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生 产 实 习 报 告 系 （部）： 电 子 信 息 系 专 业： 电 子 信 息 工 程 班 级： B060301 学 号：B06030101姓 名： 曹 磊 指导教师： 石 现 峰 实习题目： EasyARM2103嵌入式开发板的组装及调试 实习地点： 电 子 实 验 室 教务处印制2009 年 7 月 17 日指导教师填阅指导教师鉴定：实习报告成绩：指导教师签名： 时间： 年 月 日EASYARM2103开发板的组装及调试1 前言ARM技术及EASYARM2103开发板简介ARM是 Advanced RISC Machines的缩写，它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC （精简指令集）处理器。EasyARM2103开发板是广州周立功公司面向在校师生而研发的一款嵌入式开发套件，具有极高的性价比，配套提供详细的教材和大量完整的设计方案，适用于学习、竞赛和毕业设计多层次开发。EasyARM2103开发板采用了 NXP 公司基于 ARM7 TDMI-S核、LQFP48封装的LPC2103芯片，具有 JTAG仿真调试和 ISP编程功能。2 实习目的1非常重要的实践教学环节2培养理论知识与生产实际相结合的能力3了解单片技术4锻炼实际动手能力，掌握电子线路焊接、装配的基本技能5了解并掌握本专业软硬件设计的一些基本问题3实习时间，及进程安排8月22日 8月23日：理论学习及讲座阶段上午讲座下午及课外时间进行资料收集、查找及学习8月24日：发放元器件，进行焊接准备8月25日8月26日：硬件焊接及组装，及硬件调试8月27日9月2日：参考硬件电路绘制原理图及PCB绘制，参照例程学习软件程序设计9月2日9月9日：总结报告及验收、答辩4实习地点 电子实验室5实习单位、部门、地点实习单位 西安工业大学北方信息工程学院 实习部门 电子信息系 实习地点 电子实验室（注意：红色部分可照写）6实习内容：一、关键技术介绍1. ARM处理器LC2103的介绍16/32位ARM7TDMI-S 处理器，极小型LQFP48封装；8kB的片内静态RAM，32kB的片内Flash程序存储器；128位宽的接口/加速器使其实现了70MHz的高速操作。通过片内Boot-loader软件实现在系统/在应用编程(ISP/IAP)10位的A/D转换器含有8个模拟输入，每个通道的转换时间低至2.44s2个32位的定时器/外部事件计数器，具有7路捕获和7路比较通道多个串行接口，包括2个UART(16C550)，2个快速I2C总线(400kbits/s)以及带缓冲和可变数据长度功能的SPI和SSP多达32个可承受5V的通用I/O口高达13个边沿或电平有效的外部中断管脚2. LDO器件的介绍LDO 即英文low drop output。低压差线性稳压器LDO，这种电源芯片的压差可以低至0.2v1.3v可以实现5v转3.3v2.5v、3.3v转2.5v1.8v等要求。LDO的工作原理是通过负反馈调整MOSFET的输出电流以使输出电压不变。其特点是成本低，噪音小。缺点是效率低，输出电流小，只能用在降压的场合。参数是压差Dropout、噪音Noise、共模/纹波抑制比（PSRR）、静态电流Iq。3.去耦电容的介绍 去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。去耦电容用在放大电路中不需要交流的地方，用来消除自激，使放大器稳定工作。 去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。数字电路中典型的去耦电容值是0.1F。这个电容的分布电感的典型值是5H。0.1F的去耦电容有5H的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说，对于10MHz以下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。1F、10F的电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10F左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz取0.1F，100MHz取0.01F。4. JTAG介绍 JTAG是英文“Joint Test Action Group（联合测试行为组织）”的词头字母的简写，JTAG也是一种国际标准测试协议（IEEE 1149.1兼容），主要用于芯片内部测试。现在多数的高级器件都支持JTAG协议,如DSP、FPGA器件等。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO,分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。 