Archive for June 2009
与其它普通直流电机相比，步进电机最大的特点就是它可以通过输入脉冲信号来进行控制的，也就是说电机的总转动角度可以由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。正因如此，你可以用Arduino来为步进电机产生相应的脉冲信号，来精确地控制电机转动的角度和速度！
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，实际使用时通常会用到一个驱动电路来对其进行驱动，这里我们使用的是EasyDriver，使用它能够很方便地控制一个两相混合式步进电机。电路在工作时由Arduino负责给EasyDriver发送相应的控制脉冲信号，来驱动步进电机转动相应的角度。由于EasyDriver一边要接收Arduino的控制信号，一边要控制电机转过相应的角度，因此接线其实也可以分成两个部分。
一部分是同Arduino相连的GND, STEP, DIR三根接线，分别为地、步进脉冲引脚和方向控制引脚步，STEP和DIR使用Arduino上普通的数字I/O引脚即可：
另一部分则是为电机供电的GND和+V引脚（这里我使用的9V外接电源），以及与两相步进电机相连接的MA和MB这4个个引脚（分别同电机的一个相连接起来）：
为了演示的方便，我们还在A0和A1两个引脚上接上了两个按钮来分别控制电机的方向。顺便提一句，Arduino的A0 ~ A6在需要的时候也可以当成数字I/O引脚使用，其中A0对应的数字I/O为14，A1对应的数字I/O为15，依次类推。
接线并不算太复杂，最后电路接线的效果图：
相应的程序也比较简单：
int dirPin = 6; int stepperPin = 5; int switch1 = 14; int switch2 = 15; int value; void setup() { pinMode(dirPin, OUTPUT); pinMode(stepperPin, OUTPUT); pinMode(switch1, INPUT); pinMode(switch2, INPUT); } void step(boolean dir,int steps){ digitalWrite(dirPin,dir); for(int i=0; i < steps; i ++) { digitalWrite(stepperPin, HIGH); delayMicroseconds(50); digitalWrite(stepperPin, LOW); delayMicroseconds(50); // speed control delayMicroseconds(100); } } void loop(){ value = digitalRead(switch1); if (HIGH == value) { step(true,1600 * 5); } value = digitalRead(switch2); if (HIGH == value) { step(false,1600*5); } }
按照前面的连线，控制电机转动的脉冲信号是通过Arduino上的数字I/O引脚5来提供的，而电机转动方向的控制则是通过数字I/O引脚6来实现的。两个按钮开关分别接在A0和A1号引脚上，对于数字I/O引脚14和15：
int dirPin = 6; int stepperPin = 5; int switch1 = 14; int switch2 = 15;
步进电机的转动主要是通过step()函数来实现，该函数有两个参数：第一个是转动的方向，分别代表正转和反转；第二个是步进数目，即给的控制脉冲的数目。通过修改每个脉冲间隔之间的时间长度，可以非常容易地调整电机转动的速度：
// speed control
delayMicroseconds(100);
两个对step()函数的调用，分别控制电机正转/反转相应的圈数，由于每种电机步进的角度数不同，旋转一圈所需要的脉冲数也是不一样的：
step(true,1600 * 5); step(false,1600 * 5);
最后提醒一下，EasyDriver上的R6是用来限流的，调节它可以设置经过驱动芯片的电流大小。
在之前的文章中，曾经介绍了如何使用RF模块实现对Arduino的无线控制，其原理非常类似于遥控器，能够实现4个按钮的RF无线遥控。不过，对于要进行数据传输的场合，这样的解决办法就显得不太适合了，比如你要将Arduino采集到的光线传感器的数值，无线传输到PC机那端的时候。这种情况技术上称为无线数据传输，或者简称为无线数传。实现无线数传目前有不少解决方案，但最容易同Arduino连接使用的是类似于APC220这样通过串口来实现的无线数传，虽然数据传输的速度可能慢点（受限于串口的波特率），但的确不失为一种简单易用的方式，难怪很多网友都建议为Arduino加上这样的模块支持。
今天找出点时间来摆弄摆弄这个APC220了，厂家寄给我的模块没有任何说明，好在网络上能找到一些说明，另外就得自己摸索了。首先发现的问题是厂家给的USB适配器似乎于APC220不是很匹配：引脚的数目不一样。这个嘛，似乎不难理解，可能为了兼容不同的产品，或者至少可以说这一适配器不是为APC220专门设计的。USB适配器上用的芯片是CP2102，于是先到Silicon Laboratories网站下载相应的驱动程序，我下载的文件为cp210x_vcp_win2k_xp_s2k3.zip，解压缩后是一个exe文件，直接执行然后按照提示一步一步完成驱动的安装。
