ARM课程设计

ARM嵌入式课程设计

班级：11计科2班

小组成员：罗文华、路雪、罗浩、刘其远任课老师：辛政华

2014年月日

1摘要

由于网络与通信技术的发展，嵌入式系统在经历了近20年的发展历程后，又进入了一个新的历史发展阶段，即从普遍的低端应用进入了一个高、低端并行发展，并且不断提升低端应用技术水平的时代，其标志是32位MCU的发展。LPC2000系列ARM7为控制器包含有六路PWM波产生通道；在显示方面着多利用LED和LCD，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面；我们此次课程射界的作品主要运用了LP2000系列的微控制器芯片、产生T=10ms的PWM波，在指定的引脚输出，并将其周期，占空比的改变在LCD屏上显示。利用按键K1改变其占空比高电平的宽波，每按一次K1，T增加1ms。高电平在1ms~9ms循环改变。使用Proteus 7.5 professional 和keil进行程序编写，利用ADS和Magic ARM2200教学实验开发平台进行硬件仿真。进过软硬件调试和测试，产生了以10ms为周期的PWM波并能通过按键改变其高电平。时间不仅证明了设计方法的正确性，更增加了实践操作的经验。

关键词：LPC2000，周期，占空比，按键，PWM

2 引言

LPC2000系列微处理器工作频率为60MHz，采用基于ARMTDMI内核的32位RISC。LPC2000的外设接口非常丰富，包括UART、SPI、I2C、CAN、ADC、PWM RTC等。

这一系列微控制器LPC2114/2124/2119/2129、LPC2210/2212/2214、LPC2290/2292/22294借助片上存储加载模块实现了“零等待访问”高速闪存功能，提高了指令执行的效率。在高性能低功耗的基础上提供了增强的通信功能和片上代码保护机制。由于内置了宽度范围的串行通信接口，它们也非常适用于通信网关、协议转换器、嵌入式调制解调器。6通道的PWM 更能用于复杂的马达控制应用。

LPC2000系列微控制器能够实现零等待访问的高速闪存，这主要归功于片上的存储器加速模块。图2为存储器加速模块的结构框图。128位宽度的闪存阵列通过单独的局部总线与处理器接口，每周期可为ARM内核提供四条32位指令。这使得MCU无需经过等待状态就可直接从闪存上执行指令，从而消除了一般闪存读取时的等待时间。为了解决指令序列的变化，指令和数据的不同处理带来的等待时间，模块内部实现了预取缓冲器、避免数据读/写打乱地址序列的数据旁路和跳转跟踪缓冲器三个功能块的联合工作，并用两组128位宽度的存储器来进行并行访问，消除延时。

存储器加速模块的作用取决于系统时钟的大小。LPC2000系列片上闪存的访问时间为

50ns，对于系统时钟不高于20MHZ的应用，在一个周期内就可将闪存的内容读出，此时没必要使用存储器加速模块。时钟频率越高，当直接执行闪存中的代码时，系统性能受影响越大，此时时能存储器加速模块，可以得到接近4倍的加速，真重实现零等待高速闪存。由于LPC2000可直接从闪存执行指令们无需引导期间将代码传送到SRAM，这不仅省掉了好事有耗能的系统启动步骤，还节省了昂贵的SRAM。

对片内闪存的编程可通过几种方法来实现：通过内置的串行JTAC接口，通过串口进行在系统编程（ISP），或通过在应用编程（IAP）。

3原理与总体方案

3.1 GPIO

LP2000 系列ARM 的GPIO 具有如下特性：

a、可以独立控制每个GPIO口的方向（输入/输出模式）；

b、可以独立设置每个GPIO的输出状态（高/低电平）；

c、所有GPIO口在复位后默认为输入状态。

每个作为GPIO功能的引脚受到四个寄存器控制，分为控制方向的IOxDIR、控制输出电平状态的IOxCLR、反应引脚电平状态的IOxPIN。这四个寄存器构成一组，而一组寄存器控制着一个端口（P0、P1、P2或P3）。

