嵌入式PPT

推出了全新的STM32 F4系列高性能微控制器产品。作为STM32平台的新
产品，STM32 F4系列基于最新的ARM Cortex-M4内核，在现有的 STM32微控制器产品组合中新增了信号处理功能，并提高了运行速度。
STM32F407性能介绍
定时器、3个ADC、2 LQFP100、LQFP144、 个DAC、串行接口、 外存接口、实时时钟、 LQFP/BGA176 CRC计算单元和模拟 真随机数发生器 2个USB OTG接口；1 个支持MII和RMII的 10/100M以太网接口， 硬件支持IEEE1588 V2 协议；1个8-14位并行 相机接口
⑤ 使能ADC。
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
⑥配置规则通道参数：
ADC_RegularChannelConfig(); ⑦开启软件转换：ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1);
⑧ 等待转换完成，读取ADC值。
ADC_GetConversionValue(ADC1);
H桥驱动电路
电机顺时针转 Q1，Q4截止 Q1，Q4导通 Q2，Q3截止 H桥驱动电路 电机逆时针转
Q2，Q3导通
通过对管的导通 控制电机转动
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第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
STM32F407介绍 定时器产生PWM以及H桥电路 霍尔传感器及AD采集 缓冲算法
就应用于智能电动轮椅等领域 ,关键在于电机的控制 必须灵活、实用、安全。 因此 ,在 H 桥电路和 PWM 的基础 上 ,针对两路电机设计了一套相应的算法策略 ,实现了良 好的控制效果。
缓冲算法的适用 情况
1) 两电机转向不变 ,二者可应用缓启动或缓制动
算法 (加速或减速时 ) ;
2) 左电机转向突变、右电机转向不变 ,此时左电 机应用缓变向算法 ,右电机可应用缓启动或缓制 动算法 ; 3) 右电机转向突变、左电机转向不变 ,此时右电 机应用缓变向算法 ,左电机可应用缓启动或缓制 动算法 ; 4) 两电机转向均突变 ,此时两电机均应用缓变向 算法。
霍尔效应
如图1所示，在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施 加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电 势差为UH的霍尔电压， 它们之间的关系为 其中d 为薄片的厚度，k称为霍尔系数，它的大小与薄片的材料有关。 上述效应称为霍尔效应，它是德国物理学家霍尔于1879年研究载流导体在 磁场中受力的性质时发现的。 霍尔元件 根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。它具有对磁场敏
感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点
，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
霍尔传感器
由于霍尔元件产生的电势差很小，故通常将霍尔元件与放大器电路、温 度补偿电路及稳压电源电路等集成在一个芯片上，称之为霍尔传感器。 霍尔传感器也称为霍尔集成电路，其外形较小，如图2所示，是其中一 种型号的外形图。 线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出 模拟量。
速度的确定
①模糊设计。 Y = 10 X 、Y = - 10 X 与 Y 轴形 成了 4 个区间 a、b、c、d ,在 a、b 区间中设 计 PWM 值为 : PL = PR =Py×2 , 在 c、d 区间 中设计 PWM 值为 : PL = PR = Py ×( - 2) , 即在 这 4 区间中两电机 PWM 值保持相等 ,从而保 证了一定的直线前进和直线后退的性能。 同样 ,为保证一定的零半径转弯性能也可进 行类似的设计。 ②回零设计。 在原点附近的区域内 , 即 PL ^2 + PR ^2 ≤R PWM ^2, 令 PL = PR = 0 。这 样可以消除小的震动 ,得到较好的平稳性。
缓冲算法的类别
缓启动算法、缓制动算法和缓变向算 法 3 种缓冲算法
缓冲 启动 和缓 制动 算法
区间转向算法
为实现轮椅在各种地段条件下的灵活转弯控制 , 改进了传统的霍尔摇杆控制方法 , 设计了新式的区 间算法逻辑。 对霍尔摇杆 AD 值的 90°直角坐标系 ,进行适当的 变换 ,可建立 360°的直角坐标系。 以 X 坐标为例 , 计算公式如下 : ( Y 坐标变换与 X 坐标变换相同。) 归一化 : X′ = X/ 2^10 挡位设计 : X″ = X′ ×C 坐标转换 : X″′ = X″- C/ 2 (9) (10) (11) 区间划分由 X 轴、Y 轴、X + Y = 0 直线 和X - Y = 0 直线在平面内相交形成的四 大区域共 8 个区间组成 ,如图 所示。 这 样的划分方式可实现轮椅转向时的小角 度大半径转弯、大角度小半径转弯和原 地零半径转弯 ,从而提高了轮椅控制的 灵活性和舒适性。 具体原理分析如下。
PWM 输出的频率，这就是 PWM 输出的原理。
向上计数配置
当TIMx_CR1寄存器中的DIR位为低 的时候执行向上计数。左面是一个 PWM模式1的例子。当 TIMx_CNT<TIMx_CCRx时PWM信号 参考OCxREF为高，否则为低，如果 TIMx_CCRx中的比较值大于自动重 装载值（TIM_ARR),则OCxREF保持 为'1'。如果比较值为0，则OCxREF 保持为‘0’。左图为TIMx_ARR=8时 边沿对齐的PWM波形实例。
个42Mbit/s的SPI、3个I2C、2个CAN、1个SDIO）；
音频：音频专用锁相环和2个全双工I2S；
PWM简介
脉冲宽度调制（PWM）
脉冲宽度调制（PWM）英文是“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，
是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，简单一点，
智能轮椅发展趋势
智能轮椅作为医疗护理领域的
服务机器人，其应用大量使用了移
