基于ARM的课程设计

I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，在通讯、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。嵌入式系统无疑成为当前最热门最有发展前途的 IT 应用领域之一。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。通过显示器同步显示元器件的状态可以更深刻地理解控制的原理。通过 Proteus 模拟 ARM7 芯片设计，可以增强我们的自学能力和思考能力，掌握科学研究的方法，提高信息检索的能力以及获取与时俱进知识的能力。同时，使我们深刻学习了 ARM 的相关知识，增强对实际电路的感性认识，提高了分析问题，处理问题的能力。运用 Keil 编译 C 语言，连接生成 Hex 文件和 Axf 文件。使用 PROTEUS 7.8SP2 仿真,选用 ARM7 LPC2106 芯片和 LCD1602，导入 Hex 或文件，然后进行软件仿真调试。II目录前言 .I目录 .II第一章 软硬件简介 .11.1 Proteus 7.8 简介 .11.2 RVDS 简介 .11.3 芯片 LPC2106 简介 .2第二章 LCD 显示原理和初始化流程图 .32.1LCD 显示简介 .32.2 LCD 相关参数 .4第三章 Proteus 仿真电路 .73.1 Proteus 仿真元件清单 .73.2 Proteus 仿真电路图截图 .7第四章 程序代码分模块介绍 .8第五章 实验（测试）结果 .19总结 .20参考文献 .210第一章 软硬件简介设计中软件主要用到了模型仿真软件 Proteus 和编译套件 RVDS（RealView Development Suite） ，硬件主要采用了 NXP 公司的 LPC2106 微控制器。1.1 Proteus 7.8 简介Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus 是世界上著名的 EDA 工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB 设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB 设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086 和 MSP430 等。在编译方面，它也支持 IAR、Keil 和 MPLAB 等多种编译器。在 Proteus 绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.hex（或者*.axf） ，可以在 Proteus 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Proteus 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。1.2 RVDS 简介RealView Development Suite（RVDS）是ARM公司继SDT与ADS1.2之后主推的新一代开发工具。RVDS集成的RVCT是业内公认的能够支持所有ARM处理器，并提供最好的执行性能的编译器。RealView Developer Suite 支持所有 ARM 系列核心，并与众多第三方实时操作系统及工具商合作简化开发流程。RVDS包含有四个模块： (1)IDE：RVDS中集成了Eclipse IDE，用于代码的编辑和管理。支持语句高亮和多颜色显示，以工程的方式管理代码，支持第三方Eclipse功能插件。 (2)RVCT：RVCT是业界最优秀的编译器，支持全系列的ARM和XSCALE架构，支持汇编、C和C+。 (3)RVD：是RVDS中的调试软件，功能强大，支持Flash烧写和多核调试，支持多种调试手段，快速错误定位。 (4)RVISS：是指令集仿真器，支持外设虚拟，可以使软件开发和硬件开发同步进行，同时可以分析代码性能，加快软件开发速度。RVDS具有代码小执行效率高、支持Linux操作系统、调试功能强大、可虚拟外设等优点，同时还具有内容丰富的在线文档。11.3 芯片 LPC2106 简介LPC2106/2105/2104 包含一个支持仿真的ARM7TDMI-S CPU、与片内存储器控制器接口的ARM7 局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线（AHB）和连接片内外设功能的VLSI外设总线（VPB ，ARMAMBA 总线的兼容超集）。LPC2106/2105/2104 将ARM7TDMI-S配置为小端（little-endian ）字节顺序。 AHB外设分配了2M 字节的地址范围，它位于 4G字节ARM存储器空间的最顶端。每个 AHB外设都分配了16k 字节的地址空间。LPC2106/2105/2104 的外设功能（中断控制器除外）都连接到VPB 总线。AHB到VPB 的桥接将VPB 总线与AHB总线相连。VPB 外设也分配了2M 字节的地址范围，从3.5GB 地址点开始。每个VPB 外设在VPB 地址空间内都分配了16k 字节地址空间。 它拥有以下特性： ARM7TDMI-S处理器 128k字节片内Flash程序存储器，具有ISP 和IAP 功能。 Flash编程时间：1ms 可编程512 字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms 。 64/32/16K 字节静态RAM（LPC2106/2105/2104） 向量中断控制器 仿真跟踪模块，支持实时跟踪 RealMonitor模块支持实时调试 标准ARM测试/ 调试接口，兼容现有工具 极小封装：TQFP48 (77mm 2) 双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口 I2C 串行接口 SPI 串行接口 两个定时器，分别具有4 路捕获/ 比较通道 多达6 路输出的PWM 单元 实时时钟 看门狗定时器 通用I/O 口 CPU 操作频率可达60MHz 双电源 CPU 操作电压范围：1.65V1.95V(1.8V 8.3%) I/O 电压范围：3.0V3.6V(3.3V 10%) 两个低功耗模式：空闲和掉电 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒 外设功能可单独使能/ 禁止，实现功耗最优化 片内晶振的操作频率范围：10MHz25MHz 片内PLL 允许CPU 以最大速度运行，可以在超过整个晶振操作频率范围的情况下使用。