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基于LH7A404和LPC2214 CPU芯片实现绣花机控制系统的

小序

跟着全自动绣花机的赓续成长,机器方面的改进对机械的机能改良已经没有太大年夜的效果。因而,节制系统就成为了绣花机前进机能和低落资源的关键,也是各大年夜绣花机厂商的竞 争重点。节制系统的硬件抉择了全部系统的靠得住性和稳定性,硬件质量的短长除了 CPU 芯片之外,外围芯片的选择和电路的设计也起着至关紧张的感化。而节制系统所有的功能都 必要经由过程软件来实现,软件的设计对付将来系统的稳定运行至关紧张。

因为市场上绝大年夜部分微处置惩罚器芯片都因此 ARM 为根基,本文钻研了基于 ARM 的绣 花机节制系统的软硬件设计。首先在 LH7A404 和 LPC2214 的根基上确定了绣花机节制系统的硬件框架,具体设计了电源电路、复位电路、存储器接口电路、键盘与显示电路等详细电 路以及接口;然后按照上位机和下位机的层次构建了绣花机节制系统的软件框架,对键盘输入、图形显示、USB 驱动、花样存储与治理、串口通信等详细模块的软件进行了设计。

1 、节制系统软硬件框架

根据绣花机系统的模块划分和系统架构,硬件可以分为上位机和下位机系统,两者经由过程串行接口进行实时通信,分手环抱 LH7A404 和 LPC2214 两个 CPU 进行设计。硬件框架如图 1 所示,LH7A404 作为上层 CPU 认真输入输出接口和花样存储系统,LPC2214 作为下层 CPU 认真绣花机机器动作的节制。此中电源电路和复位电路为两个 CPU 共用。

节制系统的软件部分的设计也依据此布局划分层次,上位机系统包括键盘输入、图形显 示、USB 驱动、花样存储与治理,下位机系统即为机电节制模块,包括机电节制系统和机 电履行系统。软件框架如图 2 所示。

2、 节制系统硬件设计

2.1 电源电路

开关电源系统供给 5V 和 12V 两套电源,5V 电源用于驱动各 I/O 口,12V 电源直接作为机电和底层设备的驱动电源。因为全部系统节制电路的事情电压并不都是 5V 和 12V,需 要对 5V 电源进行 DC-DC 转换,是以本文采纳 TI 公司的 TPS54310PWP 电压转换芯片将 5V 电源转换成 3.3V/3A 的电源,用于给 CPU 及其外围电路供电。别的,系统 CPU 内核必要1.8V 的电压提供,且耗损电流的极限不跨越 200mA,为包管靠得住性并留下必然余量,1.8V 的电源系统供给的电流应不小于 0.5A。备份电池用于断电时给 SRAM 供电,以便及时备份 数据,必要 3.9V/0.5A 的电源提供。

2.2 复位电路

复位电路主要实现系统上电复位、手动复位和电源监控三个功能。系统上电时 CPU 状态不稳定,必要有一个复位逻辑将其初始化为某个确定的状态;系统运行历程中,法度榜样可能“跑飞”或进入逝世轮回,这时必要强行对系统手动复位;电源系统的靠得住性直接影响到节制 系统的稳定性,必要有一个监控电路来监控电源的变更。

2.3 存储器接口电路

数据存储器分为动态存储器和静态存储器两种。本节制系统中利用了同步动态存储器(SDRAM)和双口静态存储器(SRAM)。SDRAM 资源低廉,容量大年夜,利用对照广泛,在 上位机系统的设计中根据 LH7A404 存储器接口的特征选用 Micron Technology 公司的 MT48LC16M16GT-75 作为设计根基。双口静态存储器 SRAM 资源较高、容量较小,但具有 存取速率快、接口简单、掉落电后保存数据的优点。根据 LPC2214 的接口特征,设计中选用

