ARM嵌入式系统实验指导书文档格式.docx

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（13）提供详细的使用教材，实验例程。

（14）可进行GPIO的控制实验，如LED控制、键盘输入、蜂鸣器控制、模拟SPI等；

（15）可进行外部中断实验，学习向量中断控制器（VIC）；

（16）定时器控制实验，如定时控制LED、匹配比较输出等；

（17）使用RS232转换电路，完成UART通讯实验；

（18）使用板内的CAT24WC02，完成I2C总线的实验；

（19）使用74HC595芯片，实现SPI接口数据发送、接收实验；

（20）具有PWM输出测试点及滤波电路，实现PWM输出、PWMDAC实验；

（21）实时时钟控制实验；

（22）WDT及低功耗控制实验；

（23）ADC数据采集实验。

二、硬件原理

1.原理图

EasyARM2100开发实验板电路原理图如图1所示。

图1EasyARM2100开发实验板电路原理图

2.原理说明

（1）电源电路

LPC2114/2124/2119/2129/2194要使用两组电源，I/O口供电电源为3.3V，内核及片内外设供电电源为1.8V，所以系统设计为3.3V应用系统。

首先，由CZ1电源接口输入9V直流电源，二极管D2防止电源反接，经过C1、C3滤波，然后通过78M05将电源稳压至5V，再使用LDO芯片（低压差电源芯片）稳压输出3.3V及1.8V电压。

LDO芯片采用了LM1117MPX-1.8和LM1117MPX-3.3，其特点为输出电流大，输出电压精度高，稳定性高。

系统电源电路如图2所示。

图2系统电源电路

LM1117系列LDO芯片输出电流可达800mA，输出电压的精度在±

1%以内，还具有电流

限制和热保护功能，广泛用户在手持式仪表、数字家电、工业控制等领域。

使用时，其输出

端需要一个至少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。

注意：

EasyARM2100开发实验板使用的电源是9V直流电源，由CZ1电源接口输入，接头上

的电源极性为外正内负。

（2）复位电路

由于ARM芯片的高速、低功耗、低工作电压导致其噪声容限低，对电源的纹波、瞬态

响应性能、时钟源的稳定性、电源监控可靠性等诸多方面也提出了更高的要求。

本实验板的

复位电路使用了专用微处理器电源监控芯片MAX708SD，提高系统的可靠性。

由于在进行

JTAG调试时，nRST、TRST是可由JTAG仿真器控制复位的，所以使用了三态缓冲门74HC125

进行驱动，电路如图3所示。

图3系统复位电路

如图3，信号nRST连接到LPC2114芯片的复位脚

，信号nTRST连接到LPC2114芯片内部JTAG接口电路复位脚

。

当复位按键RST按下时，MAX708SD立即输出复位信号，其引脚

输出低电平导致74HC125C、74HC125D导通，信号nRST、nTRST将输出低电平使系统复位。

平时MAX708SD的

输出高电平，74HC125C、74HC125D截止，由上拉电阻R4、R5将信号nRST、nTRST上拉为高电平，系统可正常运行或JTAG仿真调试。

（3）系统时钟电路

LPC2114/2124/2119/2129/2194可使用外部晶振或外部时钟源，内部PLL电路可调整系统时钟，使系统运行速度更快（CPU最大操作时钟为60MHz）。

倘若不使用片内PLL功能及ISP下载功能，则外部晶振频率范围是1MHz～30MHz，外部时钟频率范围是1MHz～50MHz；

若使用了片内PLL功能或ISP下载功能，则外部晶振频率范围是10MHz～25MHz，外部时钟频率范围是10MHz～25MHz。

EasyARM2100开发实验板使用了外部11.0592MHz晶振，电路如图4所示，用1MΩ电阻R6并接到晶振的两端，使系统更容易起振。

用11.0592MHz晶振的原因是使串口波特率更精确，同时能够支持LPC2114/2124/2119/2129/2194芯片内部PLL功能及ISP功能。

图4系统时钟电路

（4）JTAG接口电路

采用ARM公司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口，JTAG信号的定义及与LPC2114的连接如图5所示。

