嵌入式课程设计报告.docx
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嵌入式课程设计报告
河海大学计算机与信息学院（常州）
课程设计报告
题目嵌入式系统项目设计
专业、学号0862510129
授课班号277704
学生姓名严维锋
同组学生孙维广陶贵华
指导教师梁瑞宇
完成时间2011年6月
课程设计（报告）任务书
（理工科类）
Ⅰ、课程设计（报告）题目：
基于LCD的电子时钟实验
Ⅱ、课程设计（论文）工作内容
学习LCD与ARM的LCD的控制器的接口原理，掌握内置LCD控制器驱动编写方法和RTC控制方法，在可行性分析的基础上实现以下功能：
1、编写程序实现电子时钟功能，通过实验系统的LCD将时间显示出来；
2、仿照给定图形在LCD上显示类似的时钟界面；
3、动态显示当前的时间，包括：
年、月、日、时、分、秒，时针，分针、秒针必须为动态实时指示当前的时间。
一、课程设计目标
1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力；
2、培养学生的编程能力、用计算机解决实际问题的能力。
3、培养学生遇到问题，解决问题的能力。
二、研究方法及手段应用
1、将任务分成若干模块，查阅相关论文资料，分模块调试和完成任务；
2、实验设备有L-ARM-830教学实验箱，PentiumII以上的PC机，仿真器电缆；
3、PC操作系统WIN98或WIN2000或WINXP，ARMSDT2.5或ADS1.2集成开发环境，仿真器驱动程序；
4、本实验使用实验教学系统的CPU板，在进行本实验时，LCD电源开关、音频的左右声道开关、AD通道选择开关、触摸屏中断选择开关等均应处在关闭状态。
三、课程设计预期效果
1、完成实验环境搭建；
2、分模块调试和编译；
3、组合并完善程序；
4、联合仿真软件运行程序；
5、液晶显示器显示时钟图样，时，分，秒能指向正确的时间。
学生姓名：
严维锋专业年级：
自动化2008级
目录
前言3
第一章系统设计4
第一节课题目标及总体方案4
第二节原理框图5
第三节程序和芯片的初始化5
第四节构建功能模块7
第五节main函数的局部原理分析8
第二章实验（测试）结果及讨论13
第一节ads1.2软件的编译，连接和运行13
第二节程序调试14
第三章结论14
心得体会15
参考文献16
附录17
源程序17
前言
近年来，随着计算机技术及集成电路技术的发展，嵌入式技术日渐普及，其强大的控制能力和专业性在通讯、网络、工控、电子等领域发挥着越来越重要的作用。
嵌入式系统成为当前当之无愧的最有发展前途的IT应用领域之一。
实时时钟（RTC）器件是一种能提供日历/时钟、数据存储等功能的专用集成电路，常用作各种计算机系统的时钟信号源和参数设置存储电路。
RTC具有计时准确、耗电低和体积小等特点，特别适用于在各种嵌入式系统忠记录事件发生的时间和相关信息，尤其是在通信工程、电力自动化、工业控制等自动化程度较高领域的无人职守环境。
随着集成电路技术的不断发展，RTC器件的新品也不断推出。
这些新品不仅具有准确的RTC，还有大容量的存储器、温度传感器和A/D数据采集通道等，已成为集RTC、数据采集和存储于一体的综合功能器件，特别适用于以微控制器为核心的嵌入式系统。
本课程设计将体现嵌入式技术的优越性。
第一章系统设计
第一节课题目标及总体方案
一、设计要求
学习LCD与ARM的LCD的控制器的接口原理，掌握内置LCD控制器驱动编写方法和RTC控制方法，在可行性分析的基础上实现以下功能：
1、编写程序实现电子时钟功能，通过实验系统的LCD将时间显示出来；
2、仿照图1在LCD上显示类似的时钟界面；
图1LCD上显示的时钟界面
3、动态显示当前的时间，包括：
年、月、日、时、分、秒，时针，分针、秒针必须为动态实时指示当前的时间。
二、设计方案
基于S3C44B0X的典型嵌入式系统硬件体系结构图如图2所示，通过对S3C44B0X处理器的学习，可以利用其内部的RTC单元和LCD控制器，外接LCD模块、晶振和（后备）电源实现电子实时时钟的功能。
主要实现方法为：
通过电源和晶振保证处理器的正常工作和时钟来源，通过编程设定RTC单元的工作模式，实现实时时钟的功能；然后根据所要求显示的图形效果，编写程序设定LCD控制器的相应寄存器，将RTC单元和LCD控制器合理有效地结合起来；最终由LCD模块作出相应动作，完成实时时钟的显示功能。