动机器人技术。在智能轮椅的研究 中涉及到的关键技术有导航系统、
控制和能源系统、人机接口，但由
于整个轮椅系统以人为中心，所以 在研究中要解决的核心是轮椅的安
全导航问题。所谓导航即是指移动
机器人按照预先给定的任务命令， 根据已知的地图信息作出全局路径 规划，并在行进过程中，不断感知 周围的局部环境信息，自主地作出 各种决策，并随时调整自身位姿， 引导自身安全行驶到达目标位置。
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第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
STM32F407介绍 定时器产生PWM以及H桥电路
霍尔传感器及AD采集
缓冲算法
STM32F407 介绍
在中国“三网融合”大势所趋之下，未来几年，中国数字电视、电子 游戏机等数字消费电子产品和高端家用电器市场需求旺盛，再加之工业领 域持续的强劲增长，将极大拉动市场对16、32位高端MCU的需求。 ARM公司2010年02月24日宣布推出新款嵌入式处理器Cortex-M4， 这也是这种高性能低功耗嵌入式方案的第四代产品，之前三代分别是 Cortex-M0/M1/M3。 Cortex-M4是一种面向数字信号处理(DSC)和高级微控制器(MCU)应 用的高效方案，具有高效率的信号处理能力，同时还有低功耗、低成本、 简单易用等特点。 为了进一步巩固公司在32位MCU市场的领先地位，意法半导体重磅
就是对脉冲宽度的控制，PWM原理如上图所示：就是一个简单的 PWM 原理示意图。 图中，我们假定定时器工作在向上计数 PWM模式，且当 CNT<CCRx 时，输出 0， 当 CNT>=CCRx 时输出 1。那么就可以得到如上的 PWM示意图：当 CNT 值小于 CCRx 的时候， IO 输出低电平(0)，当 CNT 值大于等于 CCRx 的时候，IO 输出高电 平(1)，当 CNT 达到 ARR 值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。改 变 CCRx 的值，就可以改变 PWM 输出的占空比，改变 ARR 的值，就可以改变
输出电压与外加磁场强度呈线性关系，
如图3所示，可见，在B1～B2的磁感应强 度范围内有较好的线性度，磁感应强度超 出此范围时则呈现饱和状态。
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第一部分 第二部分
STM32F407介绍
定时器产生PWM以及H桥电路 霍尔传感器及AD采集
第三部分
第四部分
缓冲算法
缓冲算法
缓冲算法的必要性
多种 封装 形式
先进 外设
多种 接口
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第一部分 第二部分 第三部分 第四部分
STM32F407介绍 定时器产生PWM以及H桥电路
霍尔传感器及AD采集
缓冲算法
F4系列技术优势：
采用多达7重AHB总线矩阵和多通道DMA控制器，支持 程序执行和数据传输并行处理，数据传输速率极快； 内置的单精度FPU提升控制算法的执行速度，给目标应用增 加更多功能，提高代码执行效率，缩短研发周期； 高集成度：最高1MB片上闪存，192KB SRAM，复位 电路，内部RC振荡器、PLL锁相环、低于1μ A的实时 时钟（误差低于1秒）； 最多15个通信接口（包括6个10.5Mbit/s的USART、3
STM32F4x ADC特点
STM32F4x ADC通道的单次转化流程
① 开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入。
RCC_AHB1PeriphClockCmd (RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE); RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE); GPIO_Init();
区间转向算法
电机旋转方向设计如下： ( DIR L (R) 表示左 (右) 电机转向 ,0 表示反转 ,1 表 示正转。) 区域Ⅰ：（1.1）前进 区域Ⅱ：（1.0）右转
（DIR L， DIR R ）=
区域Ⅲ：（0.1）左转 区域Ⅳ：（0.0）后退
速度的确定
两路电机的 PWM 值是基于 8 个区间 得到的 ,每个区间有相对应的左右电机 PWM 值 ,第 1 、3 、5 、7 区间计算方法 如下所示。 ( Px ( y) 即为经坐标变换后 X″′( Y″′) , PL ( R) 为左(右) 电机的 PWM 值 , Pmax 为当前挡位的最大允许PWM 值。)
ADCபைடு நூலகம்介
Analog-to-Digital Converter 的缩写。指模/数转换器或者模 拟/数字转换器。是指将连续变 量的模拟信号转换为离散的数字 信号的器件。 典型的模拟数字转换器将模 拟信号转换为表示一定比例电压 值的数字信号。
Vin=53，100_000→100_000→110_000→110_000→111_000 →…→110_101
② 复位ADC1，同时设置ADC1分频因子。
ADC_DeInit(ADC1);
③ 初始化ADC_CCR寄存器。
ADC_CommonInit();
④初始化ADC1参数，设置ADC1的工作模式以及规则序列的相关信息。
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct)；
汇报人：兰伟 张昆 杨佳乐 薛斐 杨欢
成员分工
兰伟
张昆
薛斐
杨欢
杨佳乐
项目实践人 主讲人
文档编辑 资料收集
STM32F407 介绍
定时器产生 PWM
霍尔传感器 及AD采集
智能轮椅
据有关统计资料显示，我国目前需要使用轮椅的人口总 数超过2000万人（包括下肢残疾和行走不便的老年人）。而 随着社会的老龄化和我国总人口的不断增长，该数字也在不 断增加。近年来，随着人们生活水平的不断提高，人们已经 不再满足于使用普通轮椅，而对电动轮椅的需求越来越大。 目前国内外生产普通电动轮椅的生产厂家很多，但这些 电动轮椅仅仅是以电力取代人力，不能实现智能交互和控制， 用户在使用时很容易出现与所处环境中的物体碰撞的情况， 操作并不方便。因此，具有良好人机交互接口和环境感知功 能的高性能低成本智能型电动轮椅将在家庭、医院、宾馆、 旅游景点等多种场所具有良好的应用前景。