性高,环境适应能力强和设备独立性三个特点,且结合嵌入式产品在ITS中应用的这几个特点,探讨了嵌入式系统在智能交通系统中应用研究。最后,展望嵌入式系统在ITS(智能交通系统)中的广泛应用。 关键词:嵌入式系统;嵌入式操作系;ITS;数字信号 中图分类号: Application of Embedded System in ITS Abstract: This article mainly introduce embedded system and its operation system , the embedded system are compared with general computer system. And this article summarizes three characteristics about embedded systems’ production applied to ITS: the high working stabilities, the strong ability for environment and the independency of equipments .Combining with the application research of embedded systems in ITS。At last, the author prospects that embedded systems are used widely in ITS in the whole nation. Keywords; embedded system; embedded operational systems ; ITS ; digital signal 嵌入式系统如今在实际生活中有巨大应用,观察身边不难发现电子产品、智能家居等大多用嵌入式系统来实现。这篇论文举一个应用实例,即智能交通系统。一个智能交通系统(ITS)主要由交通信息采集、交通状况监视、交通控制、信息发布和通信5大子系统组成。各种信息都是ITS的运行基础,而以嵌入式为主的交通管理系统就像人体内的神经系统一样在ITS 中起至关重要的作用。嵌入式系统应用在测速雷达、(返回数字式速度值)运输车队遥控指挥系统、车辆导航系统等方面,在这些应用系统中能对交通数据进行获取、存储、管理、传输、分析和显示,以提供交通管理者或决策者对交通状况现状进行决策和研究。 1.嵌入式系统与嵌入式操作系统 1.1嵌入式系统 通俗来讲,嵌入式系统是带有操作系统的单片机系统;主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件和嵌入式软件系统组。他的框架可分为5个部分:处理器、内存、输入/输出、操作系统与应用软件(如图1所示)。嵌入式软件包括与硬件相关的底层软件、操作系统、图形界面、通讯协议、数据库系统、标准化浏览器和应用软件等。总体看来,嵌入式系统具有便利灵活、性能价格比高、嵌入性强等特点,可以嵌入到现有任何信息家电和工业控制系统中。软件角度来看,嵌入式系统具有不可修改性,系统所需配置要求较低&系统专业性和实时性较强等特点。 1.2 嵌入式操作系统 对于目前发展迅速的信息产品来说,其最关键的核心技术就是嵌入式操作系统。嵌入式操作系统EOS(Embedded Operating System)是一种支持嵌入式系统应用的操作系统软件。嵌入式操作系统具有通用操作系统的基本特点,如能够有效管理越来越复杂的系统资源;能够把硬件虚拟化,使得开发人员从繁忙的驱动程序移植和维护中解脱出来;能够提供库函数、驱动程序、工具集以及应用程序;另外,嵌入式操作系统在系统实时高效性、硬件的相关依赖性、软件固态化以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。

嵌入式实验指导书 (修改6)20161025

嵌入式系统技术及应用 实验指导书 (第3版) 郑普亮编写 西安建筑科技大学信控学院 智能建筑与楼宇自动化实验室 2014年5月

目录 1课程简介、实验项目及学时安排 (1) 1.1课程简介 (1) 1.2实验项目及学时安排 (1) 2实验仪器仪表设备简介 (2) 2.1嵌入式系统实验箱 (2) 2.2其它实验设备 (2) 3嵌入式系统技术及应用课程实验 (3) 3.1实验1系统认识实验 (3) 3.2实验2定时器实验 (10) 3.3实验3PWM发生器实验 (14) 3.4实验416*16LED点阵显示汉字实验 (16)

1课程简介、实验项目及学时安排 1.1课程简介 嵌入式系统广泛应用于仪器仪表、工业控制、汽车电子等多个领域,是一个综合性的快速发展的技术方向。课程以ARM Cortex-M3系列处理器为主,着重介绍了嵌入式系统设计的基本概念、基于ARM处理器的体系结构、ARM微处理器的编程模型与指令系统、嵌入式操作系统及相关的接口技术。 通过对本课程的学习,能够使学生深刻了解ARM处理器的工作原理,熟练掌握ARM 微处理器的指令系统,以及嵌入式系统软硬件设计基本方法,进而加强学生独立设计能力和创新能力的培养。 1.2实验项目及学时安排 本课程的实验目的是使学生掌握ARM指令系统及基于C语言和驱动程序库的程序设计方法,掌握ARM微处理器各组成部分工作原理及应用,培养学生对ARM微处理器的应用程序与硬件电路的设计能力,提高学生分析和解决实际问题的能力,从而为学生今后走向工作岗位、从事相关专业领域的科学研究和技术开发打下扎实的基础。所以安排了验证性、设计性和综合性不同属性的实验项目。 序号实验项目学时 实验性质 验证综合设计 1系统认识实验2√ 2定时器实验2√ 3PWM发生器实验2√416*16LED点阵显示汉字实验2√ 注:实验项目根据实验教学安排选取。