ISSI 公司的 IS61LV25616AL 芯片,具有 512KB 的容量。 法度榜样存储器用于存储启动代码、操作系统、利用法度榜样和部分紧张数据。斟酌到系统的软件进级和数据擦写,选择 FLASH 存储器,它具有低功耗、大年夜容量、擦写速率快、可整片或 分扇区在线编程(烧写)和擦除等特征。在上位机和下位机系统的设计中,选用 INTEL 公 司的 3V StrataFlashTM 存储器 E28F128J3,其单片容量可达 16MB,有 128 个 128K 字节可擦除块,每个数据块 100000 个擦除周期。

2.4 键盘与显示电路

键盘是系统操作的输入设备,用于输入数字参数和节制敕令。本节制系统的按键统共有36 个,采纳矩阵式布局。ROW1~ROW6 和 COL1~COL7 分手为 6 行和 7 列按键的接口。将 行线 ROW1~ROW6 设为输出,输出值设为 0,列线 COL1~COL7 设为输入,在每一行和每 一列的交叉点放置一个按键,每个按键便是一个瞬时打仗开关,AT89C2051 经由过程这些接口 按照必然的频率对键盘进行准时扫描。uP_KMIDAT 和 uP_KMICLK 为 PS2 键盘接口。

显示器是系统的输出设备,用于反馈系统的运行状态,并给用户以直不雅信息,用户可以 根据提示进行响应的操作。本节制系统采纳 LCD 显示屏,没有驱动电路,必要设计驱动电路与之共同应用。设计中所选的液晶显示屏是 SHARP 公司的 5.7 寸显示屏 LQ057Q3DC12I, 其供电要求是 3.0V~3.6V,需将芯片接上 3.3V 的电压。

3 、节制系统软件设计

3.1 键盘输入法度榜样

键盘输入模块的事情义务包括键盘扫描、键盘驱动和键盘处置惩罚。键盘扫描得到按键的扫描码,键盘驱动接管扫描码并对其进行处置惩罚,将处置惩罚后的数据送至利用法度榜样,利用法度榜样得到键值信息后对信息进行处置惩罚,实现按键功能。

键盘采纳轮回扫描要领,按照设定的扫描频率对键盘输入进行检测。系统创建一个扫 描义务,当检测到合法按键之后就将该按键扫描码写入消息发送给其他义务,看护系统某键 被按下,被按键的扫描码平日放置在一个缓冲区内,直到该利用法度榜样筹备处置惩罚一个按键为止。键盘驱动由 VxWorks 操作系统的一个可选组件——多媒体库 WindML 供给[4],包括下 层驱动和上层驱动。下层驱动认真驱动设备节制器并向上层驱动传送设备的原始数据,它是 作为 I/O 驱动来实现的,被设置在系统内核。上层驱动接管来自下层驱动的设备原始数据,并进行解释处置惩罚,将其打包成一个输入事故信息,然后将该信息发送至驱动接口。 利用法度榜样经由过程驱动得到键盘的状态之后,根据从缓冲区读出的键值,按照键盘的预定义对各节制模块的组态信息进行设置,以履行响应的功能。

3.2 图形显示法度榜样

进行图形界面(GUI)的设计同样必要加载多媒体库 WindML,WindML 支持多线程和多义务,但图形的资本是必然的,为了防止多线程之间孕育发生资本冲突,必要应用互斥旌旗灯号量定资本。在应用一组绘图函数前,用 uglBatchStart(gc)经由过程互斥旌旗灯号量锁定图形高低文, 图形设备及缓冲,并暗藏光标。绘图操作完成后,再用 uglBatchEnd(gc)开释被锁定的资本, 以被其他的绘图函数应用。以下根据 WindML 的编程流程,以绘制直线为例给出一个绘图 操作的法度榜样:

{

UGL_GC_ID gc;

。..。..

uglIniTIalize(); // 初始化

。..。..