相关JTAG引脚的定义为：TCK为测试时钟输入；TDI为测试数据输入，数据通过TDI引脚输入JTAG接口；TDO为测试数据输出，数据通过TDO引脚从JTAG接口输出；TMS为测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式；TRST为测试复位，输入引脚，低电平有效。5. GPIO介绍 GPIO (General Purpose Input Output 通用输入/输出)或总线扩展器利用工业标准IC、SMBus或SPI接口简化了I/O口的扩展。当微控制器或芯片组没有足够的I/O端口，或当系统需要采用远端串行通信或控制时，GPIO产品能够提供额外的控制和监视功能。6. ARM7TDMI-S的介绍 ARM7TDMI-S是ARM公司设计的一款32位精简指令集处理器内核，LPC210x系列是飞利浦半导体公司生产的基于ARM7TDMI-S内核的芯片。在嵌入式系统设计中，针对嵌入式处理器和操作系统的Bootloader代码的设计是一个难点。ARM7TDMI-S是目前比较低端的ARM核ARM核不是芯片，它与其它部件如RAM、ROM、片内外设组合在一起才构成实际的芯片。ARM7是用于对成本和功耗都非常敏感的消费应用的低价位、低功耗的32位核。其主要特点如下：冯.诺依曼结构、3段流水线、0.9MIPS/MHz；非常低的功耗；嵌入式ICE-RT（In Circuit Emulation-Real Time，实时在线仿真）逻辑。7.并行通信的介绍 并行通信是把一个字符的各数位用几条线同时进行传输，传输速度快，信息率高。但它比串行通信所用的电缆多，故常用在传输距离较短（几米至几十米）、数据传输率较高的场合。实现并行通信的接口就是并行接口。 并行接口可设计为只作为输入/输出接口，也可设计为既作为输入又作为输出的接口。它可以用两种方法实现，一种是利用同一个接口中的两个通路，一个作输入通路，一个作输出通路；另一种使用同一个双向通路，既作为输入又作为输出。 连接设备接口有PS/2，PATA，LPT等 。8.串行通信的介绍 串行通信是指数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的 时间长度。其只要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算 机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信， 使用串口通信时，发送和 接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为1或者为0。 连接设备接口有SATA，USB等。二、绘制电路原理图（protel 99 se） 见报告最后一页附图三、开发板的功能及工作原理的叙述开发板的功能特点如下：采用“底板PACK 板”的形式构成 EasyARM2103开发套件，PACK板的主芯片为 LPC2103；板上所有的功能器件与 LPC2103的引脚可通过跳线来连接；配套有详细的开发板实验教程；I/O 口全部引出，方便用户连接外部电路进行开发；可进行 GPIO 的输入输出实验，如按键输入、发光二极管输出等； 按键、放光二极管分别可用于外部中断、GPIO输出等；具有 RS-232 转换电路，可与上位机进行通信，完成 UART 通信实验； 具有I2C接口和SPI/SSP接口输出；提供基于 PC 的人机界面，方便调试实时时钟和串口通信等； 可进行外部中断实验，学习向量中断控制器（VIC） ；定时器实验，如定时输出和定时器捕获等； 复位芯片CAT1024，完成I2C总线实验；A/D 转换实验、WDT 看门狗实验；实时时钟控制实验。工作原理：3.1电源模块LPC2103 控制器采用双电源供电，1.8V内核电压和 3.3V功能外设电压，EasyARM2103 开发板的电源电路所示。5V电源由变压器或USB电源线输入，二极管 1N5819用于防止电源反接。电路采用SPX111系列LDO芯片SPX1117M-3.3 和SPX1117M-1.8 将电压稳 至 3.3V和 1.8V，0 欧的电阻用来隔离数字电源和模拟电源、数字地和模拟地。SPX1117系列 LDO芯片是 EXAR公司生产的低压差芯片，其特点是输出电流大，输出电压精度高，稳定性高，宽电压输入（这里选择的是 5V 输入）。此系列 LDO 芯片的输出电流高达 800mA，输出电压的精度在1之内。注意在电路输入输出端接一个 10F 的 电解电容，可改善瞬态响应和稳定性。电路原理图如下：3.2 ISP 及时钟模块ISP功能是通过开发板上的跳线 JP7来实现的。芯片复位后，会自动检测这个引脚，判断是否进入 ISP状态。EasyARM2103的时钟模块分为系统时钟和实时时钟两部分如图所示。其中系统时钟晶振的频率为 11.0592MHz，实时时钟的晶振频率为 32.768KHz。