ARM嵌入式系统实验指导书.docx

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ARM嵌入式系统实验指导书

ARM嵌入式系统

实验指导书

刘晖

江西理工大学

机电工程学院

自动化与电气工程实验中心

2003年8月

实验规则

为了保证实验顺利进行、提高实验质量、防止仪器设备损坏，保证人身安全，同时培养良好的学习习惯，特制定本规则：

1、学生在实验前必须做好准备，阅读实验指导书，复习与实验有关的理论知识，明确每次实验的目的，了解实验内容，经教师检查后，方能参加实验。

2、严格遵守操作规则，注意人身安全，严禁带电接线、拆线。

如发现仪器设备损坏应立即向指导教师报告。

若由于违反操作规程引起仪器设备损坏者一律按学院有关规定酌情处理。

3、实验室内任何仪器设备和物品，未经指导老师同意，不得随意搬动，不得乱拿乱用，不得丢失。

4、应以认真严格的科学态度进行实验，随时分析实验现象，实验数据。

发生问题时应多加思考，培养解决问题的能力，必要时才请指导老师解决。

5、实验完毕，应请指导教师审阅实验结果，方可切断电源，整理仪器，经指导教师批准后才可离开实验室。

6、不可私自带光盘、磁盘进人实验室，不可做与实验无关的事情，一经发现，取消实验资格。

7、实验报告必须用院专用实验报告纸书写，要有实验目的、内容，硬件系统设计一、接线方法、软件程序框图、程序及说明。

规则制定部门：

自动化实验室

第1章EasyARM2200开发板硬件结构

1.1功能特点......................................................................................................................................6

1.2硬件原理......................................................................................................................................8

1.3硬件结构....................................................................................................................................20

1.4硬件使用的资源........................................................................................................................28

1.5其它............................................................................................................................................30

第2章ADS集成开发环境及EasyJTAG仿真器应用

2.1ADS1.2集成开发环境的组成.................................................................................................31

2.2工程的编辑................................................................................................................................34

2.3工程的调试................................................................................................................................40

2.4LPC2200系列ARM7微控制器工程模板..........................................................................42

2.5EasyJTAG仿真器的安装与应用.............................................................................................48

2.6固化程序....................................................................................................................................51

第3章实验项目

3.1ADS1.2集成开发环境练习.....................................................................................................56

3.2汇编指令实验……………........................................................................................................59

3.3C语言程序实验.......................................................................................................................61

3.4GPIO输出控制实验……………............................................................................................63

3.5GPIO输入实验......................................................................................................………….68

3.6外部中断实验……………........................................................................................................71

3.7外部存储器接口实验……………............................................................................................73

3.8定时器实验……………............................................................................................................77

3.9UART实验……………............................................................................................................79

3.10I2C接口实验…………….......................................................................................................82

3.11PWM输出实验.....................................................................................................................85

3.12模数转换器实验......................................................................................................................87

3.13蜂鸣器控制实验......................................................................................................................91

3.14时钟显示实验..........................................................................................................................97

3.15USB-E2PROM编程器实验................................................................................................100

附录AEasyARM软件的使用………………………………………………………………...109

附录B常见问题解答………………………………………………………………………….114

参考文献…………………………………………………………………………………………115

第1章EasyARM2200开发板硬件结构

EasyARM2200开发板是一款功能强大的32位ARM单片机开发板，采用了PHILIPS公司的ARM7TDMI-S核、总线开放的单片机LPC2210，具有JTAG调试等功能。

板上提供了一些键盘、LED、RS232等常用功能部件，并具有IDE硬盘接口、CF存储卡接口、以太网接口和MODEM接口等等，并设计有外设PACK，极大地方便了用户在32位ARM嵌入式系统领域进行开发试验。

