嵌入式系统原理与接口技术

微机原理与接口技术第五章ARM接口设计技术 主讲人 鞠雷山东大学计算机科学与技术学院 2 2 内容提要 A D和D A转换器接口 通讯与中断接口 LED显示器 键盘接口 通用并行接口GPIO 3 3 芯片S3C44B0X S3C44B0X是基于ARM7TDMI的体系结构 是ARM公司最早为业界普遍认可并且赢得最广泛应用的处理核 4 芯片S3C44B0X 芯片体系结构 7个多功能并行接口A G 2个异步串行接口通用异步收发器0 1 中断控制接口 管理30个中断源 26个中断向量 LCD液晶显示器接口 连接LCD显示器 8路A D转换接口 5 ARM系统硬件体系结构P260 5 存储器 11Mflash存储器 保存基本输入输出系统 28M静态随机存储器 316M非线性 NAND Flash硬盘 外设 LCD显示器 连接LCD接口 点阵 640X480 320X240 160X160 扩充键盘接口 硬件实现 采用zlg7289实现键盘扫描 软件实现 以内部接口和软件实现 扩充网络接口 RT8019以太网控制器 IEEE802 3协议 10M同轴电缆 扩充网络接口 CANBUS AreaNetworkcontroller 现场总线 用于工业控制 1M 1KM UART串口电平转换 0v 3v 12v5v 3v 12v 6 S3C44B0X具有71个通用多功能输入输出引脚 构成了7个I O接口 一个10位的输出接口 A 一个11位的输出接口 B 一个16位的输入 输出接口 C 两个8位的输入 输出接口 D和G 两个9位的输入 输出接口 E和F 特点 1 每个接口含有1或两个控制端口和一个数据端口 其中A B口含有一个控制口和一个数据口 C D E F和G口又增加一个上拉电阻配置口 控制口 2 ARM系统完成I O功能的方法是使用使用特定的存储器地址映射I O地址 6 7 44B H中gpio寄存器定义 一般了解 definerPCONA volatileunsigned 0 x1d20000 definerPDATA volatileunsigned 0 x1d20004 definerPCONB volatileunsigned 0 x1d20008 definerPDATB volatileunsigned 0 x1d2000c definerPCONC volatileunsigned 0 x1d20010 definerPDATC volatileunsigned 0 x1d20014 definerPUPC volatileunsigned 0 x1d20018 definerPCOND volatileunsigned 0 x1d2001c definerPDATD volatileunsigned 0 x1d20020 definerPUPD volatileunsigned 0 x1d20024 8 一般了解 definerPCONE volatileunsigned 0 x1d20028 definerPDATE volatileunsigned 0 x1d2002c definerPUPE volatileunsigned 0 x1d20030 definerPCONF volatileunsigned 0 x1d20034 definerPDATF volatileunsigned 0 x1d20038 definerPUPF volatileunsigned 0 x1d2003c definerPCONG volatileunsigned 0 x1d20040 definerPDATG volatileunsigned 0 x1d20044 definerPUPG volatileunsigned 0 x1d20048 9 9 内容提要 A D和D A转换器接口 通讯与中断接口 LCD显示器与触摸屏接口 了解 LED显示器 键盘接口 ARM的JTAG接口 10 键盘接口 键盘有两种方案 1 采用芯片实现键盘扫描 zlg72892 用软件实现键盘扫描 嵌入式控制器的功能很强 