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【精品】ARM实验指导书 湖南文理学院电气与信息工程学院嵌入式系统与应用教学教案讲授成天乐学时分配表讲授主要内容时数作业布置备注实验一ADS基本操作实验4学时根据实验系统进行实用设计实验二流水灯实验4学时根据实验系统进行实用设计实验三数码显示实验4学时根据实验系统进行实用设计实验四按键控制实验4学时根据实验系统进行实用设计实验五定时器实验4学时根据实验系统进行实用设计合计20学时 一、实验的地位、作用与目的ARM已经被广泛地使用在许多嵌入式系统设计。 由于节能的特点，ARM处理器非常适用于通信、自动控制、图像处理、网络设备、仪器仪表和家用电器等众多领域，符合其主要设计目标为低耗电的特性。 该课程为自动化专业的重要课程。 通过实验，使学生进一步掌握ARM芯片的内部结构特点，熟悉ARM应用系统的开发流程及编程方法，培养学生的动手能力和独立解决问题的能力。 为学习后续课程和从事实践技术工作奠定基础。 二、实验基本原理本实验教学是根据有关实验题目，设计相应程序，在ARM开发实验平台以硬件为基础编写相关程序并通过ADS完成程序调试与下载。 上， 三、主要实验仪器设备仪器设备名称主要技术指标（或型号规格）配套数备注多媒体电脑锋行A504032嵌入式ARM开发板TX-3B16 四、实验基本要求 1、学生必须严格按实验操作规程进行实验； 2、实验课之前，学生必须预习实验指导教师指定的实验内容，设计实验电路、编制实验程序并提交预习报告； 3、教师简要讲解实验目的、基本原理、仪器设备的正确使用、实验关键点及注意事项； 4、实验结束后，学生必须书写实验报告，实验报告应包括实验名称、实验者姓名、实验目的、使用的仪器设备及数量、实验原理、实验电路、程序清单、实验步骤、实验现象、实验结果及分析等。 实验一ADS基本操作ADS集成开发环境是ARM公司推出的ARM核微控制器集成开发工具，英文全称为ARM DeveloperSuite，成熟版本为ADS1.2。 ADS1.2支持ARM10之前的所有ARM系列微控制器，支持软件调试及JTAG硬件仿真调试，支持汇编、C、C+源程序，具有编译效率高、系统库功能强等特点，可以在Windows 98、Windows XP、Windows2000以及RedHat Linux上运行。 (一)实验目的1.掌握ADS的安装和配置。 2.了解ADS开发系统和计算机与目标系统的连接方法。 3.了解ADS软件的操作环境和基本功能 (二)实验设备计算机、ARM硬件仿真器、ARM实验开发平台 (三)实验原理让学生了解怎样连接ARM仿真器、对ADS的仿真配置及怎样在ADS内新建工程 (四)实验步骤1.连接实验设备2.启动ADS ADS1.2使用了CodeWarrior IDE集成开发环境，并集成了ARM汇编器、ARM的C/C+编译器、Thumb的C/C+编译器、ARM连接器，包含工程管理器、代码生成接口、语法敏感(对关键字以不同颜色显示)器、源文件和类浏览器等等。 CodeWarrior IDE主窗口如下图所示。 1）创建工程配置好ARM ADS针对TX3A的开发环境后，可以执行Project|Add Files命令把和工程相关的所有文件加入到工程中。 ADS1.2不能自动按文件类别对这些文件进行分类，若需要，可以执行Project|Create Group命令创建文件组，然后分别将不同类的文件加入到不同的组，以方便管理。 2）浏览代码3）编译/执行程序4）程序调试的环境应用 (五)实验组织运行要求本实验是为了让学生熟悉ADS软件的使用以及与硬件开发板连接、调试方法。 