arm实训报告

【摘 要】本次实训的目的在于利用ARM系统进行简单的系统设计。而在这次实训

中，我利用ARM系统设计函数信号发生器，其基本步骤如下：

总体方案的设计与选择：根据设计任务要求和给定的条件，分析所要设计电路应完成的功能，并将总体功能分解成若干个单元功能,分清主次和相互的关系，形成若干单元功能然后再组成总体方案。

程序的编写：编写满足设计要求的程序并写入LPC2138芯片中，通过系统实现对电路的控制，从而达到设计的要求。

程序的调试:在课程设计的实践过程中程序的调试占有非常重要的地位,它是最基础的阶段,也是将理论转换为实际的一个关键过程,因此调试时要谨慎小心的进行，从各方面考虑不能产生结果的原因。

本次实训制作的是函数信号发生器:这是一个在实验和实际应用中都有重要作用，此

次实训是函数信号发生器的基本功能进行设计。

【关键词】ARM7、LPC2138、DAC、定时器、GPIO、中断、按键、蜂鸣器、数字

示波器、杜邦线

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目 录

1. 设计目的与要求 „„„„„„„„„„„„„„„„„„1

1.1 设计目的 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 1.2设计要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

2. 方案设计与论证…………………………………………………3

1、设计分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2、方案论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 3、方案选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

3.硬件电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

1、器件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2、器件连接说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

4.软件设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 5调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 6.结论与心得„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 7.参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 附录 实验程序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7

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1、设计的目的与要求

1.1 设计目的

（1）本次课程设计是在学习了《深入浅出ARM7》课程之后综合利用所学知识完成一个应用系统设计并在实验室实现。

（2）通过实训，加深了对理论知识的理解，并且把理论知识应用在实际中，培养自己的动手能力和解决实际问题的能力，进一步熟悉和掌握ARM的结构及工作原理。

（3）熟悉ARM Developer suitv1.2的调试和仿真，提高软件调试的能力，通过对实际程序的设计和调试，进一步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

（4）通过完成一个程序开发的完整过程，了解开发一个ARM应用系统的全过程，为今后从事相应事业打下基础。

1.2 设计要求

（1）用D/A输出产生幅度可调的正弦波、方波、三角波、锯齿波。 （2）用定时器对波形的输出频率进行控制。

（3）利用KEY3、KEY4、 KEY5、 KEY6对正弦波、方波、三角波、锯齿波进行控制，并且要求在显示一种波形的时候，能在仿真的LED数码显示器中显示出当前波形的名称。

（4）通过按键KEY1和KEY2，可对波形的幅度进行增加和减小的调节，并且要设置幅度的上下限。

2、方案的设计与论证

2.1 设计分析

此次实训的目的在于用ARM7的知识点，在EasyARM2131开发板中进行波形发生器的设计，产生能调幅的正弦波、方波、三角波、锯齿波。并且能实现各种波形的定时切换和显示波形名称。

2.2 方案论证

方案一：采用ARM的PWM功能产生方波，方波的频率可以达到几百K，外接滤波电

路，通过选频，得到各种波形。可以通过PWM直接调频调幅，也可以通过外接电路实现。 方案二：利用的EasyARM2131开发板中的D/A转换器产生波形。通过定时器来控制频率。D/A输出的波形很稳定。

2.3 方案选择

在第一种方案，虽然频率范围比较宽，外接电路也很简单，但实现任意波形有些复杂，

而且外接电路固定后，难以改变波形。

在第二种方案中可以通过编写函数，方便的得到想要的波形，不需要外接的电路，而且输出的波形很稳定。

考虑到输出波形的稳定性和自己对波形函数编写的熟悉。我选择了第二种方案。

3、硬件电路部分

3.1 器件原理

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（1）EasyARM2131开发板是广州周立功公司设计的EasyARM系列开发套件之一，采用了 PHILIPS公司基于ARM7TDMI-S 核、单电源供电、LQFP封装的LPC2131，具有JTAG 仿真调试、ISP编程等功能。 开发板上提供了一些键盘、LED、蜂鸣器等常用功能部件，还具有RS232接口电路、I2C 存储器电路。另外，用户也可以更换兼容的CPU进行仿真调试，如LPC2132、LPC2138、 LPC2142等。灵活的跳线组合（开发板内使用的所有I/O均可断开连接），还有用户I/O接 口，极大地方便了用户进行32位ARM嵌入式系统的开发实验。