uglColorAlloc(devId, &colorTable[GREEN].rgbColor, UGL_NULL,

&colorTable[GREEN].uglColor, 1); // 设置设置设备摆设摆设颜色

。..。..

gc= uglGcCreate(devId); // 创建图形高低文

。..。..

uglBatchStart(gc); // 锁定图形资本

uglForegroundColorSet(gc, colorTable[WHITE].uglColor); // 设置前景致 uglBackgroundColorSet(gc, colorTable[RED].uglColor); // 设置背景致 uglLineWidethSet(gc, 9); // 设定线宽

uglLine(gc, 50); // 绘制直线

uglBatchEnd(gc); // 开释图形资本

。..。..

}

3.3 USB 驱动法度榜样

VxWorks 操作系统的 USB 驱动模块由四层组成:USB Client 模块、USB 主驱动、USB主节制器驱动、USB 主节制器。最低层是 USB 主节制器(USB Host Controller),这是主系 统中节制每一个 USB 设备的硬件部分。对付每个主节制器都必要开拓 USB 主节制器驱动程 序(HCD),HCD 对主节制器芯片进行了抽象,为上层软件樊篱底层硬件之间的差异。USB 主驱动(USBD)和 HCD 之间的接口容许一个或多个底层主节制器。Wind River 的 USBD 能够同时连接多个 HCD。

USBD 是在 HCD 之上的自力于硬件的模块,它经由过程供给一组抽象的办事简化了法度榜样员对上层 USB Client 模块的开拓事情,即为 HCD 和 USB Client 两个模块之间的哀乞降响应提 供统一的标准接口。USB Client 模块位于布局图最上层,属于利用法度榜样,根据详细利用的不 同,其内容和功能也不合,但都要实现与 USBD 的接口,对由 HCD 监测到并由 USBD 传送 给上层利用法度榜样的 USB 标准要求作出适当的相应。

3.4 花样存储与治理法度榜样

在花样存储系统中,花样文件因此必然的款式存入到系统内存的,以是文件的款式关系到系统能否识别花样。今朝刺绣临盆实际中盛行的花样文件款式有四种:DST 款式、DSB款式、T01 款式和 T03 款式。

当不合款式的花样文件被读入到 FLASH 之后,必要对它们进行解析,转换成内部款式 的数据布局,同时对花样数据进行各类运算和处置惩罚,包括扭转、放大年夜缩小、拉伸、镜像等。 花样处置惩罚历程便是系统调用接口函数实现处置惩罚义务。

3.5 串口通信法度榜样

因为串口传输涉及到上位机 CPU 和下位机 CPU 之间的通信,是以作出命名约定:上位机 CPU 称为“左”侧,代码寄放在以 left_*开首的文件中,下位机 CPU 称为“右”侧,代 码寄放在以 right_*开首的文件中。串口模块布局大年夜体可分为节制层、传输层和驱动法度榜样, 串口传输层的感化在于向上层系统供给透明而高效的传输接口,用于两个 CPU 之间的数据 交互。

4 、结语

本文根据 ARM 处置惩罚器的选型原则,选择 LH7A404 和 LPC2214 为高低位机 CPU 芯片;将绣花机节制系统的硬件分为上位机和下位机两部分,在周全斟酌系统功能需求的根基上,环抱已选定的高低位机 CPU 确定了硬件框架。具体设计了电源电路、复位电路、存储器接 口电路、键盘与显示电路等详细电路。然后按照上位机和下位机的层次构建了绣花机节制系 统的软件框架,以 VxWorks 操作系统为平台,在 Tornado 开拓情况下设计了键盘输入、图形显示、USB 驱动、花样存储与治理等模块法度榜样。

本文作者立异点:将基于 ARM 嵌入式系统技巧引入绣花机节制系统,具体设计了绣花机节制系统的软硬件系统,具有技巧先辈、功能精简、高性价比等特征。

责任编辑:gt

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