嵌入式系统实验指导指导书完整版

嵌入式系统实验指导王艳春英一劲松

实验一嵌入式微处理器系统的开发环境 一、实验环境 PC机一台 软件: ADS 1.2集成开发环境一套 二、实验目的 1.了解嵌入式系统及其特点; 2.熟悉嵌入式系统的开发环境和基本配置并能编写简单的汇编程序 三、实验容 1.嵌入式系统的开发环境、基本配置 2.使用汇编指令完成简单的加法实验 四、实验步骤 (1)在D:\新建一个目录,目录名为experiment。 (2)点击 WINDOWS 操作系统的“开始|程序|ARM Developer Suite v1.2 |Code Warrior for ARM Developer Suite”启动Metrowerks Code Warrior,或双击“ADS 1.2”快捷方式启动。启动ADS 1.2 如图1-1所示: 图1-1启动ADS1.2 (3) 在CodeWarrior 中新建一个工程的方法有两种,可以在工具栏中单击“New”按钮, 也可以在“File”菜单中选择“New…”菜单。这样就会打开一个如图1-2 所示的对话框。选择【File】->【New…】,使用ARM Executable Image工程模板建立一个工程,名称为ADS,目录为D:\experiment。 图1-2 新建文件 在这个对话框中为用户提供了7 种可选择的工程类型:

1)ARM Executabl Image:用于由ARM 指令的代码生成一个ELF 格式的可执行映像文件;2)ARM Object Library:用于由ARM 指令的代码生成一个armar 格式的目标文件库; 3)Empty Project:用于创建一个不包含任何库或源文件的工程; 4)Makefile Importer Wizard:用于将Visual C 的nmake 或GNU make 文件转入到CodeWarrior IDE 工程文件; 5)Thumb ARM Executable Image:用于由ARM 指令和Thumb 指令的混和代码生成一个可执行的ELF 格式的映像文件; 6)Thumb Executable image:用于由Thumb 指令创建一个可执行的ELF 格式的映像文件;7)Thumb Object Library:用于由Thumb 指令的代码生成一个armar 格式的目标文件库。(4)选择【File】->【New…】建立一个新的文件TEST1.S,设置直接添加到项目中。输入如程序代码,并保存,此时在工程窗口中可以看到TEST1.S文件。 图1-3 新建test1.s (5) 选择【Edit】->【Perferences…】,在Font选项设置字体是Fixedsys,Script是CHINESE_GB2312。 图1-4 设置字体 (6) 选择【Edit】->【DebugRel Settings…】,在DebugRel Settings对话框的左边选择ARM Linker项,设置地址。 点击“DebugRel Settings…”图标按钮,即可进行工程的地址设置、输出文件设置、编

嵌入式linux实验指导书

嵌入式linux实验指导书 实验一:arm裸机实验 实验条件: pc ADS开发环境FL2440开发套件SecureCRT串口超级终端 实验目的: 熟悉arm裸机开发基本步骤,掌握ADS集成开发环境的使用,能够编写简单的裸机程序并下载到开发板运行测试。 实验原理: ADS 全称为ARM Developer Suite ,是ARM 公司推出的新一代ARM 集成开发工具。ADS 由命令行开发工具、ARM 实时库、GUI 开发环境(Code Warrior 和AXD) 、实用程序和支持软件组成。有了这些部件,用户就可以为ARM 系列的RISC 处理器编写和调试自己开发的应用程序了。本次实验利用ADS集成开发环境建立基于arm9 S3C2440的实验工程,完成工程搭建、代码编写和编译,生成可执行文件并下载到开发板进行运行测试。 实验步骤: 1、首先打开ADS软件CodeWarrior,点击File 菜单下的New 来创建新工程。Project 对话框中选择ARM Executable Image 。在Project name 中输入工程名,例:2440_led,点击“Location:”文本框的“Set...”按钮,选择要将工程保存的路径,然后点击确定即可建立一个新的工程。工程建立之后会出现一个24 40_led.mcp 窗口。 2、创建源文件,点击File 菜单下的New,选择标签页File,在File name 中输入要建立的文件名,如:Init.s (.s 文件为arm 中的汇编文件),若此时选上了Add to Project,创建的文件会自动添加到工程中,选择target方式为DebugRel,点击确定关闭窗口,文件创建完成后编写代码。(可将arm_linux文件夹下的裸机例程代码复制到工程中进行修改,如:复制裸机程序中的led程序init.s led.c 到建立的工程文件目录中,点击Project 菜单下的Add Fils 将源文件添加到工程中)