EasyARM2131开发板布局图如下图所示。

（2） EasyARM2131开发板可以使用与LPC2131兼容的CPU进行仿真调试，倘若使用 LPC2132/LPC2138芯片，则可以其10位D/A转换器进行DAC输出实验。D/A转换器的其参考电压与A/D转换器的相同，EasyARM2131开发板的参考源选择如图1.13所示。如图1.15所示，通过JP3和JP4选择连接，LPC2132/LPC2138的Aout输出经过R14连接到AD0.1，这样就可以直接使用AD0.1来检测Aout输出电压值。

当需要将DAC输出连接到用户的电路时，先把JP3选择短接到“P0.25”端，然后从用

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户接口J6引出Aout信号，如图1.16所示。

D/A转换器

具有以下特性：

10位数模转换器； 电阻串连结构； 缓冲输出； 掉电模式；

选择的转换速率与功率有关。

注：仅LPC2132/2134/2136/2138有D/A。 他的寄存器如下：

写程序时，只要将要转化的值赋给DACR的6到15位，然后定时器定时给他转换的时间。则可以完成转化。我们采用10的转化，也即1024个采样点的转化，设定时时间为t0，则波形的频率计算方法为：f=1/（1024*t0）。设赋的值为value,则波形的幅度计算方法为A=VALUE/1024*3.3. （3）中断

LPC2138 通过向量中断控制器（VIC ）管理中断。外设中断信号需要经过2 个开关才能

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到达ARM 内核，真正产生异常，逻辑示意图如下图所示。如果在VIC中使能了相应外 设的中断，外设中断才能到达VIC并向内核发送中断请求；只有使能了内核中断IRQ或者 FIQ，内核才能真正产生异常。硬件图如下

中断的过程示意图如下：

（4）按键的连接图

不按下时为高电平，按下时变为低电平 3.2 器件连接说明

（1）由于D/A转换时要用到基准电压，所以JP5要连接verf； （2）KEY1连接P0.16；KEY2连接P0.17；KEY3连接P0.18， KEY4连接P0.19， KEY5连接P0.20，KEY6连接P0.21。

（3）数字示波器连接DAC端口和GND端。

4、软件部分设计

系统软件采用C语言编程，程序详情请看程序附录

程序的流程图如下：

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主程序开始设置P0[7：4]引脚连接SPIO；P0.0, P0.1引脚连接UART0设置P0.25连接DAC设置P0.16，P0.17连接GPIO串口0初始化SPI初始化设置74HC595片选为输出设置蜂鸣器端口为输出设置蜂鸣器端口为高电平定义table数组设定DAC的时间最大为1US，最大的电流为700UA使能IRQ中断定时器初始化；时钟分频、定时器初值、匹配后产生中断、定时时间、使能定时器VIC中断向量控制器设置；设置为向量中断；分配中断通道；设置中断服务程序地址；使能Time0中断A7

A是判断count是否为-1count的值为9否判断cnt的值是否为9是仿真的LED数码器中（10秒内开始值）显示SIN否判断cnt的值是否为1000009是仿真的LED数码器中（10秒到20秒内的开始值）显示SANJIAO否判断cnt的值是否为2000009是仿真的LED数码器中（20秒到30秒内的开始值）显示FANG否判断cnt的值是否为3000009是仿真的LED数码器中（30秒到40秒内的开始值）显示JUCHI否判断cnt的值对100000求余是否为0是是幅度变量（判断是否到达1秒）判断KEY1是否按下V加2否否是判断KEY2是否按下幅度变量V减少2否是判断v的值是否大于26幅度变量V值为13否是判断v的值是否小于2幅度变量否V值为13发送显示倒计时数据判断count的值是否为9是蜂鸣器蜂鸣否是判断count的值是否为8蜂鸣器停止蜂鸣否8