注意事项：

引脚设置为输出方式是，输出状态有IOxSET和IOxCLR中最后操作的寄存器决定。LPC2000系列ARM大部分的I/O引脚为推挽方式输出，但是具有I2C总线功能的I/O引脚为开漏输出（P0.2/3 和P0.11/14）。使用这些开漏输出的引脚作为GPIO功能，并用于高电平输出或者引脚状态输入时，要接上拉电阻才能正常使用。

推挽输出的I/O引脚正常拉出/灌入电流均为4mA，短时间极限值为40mA。复位后，大部分引脚默认做为GPIO功能，并且均为输入状态。但是，有不分引脚在复位后默认作为第二功能（如：P0.27~P0.30在复位后默认为A/D输入引脚）。

LPC2210/2220/2212/2214中的P2.30和P2.31比较特殊，无论它们作为什么功能，第二功能的A/D输入始终有效，当它们连接高于3.3V的电平时，将影响它A/D装换的结果。

在LPC2000系列中，可以直接产生PWM波，而且可以灵活的产生单边的或双边的PWM 波，所谓单边，指的是在每个周期的开始，该PWM波就升高电平，因此只需要控制下降沿的时间聚可以，因此成为单边；而双边的含义是上升沿和下降沿都可以得到控制，显然，这种PWM波需要更多的控制寄存器，典型的波形如下：

（1）首先必须关闭相应的定时器，并且将定时器复位

（2）设置预分频器的数值，但是一般并不需要使用预分频

（3）设置当PWM产生用到的TIMER计数达到匹配寄存器的数值后，进行何种操作，如果是连续的产生PWM波，那么一般是选择自这个时候将产生PWM波的

TIMER复位，进而进行下一个周期的计数

（4）设置PWM的周期与占空比，这里和足以，在LPC中，PWMMRO是控制着整个PWM产生的周期的，其余的PWMMR1~6都是用来控制占空比的，而非控

制周期，这个寄存器与其他的并不一样

（5）对以上的设置进行锁存，就是将PWMMR0觉得的周期，和其他寄存器决定的占空比进行锁存

（6）设置允许相应的PWM引脚输出PWM波，同事设置了单边PWM还是双边PWM 波，值得注意的是，“允许”并不代表就是启动了PWM输出，PWM的输出时

随着TIMER的启动而启动的

（7）启动用于PWM波的TIMER，开始输出

3.2 总体方案

首先在keil软件中编写程序，应用PWM专用的标准定时器，设定相应的寄存器，并通过PWMR0来控制PWM的周期，设置所不能并保证在每次按键按下的时候起占空比可以更新，通过匹配功能及一些控制电路来产生单边沿控制的PWM波，LCD1062显示周期，和高电平的宽度，通过按键查询改变高电平的宽度。应用Proteus软件仿真，仿真实现后下载程序到Magic ARM220教学实验开发平台硬件仿真。

4 软件设计

主函数流程图如下图1所示，首先对GPIO初始化，设置P0.20脚为GPIO功能，并设置为输入，再对LCD初始化，若用LCD1602，应对LCD所连接的引脚设置为GPIO功能。

应用PWM专用的标准定时器，设定相应的寄存器，并通过PWMR0来产生PWM波，设置1ms时PWMLER更新一次占空比，按键采用查询按键方式，当没有按键时循环读P0.20的电平，由于按键上没有上拉电阻，在没有按键按下的情况下读到的电平状态为高，当有按键按下时通过控制定时器PWMLER寄存器来改变占空比的大小从而改变输出PWM波的高电平。

定时器初始化流程如图2所示，首先将MR0匹配复位PWM定时器，预分频计数器设置为零分频，PWM匹配控制寄存器设置为匹配复位，以输出固定周期的PWM波，由于采

用0分频，输出PWM 波为10ms,所以计数器上限值设置为14.000*1000000/100。

GPIO 初始化

高电平宽度加

1ms

PWM 定时器端口

初始化

LCD 初始化H=1ms 周期T=10

按键按下？YES

NO

宽度大于9ms

YES

NO

图1主函数流程图

MRO 匹配复位PWM 定时器

设置单边沿控制

通过寄存器设置周期与占空比

PWM 匹配锁存

启动PWM 的定时

器

图2 PWM 初始化

5 代码实现

部分程序如下所示：

/*void WaitKey(void) 函数说明：当没有按键按下时，一直读P0.20的电平状态，当有按键按下时，延时一段时间，再次判断P0.20的电平状态，若为低电平，则可确定按键按下，再读取P0.20的电平状态，等待按键弹起*/