该设计的中英文字符显示方案，有效地利用了嵌入式系统自身的ROM存储容量，其最大的特点是以少量的存储容量为代价，来简单灵活地实现LCD上的字符显示。
此方案可以显示所有的一、二级汉字，并且能实现汉字、英文的混合显示，从而方便地构造出良好的人机界面。
所讨论的硬件平台是在S3C44BOX和液晶显示器的基础上搭建的，对于实现S3C44BOX与其它类型LCD模块的连接和应用，具有一定的参考价值。
图2S3C44B0X的典型嵌入式系统硬件体系结构
第二节原理框图
根据课题所要实现的功能，结合S3C44B0X处理器的单元结构，作出如图3所示的原理框图。
图3原理框图
第三节程序和芯片的初始化
程序和芯片的初始化包括：
LCD的初始化：
U16LCD_Init（U8Lcd_Bpp）
{
switch（Lcd_Bpp）
{
Case8:
rLCDCON1=（0）|（2<<5）|（MVAL_USED<<7）|（0x1<<8）|（0x1<<10）|（CLKVAL_COLOR<<12）;
rLCDCON2=（LINEVAL）|（HOZVAL_COLOR<<10）|（10<<21）;
rLCDSADDR1=（0x3<<27）|（（（U32）Video_StartBuffer>>22）<<21）|M5D（（U32）Video_StartBuffer>>1）;
rLCDSADDR2=M5D（（（（U32）Video_StartBuffer+（SCR_XSIZE*LCD_YSIZE））>>1））|（MVAL<<21）|1<<29;
rLCDSADDR3=（LCD_XSIZE/2）|（（（SCR_XSIZE-LCD_XSIZE）/2）<<9）;
rREDLUT=0xfdb96420;
rGREENLUT=0xfdb96420;
rBLUELUT=0xfb40;
rDITHMODE=0x0;
rDP1_2=0xa5a5;
rDP4_7=0xba5da65;
rDP3_5=0xa5a5f;
rDP2_3=0xd6b;
rDP5_7=0xeb7b5ed;
rDP3_4=0x7dbe;
rDP4_5=0x7ebdf;
rDP6_7=0x7fdfbfe;
rDITHMODE=0x12210;
rLCDCON1=
（1）|（2<<5）|（MVAL_USED<<7）|（0x3<<8）|（0x3<<10）|（CLKVAL_COLOR<<12）;
break;
default:
return1;
}
return0;
}
中断向量的初始化：
voidKeyINT_Init（void）{
if（（rINTPND&BIT_EINT4567））
{
SPC=BIT_EINT4567;
}
rINTMSK=~（BIT_GLOBAL|BIT_EINT4567）;
}
RTC的初始化：
voidRtc_Tick_Init（void）
{
if（（rINTPND&BIT_TICK））
{
rI_ISPC=BIT_TICK;
}
rINTMSK&=~（BIT_GLOBAL|BIT_TICK）;
rRTCCON=0x0;
rTICINT=1|（1<<7）
}
voidRtc_Tick_Init0（void）
{
if（（rINTPND&BIT_TICK））
{
rI_ISPC=BIT_TICK;
}
rINTMSK&=~（BIT_GLOBAL|BIT_TICK）;
rRTCCON=0x0;
rTICINT=1|（1<<6）;
}
第四节构建功能模块
LCD显示的时钟界面包括：
静止不动的圆形钟面和一直在走动的时钟指针。
所以需要构建两个重要的函数实现画圆和画直线。
画圆函数：
该算法是通过X变量的自增，补偿1修正正方形控制Y变量自减，找到距中心恒定距离的点，其中rs=45，X自0加1增至45。
和原点坐标运算，可以在第一象限找到一点，再通过折叠对称找到其他象限的三个点，通过画点函数描绘出。
再画他的45度镜像就好了。
画线函数：
voidline（unsignedintx1,unsignedinty1,unsignedintx2,unsignedinty2,unsignedchardraw）