图中，JTAG接口上的信号nRST、nTRST与开发实验板的复位电路连接（参考图3），形成线与的关系，达到共同控制系统复位的目的。

根据LPC2114的应用手册说明，在RTCK引脚接一个4.7KΩ的下拉电阻，使系统复位后LPC2114内部JTAG接口使能，这样就可以直接进行JTAG仿真调试了。

如果用户需要使用P1.26～P1.31作I/O，不进行JTAG仿真调试，则可以在用户程序中通过设置PINSEL2寄存器来使LPC2114内部JTAG接口禁能。

另外，在TRACESYNC引脚通过跳线器JP12接一个4.7KΩ的下拉电阻，可以在系统复位时使能/禁能跟踪调试端口，禁能时（JP12断开）方可使用P1.16～P1.25作I/O。

图5JTAG接口电路

（5）串口及MODEM接口电路

由于系统是3.3V系统，所以使用了MAX3232进行RS232电平转换，MAX3232是3V工作电源的RS232转换芯片。

另外，LPC2114/2124/2119/2129/2194的UART1带有完整的调制解调器（MODEM）接口，所以要使用8路的RS232转换芯片SP3243ECA（或MAX3243ECA）。

如图6所示，JP5、JP6分别为UART0、UART1口线连接跳线，当把它们断开时，这些口线保留给用户作为其它功能使用。

图6串口及MODEM接口电路

当要使用ISP功能时，请把JP5短接，然后将PC的串口（如COM1）与开发实验板的CZ2相连，使用UART0进行通讯。

同时还要把JP8短接，使ISP的硬件条件得到满足。

用户通过CZ3直接连接MODEOM，由LPC2114/2124/2119/2129/2194的UART1控制MODEM拔号、通讯等等。

需要注意的是，LPC2114/2124/2119/2129/2194的ISP使能管脚（P0.14口）与DCD1功能脚复用，在系统复位时若P0.14口为低电平，则进入ISP状态；

同样，在程序仿真调试过程中，若把JP8短接，则DCD1保持为低电平，影响MODEM接口正确使用。

（6）键盘电路

EasyARM2100开发实验板具有6个独立按键，分别为KEY1～KEY6，如图7所示。

由于GPIO作为输入时，内部无上拉电阻，所以要使用R17～R22等6个上拉电阻，当没有按键时，口线值为1，当按键按下时为0；

而R11～R16为口线保护电阻，即当连接按键的I/O设置为输出时，这几个电阻保证了输出口不会直接对地短路。

其中，KEY1、KEY5所连接的口线为P0.16、P0.20，这两个口分别与外部中断EINT0、EINT3复用，所以可用这两个按键进行外部中断的实验、唤醒掉电CPU的实验。

图7键盘电路

（7）LED显示电路

在显示方面，EasyARM2100开发实验板采用了一片74HC595驱动一位静态共阳LED数码管，如图8所示，其时钟（SCK）、数据（SI）分别接到LPC2114的SPI接口的SCLK0、MOSI0，这样就可以发送数据到74HC595；

片选（RCK，即74HC595输出触发端）与P0.29口连接，由P0.29控制74HC595数据锁存输出；

而最高位输出（SQH）连接到LPC2114的SPI接口的MISO0，可用来读回数据。

这样连接就可以进行SPI接口控制实验，并能把74HC595的移位输出读回来（由MISO0读回）。

这一部份电路可用JP3跳开。

在使用硬件SPI接口主方式时，要把SPI0/1的4个I/O口均设置为SPI功能，如P0.4、P0.5、P0.6、P0.7，而且SSEL0/1引脚不能为低电平，一般要接一个10KΩ的上拉电阻。

图8SPI驱动显示电路

另外，EasyARM2100开发实验板还具有4个独立的发光二极管LED1～LED4，分别由P0.22～P0.25输出控制，输出1时对应的LED熄灭，输出0时对应的LED点亮，电路如图9所示。