实验程序并不是很复杂，为了提高学生独立设计的能力，应采用以学生自主训练为主的开放模式组织教学，然后在指导老师的监督下，由学生自己动手，按实验要求完成任务，最后由指导老师检查实验结果后方可离开。 （1）熟悉ADS软件的开发、编译、调试方法。 （2）熟悉开发板硬件的电路图 （3）掌握芯片手册的阅读方法 （4）掌握上位机与开发板的连接方法。 (六)实验注意事项1打开ADS软件，新建一个工程。 2学会跟踪/调试程序。 3掌握断点的设置与取消。 4编写完代码后，保存起来。 5对自己编写的代码进行编译，对程序时产生的错误进行修改。 6用下载电缆通过下载电缆下载到开发板中观察实验结果是否与自己的编程思想一致。 (七)思考题1.如何设计嵌入式硬件处理器及相关的接口电路？ (八)实验报告要求实验结束后，学生应根据做实验情况，认真完成实验报告的书写。 实验报告应包括实验目的、实验内容、仪器设备、实验原理或电路、源程序清单、实验步骤、实验结果及建立工程和编译代码中出现的问题及解决方法等。 实验二流水灯实验（一）实验目的熟练掌握ARM处理器的各种指令及ADS软件使用方法进一步熟悉ARM的I/O访问方式的操作，通过I/O方式将数据显示到贴片二极管上（二）实验设备计算机;ARM硬件仿真器;ARM开发板（三）实验硬件设置在做实验之前，先将开发板电源接好，将仿真器的USB连线与电脑相连，通电，然后按核心板的复位键。 （四）实验原理数字输入/输出模块是集成在S3C44B0X片内的外设之一，它主要对芯片的通用、双向的数字I/O（GPIO）引脚进行控制。 对这些设备/电路有的需要CPU为之提供控制手段，有的则需要被CPU用作输入信号。 而且，许多这样的设备/电路只要求一位，即只要有开/关两种状态就够了，比如灯亮与灭。 这些I/O引脚大多数是基本功能和一般I/O复用的引脚，数字I/O模块采用了一种灵活的方法，以控制专用I/O和复用I/O引脚的功能，所有I/O和复用引脚的功能可通过9个16位控制寄存器来设置。 此实验是由ARM通过IO方式对二极管进行操作，该实验中要求熟练运用ARM的各种指令，能使显示数据出现左移或右移等。 发光二极管的原理图如下与扩展板的接口电路如下与ARM芯片的连接引脚如下（五）实验内容使用ARM嵌入式开发板设计实现“基于贴片发光二极管的流水灯“。 （六）实验步骤1）读懂两块电路板的原理图2）在芯片手册上查询所用到的寄存器3）编写代码4）编译/执行程序5）跟踪/调试程序6）断点的设置与取消。 7）查看程序运行效果（七）实验组织运行要求本实验是为了让学生进一步熟悉ADS软件的使用以及与硬件开发板连接、调试方法。 通过阅读相关手册实现基本的流水灯功能，达到了解ARM芯片I/O模块使用方法的目的。 实验程序并不是很复杂，为了提高学生独立设计的能力，应采用以学生自主训练为主的开放模式组织教学，然后在指导老师的监督下，由学生自己动手，按实验要求完成任务，最后由指导老师检查实验结果后方可离开。 （1）熟悉ADS软件的开发、编译、调试方法。 （2）熟悉开发板硬件的电路图 （3）掌握芯片手册的阅读方法 （4）掌握上位机与开发板的连接方法。 （5）实现正向流水灯 （6）实现反向流水灯（八）思考题1.如何驱动I/O引脚？（九）实验报告要求实验结束后，学生应根据做实验情况，认真完成实验报告的书写。 实验报告应包括实验目的、实验内容、仪器设备、实验原理或电路、源程序清单、实验步骤、实验结果及建立工程和编译代码中出现的问题及解决方法等。 实验三数码显示实验（一）实验目的熟练掌握ARM的各种指令及ADS软件使用方法进一步熟悉ARM的I/O访问方式的操作，通过I/O方式将数据显示到数码管上（二）实验设备计算机;ARM硬件仿真器;ARM开发板（三）实验硬件设置在做实验之前，先将开发板电源接好，将仿真器的USB连线与电脑相连，通电，然后按核心板的复位键。 （四）实验原理本次实验利用数码管实现阿拉伯数字的显示。 同时加深对ARM芯片I/O模块的进一步了解。 它主要对芯片的通用、双向的数字I/O（GPIO）引脚进行控制。 对这些设备/电路有的需要CPU为之提供控制手段，有的则需要被CPU用作输入信号。 而且，许多这样的设备/电路只要求一位，即只要有开/关两种状态就够了，比如灯亮与灭。 这些I/O引脚大多数是基本功能和一般I/O复用的引脚，数字I/O模块采用了一种灵活的方法，以控制专用I/O和复用I/O引脚的功能，所有I/O和复用引脚的功能可通过9个16位控制寄存器来设置。 此实验是由ARM通过IO方式对二极管进行操作，该实验中要求熟练运用ARM的各种指令等。 下图为数码管电路图。 数码管内部为8个发光二极管，并排列为8字形，同时加一个位表示小数点，通过这8个发光二极管的合理组合，可以构成不同的数字字型和简单的字母字型，有些数码管还有一个位选信号。 即8个数码管的公共端，用于电平选中。 不同的组合就可以组成不同的字符。 （五）实验内容使用ARM嵌入式开发板设计实现“基于数码管的数字显示实验“。 （六）实验步骤1）读懂两块电路板的原理图首先需要找到数码管涉及到的引脚。 接着找到驱动电路位置。 如下图最后找到ARM芯片与该电路的连接引脚，如下图所示2）在芯片手册上查询所用到的寄存器3）编写代码4）编译/执行程序5）跟踪/调试程序6）断点的设置与取消。 7）查看程序运行效果（七）实验组织运行要求本实验是为了让学生进一步熟悉I/O模块使用方法及数码管显示的原理。 实验程序比较简单，为了提高学生独立设计的能力，应采用以学生自主训练为主的开放模式组织教学，然后在指导老师的监督下，由学生自己动手，按实验要求完成任务，最后由指导老师检查实验结果后方可离开。 （1）熟悉ADS软件的开发、编译、调试方法。 （2）熟悉开发板硬件的电路图 （3）掌握芯片手册的阅读方法 （4）掌握上位机与开发板的连接方法。 （5）编程实现数码管延时显示数字19。 （八）思考题1.如何显示字母AF？（九）实验报告要求实验结束后，学生应根据做实验情况，认真完成实验报告的书写。 实验报告应包括实验目的、实验内容、仪器设备、实验原理或电路、源程序清单、实验步骤、实验结果及建立工程和编译代码中出现的问题及解决方法等。 实验四按键控制实验（一）实验目的熟练掌握ARM的各种指令及ADS软件使用方法进一步熟悉ARM的I/O访问方式的操作了解开发板键盘模块的工作原理，引脚连接写程序实现轮转扫描算法，实现键盘的扫描。 能够判断是否有键按下（二）实验设备计算机;ARM硬件仿真器;ARM开发板（三）实验硬件设置在做实验之前，先将开发板电源接好，将仿真器的USB连线与电脑相连，通电，然后按核心板的复位键。 （四）实验原理4.1键盘扫描引脚设置键盘扫描涉及到多个引脚。 在硬件电路上，只要一个按键按下，并且对应的片选中该位为低电平（任意一位同时满足两条件），那么对应的端口将返回低电平，处理器可以根据该端口的电平来判断是否有键按下。 具体是何键值则可以由程序设计判断，因为片选可以通过逐位清（16个位只能有一位为）来实现的（本实验才用轮转扫描算法）4.2键盘扫描实现通过ARM芯片向16位键盘输入片选，其中只有一位为，为了在同一时刻只判断一位是否按下。 通过对片选数据逐位右移，将对每一位判断是否按下，如果同时满足该位片选为且有键按下，那么返回值为，说明有键按下，同时可在程序中用一记数变量记录判断是哪一位，同时就解决了是何键按下，因为一旦判断出返回值为，说明此刻记数变量的值即为按下键盘为的值（或者说相关，看你具体程序如何处理），此刻立即取出变量中的值，就做到了判断是何键位的目的。 （五）实验关键代码及使用的寄存器5.1寄存器5.2关键代码U16Scan_4X4Key(void)U16keytmp=0;rPDATG=0xef;if(rPDATF&0x1e0)!=0x1e0)/第一列keytmp=(rPDATF&0x1e0);Set_Speaker();Clr_Speaker();if(rPDATF&0x1e0)!=0x1e0)sysUtilsUSecDelay (20000);while(rPDATF&0x1e0)=keytmp)sysUtilsUSecDelay (200);return(rPDATG&0xf0)|(keytmp)5);。 return0x8000;（六）实验内容1）编译/执行程序2）跟踪/调试程序3）断点的设置与取消。 4）下载程序与调试（七）实验步骤1）读懂两块电路板的原理图首先需要找到键盘涉及到的引脚。 2）在芯片手册上查询所用到的寄存器3）编写代码4）编译/执行程序5）跟踪/调试程序6）断点的设置与取消。 7）查看程序运行效果（八）思考题1）如果按键与需要的偶尔有差别，为什么？2）当按下键后，是否需要继续扫描，两者如何实现？3）同时按下两个键，什么结果，为什么？（九）实验报告要求实验结束后，学生应根据做实验情况，认真完成实验报告的书写。 实验报告应包括实验目的、实验内容、仪器设备、实验原理或电路、源程序清单、实验步骤、实验结果及建立工程和编译代码中出现的问题及解决方法等。 实验五定时器实验（一）实验目的了解定时器工作的基本原理。 掌握定时器的各个寄存器的功能和设置方法。 了解ARM中定时器0和定时器1的基本用途。 （二）实验设备计算机;ARM硬件仿真器;ARM开发板（三）实验硬件设置在做实验之前，先将开发板电源接好，将仿真器的USB连线与电脑相连，通电，然后按核心板的复位键。 （四）实验内容使用定时器0实现1秒定时，让蜂鸣器间隔一秒响一秒。 实验预习要求预习定时器0和定时器1的章节，了解定时器特性，用途以及引脚。 对定时器的寄存器进行全面的了解。 （五）实验原理定时器对外设时钟（pclk）周期进行计数，根据4个匹配寄存器的设定，可设置位匹配（即到达匹配寄存器设定的定时值0时）产生中断或执行其他动作。 他还包括4个捕获输入，用于在输入信号发生跳变时捕获定时器值，并可选择产生中断。 1特性 （1）带有可编程32位预分频器的32位定时器/计数器； （2）具有多达4路捕获通道。 当输入信号发生跳变时可取得定时器的瞬间值。 也可选择使捕获事件产生中断； （3）4个32位匹配寄存器，匹配时的动作有如下3种-匹配时定时器继续工作，可选择产生中断-匹配时停止定时器，可选择产生中断-匹配时复位定时器，可选择产生中断 （4）4个对应于匹配寄存器的外部输出，匹配时的输出有如下4种-匹配时设置为低电平-匹配时设置为高电平-匹配时翻转-匹配时无动作2相关寄存器描述TCR定时控制寄存器，控制定时计数器（禁止或复位，是否启用)1启用0禁止TC定时器计数器32位计数器，计数频率为pclk经过预分频计数器后频率值。 （选择做定时器还是计数器，0定时器，1计数器）PR预分频控制寄存器用于设定分频值，32位寄存器,pclk/3相当于3个脉冲时间产生一个上升沿计数时钟频率=Fpclk/（N+1）PC预分频计数器32位计数器，计数频率为pclk，当计数值等于预分频计数器的值时，TC计数器加一IR中断标志寄存器读该寄存器识别中断源，写该寄存器清除中断标志MCR匹配控制寄存器用于控制在匹配时是否产生中断或