电路原理图如下：3.2 LED 显示模块EasyARM2103开发板提供了 4个绿色发光二极管用作显示，电路如下图所示。显示电路采用了灌电流的方式来驱动发光二极管，由于微控制器LPC2103 I/O口提供的灌电流大于其拉电流，采用此驱动方式可以保证二极管发光的亮度。电路原理图如下：3.3按键电路EasyARM2103 开发板提供了三个功能按键和一个芯片复位按键。由于LPC2103 芯片P0口作为输入时，内部没有上拉电阻，需要外接上拉电阻(R17、R18、R19)。电路如下图所示。其中开发板的复位芯片选用的是CATALYST公司带有 256 字节存储空间、I2C接口的 专用电源监控复位芯片CAT1025，保证了系统的可靠性。电路原理图如下：3.4 串口通信模块EasyARM2103 开发板的串口模块电路如下图所示。串口芯片采用了EXAR公司的SP3232E，完成电平转化。电容C10 用于芯片电源滤波。电路原理图如下：3.5 JTAG 仿真器EasyJTAG-H 仿真器是一款新型的仿真器，目前可以支持 ARM7 微控制器和部分 ARM9芯片、支持 ADS1.2集成开发环境，支持单步、全速及断点等调试功能，并且可以下载程序到片内 FLASH和特定型号的片外 FLASH，EasyJTAG-H 仿真器采用 ARM公司提出的标准 20脚 JTA仿真调试接口设计，实际调试应用时需要 H-JTAG 软件（调试代理）的支持。电路原理图EasyARM2103开发板的EasyJTAG-H仿真器电路如下图所示。电路中采用了八输入三态缓冲/驱动器 74HCT244，用于增强信号的带负载能力。四、 PCB板的安装调试过程；4.1 电源部分焊接步骤：步骤一：焊接LDO 电源芯片SP1117M3-330737L 和 SP1117M3-180751L，在开发板上 的编号分别为 U1 和 U2，注意芯片的型号；步骤二：焊接限流电阻(470)与防反接二极管（1N5819）,其位置对应在开发板子上的 编号分别为 R6 和 D1。注意二极管白色环一端为负；步骤三：焊接电阻 R1R5（0）与红色发光二极管 D2，注意 LED 引脚较长端为正； 步骤四：焊接电源座(POWER1)、插针（POWER2）和电解电容（25V/10F）。注意电解电容极性，引脚较长的一端为正。上电检测按照焊接流程将电源模块焊接完成后，可以进行上电检测。首先需要将 POWER1 或POWER2 电源端连接至 5V 电源，观察点及测试点如下：电源指示灯 D1 红色二极管发光；使用万用表测量 U1 点电压，数值范围为：3.29V3.31V，标准值为 3.30V； 使用万用表测量 U2 点电压，数值范围为：1.78V1.80V，标准值为 1.80V。上电检测后，若电源指示灯正常工作并且测量点电压数值在允许的范围内，表明电源模块焊接正确。4.2 ISP 及时钟模块焊接流程：ISP 及时钟模块电路焊接流程如下： 步骤一：焊接 R20R22（4.7K）上拉电阻； 步骤二：焊接晶振 Y2、Y1 与 30pF 电容 C15C17；步骤三：焊接电源端滤波电容 C5C17、C10C13。电路检测：焊接完时钟模块后，必须检测晶振是否起振。此时有两种方法简易方法：用电压表测晶振的引脚与地之间的电压，以 11.0592MHz 晶振为例，若测得晶振引脚的与地之间的电压为 0.8V 左右时，即可表明晶振起振； 精确测量：用示波器观察晶振引脚的波形，观测晶振的振荡波形，读出振荡频率。4.3 LED 显示模块焊接步骤：焊接 R7-R10 四个限流电阻与 R11、R12 两个上拉电阻焊接绿色发光二极管，注意按照开发板标明的正负端进行焊接；焊接跳线 JP4。电路检测：电路焊接完成后进行上电检测。首先需要接通电源，用杜邦线一端连接到 JP4 的 LED1 端，另外一端连接 POWER2 的 GND 端，若电路焊接无误，LED1 将被点亮；依次检测 LED2、 LED3 和 LED4，若均被点亮，则表明焊接正确。4.4 按键电路焊接流程：焊接电阻 R13-R19，阻值均为 4.7K；焊接按键，注意按键的管脚排列是矩形的，并不是正方形的，需要将按键引脚全部插入焊接孔内再进行焊接；焊接瓷片电容 C9（104）与 CAT1024 芯片的 IC 底座 U3。电路检测：按键电路焊接完成后进行电路检测。首先接通电源，使用万用表测量 JP3 的 KEY1、 KEY2、KEY3 三点电压，数值正常范围是 3.28V-3.30V。当 KEY1 键被按下时，JP3 的 KEY1 点电压变为 0V；同理，当 KEY2 键被按下时，JP3 的 KEY2 点电压变为 0V；当 KEY3 键 被按下时，JP3 的 KEY3 点电压变为 0V。4.5 串口通信模块焊接流程：1.焊接电容 C14、C19C22（104）；2.焊接 IC 插座，串口座 CON1，和排针 JP6；通讯检测：在电源模块正常工作的情况下，可通过上位机（PC）串口调试软件来检测该电路的正确性。