这一部份电路可用JP4跳开。

电路采用了I/O口灌电流的驱动方式来驱动LED，这样做主要是因为I/O口能提供的灌电流大于其拉电流，保证了LED的显示亮度。

如图9，限流电阻为470Ω，则当I/O输出0时，流过LED的电流计算公式如公式1所示。

图9LED控制电路

（公式1）

其中，Vled为发光二极管的导通压降值，一般为1.7V。

（公式2）

若需要进行大量数据显示，则可使用EasyARM.exe软件进行模拟显示。

EasyARM.exe是一款用于EasyARM2100开发实验板的上位机软件，具有8位模拟数码管显示，全仿真DOS屏显示，模拟日历时钟显示屏等，并且有20个模拟按键输入等，这一切均通过串口通讯控制操作。

（8）蜂鸣器及PWM电路

如图10所示，蜂鸣器使用PNP三极管Q1进行驱动控制，当P0.7控制电平输出0时，Q1导通，蜂鸣器蜂鸣；

当P0.7控制电平输出1时，Q1截止，蜂鸣器停止蜂鸣；

若把JP7断开，Q1截止，蜂鸣器停止蜂鸣。

Q1采用开关三极管8550，其主要特点是放大倍数高hFE=300，最大集电极电流ICM=1500mA，特征频率fT=100MHz。

R36用于限制Q1的基极电流，当P0.7输出0时，流过R36的电流如公式3所示，Ir为2.6mA，假设Q1工作在放大区，则

；

而一般直流蜂鸣器在3.3Ｖ电压下工作电流约为28mA，反过来说，只要

=28mA，蜂鸣器上的电压即可达到3.3V，此时Uec≈0V，即Ueb>

Uec，Q1为深度饱和导通，为蜂鸣器提供足够的电流。

（公式3）

由于P0.7口与SPI部件的SSEL0复用，所以此管脚上接一上拉电阻R2，防止在使用硬件SPI总线时由于SSEL0引脚悬空导致SPI操作出错。

图10蜂鸣器控制电路

如图11所示，在PWM输出实验上，使用PWM6（即P0.9引脚）输出，经过R39、C27进行RC滤波，实现PWMDAC控制，而JP11可以断开这部份电路。

PWM测试点可直接测试PWM波形，PWMDAC测试点可以测量PWMDAC的电压值。

图11PWMDAC电路

（9）I2C电路

LPC2114/2124/2119/2129/2194具有支持400K高速模式的硬件I2C接口，所以设计了一片CSI24WC02/CAT24WC02与其连接，实现I2C的读写操作实验。

如图12，总线上拉电阻R37、R38放在JP9跳线之后，当不使用CAT24WC02时，把JP9断开，两个上拉电阻就不会影响口线了（P0.2、P0.3）。

注意，P0.2和P0.3设置为输出时为开漏输出，若需要控制输出1，则必须连接上拉电阻。

为了支持高速I2C总线操作，总线上拉电阻R37、R38的大小为3KΩ，这样总线变化时上升/下降的速度就变快了。

若使用标准100KHz总线速度时，一般其总线上拉电阻为5.1KΩ或10KΩ，以减小总线操作时的功耗。

图12I2C接口实验电路

（10）ADC电路

LPC2114/2124/2119/2129/2194具有4路10位ADC转换器，其参考电压为3.3V（由V3a引脚提供），参考电压的精度会影响ADC转换结果。

EasyARM2100开发实验板提供了两路直流电压测量电路，如图13所示，可调电阻W1、W2用于调整ADC的输入电压，可以在VIN1、VIN2测试点上用万能表检查当前电压值。