可允分利用这一资源 计算机的键实际上就是开关 制造这种键的方法是多种多样的 以下是几种常用的按键 机械式按键电容式按键薄膜式按键霍耳效应按键 10 内含两个金属片和一个复位弹簧 按下时 两个金属片便被压在一起 结构简单成本低 缺点是容易产生抖动 压键时 可活动的金属片向两块固定的金属片靠近 从而改变了两块固定的金属片之间的电容 此时 检测电容变化的电路就会产生一个逻辑电平信号以表示该键已被按下 这是一种特殊的机械式按键开关 由三层塑料或橡胶夹层结构构成 上面一层在每一行键下面有一条印制银导线 中间层在每个键下面有一个小园孔 下面一层在每一列键下面也有一条印制银导线 压键时将上面一层的印制银导线压过中层的小孔与下面一层的印制银导线接触 霍耳效应按键利用活动电荷在磁场中的偏转效果 压键时 晶体便在磁力线垂直于参考电流方向的磁场中移动 晶体在磁场中移动会在晶体另外两个相对的表面之间产生一个小电压 该电压经过放大之后用来表示键已被压下 晶体切割磁力线感生电压 11 用ARM芯片实现键盘接口 与4X4的矩阵键盘接口 采用 行扫描法 方法来检测键盘 只需要8根口线 选取PF口作为检测键盘用端口 设定PF0 PF3为输出扫描码的端口 PF4 PF7为键值读入口 11 输出扫描码端口 键值读入口 外接上拉电阻 12 矩阵键盘按键的识别方法 识别键盘是否有键按下 让所有行线均为低电平 检查各列线电平是否为低 如果有列线为低 则说明该列有键被按下 否则说明无键被按下 rPDATF 0 xf0 输出全0值 若有键按下 则识别哪行的键被按下 逐行置低电平 并置其余各行为高电平 检查各列线电平的变化 如果列电平变为低电平 则可确定此行此列交叉点处按键被按下 行扫描码0 xfe0 xfd0 xfb0 xf7 12 13 键值与行扫描码 列输入值间的关系 由行扫描码 列输入值求行号 列号 行扫描码右移直到最低位是零 次低位是1 移位次数就是行号 列输入值先右移4次再按行扫描码处理 1列 2列 3列 PF7 PF3 14 行扫描法识别矩阵键盘按键 14 某一按键按下 所有的行线为低电平 逐行为低电平 15 编写键盘扫描程序 15 开始 初始化键值为 1 PF0 3输出全0 PF4 7读入为全1 PF0 3输出扫描码 PF4 7读入为全1 扫描码指针移位 获得行号和列号 计算键值 返回键值 N Y Y N 16 寄存器设置 设置PCONF寄存器PF口的有3个端口 控制口PCONF 用于设置接口的功能 数据口PDATF 用于输入 输出数据 上拉电阻配置口PUPF 用于使能上拉电阻 设定PF0 3为输出口 PF4 7为输入口 在端口工作之前设置1 rPCONF 0000000000001010101BPF4 7为输入PF0 3为输出 16 17 18 寄存器设置 2 设置PDATF寄存器PF0 3作为输出口输出扫描码时 采用语句 rPDATF Oxf0 PF0 3全写入0PF4 7作为输入口读入键值时 采用语句 Keyval rPDATF 使能PF0 7的内部上拉电阻 18 19 行扫描法获取键值的程序设计 寄存器设置接口中利用了PF口的相关寄存器 PF口的寄存器有3个 PCONF PDATF PF口数据寄存器 和PUPF 口上拉电阻寄存器 19 20 键盘扫描子程序代码如下 返回的是各键的键值 0 F include includecharReadKeyVal void unsignedchari j H val L val charkeyval 1 rPCONF 0 x55 rPUPF 0 xff 上拉电阻禁止rPDATF 0 xf0 输出全0值 判是否有键按下 21 if L val rPDATF 22 get val子函数是由行扫描值 读取的列值分别得到行号 列号 charget val unsignedcharval unsignedchari x x 0 for i 0 i 1 0 x80 负数算数右移x x 1 23 23 内容提要 A D和D A转换器接口 通讯与中断接口 LCD显示器与触摸屏接口 了解 LED显示器 键盘接口 ARM的JTAG接口 