LPC2210/2212/2214/2290/2292/2294是世界首款可加密的具有外部存储器接口的ARM

芯片，具有零等待0K/128K/256K字节的片内FLASH（没有片内FLASH的芯片不能加密），16K字节的SRAM，可简化系统设计，提高性能及可靠性。

芯片内部具有UART、硬件I2C、SPI、PWM、ADC、定时器、CAN（LPC2290/2292/2294）等众多外围部件，功能更强大；144引脚LQFP封装，3.3V和1.8V系统电源，内部PLL时钟调整，功耗更低。

1.1功能特点

·使用CPUPACK，可以使用多种兼容芯片（LPC2210/2212/2214/2290/2292/2294/

LPC2114/2124/2119/2129/2194等），标配LPC2210CPUPACK板一块；

·完全自主设计的软硬件、拥有自主版权的JTAG仿真技术，支持ADS1.2集成开发环境；

·具有4MbitSRAM，16MbitFLASH，方便用户样机开发；

·支持外设PACK，可外接丰富外设，并可选配多种外设PACK板；

·具有RTL8019AS网卡芯片，提供TCP/IP软件包；

·可以与标准MODEM直接接口，方便远程通讯，提供PPP协议软件包；

·具有IDE硬盘接口、CF存储卡接口，提供FAT文件系统软件包；

·D12USBPACK，提供移动硬盘软件包；可选CAN接口板，方便组装现场总线；

·具有图形液晶显示接口，提供GUI软件包；具有多达16个按键，提供汉字字库及输入法软件包；

·提供打印机接口电路，提供打印机软件包；

·具有RS232转换电路，可与上位机进行通讯；

·提供基于PC的人机界面，方便调试实时时钟、串口通信等功能；

·提供详细的使用教材，实验例程；

·可进行GPIO的控制实验，如蜂鸣器控制、模拟SPI等；

·可进行外部中断实验，学习向量中断控制器（VIC）；

·使用板内的I2C器件，完成I2C总线的实验；使用74HC595芯片，实现SPI接口数据发送、接收实验；

·具有PWM输出测试点及滤波电路，实现PWM输出、PWMDAC实验；

·实时时钟控制实验；WDT及低功耗控制实验；ADC数据采集实验。

EasyARM2200开发板功能框图见图1.1。

图1.1EasyARM2200开发板功能框图

1.2硬件原理

1.2.1电路原理图

EasyARM2200开发板电路原理图如图1.2所示。

1.2.2原理说明

1.电源电路

LPC2000系列ARM7微控制器均要使用两组电源，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D1防止电源反接，经过C1、C4滤波，然后通过LM7805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。

原理图上设计的5V稳压电路是使用LM2575开关电源芯片，如图1.3所示，如果用户在开发板的外设PACK及其它用户接口上使用了功率较大的负载，则LM2575能提供足够的电流。

EasyARM2200开发板的5V稳压电路可以使用LM7805线性稳压芯片，电路原理如图1.4所示。

图1.35V电源电路—LM2575

图1.45V电源电路—LM7805

LDO芯片采用了SPX1117M3-1.8和SPX1117M3-3.3，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1.5所示。

图1.5系统电源电路

SPX1117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。

说明：

由于开发板对模拟电源/模拟地的噪声要求不是很高，所以没有将模拟电源/模拟地与数字电源/数字地进行隔离，但其PCB板采用了大面积敷地，以降低噪声。

注意：

EasyARM2200开发板使用的电源是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。

当开发板电源上电后，POWER指示灯应点亮。

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。

本开发板的复位电路使用了专用微处理器电源监控芯片SP708S，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1.6所示。

图1.6系统复位电路

如图1.6中，信号nRST连接到LPC2210芯片的复位脚RESET，信号nTRST连接到LPC2210芯片内部JTAG接口电路复位脚TRST。

当复位按键RST按下时，SP708S立即输出复位信号，其引脚RST输出低电平导致74HC125A、74HC125B导通，信号nRST、nTRST将输出低电平使系统复位。