R10、R35为I/O口保护电阻，当ADC输入电压调整到3.3V或0V时，而P0.27或P0.28作为GPIO输出0/1，这两个电阻保证电路

不产生短路故障。

JP10可以断开这部份电路。

图13ADC实验电路

EasyARM2100开发实验板中微控制器的所有I/O全部引出，用户可以从用户接口J5找到4路ADC通道对应的I/O。

（11）CAN接口电路

LPC2119/2129具有2路CAN接口，LPC2194具有4路CAN接口，EasyARM2100开发实验板中微控制器的所有I/O全部引出，用户可以从用户接口J5找到4路CAN接口对应的I/O，如图14所示。

将CAN接口与CAN收发器连接（如TJA1050），即可进行CAN总线通讯操作。

图14CAN接口电路

三、硬件结构

1.布局图

EasyARM2100开发实验板布局图如图15所示。

图15EasyARM2100开发实验板布局图

2.跳线器及连接器说明

（1）跳线器说明

EasyARM2100开发实验板跳线器说明如表1，跳线器分布如图16所示。

表1跳线器一览表

（2）连接器说明

EasyARM2100开发实验板连接器说明如表2，跳线器分布如图17所示。

另外，J1～J4为CPUPACK，J8为SP3243ECA接口信号测试点。

图17EasyARM2100实验板连接器

四、其它

1.EasyARM2100开发实验板电源

EasyARM2100开发实验板电源输入接口为CZ1，输入的电源为DC9V，接头上的电源极性为外正内负，当正确连接电源后，POWER灯点亮。

连接器J5有电源输出，可以向用户板提供电源，但要求负载不要过重，也不要与其它电源连接，否则可能导致器件损坏。

2.跳线器

EasyARM2100开发实验板上的功能部件基本上都有相应的连接跳线，当用户使用某个功能部件时，将相应的跳线器短接即可，当用户需要这些口线作为其它用途时，可以将跳线断开，然后通过J5连接到用户的器件上。

其中P0.8～P0.15是UART1的MODEM接口I/O，同时其它器件复用部分口线，如P0.14、P0.9，所以在不使用UART1的MODEM功能时，最好断开JP6所有跳线。

3.CPUPACK的安装

CPUPACK是有方向性的，安装时要特别小心，以免插反导致CPU损坏。

CPUPACK板上印有“EasyARM2100”的字符，安装到开发实验板上时这该字符是正面方向的，如图18所示。

图18CPUPACK安装方向

第2章EasyJTAG－H仿真器的使用

一、EasyJTAG－H仿真器的安装与应用

1.1EasyJTAG－H简介

EasyJTAG－H仿真器是一款新的仿真器，目前，可以支持LPC2000系列ARM7微控制器和部分ARM9芯片，支持ADS1.2集成开发环境，支持单步、全速及断点等调试功能，支持下载程序到片内FLASH和特定型号的片外FLASH，采用ARM公司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口。