Timer0中断服务程序开始cnt变量加1判断cnt是否小于1000000是示波器上显示（是否在10秒之内）正弦波否判断cnt是否大于1000000并且小于2000000是示波器上显示（是否在10秒和20秒之间）三角波否判断cnt是否大于2000000并且小于3000000是示波器上显示（是否在20秒和30秒之间）方波否判断cnt是否大于3000000并且小于4000000是示波器上显示（是否在30秒和40秒之间）锯齿波否变量cnt为0清除Timer0中断标志通知VIC中断处理结束返回中断原点

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4、调试过程及结果

按照器件连接说明连接好EasyARM2131开发板上的跳线后，再将数字示波器的探头分别接在DAC和GND端，运行程序，开始调试。在一开始时，由于用定时器设置的波形频率太小，导致在示波器上观察到波形不太稳定而且线条很粗，于是自己就试着改定时器上的时间来增大频率。但是后来又发现把波形频率调大了，波形仍不能很好。想了很久，都不能明白原因，经老师指点后，发现是在定时中断的子程序那里执行了很多条语句，那些语句是用来在仿真的LED数码显示器上显示函数名称和判断是否有按键的作用。后来才明白，原来在过短的时间内执行太多的语句，会影响系统的稳定性和效率，因此波形才会不好。所以我将那些语句放到了主程序中，问题就得到了解决，波形也很好了。

程序的运行结果是在EasyARM2131开发板上不同的按键控制不同类型的波形，从KEY3到KEY6按下，示波器上的波形就变换一次。因此示波器上会根据人为的控制变换不同的波形，显示正弦波，三角波，方波，锯齿波。并且在仿真的LED数码显示器中显示相应的波形名称。当示波器上显示正弦波的时候，在仿真的LED数码显示器中显示SIN，当示波器上显示三角波的时候，在其上显示SANJIAO，当显示方波的时候，在其上显示FANG，当在示波器上显示锯齿波的时候，在其上显示JUCHI。并且在波形显示的过程中，按键KEY1，KEY2键可以分别增加和减少波形的幅度，增加减少到一定的上下限幅度时又会跳回到原来的幅度。

5、课程设计体会

经过本周的实训之后，我对课本上的ARM知识掌握得更好，并在实训过程中，不断的发现问题，解决问题，提高了自己动手和编程的能力。在编写程序的过程中，我更加深入的了解了正弦波，三角波，方波和锯齿波的编写方法和EasyARM2131开发板上的D/A转换器的用法，通过不断的调试程序，也掌握了用定时器控制波形输出频率的方法。在输出波形的不稳定问题上，我困惑了很久，经过老师的指点下，让我明白了，要使波形输出的稳定，首先电源电压要稳定，然后就是在程序的编写中，不能在一小段时间内执行过多的指令。这样会影响系统的效率。通过解决了以上问题，波形就变得很好了。

本次实训还让我认识到流程图的重要性，以前在编程前，我就喜欢按照功能写语句，没先把流程图写出来。但是在此次实训时，这让我走了很大的弯路，有很多的问题是因为自己太过于空想，而把一些语句放在了错误的位置。当把流程图画出来之后就可以明显发现问题的所在了，也很快的解决了问题。所以我认识到，以后要编写程序时，先写流程图是很有必要的。

6、参考文献

（1）《深入浅出ARM7》 北京航空航天大学出版社 （2）《C程序设计完全手册》 人民邮电出版社 （3）《C程序设计》 清华大学出版社 （4）《电子报合订本（上）》 四川出版集团—四川科学技术出版社 （5）《数字电子技术基础》 高等教育出版社

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附录：

实训程序

/********************************************************************************************************/ #include \"config.h\" #include \"math.h\" #include \"stdio.h\"

typedef struct UartMode { uint8 datab; // 字长度 5/6/7/8 uint8 stopb; // 停止位 1/2 uint8 parity; // 奇偶校验 0－无校验， 1－奇校验， 2－偶校验 }UARTMODE;

const uint32 KEY1 = 1 << 16; // P0.16连接KEY1 const uint32 KEY2 = 1 << 17; // P0.17连接KEY2 #define BEEP 1 << 15 // P0.15控制蜂鸣器，低电平蜂鸣 uint32 cnt=0,count=9; uint16 delay; uint16 l=0;

uint16 k=0,b,c,da=1; uint16 zj_flag=0; uint16 table[1024]; uint16 a=0,v=13;