以中心的坐标为起点，使用while函数与指针最外圈的点比较，不断延长直至相等，所以事先计算出时针，分针和秒针三个同心圆最外圈点的坐标，以便带入函数。
也同圆类似，要考虑不同象限点的情况，根据不同的位置带参数到画点函数中描绘。
第5节MAIN函数的局部原理分析
首先让我们先来看一下main函数的宏定义与变量定义，如下：
从上面的程序可以看出，所使用的头文件主要是config.h。
这个文件的内容不再详述，后面的附录会给出。
同时该程序还给出了时分秒的初始值，其字符型为i8，也即char型（在其它文件中有定义）。
初始值为：
hour=0，min=0，sec=0，ms=0；例如如果当前时间为6:
20，十九秒，则将对应的数字修改即可。
同理，年月日的初始值设定是一样的，并且字符类型也为char类型。
下面是针对字符类型的宏定义：
#defineI8char
#defineU8unsignedchar
#defineI16short
#defineU16unsignedshort
#defineI32long
#defineU32unsignedlong
#defineI16PI16
#defineU16PU16
下面我们来看看对于时针，分针，秒针的坐标设定，程序如下：
上述为秒针的坐标定义，SpaceXS[61]对应于秒针的横坐标值，SpaceYS[61]对应于纵坐标值。
第一个点对应的是十二点的位置，即（160,30）点。
因此只要设定两个指针，分别指向这两个数组的首地址，每当时间秒变化时，就将这两个指针加一，从而指向下一坐标，达到动态变化的效果。
分针，时针的定义与上述定义完全一样，只不过时针定义时变量个数为十三个，具体如下定义：
SpaceXH[13]={160,175,185,190,185,175,160,145,135,130,135,145,160},
SpaceYH[13]={50,55,65,80,95,105,110,105,95,80,65,55,50}；
此外还要设定一些指针，用来指向各个数组的首地址，来方便坐标的变化，定义如下：
*Placex=&SpaceXS[0],*Placey=&SpaceYS[0],*Placexm=&SpaceXM[0],
*Placeym=&SpaceYM[0],*Placexh=&SpaceXH[0],*Placeyh=&SpaceYH[0];
下面我们先来介绍此程序中用到的几个重要的函数。
首先来说Set_Color（）函数，这是一个设定颜色的函数，此函数的代码在其他文件中经行了编写，只要在括号中输入相应的颜色就可，颜色定义如下：
#defineGUI_BLACK0x000000
#defineGUI_BLUE0x0000FF
#defineGUI_GREEN0x00FF00
#defineGUI_CYAN0xf0f000
#defineGUI_RED0xFF0000
#defineGUI_MAGENTA0x800080#defineGUI_BROWN0x2020a0
#defineGUI_DARKGRAY0x404040#defineGUI_GRAY0x808080
#defineGUI_LIGHTGRAY0xd0d0d0#defineGUI_LIGHTBLUE0xf08080
#defineGUI_LIGHTGREEN0x80f080#defineGUI_LIGHTCYAN0x80f0f0
#defineGUI_LIGHTRED0x8080f0#defineGUI_LIGHTMAGENTA0xf080f0
#defineGUI_YELLOW0xF0f000#defineGUI_WHITE0xffffff
下面来说Fill_Circle（x,y,r）函数。
如下所示：
voidFill_Circle（U16x0,U16y0,U16r）
{
U32i;
U32imax=（（int）（（int）r*707））/1000+1;
U32sqmax=（int）r*（int）r+（int）r/2;
U16x=r;
LCD_DrawHLine（x0-r,y0,x0+r）;
for（i=1;i<=imax;i++）
{
if（（i*i+x*x）>sqmax）
{
if（x>imax）
{
LCD_DrawHLine（x0-i+1,y0+x,x0+i-1）;