嵌入式linux实验指导书

目录 实验一 linux常用指令练习 (3) 1、在线帮助指令 (3) 2、linux开关机及注销指令。 (3) 重启指令: (3) 1)、reboot命令 (3) 2)、init 6命令 (3) 关机指令: (3) 1)、halt命令 (3) 2)、poweroff命令 (4) 3)、init 0命令 (4) 4)、shutdown命令 (4) 注销指令: (4) 3、用户管理命令 (4) 1)、用户切换su命令 (4) 2)、添加用户命令adduser/useradd (5) 3)、删除用户及更改用户属性 (5) 4)、设置用户密码 (6) 5)、查看用户信息 (6) 4、文件目录操作指令 (7) 1)、改变当前工作目录命令(cd) (7) 2)、显示当前路径pwd (7) 3)、查看当前目录下的文件命令ls (7) 4)、新建目录指令mkdir (8) 5)、删除目录命令rmdir (8) 6)、新建文件命令touch (8) 7)、删除文件指令rm (8) 8)、文件和目录的复制命令cp (8) 9)、文件和目录的移动命令mv (9) 10)、更改文件或目录的使用权限chmod (9) 11)、查看文件的命令cat (9) 12)、文件链接命令ln (9) 13)、文件压缩解压命令 (10) 5、网络相关命令 (11) 6、磁盘管理命令 (11) 7、挂载文件命令mount (12) 8、其他系统命令 (12) 练习1: (13) 练习2: (15) 练习3: (16) 练习4: (21) 实验二 VI文本编辑器的使用 (24) 1、练习使用VI指令 (24) 2、利用VI编写一个hello.c文件 (24)

嵌入式Linux开发课程设计指导书

嵌入式Linux开发课程设计指导书 课程编码: 适应专业:计算机专业、电子信息工程专业 学时:3周(计算机专业),2周(电子信息工程专业) 学分: 3(计算机专业),2(电子信息工程专业)时间安排:分散 先修课程:高级语言程序设计、计算机组成原理、接口技术,嵌入式系统,操作系统指导书名称: 一、目的与任务: 课程设计为学生提供了一个既动手又动脑,独立实践的机会,将课本上的理论知识和实际应用问题进行有机结合,锻炼学生分析、解决实际问题的能力。 本课程设计采用理论指导与实践相结合的方式,系统地学习并实践嵌入式Linux程序开发技术。通过课程设计,学生可以熟练掌握Linux的基本操作,系统管理,并具备Linux 下文件、进程、网络、GUI的开发方法,为实际应用开发打下坚实的基础。 二、目标 通过本次课程设计要求学生达到以下目标: 1)熟悉Linux操作系统具体操作(安装、基本命令、系统管理、FTP服务器搭建) 2)熟悉Linux下C程序开发调试的基本过程。 3)熟悉嵌入式Linux进程及进程间通信 4)能够熟练编写Linux应用程序,包括文件、网络、图形等 三、内容 任务1、基础知识,完成以下任务: Linux操作系统的安装、基本命令的使用,网络的配置,FTP服务器搭建,VI编辑器的使用,文件压缩方法。 任务2、Linux系统C程序设计的基本知识,完成以下任务 1)GCC编译器的使用,Linux系统C程序设计编译、调试方法。 2)分别用if和switch判断一个数的奇偶性并输出结果。 3)用for语句编写程序,计算100到200之间所有奇数的和。 4)用while语句编写程序,计算1000到2000之间所有能被16整除的数的和。

《嵌入式系统》实验报告指导书(含答案)

