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ARM说明书

目录

摘要2

1设计目的3

2设计要求4

3设计内容5

3.1整体思路5

3.2霓虹灯的概述5

3.2.1霓虹灯现状与发展5

3.2.2霓虹灯工作原理7

3.3方案设计8

3.4器件选型9

3.4.1S3C2440的引脚分布及信号描述9

3.4.2LED10

3.5硬件设计11

3.5.1电源电路的设计11

3.5.2晶振电路与复位电路的设计11

3.5.3SDRAM和FLASH存储器系统13

3.5.4串口电路模块14

3.5.5LED显示模块15

3.6软件设计15

总结与致谢21

参考文献22

摘要

近年来，LED（LightEmitingDiode,发光二极管）霓虹灯作为一种高科技产品日益引起人们的重视。

具有显示方式丰富、观赏性强、显示内容修改方便、亮度高、显示稳定且寿命长等多种优点，被广泛应用于商业广告、体育比赛、交通信息报导等诸多领域。

人类进入信息社会后对显示技术的要求越来越高，从而推动了信息显示技术的迅速发展。

现在图像信息显示技术正在向数字化、灵活化、多媒体化的方向发展，这样图像显示技术的一个主要应用分支—液晶显示控制技术的作用就越来越明显。

液晶显示控制技术采用数字控制方式，显示平面化、多样化，正好符合图像显示技术的发展趋势。

随着液晶显示控制技术的发展，更多功能强大的核心微处理器得到越来越广泛的应用。

LCD（液晶显示）模块满足了嵌入式系统日益提高的要求，它可以显示汉字、字符和图形，同时还具有低压、低功耗、体积小、重量轻和超薄等很多优点。

随着ARM嵌入式系统的应用越来越广泛，功能也越来越强大，对系统中的人机界面的要求也越来越高，在应用需求的驱使下，许多在Linux下的图形界面软件包的开发和移植工作中都涉及到底层LED驱动的开发问题。

因此选用ARM嵌入式微处理器，并在用其构成的嵌入式系统中开发LED驱动得以广泛运用。

本章将针对选用的ARM芯片，确定整个控制系统的硬件选型和单元电路的设计方案。

同时绘制系统电路图并进行硬件系统的调试。

关键词：

嵌入式；ARM；S3C2440；霓虹灯

1设计目的

随着科技的发展，ARM在社会各个方面的应用越来越广。

ARM芯片广泛应用于无线产品、PDA、GPS、网络、消费电子产品、STB及智能卡。

S3C2440三星244016/32-bitRISC微处理器.三星2440是一款专用的以手持设备为主而设计的芯片,其特点有低功耗,高速的处理计算能力。

液晶显示是嵌入式系统中反映系统输入/输出的人机交互界面，液晶显示以其微功耗、体积小、显示内容丰富、模块化，接口电路简单等诸多优点得到广泛应用。

由于S3C2440主要是针对以太网应用系统设计的，所以其内部没有LCD控制模块，这样在一些需要人机可视话交互过程中会产生诸多不便。

我们在看重高性价比的情况下，利用S3C2440的通用I/O口来控制液晶显示屏的软硬件方法，实现了与LCD控制模块一样的功能。

2设计要求

本设计要求实现一个智能霓虹灯控制系统。

该系统有自动与手动控制两种方式。

在自动方式下，系统可根据持续显示不同的霓虹灯效果，每种效果持续2分钟；在手动方式下，可以单独控制每种效果的显示，并且可以控制所有灯的亮灭。

并且所有信息都可通过串口显示在电脑上。

根据已知参数对输入信号特征进行分析、需求分析，选择确定ARM芯片型号、电机类型、驱动电路类型，完成系统硬件设计。

根据设计要求分析系统功能，掌握设计中所涉及到的ARM技术、驱动电机技术，阐明设计原理。

根据设计要求确定系统功能框图，画出系统结构框图，并对系统中各部分功能进行说明。

根据设计要求及已知参数进行需求分析，选择确定ARM芯片型号、LCD型号、LCD控制器芯片型号。

根据系统结构框图及器件选型画出系统原理图，并设计系统的软件流程，写出程序

3设计内容

3.1整体思路

系统需求分析概述

嵌入式应用系统的设计包含硬件系统的设计和软件系统设计两个部分，并且这两部分的设计是互相关联、密不可分的，嵌入式应用系统的设计经常需要在硬件和软件的设计之间进行权衡与折中。

