嵌入式课程设计报告.docx

1、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）、课程设计（报告）题目： 基于LCD的电子时钟实验 、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

2、； 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，ARM SDT2.5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

3、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

4、 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

5、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1 LCD上显示的时钟界面3、动态显示当

6、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

7、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2 S3C44B0X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

8、初始化：U16 LCD_Init(U8 Lcd_Bpp)switch(Lcd_Bpp)Case 8:rLCDCON1=(0)|(25)|(MVAL_USED7)|(0x18)|(0x110)|(CLKVAL_COLOR12);rLCDCON2=(LINEVAL)|(HOZVAL_COLOR10)|(1021);rLCDSADDR1= (0x322)1);rLCDSADDR2=M5D(U32)Video_StartBuffer +(SCR_XSIZE*LCD_YSIZE)1) | (MVAL21)|129;rLCDSADDR3= (LCD_XSIZE/2) | ( (SCR_XSIZE-LCD_

9、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)|(25)|(MVAL_USED7)|(0x38)|(0x310)|(CLKVAL_COLOR12);bre

10、ak;default:return 1;return 0; 中断向量的初始化：void KeyINT_Init(void) if (rINTPND & BIT_EINT4567) SPC = BIT_EINT4567; rINTMSK = (BIT_GLOBAL|BIT_EINT4567); RTC的初始化：void Rtc_Tick_Init(void) if (rINTPND & BIT_TICK) rI_ISPC = BIT_TICK; rINTMSK &= (BIT_GLOBAL | BIT_TICK); rRTCCON = 0x0; rTICINT = 1 | (17) void R

11、tc_Tick_Init0(void) if (rINTPND & BIT_TICK) rI_ISPC = BIT_TICK; rINTMSK &= (BIT_GLOBAL | BIT_TICK); rRTCCON = 0x0; rTICINT = 1 | (16); 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

12、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：void line(unsigned int x1,unsigned int y1,unsigned int x2,unsigned int y2,unsigned char draw)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

13、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： #define I8 char #define U8 unsigned char #define I16 short #define U16 unsigned short #define I32 long #define U

14、32 unsigned long #define I16P I16 #define U16P U16 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，SpaceXS61对应于秒针的横坐标值，SpaceYS61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：SpaceXH13=160,175,185,190,185,175,160,145,

15、135,130,135,145,160,SpaceYH13=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=&SpaceXS0,*Placey=&SpaceYS0,*Placexm=&SpaceXM0,*Placeym=&SpaceYM0,*Placexh=&SpaceXH0,*Placeyh=&SpaceYH0;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

16、输入相应的颜色就可，颜色定义如下： #define GUI_BLACK 0x000000 #define GUI_BLUE 0x0000FF #define GUI_GREEN 0x00FF00 #define GUI_CYAN 0xf0f000 #define GUI_RED 0xFF0000 #define GUI_MAGENTA 0x800080 #define GUI_BROWN 0x2020a0 #define GUI_DARKGRAY 0x404040 #define GUI_GRAY 0x808080 #define GUI_LIGHTGRAY 0xd0d0d0 #define

17、GUI_LIGHTBLUE 0xf08080 #define GUI_LIGHTGREEN 0x80f080 #define GUI_LIGHTCYAN 0x80f0f0 #define GUI_LIGHTRED 0x8080f0 #define GUI_LIGHTMAGENTA 0xf080f0 #define GUI_YELLOW 0xF0f000 #define GUI_WHITE 0xffffff 下面来说Fill_Circle (x, y, r)函数。 如下所示： void Fill_Circle (U16 x0, U16 y0, U16 r) U32 i; U32 imax = (

18、int)(int)r*707)/1000+1; U32 sqmax = (int)r*(int)r+(int)r/2; U16 x = r; LCD_DrawHLine(x0-r,y0,x0+r); for (i=1; isqmax) if (ximax) 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

19、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：void Fill_Rect(U16 x0, U16 y0, U16 x1, U16 y1) 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

20、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

21、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：void Main(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_1STACKSIZE - 1, 5); /创建任务一 OSStart(); 编译所有的文件：第二节 程

22、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

23、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

24、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

25、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 .incconfig.h#define STACKSIZE 256#define x_line 160#define y_line 80OS_STK_DATA stk;extern GUI_FONT CHINESE_FONT12;extern

26、 GUI_FONT CHINESE_FONT16;extern GUI_FONT GUI_Font8x16;OS_EVENT * Send_LCD_Sem;OS_EVENT *Key_Mbox;I8 Hour3,Min3,Sec3;I8 hour = 0, min = 0, sec = 0,ms;I8 YEA13,YEA23,MON3,DAY3;int yea1 = 20,yea2=11, mon = 6, day = 29;I8 XH03,XH13,XH23,XH33;I8 XH43,XH53;char xh0=01,xh1=62,xh2=51,xh3=01;char xh4=27,xh5=

27、28,xh6=29;/int TimeCount = 0;int SpaceXS61=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, ,

28、 SpaceYS61=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, SpaceXM61=160,164,168,172,176,180,183,186,189,192, 195,196,197,198,199,

29、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 , SpaceYM61=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