臺灣博碩士論文加值系統

嵌入式系統的設計技術，在今日的工業應用上漸趨成熟與普遍，而極多的系統都開始採用這種設計，並以需要高穩定性、即時性、經常重置的應用最為適合；再者，多工作業系統也因為系統硬體功能的漸趨強大而受到重視並被普遍應用，但其有待更進一步提升特性為其即時的反應能力。緣此，本論文目的在於研發製作一個嵌入式的控制硬體架構雛形，並於其內執行DSP專用的多工作業系統以達成即時控制目的。在系統的硬體上，本研究使用TMS320C32作為嵌入式系統的運算核心，並輔以EPF10K10QC208作為週邊中介控制。軟體上除了使用VHDL語言發展相對應的韌體之外，最主要成果為移植μC/OSⅡ多工作業系統核心於上述DSP晶片上，並發展即時控制的應用程式以多工方式同時控制多顆馬達。最後，本研究將展示此控制器的PID控制效果以及所完成各種硬體週邊的功能，藉以驗證所研製嵌入式系統之多工即時控制可行性。

Embedded systems now provide a more popular and mature solution for systems demanding high stability, real-time response and convenient usage. Moreover, multi-tasking operating systems are also available nowdays due to better hardware development. However, arguments on certain multi-tasking systems are directed to the real-time response ability for fast response demanding reactions. This thesis is aimed to develop and build an embedded, multi-tasking and real-time prototype system to achieve an efficient control over a plant. TI's TMS320C32 is employed as a central process unit to handle all the mathematic calculations, and an Altera's FPGA, EPF10K10QC208, is used as an interface to all peripherals. Additionally, a VHDL-based firmware in this system is developed as to perform logical functions into the FPGA. The major job in the software development is to implant a μC/OSII-based operating system into a DSP based environment, and to build a real-time multi-tasking application to control some servomotors. Finally, demonstrations of the controller performance and others peripheral functions are shown to verify the fulfillment of the objectives of this thesis.

第一章 緒論
1.1前言
1.2 嵌入式系統
1.3 即時多工作業系統
1.4 研究目的
1.5 論文架構
第二章 多工嵌入式系統之架構基礎
2.1嵌入式系統之開發流程
2.2 嵌入式系統之中央處理單元
2.3 嵌入式系統之多工作業系統平台
2.4 即時多工作業系統之概念
2.4.1 程式發展的模式
2.4.2 工作切換(context switch)
2.4.3 排程器(scheduler)
2.4.4 先取式(preemptive)核心
2.4.5 程式之再進入性(reentrancy)
2.4.6 旗號(semaphore)
2.5 數位PID控制系統
2.6 THD
2.7 本章結論
第三章 系統研製之應用工具及設備
3.1 Protel EDA 電路圖繪製軟體之使用
3.2 邏輯分析儀HP1664A
3.3 MaxPlusII FPGA程式規劃軟體
3.4 Code Composer DSP程式發展軟體
第四章 即時多工DSP系統硬體設計
4.1 16X2 LCD與 20 Buttons 鍵盤
4.1.1 16X2 LCD與 20 Buttons 鍵盤簡介
4.1.2 LCD與 20 Buttons 鍵盤電路設計
4.2 類比多工器CD4067B
4.2.1 德州儀器的CD 4067B簡介
4.2.2 類比多工器CD4067B之設計電路
4.3 類比數位轉換器AD574A
4.3.1 AD574A簡介
4.3.2 類比數位轉換器AD574A之設計電路
4.4 數位類比轉換器AD7541A
4.4.1 AD7541A簡介
4.4.2 數位類比轉換器AD7541A之電路設計
4.5 數位輸出、數位輸入、PWM、AB相編碼信號輸入電路設計
4.5.1 光耦合器6N137簡介
4.5.2 AB相編碼信號輸入電路設計
4.5.3 數位輸出、數位輸入與PWM之電路設計
4.6 週邊介面FPGA電路設計
4.6.1 FPGA EPF10K10QC208-4簡介
4.6.2 FPGA電路設計
4.7 TMS320C32數位信號處理器
4.7.1 TMS320C32數位信號處理器之簡介
4.7.2 TMS320C32數位信號處理器之電路設計
4.8 本章結論
第五章 即時多工軟體設計
5.1 FPGA韌體程式設計
5.1.1 FPGA內部之匯流排輸出入設計
5.1.2 FPGA內部之自由計數器與狀態移位器設計
5.1.3 FPGA內部之數位輸出入阜設計
5.1.4 FPGA內部之LCD資料輸出與ADC控制信號輸出設計
5.1.5 FPGA內部之PWM輸出與A-B相控制信號輸入設計
5.2 多工作業系統μC/OSⅡ之移植
5.2.1 μC/OSⅡ之簡介
5.2.2 μC/OSⅡ之程式結構
5.2.3 核心程式碼之修改
5.3 多工應用程式之撰寫
5.3.1 多工程式之寫法
5.3.2 C32DSP系統之應用程式
5.4 本章結論
第六章 實驗結果
6.1 伺服馬達PID控制系統之暫態與穩態測試
6.2 馬達PID控制系統之THD測試
6.3 多工控制系統之週邊功能
6.4 實驗結論
第七章 結論與未來展望
參考文獻
附錄A CD4067B規格表
附錄B AD574A規格表
附錄C AD7541A規格表
附錄D 6N137規格表
簡歷

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