LCD_DrawHLine（x0-i+1,y0-x,x0+i-1）;
}
x--;
}
LCD_DrawHLine（x0-x,y0+i,x0+x）;
LCD_DrawHLine（x0-x,y0-i,x0+x）;
}
}
当此函数执行完以后会在液晶显示仪显示出一个实心圆，与前面的setcolor函数配合可以画出特定颜色的的圆，x为横坐标，y为纵坐标，r为半径。
还有一个为fillrect（）函数。
也即矩形填充函数，此函数可以在显示屏上显示特定大小的矩形图案，并结合颜色设定函数得出相应的颜色相应函数如下：
voidFill_Rect（U16x0,U16y0,U16x1,U16y1）
{
LCD_FillRect（x0,y0,x1,y1）;
}
既然是实时时钟，那么程序是如何实现指针的偏转的，是靠什么思路实现的。
下面的程序是以秒针为例简述这其中的原理的。
可以看到，程序中有擦除上一秒的程序。
之所以能靠一个设定颜色的程序来将其擦出是因为，之前已经将底色设定为该指针擦除时的颜色。
既然该指针与底色有一样的颜色，所以观察者就看不到之前的指针了，所以就达到了擦出的目的，当显示下一秒时，只要将指针的颜色设定为与底色不同，即达到了显示的效果。
同时，还要显示分针和时针。
对于擦除分针和时针得原理与上面所述大同小异，这里只给出程序，不在详细讨论，程序如下：
那么是通过怎样的方式将以上时分秒的变化联系起来的呢？
其实这全靠if。
。
。
else。
。
。
的条件判断语句，程序如下：
我们可以看到其中有一个delay函数，这个函数的自变量为1200，即为delay（1200），它实现了一秒的延时，一秒以后sec加一，从而实现一秒的计时。
当为60秒时，分针指向下一分钟，擦除上一分钟，也就是调用上面的三个显示与擦除函数。
第二章实验（测试）结果及讨论
第一节ADS1.2软件的编译，连接和运行
构建完整的程序：
添加头文件，中断处理汇编程序段，初始化函数和主函数：
voidMain（void）
{
Target_Init（）;//ARMII实验系统的初始化，包括CPU板
GUI_Init（）;
OSInit（）;
Key_Mbox=OSMboxCreate（（void*）0）;//键盘初始
OSTaskCreate（Task_1,（void*）0,（OS_STK*）&Stack_Task_1[STACKSIZE-1],5）;//创建任务一
OSStart（）;
}
编译
所有的文件：
第二节程序调试
连接芯片与LCD端口，运行程序，观察效果。
此时LCD上将显示如图4所示的时钟界面。
图4程序运行时LCD显示的时钟界面
第三章结论
基于LCD的电子时钟可以准确地将动态时钟进行显示，并且能通过图像时钟形式和数字时钟多种形式表现出来，此外根据需要还可添加日历功能。
在将程序烧入系统后，我们发现了两个比较严重的问题。
第一个问题是我小组成员的名字出现乱码，经过我组及指导老师的细心排查，我们发现出现的原因是，字符重叠的原因。
当擦除上一个名字时，我的名字没有对齐从而没有擦除干净，与下一个要显示的字符相重合，从而出现乱码。
解决办法是在两个字的中间加入一个汉字宽度的空格，就可以消除此现象了。
第二个问题是秒针擦除不干净的问题。
当秒针走向下一个位置时，它的上一个位置仍然有图形。
此时背景颜色是深蓝。
但是我们发现擦除时的指针确实是深蓝，为什么还会有痕迹呢？
于是我组将指针颜色改成浅蓝，将背景颜色也改成浅蓝，终于痕迹不在了。
到此，基本的问题已经解决，即实现了实验所设定的要求。
心得体会
在此次的基于LCD的电子时钟设计的过程中，我学会了把课本中的知识应用到实际操作中来，学会了通过查看其他课外资料来学习新的知识。
此外，通过这一过程也提升了自己独立思考的能力。
切实做到发现问题，仔细思考，团结合作，动手实践，解决问题这一系列过程。
虽然这只是一次小系统设计，但通过它，我了解了课程设计的一般步骤和设计中应注意的问题，受益良多。
最初接收任务书，我们有些不知所措，虽然这学期学习了嵌入式系统的理论课程，但是毕竟缺少实践，还是难以着手。
随后与任务相同的别组同学一起讨论，确定了初步的设计方案，也就是主体部分是基于S3C44B0X处理器的体系结构。
然后就是分模块的设计。
