低成本ARM系列LM3S101微控制器的结构与应用

1 LM3S101芯片的架构与特点

1.1 架 构

• 图1是LM3S101 芯片电路图和EasyArm101开发套件实物图。

LM3S101采用哈佛架构、Thumb-2指令集。芯片内部集成了8 KB单周期的Flash ROM，2 KB单周期的SRAM，2个32位定时器，1个同步串行接口(SSI)，1个遵循ARM FiRM规范的看门狗定时器，1个UART，2个模拟比较器以及18个GPIO等，时钟频率为20 MHz。

1.2 应用特点

◆存储治理方式简单；

◆具有硬件位操作能力；

◆中断响应快捷；

◆定时器与脉宽调制PWM功能；

◆同步和异步串行接口。

2 开发环境和过程

2.1 开发环境

支持LM3S101芯片开发的集成环境有好几种，本文以Keil μVision3 for ARM软件为例来介绍开发环境。该软件集成了编译器、链接器和调试器等，其使用方式与Keil for C51相似。针对LM3S系列控制器提供的函数库名为Stellaris Drivet Library。

2.2 开发过程

① 开发软件安装：安装KeilμVision3 for ARM软件。

② 调试器驱动安装：将ULINK调试器连接到计算机，选择"自动搜索驱动"选项安装。

③ 设置编译器：选择Project→"Components，Environ-ment；Books"进入编译器设置界面，选择RealView编译器。选中"Use RealView Complier"选项，其他选默认设置。

④ 建立工程：选择Project→"New Project"，输入工程名，选择对应的MCU型号LM3S101。按软件提示复制相应的启动代码。该启动代码用汇编编写，它主要对堆栈和中断向量进行初始化。接下来需将DriverLib.lib文件导入到工程，该文件就是Stellaris Driver Library的二进制版本，导入以后就可以在程序中调用库函数。

⑤ 程序调试：应用程序编写完成后，按F7编译。编译通过以后，选择Flash→Download菜单，就可以将程序下载到LM3S101上。

3 LM3S101应用实例

3.1 直流电动机调速控制

使用PWM控制直流电动机调速是通过调节输出方波的占空比来实现的，这里采用定频调宽法，即方波的周期不变，只改变方波宽度。当PWM输出占窄比为50％时，电机处于静止状态；当占空比小于50％时，电机反转；当占空比大于50％时，电机正转。调节占空比就可以改变转速。按键KEY1和KEY2用来控制占空比进行调速实验，按下KEY1时占空比提高10％，按下KEY2时占空比降低10％。

3.1.1 直流电动机调速原理

直流电动机PWM调速控制原理图如图2所示。其中，TA7291S是直流电动机驱动芯片，工作电压为4～20V，最大输出电流为0.4 A。

3.1.2 直流电动机调速程序设计

程序流程图如图3所示。初始化程序将PWM占空比设置为50％，将PA5和PA4设置为上升沿中断触发方式。当中断发生后，由中断服务程序修改占空比，从而调节电机的转速。

3.2 步进电机运行

实验使用四相步进电机，采用单极单相激磁方法。步进电机运行通过4个输入控制信号CE、CD、SI和MO来控制。其中，CE是步进电机使能位，高电平使能，低电平禁能；CD用于控制电机转向，低电平顺时针转动，高电平逆时针转动；SI为转动量控制端，每收到一个脉冲即转动N个步进角；N的值由端口MO设置，低电平时N为1，高电平时N为10。输入控制信号由PA0～PA3进入，激磁信号由PB0～PB3输出。

3.2.1 步进电机运行控制原理

步进电动机运行控制电路原理如图4所示。其中TLP521-4为光隔芯片，UNL2003为达林顿驱动器，用于进行步进电机驱动。

3.2.2 步进电机运行控制程序设计

程序流程图如图5所示。主程序等待输入控制信号触发外部中断，每次中断转动N个步距角，其判定过程由中断服务程序实现。

结 语

LM3S101芯片性价比高，具有配套完善的软件开发工具和丰富的驱动程序库，使用C语言编程，凶此非凡适合构建32位的小嵌入式系统。本文介绍了使用开发套件EasyArm101进行直流电动机调速控制和步进电机运行控制的实例。