这款仿真器需要H－JTAG软件（调试代理）的支持。

1.2安装H－JTAG软件

在PC上运行安装文件H-JTAGV0.3.2.EXE，如图1.1所示，根据安装提示完成安装即可。

图1.1H－JTAG软件安装界面

安装好的H－JTAG软件包含有H－JTAGServer（下文简称为H－JTAG）和H－Flasher，在桌面上有它们的快捷图标。

运行程序H－JTAG和H－Flasher后，用户任务栏中将出现图1.2所示图标。

图1.2H－JTAG提示图标

1.3配置H－JTAG软件

将计算机并口与EasyJTAG－H仿真器相连，然后再将EasyJTAG－H仿真器的JTAG接口连

1.3.1H－JTAG配置

H－JTAG设置较简单，只要进行以下两步操作，其它采用默认设置即可。

（1）单击任务栏的H提示图标，将看见H－JTAG的主窗口，如图1.3所示。

单击放大

镜图标按钮后应能看见调试代理发现ARM7处理器。

图1.3H－JTAG主窗口

（2）选择【Flasher】->

【AutoDownload】选择自动下载项，如图1.4所示。

图1.4打开自动下载功能

1.3.2H－Flasher配置

H－Flasher的配置有两种方法，直接加载配置文件与手动配置。

1．加载配置文件配置

单击任务栏的F提示图标将看见H－Flasher的主窗口。

单击Load菜单装载目标板配置文件，如LPC2100.hfc，配置H－Flasher如图1.5所示。

图1.5装载配置文件

2．手动配置

这是通用配置方法。

单击任务栏的F提示图标，确认目标板的CPU型号后，打开H－Flasher的FlashSelection选项，选择正确的CPU型号即可。

如：

开发板上的CPU型号为LPC2114，操作如图1.6所示。

说明：

如果目标板上使用了有外部总线的LPC2200系列的芯片，且外部扩展有Flash，若要将程序烧写到其外部Flash中，请在FlashSelection选项中选择正确的Flash型号。

另外，还要在MemoryConfig中设置Flash的地址，在InitScript中设置目标板的初始化命令。

图1.6选择Flash型号

1.3.3验证并启用配置

验证调试代理配置是否正确，打开H－Flasher的Programming选项单击Check按钮，如果正常，可看到所使用的Flash芯片的型号如图1.7所示。

单击Check按钮时，H－Flasher就会启用当前新的配置值。

到此配置完成。

图1.7Flash编程选项

1.3.4H-Flasher菜单说明

（1）主菜单

New：

新建一个配置文件。

Load：

载入配置文件。

H－Flasher在启动时，总是自动载入最近一次的配置信息。

Save：

将当前的配置信息保存为一个文件。

SaveAs：

将配置信息另存为一个文件。

Option：

调试程序时，是否使能自动计算向量表前32字的累加和。

默认为使能。

（2）Flash编程选项的菜单

Check：

检测芯片内核。

如果EasyJTAG－H连接正确，且芯片型号正确，则Check后会显示芯片的基本信息。

Type：

烧写文件的类型。

AutoFlashDown：

自动下载方式

IntelHexFormat：

下载Hex文件

PlainBinaryFormat：

下载Bin文件

SrcFile：

烧写文件的路径，如果Type选择为AutoFlashDown时，该项无效。

DstAddr：

目标地址信息，只有Type选择为PlainBinaryFormat时，该项才有效。

Program：

对芯片进行编程操作。

Erase：

对选中（由“From～To”指定）的扇区进行擦除操作。

1.4EasyJTAG－H仿真器的使用

（1）将计算机并口与EasyJTAG－H仿真器相连，再将EasyJTAG－H仿真器的JTAG接口连接到开发板上，并给开发板上电。

然后打开H－JTAG软件，单击放大镜图标按钮，如果正常就会检测到芯片内核信息，如图1.8所示。

然后可以最小化或关闭H－JTAG和H－Flasher窗口（注意：

不能使用Exit菜单关闭）。

图1.8启动H－JTAGServer

（2）选择Windows系统的【开始】->

【程序】->

【ARMDeveloperSuitev1.2】->

【AXDDebugger】启动AXD软件。

在AXD软件中，打开【Options】->

【ConfigureTarget...】，弹出ChooseTarget对话框，单击Add添加仿真器的驱动程序，在添加文件窗口选择如C:

\ProgramFiles\H-JTAGV0.3.2目录下的H-JTAG.dll，如图1.9所示，接着单击“打开”即可。

若在添加文件窗口中没有显示DLL文件，请设置WINDOWS文件浏览窗口的“文件夹选项（O）...”，将查看页中的“隐藏文件”项选用“显示所有文件”。

图1.9为AXD添加H－JTAG驱动

（3）添加完H－JTAG驱动后，选择该驱动程序，如图1.10所示，然后单击OK，如果正常就会出现图1.11所示的界面，红线框内的提示信息表示EasyJTAG－H仿真器检测到CPU内核。

图1.10ChooseTarget窗口

图1.11EasyJTAG－H检测到CPU内核

（4）关闭AXD窗口。

以后调试就直接在ADS中打开一个工程，编译链接通过后，单击Debug或按下“F5”即可启动AXD调试软件，进行JTAG仿真调试。

如果工程文件的路径中存在中文，进入AXD调试环境会出现错误。

因此，建议

工程路径