#include”config.h”

#define KEY1 (1<<20) /*P0.20引脚连接KEY1 */

void WaitKey(void) //等待一个有效按键，延时去抖功能

{

uint32 i;

while(1)

{

while(IOOPIN&KEY1)!=0); //等待KEY1键按下

for(i=0;i

if((IOOPIN&KEY1)==0)

break;

}

while(IOOPIN&KEY1)==0; //等待KEY1键放开

}

V oid PWM_INIT(void) //PWM初始化代码，在需要的地方调用，根据需要改变

{

PWMPR=0x00; //不分频，计数频率为Fpclk

PWMMCR=0x02; //设置PWMMR0匹配时复位TOTC

PWMMR0=14.000*1000000/100; //设置PWM周期10ms

PWMMR5=14000; //设置PWM占空比

PWMLER=0x21; //PWMMR0,PWMMR5锁存

PWMPCR=0x2000; //允许PWM5输出，单边PWM

PWMPCR=0x09; //启动定时器，PWM使能

}

int main(void) //使用PWM5输出占空比可调的PWM波形，并在LCD上面显示

{

INT8U err,*pt,i,k-10;

INT32U pwmduty; //PWM占空比控制变量

INT16U x=0,y;

INT8U (*p)[63]=a;

GUI_Initialize(); //初始化LCM

GUI_SetColor(BLUE,WHITE); //设置前景色和背景色for(err=0;err<2;err++)

{

GUI_LoadPic(24*err+10,0,*p,24,21);

P++;

}

Dispnum(0,10);

for(err=2;err<4;err++)

{

GUI_LoadPic(24*(err-2)+10,0,*p,24,21);

P++;

}

Dispnum(1,1); //显示周期默认信息

PINSEL1=0x00000400; //设置PWM5连接到P0.21引脚PINSEL0=0x00000000;

PWM_INIT(); //PWM初始化

pwmduty=14000;

PWMMR0=14.000*1000000/100; //设置PWM周期10ms i=1;

while(1)

{

PWMR5=pwmduty; //设置PWM占空比

PWMLER=0x21; //PWMR0，PWMR6锁存，更新

WaitKey(); //等待按键

I++;

if(i==10) i=1;

Dispnum(1,i); //显示高电平时间

pwmduty+=14000; //改变PWM占空比控制变量

if(pwmduty>=140000)

Pwmduty=14000;

}

return 0;

}

6 软件调试

主要运用keil软件进行软件调试，通过主函数调用子函数实验设计要求的功能，利用仿真软件观察现象。Keil软件可以通过软件窗口的模拟检测输出信号的高低电平以及单片机相关端口的变化。常用的调试按钮：Reset相当于单片机最简，系统的复位按钮，按下后，所有的系统状态将变成初始全速运行，相当于单片机的通电执行；step into 逐语句进入并单步执行step over 逐过程；step out跳出。

软件的调试主要是修改程序语法错误，通过观察各寄存器的变化，与输入输出口的变化也可以发现逻辑错误。语法错误可以通过下方的提示改正，而逻辑错误则需要通过keil和Proteus仿真改正。

读取按键时，若将程序中的变量设置为16位或8位与IOOPIN相与则不能正确读取到按键值，此处应将变量改为32位。LCD1602若不添加读忙函数，则应在LCD子函数中加入适当的延时，否则LCD的读写速度跟不上芯片的速度，特别是在写指令时，应加入较大的延时。

7 总结

在此次ARM嵌入式课程设计中，经过我们小组成员的共同努力，结合课本知识的多方面的资料，最终有了以上的收获，虽然最后调试的结果无法显示，但整个过程我们都已基本具备，大体满足此次课程设计的要求。

通过此次的课程设计，我们综合掌握了ARM嵌入式的基本知识，并熟练掌握了keil 等软件的运用，以及对于嵌入式开发的了解。同时我们也认识到自身的不足，编程与硬件操作方面都有待提高。我们会在今后的学习中不断汲取经验教训，争取尽快提高各方面的能力。