因此，这就要求嵌入式系统设计工程师具有较深厚的硬件和软件基础，并具有熟练应用的能力。

这也是嵌入式应用系统设计与其他的纯粹的软件设计或硬件设计最大的区别。

本课程设计采用S3C2440芯片，该芯片采用了非常先进的ARM920T内核，它是由ARM（AdvancedRISCMachines）公司研制的，通过详细分析系统的软、硬件设计步骤、实现细节以及调试技巧等，设计出霓虹灯显示控制电路。

3.2霓虹灯的概述

　霓虹灯是城市的美容师，每当夜幕降临时，华灯初上，五颜六色的霓虹灯就把城市装扮得格外美丽。

3.2.1霓虹灯现状与发展

目前，霓虹灯市场上鱼龙混杂，有营业执照承接工程的单位只占市场的30%，这类单位有独自的设计、制作、安装能力，信誉好、产品质量过关，后期维护到位，是用户的首选单位。

第二类，没有营业执照挂靠其它单位，这类“单位”专业性不强，产品质量无保证，后期维护不到位。

第三类，皮包公司，无任何证件、信誉和能力，打一枪换一地，产品质量和后期维护根本谈不上。

霓虹灯是一个专业性比较强的行业，正规单位的产品质量好，寿命长。

可正是第二类和第三类公司扰乱霓虹灯市场，给用户的感觉霓虹灯容易坏。

其实霓虹灯的寿命比日光灯还长，为了您的利益，请选择有执照，有能力，有信誉的单位。

以前霓虹灯制造企业几乎全部用普通玻璃管、普通电极，随着人们对产品要求的提高，高铅玻璃管、陶瓷环电极、三基色粉管，渐变彩虹霓虹灯正越来越广泛的走向人们的生活，使人们的生活更加精彩、亮丽。

由于霓虹灯管通常采用玻璃材质！

制作相对复杂并且有易碎的缺点！

由于采用高压变压器：

往往对周边通讯设备有一定的干扰。

在技术发达的今天。

采用多色LED逐步取代。

相比较来说更节能安装更方便。

霓虹灯是靠充入玻璃管内的低压惰性气体，在高压电场下冷阴极辉光放电而发光。

霓虹灯的光色是由充入惰性气体的光谱特性决定：

光管型霓虹灯充入氖气，霓虹灯发红色光；荧光型霓虹灯充入氩气及汞，霓虹灯发蓝色、黄色等光，这两大类霓虹灯都是靠灯管内的工作气体原子受激辐射发光。

与其他电光源相比，霓虹灯具有以下特点：

（1）高效率

霓虹灯是依靠灯光两端电极头在高压电场下将灯管内的稀有气体击燃，它不同于普通光源必须把钨丝烧到高温才能发光，造成大量的电能以热能的形式被消耗掉，因此，用同样多的电能，霓虹灯具有更高的。

（2）温度低

霓虹灯因其冷阴极特性，工作时灯管温度在60°C以下，所以能置于露天日晒雨淋或在水中工作。

同样因其工作特性，霓虹灯光谱具有很强的穿透力，在雨天或雾天仍能保持较好的视觉效果。

（3）低能耗

在技术不断创新的时代，霓虹灯的制造技术及相关零部件的技术水平也在不断进步。

新型电极、新型电子变压器的应用，使霓虹灯的耗电量大大降低，由过去的每米灯管耗电56瓦降到现在的每米灯管耗电12瓦。

（4）寿命长

霓虹灯在连续工作不断电的情况下，寿命达一万小时以上，这一优势是其他任何电光源都难以达到的。

（5）制作灵活，色彩多样

霓虹灯是由玻璃管制成，经过烧制，玻璃管能弯曲成任意形状，具有极大的灵活性，通过选择不同类型的管子并充入不同的惰性气体，霓虹灯能得到五彩缤纷、多种颜色的光。

（6）动感强

霓虹灯画面由常亮的灯管及动态发光的扫描管组成，可设置为跳动式扫描，渐变式扫描、混色变色七种颜色扫描。

扫描管由装有微电脑芯片编程的扫描机控制，扫描管按编好的程序亮或灭，组成一副副流动的画面，似天上彩虹、象人间银河、更酷似一个梦幻世界，引人入胜，使人难以忘怀。

因此、霓虹灯是一种投入较少、效果强烈、经济实用的广告形式。

霓虹灯是一种冷阴极辉光放电管，其辐射光谱具有极强的穿透大气的能力，色彩鲜艳绚丽、多姿，发光效率明显优于普通的白炽灯，它的线条结构表现力丰富，可以加工弯制成任何几何形状，满足设计要求，通过电子程序控制，可变幻色彩的图案和文字受到人们的欢迎。