课程设计已经结束，自己从这一过程中体会到了很多，有完成的喜悦，有停滞不前的郁闷，不管何种情况，我都提醒自己要静下心来，冷静的分析，老师在验收的时候，笑着问我请了多少外援，当时回答是一本书，现在想想有些逞强，还是有些经验丰富的同学在我不懂的时候帮助我的，不然我可能还要花些时间折腾。
课程设计的过程让我懂得面对问题要勤于思考，遇到困难，要勇于面对，这在任何知识的学习中都是弥足珍贵的。
参考文献
【1】王勇，嵌入式系统原理与设计，浙江大学出版社，2007.
【2】谢自美，电子线路设计、实验、测试，华中理工大学出版社，2003。
【3】宋春荣，通用集成电路速查手册，山东科学技术出版社，1995。
【4】桑楠.嵌入式系统原理及应用开发技术，北京：
北京航空航天大学出版社,2002
附录
源程序：
#include"..\inc\config.h"
#defineSTACKSIZE256
#definex_line160
#definey_line80
OS_STK_DATAstk;
externGUI_FONTCHINESE_FONT12;
externGUI_FONTCHINESE_FONT16;
externGUI_FONTGUI_Font8x16;
OS_EVENT*Send_LCD_Sem;
OS_EVENT*Key_Mbox;
I8Hour[3],Min[3],Sec[3];
I8hour=0,min=0,sec=0,ms;
I8YEA1[3],YEA2[3],MON[3],DAY[3];
intyea1=20,yea2=11,mon=6,day=29;
I8XH0[3],XH1[3],XH2[3],XH3[3];
I8XH4[3],XH5[3];
charxh0=01,xh1=62,xh2=51,xh3=01;
charxh4=27,xh5=28,xh6=29;
//intTimeCount=0;
intSpaceXS[61]={160,165,170,175,180,185,
189,193,197,201,205,
206,207,208,209,210,
209,208,207,206,205,
201,197,193,189,185,
180,175,170,165,160,
155,150,145,140,135,
131,127,123,119,115,
114,113,112,111,110,
111,112,113,114,115,
119,123,127,131,135,
140,145,150,155,160,
},
SpaceYS[61]={30,31,32,33,34,
35,39,43,47,51,
55,60,65,70,75,
80,85,90,95,100,
105,109,113,117,121,
125,126,127,128,129,
130,129,128,127,126,
125,121,117,113,109,
105,100,95,90,85,
80,75,70,65,60,
55,51,47,43,39,
35,34,33,32,31,30},
SpaceXM[61]={160,164,168,172,176,180,183,186,189,192,
195,196,197,198,199,200,199,198,197,196,
195,192,189,186,183,180,176,172,168,164,
160,156,152,148,144,140,137,134,131,128,
125,124,123,122,121,120,121,122,123,124,
125,128,131,134,137,140,144,148,152,156,
160
},
SpaceYM[61]={40,41,42,43,44,45,48,51,54,57,
60,64,68,72,76,80,84,88,92,96,
100,103,106,109,112,115,116,117,118,119,
120,119,118,117,116,115,112,109,106,103,
100,96,92,88,84,80,76,72,68,64,
60,57,54,51,48,45,44,43,42,41,
40
},
Spac
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