实验一熟悉嵌入式LINUX开发环境 1、实验目的 熟悉UP-TECHPXA270-S的开发环境。学会WINDOWS环境与嵌入式Linu环境共享资源的基本方法。 2、实验内容 学习UP-TECHPXA270-S系统的使用、XP和虚拟机之间传送文件方法以及UP-TECHPXA270-S和虚拟机之间共享目录的建立方法。 3、预备知识 了解UP-TECHPXA270-S的基本结构和配置,Linux基本知识。 4、实验设备 硬件:UP-TECHPXA270-S开发板、PC机(内存500M以上)。 软件:PC机操作系统RADHAND LINUX 9+MIMICOM+RAM LINUX操作系统 5、实验步骤 (1)、在虚拟机下练习Linux常用命令。(注意以下操作只能在[root@BC root]#,也就是root文件夹下运行,不然会导致系统不能启动) a. 学习命令通过“man ***”和“*** --help”得到的命令使用方法。 b.学习并掌握如下命令: ls,cd ,pwd,cat,more,less,mkdir, rmdir ,rm,mv,cp,tar,ifconfig (2)、XP与虚拟机之间传送文件(Samba服务器建立、网络设置、文件传送);(3)、了解系统资源和连线; (4)、开发板与虚拟机之间共享目录建立(设置NFS、开发板IP设置、目录挂载),挂载文件; (5)vi(vim)的使用 (6)输入qt,启动桌面,按CTRL+C退出 6、实验报告要求 (1)、XP和虚拟机之间传送文件步骤; 虚拟机共享XP文件: 选择虚拟机设置,设置要共享的文件 启动Linux 进入/mnt/hgfs即可看到共享文件夹 服务器设置——samba服务器(设置需要共享的目录) XP共享虚拟机文件: 服务器设置——samba服务器(设置需要共享的目录)

嵌入式系统课程设计

《嵌入式系统课程设计》 姓名:梅航赵震王继潘晨阳陈川江李洪波朱啸林何永强张智炫班级:10计算机 专业:计算机科学与技术 学院:电气与信息工程学院 2013年12月

1.题目选择 如皋港港口物流交易平台 2.项目描述 如皋港物流交易平台一共分为两期完成:一期工程主要是宣传如皋港的港口文化和港口风采,弘扬如皋港精神;二期工程着重于港口的物流交易部分,一个关于货主,物流公司和平台方的三方交易。 2.1 一期内容描述 2.1.1 首页 首页版面内容主要包括会员登录区域、董事长致辞、港口要闻(图文展示)、招商引资(项目发布)、视频新闻、创先争优、港口论坛、港航资讯、如皋港电子信息交易平台图片链接、如皋港货运物流信息平台图片链接、如皋港电子口岸平台图片链接,及各相关行业网站图片链接等内容: 1.会员登录区域 提供会员登录,会员登录分为员工登录和客户登录两部分,所有用户均由管理员根据员工及客户级别统一分配用户和初始密码及用户权限,用户登录后可修改初始密码。 2.董事长致辞 董事长致辞版块在首页的左上角显眼位置,提供董事长的工作照及亲笔致辞、签名印章等等。

3.港口要闻 作为中国·如皋港对外新闻发布的唯一官方平台,该版块将置于整版最中央最上方位置,作为如皋港的重大新闻、图文资讯发布浏览平台,右侧区域作为新闻图片展示窗口,实现图片定时切换功能。 4.招商引资 作为如皋港重大招商项目信息发布的官方平台,提供招商项目信息的发布浏览,包括项目简介、项目前景、项目现状、合作方式等内容的发布。 5.视频新闻 发布关于如皋港重大活动、会议的视频新闻供会员及游客观看,更直观的展示如皋港对外形象。 6.创先争优剪影(社会管理创新) 作为新型国有企业,在市委市政府的统一领导下,党建工作尤为重要,在此区域将发布党建工作活动新闻。 7.港口论坛 港口论坛作为思想的聚集地,为港口的发展建言献策,同时提升港口凝聚力。 8.港航资讯 提供港航资讯浏览,通过抓取相关港航业新闻,保持与港口行业与时俱进。 9.如皋港电子信息交易平台 作为中国·如皋港的重要子系统,如皋港电子商务平台的登录页面须在整版的右侧提供显眼的图片登录链接,点击图片链接后进入如皋港电子商务平台,提供马木材贸易、长江煤市、邦略再生资源等交易平台。客户用户根据自身用户权限可直接进入各大平台进行在线咨询交易。(具体功能描述见后) 10.如皋港货运物流信息交易平台 首页提供图片链接,点击后进入如皋港货运物流信息交易平台页面,登录用户可直接进入交易平台(具体功能描述见后) 11.如皋港电子口岸平台 首页提供图片链接,登录用户点击后直接进入如皋港电子口岸平台(具体功能描述见后) 12.各行业网站链接

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