霓虹灯的亮、美、动特点，是目前任何电光源所不能替代的，在各类新型光源不断涌现和竞争中独领风骚。

由于霓虹灯是冷阴极辉光放电，因此一支质量合格的霓虹灯其寿命可达20000--30000小时。

随着中国经济的飞速发展，霓虹灯的品种、规格也已基本系列化，可供各种用途的选择，其质量已逐步向国际水平靠拢，随着中国加入WTO与国际水平的差距将越来越小，在不久的将来必将赶超国际先进水平，但在目前市场竞争的条件下，也确有少数厂商缺乏诚信，在一些用户不懂霓虹灯的性能、质量的情况下，生产、制作低劣产品在市场上低价倾销，影响霓虹灯的声誉。

为了使大用户熟悉霓虹灯，了解霓虹灯，我们在此简要介绍一些霓虹灯的品种、规格以及制作霓虹灯的主要器材，以帮助用户识别“霓虹灯”的优劣

3.2.2霓虹灯工作原理

霓虹灯是一种低气压冷阳极辉光放电发光的光源。

气体放电发光是自然界的一种物理现象。

通过气体放电使电能转换为五光十色的光谱线，这是霓虹灯工作重要的基本过程。

在通常情况下，气体是良好的绝缘体，它并不能传导电流。

但是在强电场、光辐射、粒子轰击和高温加热等条件下，气体分子可能发生电离，产生了可以自由移动的带电粒子，并在电场作用下形成电流，使绝缘的气体成为良导体。

这种电流通过气体的现象就被称为气体放电过程。

　　当外电源电路接通后，变压器输出端就会产生几千伏甚至上万伏的高压。

当这一高

压加到霓虹灯管两端电极上时，霓虹灯管内的带电粒子在高压电场中被加速并飞向电极，能激发产生大量的电子。

这些激发出来的电子，在高电压电场中被加速，并与灯管内的气体原子发生碰撞。

当这些电子碰撞游离气体原子的能量足够大时，就能使气体原子发生电离而成为正离子和电子，这就是气体的电离现象。

带电粒子与气体原子之间的碰撞，多余的能量就以光子的形式发射出来，这就完成了霓虹灯的发光点亮的整个过程。

3.3方案设计

系统以ARM920TCPU为核心芯片，包括电源模块，晶振模块，JTAG接口模块，LED控制电路模块，ROM、RAM存储器扩展模块，复位模块等。

能把设置和处理的数据，图像显示在LED上的系统。

该系统可以把采集来的数据经过ARM的处理后显示在LED上。

图1.系统整体结构框图

1.复位电路可完成系统上电复位和在系统工作时用户手动按键复位;

2.电源电路为3.3V、1.8V和1.2V的稳压模块，给时S3C2440芯片、内核及其他外围电路供电;

3.有源晶振为系统提供工作时钟，通过片内PLL电路倍频为50MHZ作为ARM920T微处理器的工作时钟;

4.扩展的SDRAM存储器作为系统运行时的主要区域，系统及用户数据、堆栈均位于SDRAM存储器中;

5.JTAG接口可对芯片内部的所有部件进行访问，通过该接口可对系统进行调试、编程等;

3.4器件选型

3.4.1S3C2440的引脚分布及信号描述

图3——1S3C2440

S3C2440采用了非常先进的ARM920T内核，它是由ARM（AdvancedRISCMachines）公司研制的。

S3C2440A采用ARM920T内核，集成如下片上功能：

●1.2V内核，1.8V/2.5V/3.3V储存器，3.3V扩展I/O，16KB指令Cache（I-Cache）/16KB

数据Cache（D-Cache）

●外部储存控制器（SDRAM控制盒片选逻辑）

●集成LCD专用DMA的LCD控制器（支持最大4K色STN和256K色TFT）

●4路拥有外部请求引脚的DMA控制器

●3路URAT（IrDA1.0，64-ByteTxFIFO，64ByteRxFIFO）

●2路SPI

●IIC总线接口（多主支持）

●IIS音频编解码器接口

●AC`97编解码器接口

●1.0版SD主接口，兼容2.11版MMC接口

●2路USB主机控制/1路USB期间控制（ver1.1）

●4路PWM定时器/1路内部定时器/看门狗定时器

●8路10位ADC和触摸屏接口

●具有日历功能的RTC

●摄像头接口（支持最大4096x4096的输入，2048x2048缩放输入）

●130个通用I/O，24个外部中断源

●电源控制：

正常，慢速，空闲，睡眠模式

●带PLL的片上时钟发生器

工作电压：

内核：

300MHZ@1.20V400MHZ@1.30V

储存器：

1.8V/2.5V/3.0V/3.3V

I/O：

3.3V

操作频率：

Fclk:

400MHZHclk:

136MHZPclk:

68MHZ

3.4.2LED

LED（Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管）是一种能够将电能转化为光能的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。

据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、低辐射与低功耗。

随着近来LED散热技术的改进，室外照明的大功率LED路灯、投光灯等LED大功率照明灯具已经实现工业化生产并开始被大量应用，对色温和显色性要求很高的室内照明的舞台灯、影棚灯等也已实现量产并投入应用，适用范围最大、用量也最大的通用照明的T8、T5、T4、灯管和代替白炽灯和节能灯的螺口球泡灯以形成系列化，使用寿命已高达5万小时。

LED照明已进入高速发展期。

LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的,LED的角度越小它的亮度越高,没有什么超亮不超亮的,那是骗小孩的,如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的,只是生产工艺不一样,使用寿命略有不同,因为大家用的都是那几家国外的LED芯片.如果是5MM的LED180度角的白光的发光强度只有几百MCD,如果是15度角的光强就要去到一万多两万MCD的了,光强相差好几十倍了,如果是用于照明用的,在户外最好是用大功率的LED了,亮度就更高了,单个功率有1W,3W,5W,还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED,功率去到几百W都有.

3.5硬件设计

3.5.1电源电路的设计

在该系统中，分外围器件需要使用3.3V的直流稳压电源，其中，S3C2440芯片及外围芯片需要3.3V电源，内核ARM920T需要1.2V电源，为简化系统电源电路的设计，要求整个系统的输入电压为高质量的3.3V的直流稳压电源。

系统电源电路如图3-2所示

图3——2电源电路

3.5.2晶振电路与复位电路的设计

晶振电路用于向CPU及其他电路提供工作时钟，常用的有源晶振的接法如图3——3所示:

图3——3系统晶振电路

根据S3C2440的最高工作频率以及PLL电路的工作方式，选择20MHz晶振，20MHz的晶振频率经过S3C2440片内的PLL电路倍频后，最高可以达到400MHz。

片内的PLL电路兼有频率放大和信号提纯的功能，因此，系统可以以较低的外部时钟信号获得较高的工作频率，以降低因高速开关时钟所造成的高频噪声。

在系统中，复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。

复位电路可由简单的RC电路构成，也可使用其他的相对较复杂，但功能更完善的电路。

本系统采用较简单的RC复位电路，经使用证明，其复位逻辑是可靠的。

复位电路如图3——4所示:

图3——4.系统复位电路

该复位电路的工作原理如下:

在系统上电时，通过电阻R108向电容C162充电，当C162两端的电压未达到高电平的门限电压时，RESET端输出为低电平，系统处于复位状态;当C162两端的电压达到高电平的门限电压时，RESET端输出为高电平，系统进入正常工作状态。

当按下按钮SW-PS时，C162两端的电荷被泻放掉，RESET端输出为低电平，系统进入复位状态，再重复以上的充电过程，系统进入正常工作状态。

两级非门电路用于按钮去抖动和波形整形;nReset端的输出状态与Reset端相反，以用于高电平复位的器件;通过调整R108和C162的参数，可调整复位状态的时间。

3.5.3SDRAM和FLASH存储器系统

K48561632C-TC75为16位数据宽度，单片容量为32MB，本系统选用的两片K48561632C-TC75并联构建32位的SDRAM存储器系统，共64MB的SDRAM空间，可满足嵌入式操作系统及各种相对较复杂的算法的运行要求。

图3——5为32位SDRAM存储器系统的实际应用电路图。

图3——5SDRAM存储器系统电路图

SSt39VF160/320为16位数据宽度，单片容量为32MB，本系统选用的一片SSt39VF160/320构建16位的FLASH存储器系统

图3——6FLASH存储器系统电路图

3.5.4串口电路模块

调节电脑信号输出端的电压时他的电压和ARM电压一样，实现数据传输。

图3——串口电路模块

3.5.5LED显示模块

本设计选用4个LED灯作为霓虹灯,为使本设计更具稳定性，故LED灯采用SMD5050,是用台湾高亮芯片封装，光通量要比普通芯片高1-2lm。

一颗5050灯珠有三颗芯片，当一颗芯片损坏时，不影响其它两路芯片发光。

本次课程设计共设计三种显示变换模式，首先以流水灯的方式循环一次，之后间隔2秒进入第二种模式，即前两灯亮后两灯熄灭，持续2秒后再进入第三种模式即所有灯全亮。

并且分为手动和自动两种切换方式，每种显示方式都可以手动控制，同时各种显示方式均可通过串口在电脑上显示。

3.6软件设计

根据对本设计硬件的分析与设计，编写实现该课程设计的程序。

程序如下所示：

#include

#include"2440addr.h"