24 LED显示器接口概述 LED LightEmittingDiode 常称为发光二极管 在专用的微型计算机系统中 特别是在嵌入式控制系统中 应用非常普遍 价格低廉 体积小 功耗低 而可靠性又很好从单板微型机 袖珍计算机到许多微型机控制系统及数字化仪器都用LED作为输出显示 24 LED优缺点 百度百科 优点体积小 轻耗电量低 相同照明效果比传统光源节能近80 使用寿命长 比传统光源寿命长10倍以上 高亮度 低热量 冷光灯 环保 不含水银 光谱中不含紫外线和红外线 安全触摸等 坚固耐用多变幻技术先进 融合了计算机技术 网络通信技术 图像处理技术 嵌入式控制技术等 具有在线编程 无限升级 灵活多变的特点 25 LED优缺点 百度百科 缺点近日由美国加州大学艾尔文分校进行的一项调查却显示 LED灯中包含有锑 砷 铬 铅以及其他多种金属元素 其中 部分LED灯的有毒元素含量已经超过了监管部门制定的标准 比如在低亮度红色LED灯中 研究人员发现其铅含量超标达到8倍 镍含量也超标2 5倍 实际上在美国加州法律中 绝大多数LED灯都已经被明确定义为有毒垃圾 如果使用普通填埋的办法处理将会污染土壤和地下水 而如果LED灯破碎 还可能会对直接接触的人体健康造成损害 但至今 无论各国政府还是民众都对LED灯的环境和健康危险知之甚少 26 LED优缺点 百度百科 缺点LED需要由于单个发光面比较窄 通常大规模集成在线路板上 形成一个比较大的发光源 由此会造成大量热量积累 有时会击穿电路板 所以LED灯的散热一定要好 人眼最不能接受的是蓝光和UV光 即紫外线光 蓝光杀伤人眼活性细胞的能力是绿光的10倍 而UV光杀伤人眼活性细胞的能力又是蓝光的10倍 长期接触大量低波长的蓝光能大量杀伤人眼活性细胞 最终癌化形成斑块 而LED白光形成主要是靠450 455NM波长蓝光激发荧光粉 属于伤害最强的区段易出现 黄圈 问题 27 28 LED的工作原理 28 7个字段分别称为a b c d e f g段 有时还有一个小数点段DP 通过7个发光段的不同组合 可以显示0到9和A到F共16个字母数字 从而实现十六进制的显示 阴极控制端 数据端 29 7段字型码 30 电路原理 动态显示 1 译码 待显示数字转换成7段代码 2 位控端口输出位码 每次控制显示一位 从而实现数据的动态显示 位码 0 x80 0 x40 0 x20 0 x10 0 x08 0 x04 0 x02 0 x013 段控端口输出欲显示数字的7段代码 译码 将一个4位二进制数 可能为十六进制数或BCD码 译为LED的7段字形码 采用两种方法 1 采用专用芯片 实现对BCD码的译码 7447 2 软件译码法 在软件设计时 将0到F共16个数字 或者0到9 对应的显示代码组成一个表 查表译码 30 31 用ARM芯片实现LED显示接口 31 接口电路 结构特点 8位LED的各段并联 任一时刻只能显示一位 PG口输出只能一位为1 PF口输出共阳极LED的字型码 32 7段数码LED编程 初始化 设置PCONF PCONG寄存器 F G设置为输出口 rPCONF 0010010010101010101B 0 x12555 rPCONG 0101010101010101B 0 x5555 设置PUPF PUPG寄存器rPUPF 0 x00 使能PF0 7的内部上拉电阻rPUPG 0 x00 使能PG0 7的内部上拉电阻 32 在端口工作之前设置为输出端口 设置内部上拉电阻 33 流程图 33 指向缓冲区首址 取显示位指针 取要显示的数 将数变为段码 段码送到段控制通道 位码送到位控制通道 延迟一段时间 是否最后一位 退出 修改缓冲区指针和位码 Y N 指向第7位 34 voidDisplayLedl unsignedchardis 8 num unsignedcharled dis 0 xC0 0 xF9 0 xA4 0 xB0 0 x99 0 x92 0 x82 0 xF8 0 x80 0 x90 0 x88 0 x83 0 xC6 0 xA1 0 x86 0 x8E 0 x8C unsi