平时SP708S的RST输出高电平，74HC125A、74HC125B截止，由上拉电阻R3、R4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

LPC2000系列ARM7微控制器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。

EasyARM2200开发板使用了外部11.0592MHz晶振，电路如图1.7所示，用1MΩ电阻R45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LPC2000系列ARM7微控制器芯片内部PLL功能及ISP功能。

图1.7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LPC2210的连接如图1.8所示。

图中，JTAG接口上的信号nRST、nTRST与开发板的复位电路连接（参考图1.6），形成线与的关系，达到共同控制系统复位的目的。

根据LPC2210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LPC2210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LPC2210内部JTAG接口禁能。

另外，在TRACESYNC引脚通过跳线器JP10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（JP10断开）方可使用P1.16～P1.25作I/O。

图1.8JTAG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SP3232E进行RS232电平转换，SP3232E是3V工作电源的RS232转换芯片。

另外，LPC2000系列ARM7微控制器的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。

如图1.9所示，JP3为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。

当要使用ISP功能时，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JP1短接，使ISP的硬件条件得到满足。

用户通过CZ3直接连接MODEM，由LPC2000系列ARM7微控制器的UART1控制MODEM拔号、通讯等等。

需要注意的是，LPC2000系列ARM7微控制器的ISP使能引脚（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JP1短接，则DCD1保持为低电平，影响MODEM接口正确使用。

图1.9串口及MODEM接口电路

6.键盘及LED显示电路

EasyARM2200开发实验板具有16个按键以及8位LED数码管，使用了I2C接口的键盘与LED驱动芯片ZLG7290，电路如图1.10、图1.11所示。

ZLG7290是一款式功能强大的键盘与LED驱动芯片，最大支持64个按键及8位共阴LED数码管。

JP5可以断开EasyARM2200开发板上I2C器件与LPC2210的连接。

另外，EasyARM2200开发板采用了一片74HC595驱动8个LED灯，如图1.12所示，其时钟（SCK）、数据（SI）分别接到LPC2210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P0.8口连接，由P0.8控制74HC595数据锁存输出；而最高位输出（SQH）连接到LPC2210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）。

这一部分电路可用JP8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。

在EasyARM2200开发板上，P0.7复用作以太网芯片RT8019AS的中断输入，所以在使用硬件SPI控制8个LED灯时，要断开P0.7与RT8019AS的连接（JP4跳线器）。

图1.108位LED数码管驱动电路

图1.1116按键连接电路

图1.12SPI驱动LED灯电路

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EasyARM2200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。

7.蜂鸣器及PWM电路

如图1.13所示，蜂鸣器使用PNP三极管Q2进行驱动控制，当P0.7控制电平输出0时，Q2导通，蜂鸣器蜂鸣；当P0.7控制电平输出1时，Q2截止，蜂鸣器停止蜂鸣；若把JP9断开，Q2截止，蜂鸣器停止蜂鸣。

图1.13蜂鸣器控制电路

Q2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。

R89用于限制Q2的基极电流，当P0.7输出0时，流过R89的电流如公式1.1所示，Ir为2.6mA，假设Q2工作在放大区，则Ic=β·Ib=400×2.6=1040mA；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Ic=28mA，蜂鸣器上的电压即可达到3.3V，此时Uec≈0V，即Ueb>Uec，Q2为深度饱和导通，为蜂鸣器提供足够的电流。

由于P0.7口与SPI部件的SSEL0复用，所以此引脚上接一上拉电阻R88，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。

如图1.14所示，在PWM输出实验上，使用PWM6（即P0.9引脚）输出，经过R90、C34进行RC滤波，实现PWMDAC控制，而JP2可以断开这部分电路。

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1.14PWMDAC电路

8.ADC电路

LPC2114/2124/2119/2129/2194具有4路10位ADC转换器，LPC2210/2212/2214/2290/2292/2294具有8路10位ADC转换