ARM嵌入式系统实验指导书.docx

1、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

2、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.61.2硬件原理.81.3硬件结构.201.4硬件使用的资

3、源.281.5其它.30第 2 章ADS 集成开发环境及 EasyJTAG 仿真器应用2.1ADS 1.2 集成开发环境的组成.312.2工程的编辑.342.3工程的调试.402.4LPC2200 系列 ARM7 微控制器工程模板 .422.5EasyJTAG 仿真器的安装与应用.482.6固化程序.51第 3 章 实验项目3.1ADS 1.2 集成开发环境练习.563.2汇编指令实验.593.3 C 语言程序实验.613.4GPIO 输出控制实验. .633.5GPIO 输入实验 .683.6外部中断实验.713.7外部存储器接口实验.733.8定时器实验.773.9UART 实验.793.

4、10I2C 接口实验.823.11PWM 输出实验 .853.12模数转换器实验.873.13蜂鸣器控制实验.913.14时钟显示实验.973.15USB-E2PROM 编程器实验 .100附录 A EasyARM 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

5、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

6、，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 CPU PACK，可以使用多种兼容芯片（LPC2210/2212/2214/2290/2292/2294/LPC2114/2124/2119/2129/2194 等），标配 LPC2210 CPU PACK 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 4Mbit SRAM，16Mbit FLASH，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

7、；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； D12 USBPACK，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

8、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、PWM DAC 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 1.1 EasyARM2200 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.

9、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

10、示。图 1.3 5V 电源电路LM2575图 1.4 5V 电源电路LM7805LDO 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

11、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

12、 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

13、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1MHz30MHz，外部时钟频率范围是1MHz50MHz；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 10MHz25MHz，外部时钟频率范围是 10MHz25MHz。EasyARM2200 开发板使用了外部 11.0592MHz 晶振，电路如图 1.7 所示，用 1M电阻R45 并接到晶振的两端，使系统更容易起振。用 11.0592MHz

14、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 4.7K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

15、 JTAG 仿真调试了。如果用户需要使用 P1.26P1.31 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 4.7K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 P1.16P1.25 作 I/O。图 1.8 JTAG 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

16、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，LPC

17、2000 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

18、 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

19、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 10K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 1.10 8 位 LED 数码管驱动电路图

20、 1.11 16 按键连接电路图 1.12 SPI 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

21、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 = Ib = 4002.6 =1040mA；而一般直流蜂鸣器在 3.3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 Uec0V，即 UebUec，Q2 为深度饱和导通，为蜂鸣器提

22、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 PWM DAC 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 PWM DAC 的电压值。图 1.14 PWM DAC 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