由于拥有以上特性，LPC2106适用于nternet 网关、串行通信协议转换器、访问控制、工业控制、医疗设备及其它各种类型的应用。2第二章 LCD显示原理和初始化流程图2.1LCD 显示简介 液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA 移动通信工具等众多领域。 液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static） 、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。液晶显示器各种图形的显示原理: 线段的显示点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上6416 个显示单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH 的 16 字节的内容决定，当（000H）=FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH ）=FFH 时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；当（ 000H）=FFH ， （001H ）=00H， （ 002H） =00H，（00EH）=00H， （00FH ）=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的基本原理。 字符的显示用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“1” ，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。 汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件） ，每个汉字占 32B，分左右两半，各占 16B，左边为 1、3、5右边为 2、4、6根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示 RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加 1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节直到 32B 显示完就可以 LCD 上得到一个完整汉字。32.2 LCD 相关参数 1602LCD 主要技术参数：显示容量: 162 个字符芯片工作电压: 4.55.5V工作电流: 2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压: 5.0V字符尺寸: 2.954.35(WH)mm 引脚功能说明1602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如下表所示:编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明1 VSS 电源地 9 D2 数据2 VDD 电源正极 10 D3 数据3 VL 液晶显示偏压 11 D4 数据4 RS 数据/命令选择 12 D5 数据5 R/W 读/写选择 13 D6 数据6 E 使能信号 14 D7 数据7 D0 数据 15 BLA 背光源正极8 D1 数据 16 BLK 背光源负极第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS和 R/W 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平 R/W 为高电平时可以读忙信号，当 RS 为高电平 R/W 为低电平时可以写入数据。第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据线。第 15 脚：背光源正极。第 16 脚：背光源负极。 1602LCD 的指令说明及时序1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如下表所示：序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *7 置字符发生存贮器地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址49 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址10 写数到 CGRAM 或DDRAM） 1 0 要写的数据内容11 从 CGRAM 或 DDRAM 读数 1 1 读出的数据内容1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明：1 为高电平、0 为低电平）指令 1：清显示，指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H。指令 3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令 4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电平时显示 5x10 的点阵字符。指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。指令 8：DDRAM 地址设置。指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令 10：写数据。指令 11：读数据。与 HD44780 相兼容的芯片时序表如下所示：读状态 输入 RS=L，R/W=H，E=H 输出 D0D7=状态字写指令 输入 RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E= 高脉冲输出 无读数据 输入 RS=H，R/W=H，E=H 输出 D0D7=数据写数据 输入 RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出 无读写操作时序如下图所示：5读操作时序图写操作时序图 1602LCD 的 RAM 地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块