#include"2440lib.h"

#include"2440slib.h"

#defineuintunsignedint

#defineucharunsignedchar

ucharflag

//外部中断服务程序

staticvoid_irqEint0_ISR（void）

{

delay（10）;

ClearPending（BIT_EINT0）;

flag=2;

}

staticvoid_irqEint1_ISR（void）

{

delay（10）;

ClearPending（BIT_EINT1）;

flag=2;

}

//中断初始化函数

voidEint_Int（void）

{

rGPFCON=rGPFCON&~（3）|（1<<1）;//GPF0设置为EINT0

rGPFCON=rGPFCON&~（3<<2）|（1<<3）;//GPF1设置为EINT1

rGPFUP|=（1<<0）;//GPF0上拉电阻不使能

rGPFUP|=（1<<1）;//GPF0上拉电阻不使能

rEXTINT0=（rEXTINT0&~（7<<0）|（2<<0）;//设置EINT0为下降沿触发

rEXTINT0=（rEXTINT0&~（7<<4）|（2<<4）;//设置EINT1为下降沿触发

pISR_EINT0=（unsigned）Eint0_ISR;

pISR_EINT2=（unsigned）Eint1_ISR;

}

//开外部中断

voidEnable_Eint（void）

{

rEINTPEND=0xffffff;//清除EINTPND寄存器

rSRCPND|=BIT_EINT0|BIT_EINT1;

rINTPND|=BIT_EINT0|BIT_EINT1;

rEINTMASK=~（（1<<11）|（1<<15））;

rINTMSK=~（BIT_EINT0|BIT_EINT1）;

}

//霓虹灯运行显示

voidneon_Led（）

{

unsignedlongLED;

//GPFCONGPF6[13:

12]=01:

Output

//GPFCONGPF5[11:

10]=01:

Output

//GPFCONGPF4[9:

8]=01:

Output

//GPFCONGPF3[7:

6]=01:

Output

rGPFCON&=（~（0x3<<12））;

rGPFCON|=（（0x1<<12））;

rGPFCON&=（~（0x3<<10））;

rGPFCON|=（（0x1<<10））;

rGPFCON&=（~（0x3<<8））;

rGPFCON|=（（0x1<<8））;

rGPFCON&=（~（0x3<<6））;

rGPFCON|=（（0x1<<6））;

//GPFDATGPF[7:

0]:

OutputData

voidmode0（）

{

unsignedcharledtab[]={0xf7,0xef,0xdf,0xbf};//流水灯接口输出初值

inti;

GPFUP&=0FFFFFFC3;//使能上拉电阻

while

（1）

{

for（i=0;i<4;i++）

{

GPFDAT=ledtab[];

Delay（2000）;

}

}

Return（0）;

Uart_printf（"\LLIUSHUIDENG."）;

flag=0;

}

voidmode1（）

{

rGPFDAT=0x09f;

delay（2000）;

rGPFDAT=0x0d7;

delay（2000）;

Uart_printf（"\TWOLIGHT."）;

flag=1;

}

voidmode2（）

{

if（GPFDAT_1==1）

rGPGDAT=0x87;

Uart_printf（"\ALLLIGHT."）;

else

Uart_printf（"\nerror!

!

!

"）;

}

//名称：

delay

//功能：

延迟指定时间

//参数:

x

//返回值:

void

voiddelay（unsignedintx）

{

unsignedinti,j,k;

for（;x>=1;x--）

for（i=0;i<=x;i++）

for（j=0;j<0xff;j++）

for（k=0;k<0xff;k++）;

}

main（）

{

Uart_Init（115200）

voidEint_Int（）

voidEnable_Eint（）

voidneon_Led（）

while

（1）

{

switch（flag）

case0:

mode0（）;break;

case1:

mode1（）;break;

case2:

mode2（）;break;

}

}

总结与致谢

经过本次的霓虹灯课程设计，使我认识到不仅要掌握书本上的基本内容，还要灵活思考，善于变换，这样才能找到最优设计，达到事半功倍的效果。

课程设计是培养学生综合运用所学知识发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能的具体训练和考察过程。

回顾其本次课程设计，至今我仍感慨颇多，从分析到定方案，从理论到实践，整整一个星期的时间里，学到了很多很多的东西，同时不仅巩固了以前所学知识，而且领悟到了课本上所学不到的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实践相结合的重要性，只有理论是远远不够的，只有把理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正的掌握所学课程