驱动安装完成之后，将USB适配器插入到PC机的USB接口中，Windows会提示找到相应的硬件，并对其进行相应的安装和配置：
当Windows提示你硬件已经可以使用之后，在设备管理器的“端口（COM 和 LPT)”下面可以找到CP2102虚拟出来的串口：
现在可以将一个APC220模块连接到USB适配器上了，由于USB适配器与APC220的引脚数目并不一致，连接时要注意插入的位置：
打开APC220厂家提供的设置程序RF-ANET，之前CP2102默认找到的串口为COM87，但RF-ANET程序似乎不能正常地打开这一端口。
在设备管理器中将串口设置成COM4后，重新插入USB适配器并打开RF-ANET，单击“Read R”按钮，一切正常，状态栏上显示“read succeed!”，表明已经能够正常地跟APC220通讯上了！
这样PC端APC220的测试环境就建议好了，现在来看Arduino这一端端。APC220模块与Arduino之间的连线有4条：5V, GND, TX和RX，需要注意的是，APC220和Arduino都是单独的串口设备，因此Arduino上的发送端TX应该与APC220上的接收端RX连接起来，同理Arduino上的RX应该与APC220上的TX连接起来：
APC220模块的默认波特率设置为9600，因此先用下面的代码来进行测试，注意在向Aduino下载程序时，先断开同APC220模块TX和RX上的连线，否则会出现下载无法正常的情况。
int val = 0;
int ledPin = 13;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
val = Serial.read();
if (-1 != val) {
if ('A' == val || 'a' == val) {
Serial.println("Hello from Arduino!");
}else if ('B' == val || 'b' == val) {
digitalWrite(ledPin, HIGH);
delay(500);
digitalWrite(ledPin, LOW);
}
}
}
总结一下，现在我们已经分别在PC和Arduino上连接了一个APC220模块，并且已经向Arduino里面写入了相应的测试代码。一切都准备好之后，现在我们来进行相应的测试。首先要注意的是我们必须用外接电源的方式对Arduino进行供电，这是因为如果连接上USB线的话，相应的FT232模块会被激活，这样FT232实现的串口和ACP220上的串口就会因为冲突导致通信不正常：
在将加电后的Arduino放到房间里的一个角落之后，现在来配置PC端。APC220模块通过其USB适配器之后，其原理上也相当于一个串口，因此我们可以用Arduino自带的开发环境来进行测试，只是这一情况下你的PC上连接的不再是Arduino，而是APC220 USB适配器。连接好APC220 USB适配器后，打开Arduino，在“Tools” -> “Serial Ports”菜单下选择USB适配器虚拟出来的“COM4”（与之前的设置一致）。接着打开Arduino里的“Serial Monitor”，发送A字符，会收到Arduino传回来的“Hello from Arduino!”，发送B字符可以点亮Arduino上的13号LED（持续0.5秒）：
终于忍不住要开始玩ARM了！虽然AVR单片机是个好东西，Arduino也是个好东西，但无奈其速度对于某些需要大量计算的应用来讲还是有点低。当然，其实这只是一个借口，因为现在做的项目也没有复杂到那个程度，主要还是为了满足自己喜新厌旧的本性罢了;-)
虽然以前也玩过ARM，但那时候都是成形的系统了已经，自己无非是写写驱动做做应用，底层硬件对我来讲基本也就是一个“黑匣子”。这回我的目的自然不是移植一个操作系统，然后跑几个应用这么简单啦，所以在挑选开发板的时候自然就有所考虑了。这所谓的考虑说到底就只有一个原则：越简单越好，因为我要从最小系统玩开始！
最后挑选的是一块基于STM32F103 VET6芯片的最小系统开发板，板子上就只带一个JTAG接口，以及用来给芯片供电的USB接口和电源插座，其它所有引脚均通过2.54插针的方式引出，正好满足虐待自己的目的。当然，为了能够向开发板中下载程序，一条编程电缆自然是少不了的，与这个板配套使用的是JLink（估计应该是clone的）。
板子拿到手后，第一感觉就是做工比较细致，算是自己下一步追求的目标:) 前两天忙了点别的，昨天才正式开始给板子上电，试着装了开发板自带的JLink驱动，没有费什么劲系统就找到了该下载线，于是立即转向OpenOCD。OpenOCD是德国人的一个开源项目，主要目的是实现一个在线调试器，同时也能够实现程序烧写等目的，目前支持很多种编程线，这与我对想像中的STM32环境构想一致，所以很快就决定使用它了。
现在的问题是怎么让手头的这个JLink能够与OpenOCD通信上。首先按照YAGARTO网站上介绍的步骤在Windows下安装好了OpenOCD，可惜这个好像并没有编译进对JLink的支持。于是从OpenOCD的官方网址下了一个最新的安装文件安装后，并按照网友在Mac下的步骤启动OpenOCD，毫无悬念地得到了如下的出错信息（玩家第一规律：出错是必然的，出什么错是偶然的）：
Error: Cannot find jlink Interface! Please check connection and permission.