步骤如下：步骤一：用短接图 4.14中JP6 的 1 和 3 两引脚端； 步骤二：连接串口线，打开串口软件，发送数据“Hello EasyARM2103”，若焊接正确，在接收窗口中可观察到数据“Hello EasyARM2103”，如图 下图所示：4.6 JTAG 仿真器焊接流程：1、 焊接 U1、U2 两个帖片元件 74HCT244，焊接方法参考 3.4 节内容；2、 焊接 R1R8 电阻，电阻焊接无须考虑正负；3、 焊接瓷片电容 C1、C3与三极管 T1。注意三极管需要认准平面所对的方向，此处 容易产生焊接错误；4、 焊接 10F电解电容，注意与 PCB板上标号保持一致；5、 焊接接插件 J1、P1。需要注意 J1 的正反端，带有凹槽的一面面向焊接元件的顶层。P1 为标准的并口接插件，面向焊接元件正面的是有 13个管脚的一端，反面是 12个管脚的一端。检测：用H-JTAG 检测内核五、安装调试过程中出现的问题及解决方法在焊接贴片元件的时候，由于表贴元件的管脚间的距离很小，再加上我们之前基本没有焊接过表贴元件，所以一不小心就将两个管脚焊接到了一起。表贴原件正确的焊接方法应该先在底板上对应表贴元件的右上角的第一个引脚铜片上先点上焊锡，再用镊子将该表贴元件放置在底板对应位置上，加热第一个引脚铜片上的焊锡使其熔化，再用镊子将该表贴元件的位置调整正确。待焊锡冷却后该表贴元件已基本固定在底板上，然后再依次焊接表贴元件的其它引脚，直至焊接完成。将所有表贴元件焊接完成后，仔细检查看是否有虚焊或漏焊，若没有则进行其它元器件的焊接。焊接时要注意保持烙铁头的清洁干净。若烙铁头上粘有杂质，则一定要先将烙铁头清理干净后在进行焊接。焊接时焊点的焊锡不可过量，否则会使相邻两个焊点连接在一起，造成整个电路无法正常工作或出现短路现象。在焊接过程中若出现烙铁头不吸焊时，则此时烙铁头已经氧化，需要将烙铁头清洁干净后，插入松香中将其还原，再在烙铁头上均匀的镀上一层焊锡，使烙铁头保持光亮后在进行焊接。在软件调试的时候，JTAG板不能正常的工作，经我认真的检查后，发现JTAG板上有两个焊点是虚焊，重新进行焊接后，JTAG板可以正常工作了。六、开发板功能实验报告。软件调试环境包括：1集成开发环境ADS1.2安装2JTAG仿真调试环境H-JTAG的安装3ISP工具Flash Utility的安装4串口调试工具程序下载方法：1使用IDE环境下通过JTAG自动下载2使用H-Flasher通过JTAG下载3使用ISP通过串口下载 测试程序包括五种：1GPIO2EINT3UART4ADC5RTC 实验步骤：1. 依次将ADS1.2、H-JTAG、Flash Utility这三个软件安装在电脑上，注意ADS1.2在安装时需要授权。2. 第一种方法：用H-Flasher通过JTAG下载测试程序。3.打开已经安装好的H-JTAG软件，跳线冒接JP6 JP8。4.在H-JTAG的主窗口。单击“放大镜”图标按钮后，能看见调试代理搜索ARM7 处理器。如下图：5.在Flash Selection中选择CPU的型号。如图下 所示：6打开Programming选项，点击Check ：检测芯片内核，如果Easy JTAG-H连接正确，且芯片型号正确，则Check后会显示芯片的基本信息。如下图：7在Type中选中Intel Hex Format，在Src File中找到程序的正确路径，点击Program，将程序写入，如下图：8第二种方法：使用ISP通过串口下载。9打开LPC2000 Flash Utility软件，跳线冒接JP6 JP8。10点击Read Device ID会弹出一个提示框，按下PCB板上的RST1复位按钮将CPU复位，再点击OK 软件会读出CPU芯片的型号。11 然后在Flash Programming中加载格式为i32的程序，点击Upload Flash进行程序下载。如下图：12第三种方法：使用IDE环境下通过JTAG自动下载。13用已经安装好的ADS1.2集成开发环境打开后缀为MCP格式的文件。如下图： 14在窗口左上角的下拉菜单中选择DebugInFLASH，然后点击绿色三角按钮Run是程序运行。如下图： 15在Options中选择Configure Target，点击Add添加H-JTAG.dll文件。如下图：16重新点击Run按钮，程序则通过JTAG自动下载CPU中，并生成一个相应的i32文件。如下图：17分别下载五个测试程序，使其功能可以正常运行。实验结果：实验一：测试程序GPIO 跳线冒接JP8 JP4 结果：1，3 灯和2，4等轮流闪亮。实验二：测试程序EINT 跳线冒接JP8 JP3 结果：按一下KEY1 LED1灯亮 再：按一下KEY1 LED1灯灭。实验三：跳线冒接JP6 实验结果如下图：实验四：将跳线接p0.22端，另一端接1.8v,进行测，实验结果如下图：用飞线将P0.22 接3.3V，实验结果如下图：实验五：写入程序后，打开软件，实验结果如下图：7实习总结本次生产实习已经结束，回顾一下这三周的生产实习，发现自己学到了不少有用东西。第一周进行的理论教学环节，知道了嵌入式系统的概念及应