好了，开始猜原因吧！Google依然是最好的助手，先把出错信息Search一把，发现Sparkfun上有人也在讨论类似的问题，但没有给出解来。同时也有人非常肯定地指出说OpenOCD是支持JLink的，至少在Linux系统上是没有问题。从各种收集到的信息来看，我想可能会是下面几个原因：
- OpenOCD不支持clone的JLink
- 需要重新编译OpenOCD的代码
- Windows下OpenOCD对JLink的支持不完备
第二条很快经过实践检验之后被证明是不对的，但自己也不是完全没有收获，至少整理出了OpenOCD在Cygwin下的编译过程：
$ svn co http://svn.berlios.de/svnroot/repos/openocd openocd $ cd openocd/trunk/ $ ./bootstrap $ ./configure --enable-jlink $ make
编译完成之后，使用下面的配置文件stm32cfg运行openocd命令：
$ ./openocd.exe -f stm32.cfg
得到的错误依然是无法找到JLink。好在开源虽然有层出不穷的问题，但不管什么时候你都可以拿到代码去寻找问题所在。OpenOCD是拿C语言写的，在做了一些简单的分析和调试之后，确认应该是通过libusb无法得到USB设备所至的，也就是jtag/jlink.c文件中的这一条语句：
busses = usb_get_busses();
接着Google，原来这个是LibUsb-Win32库，有人在讨论说Vista64下这个库没法用，但显然不属于我的情况。由于怀疑可能是libusb库版本导致的问题，把之前安装的OpenOCD全部删除，但编译依然能够通过，原因是Cygwin的/bin/cygusb0.dll文件似乎就是这个库。抱着试试看的态度，下载了LibUsb-Win32官方的安装包重新安装，安装完后运行其测试程序，终于能够顺利找到J-Link这个设备了：
此时再运行openocd命令，看起来就一切正常了：
$ ./openocd.exe -f stm32.cfg Open On-Chip Debugger 0.2.0-in-development (2009-06-06-01:25) svn:2076 BUGS? Read http://svn.berlios.de/svnroot/repos/openocd/trunk/BUGS $URL: http://svn.berlios.de/svnroot/repos/openocd/trunk/src/openocd.c $ 500 kHz Info : J-Link ARM V6 compiled Apr 1 2009 11:56:10 Info : JLink caps 0x19ff7bbf Info : JLink hw version 60000 Info : JLink max mem block 8832 Info : Vref = 3.287 TCK = 1 TDI = 0 TDO = 1 TMS = 0 SRST = 1 TRST = 1 Info : J-Link JTAG Interface ready Info : JTAG tap: stm32.cpu tap/device found: 0x3ba00477 (Manufacturer: 0x23b, Part: 0xba00, Version: 0x3) Info : JTAG Tap/device matched Info : JTAG tap: stm32.bs tap/device found: 0x06414041 (Manufacturer: 0x020, Part: 0x6414, Version: 0x0) Info : JTAG Tap/device matched
试着用telnet连接到OpenOCD
C:\Documents and Settings\Administrator>telnet localhost 4444 Open On-Chip Debugger >
再按照STM32 Primer programming with OpenOCD on GNU/Linux中的说明执行了几个测试命令：
> halt target was in unknown state when halt was requested
这个命令像是挂起CPU？
> flash probe 0 device id = 0x10016414 flash size = 512kbytes flash 'stm32x' found at 0x08000000
这个命令是用来检测Flash类型的。
> flash erase_check 0
这个是命令是检查Flash中特定块是否擦除，这就算开始对ARM动刀了已经;-)
> flash erase_check 0
过了一把擦除Flash的瘾！
中间有一个小的插曲，开始的时候将stm32.cfg中的JTAG时钟设置成自动识别的，似乎不是很稳定。刚开始的时候还能够正常地跟STM32通信上，后来就一直报错，并且需要重新启动计算机，再能够再次工作。
jtag_khz 0
这一问题一直困扰了我一个晚上，今天早上把这一频率设置成固定值后，稳定了不少：
jtag_khz 500
目前暂时先宣告JLink + OpenOCD部分正常工作吧，接下去硬件要实现的目标，是用基于FT2232的编程电缆，实现对STM32的控制，这还需要假以时日。软件上就相对明确多了：编译ARM上运行的HelloWorld，并下载到STM32中运行！