#define UART_BPS 115200 // 通讯波特率115200

#define HC595_CS (1 << 29) // P0.29口为74HC595的片选 /*

******************************************************************************************************* ** 函数名称 ：UART0_Init()

** 函数功能 ：初始化串口0：波特率115200，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。 ** 入口参数 ：无 ** 出口参数 ：无

******************************************************************************************************* */

uint8 const DISP_TAB[10] = {

// 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8, 0x80,0x90 };

void MSPI_Init(void) { PINSEL0 = (PINSEL0 & (~(0xFF << 8))) | (0x55 << 8) ;

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SPCCR = 0x52; // 设置SPI时钟分频 SPCR = (0 << 3) | // CPHA = 0, 数据在SCK 的第一个时钟沿采样 (1 << 4) | // CPOL = 1, SCK 为低有效 (1 << 5) | // MSTR = 1, SPI 处于主模式 (0 << 6) | // LSBF = 0, SPI 数据传输MSB (位7)在先 (0 << 7); // SPIE = 0, SPI 中断被禁止 }

uint8 MSPI_SendData(uint8 data) {

IOCLR = HC595_CS; // 片选74HC595

SPI_SPDR = data;

while( 0 == (SPI_SPSR & 0x80)); // 等待SPIF置位，即等待数据发送完毕

IOSET = HC595_CS; return(SPI_SPDR); }

void SendByte (uint8 data) { U0THR = data; while ((U0LSR & 0X20) == 0); // 等待数据发送 }

void PC_DispChar (uint8 no, uint8 chr) { SendByte(0xff); SendByte(0x80); SendByte(no); SendByte(chr); SendByte(0x00); }

uint8 UART0_Init (uint32 baud, UARTMODE set) { uint32 bak; // 参数过滤 if ((0 == baud) || (baud > 115200)) return (0); if ((set.datab < 5) || (set.datab > 8)) return (0); if ((0 == set.stopb) || (set.stopb > 2)) return (0); if (set.parity > 4) return (0);

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// 设置串口波特率 U0LCR = 0x80; // DLAB=1 bak = (Fpclk >> 4) / baud; U0DLM = bak >> 8; U0DLL = bak & 0xff; // 设置串口模式 bak = set.datab - 5; if (2 == set.stopb) bak |= 0x04; if (0 != set.parity) { set.parity = set.parity - 1; bak |= 0x08; } bak |= set.parity << 4; U0LCR = bak; return (0); }

/********************************* 正弦

****************************************************/ void sin_wave(void) { a =(a+1)%1024;

DACR=((table[a]*v/26)<<6); //把值送入DACR计算电压 } /*

*********************************************************** **三角波

************************************************************* */

void trip_wave(void) {

if (zj_flag==0) //三角波的递增 { b+=2; if (b>1020) {

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zj_flag=1; } } else { //三角波的递减 b-=2; if (b<10) { b=10; zj_flag=0; } } DACR=((b*v/26)<<6); //把值送入DACR计算电压 }

/********************************* 方波

****************************************************/ void fang_wave(void) {

k++; if(k<512) c=512; //方波的高电平 else c=10; //方波的低电平 if(k>1024) k=1; DACR=(c*v/13<<6); //把值送入DACR计算电压 }

/************************************************************ 锯齿波

**************************************************************/ void juchisave()

{ da++; //锯齿波的递增 if(da>=1024) da=1;

DACR=((da*v/26)<<6); //把值送入DACR计算电压 } /*

*********************************************************************************************************

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** 函数名称 ：IRQ_Timer0()

** 函数功能 ：定时器0中断服务程序，取反LED9控制口。 ** 入口参数 ：无 ** 出口参数 ：无

********************************************************************************************************* */

void __irq IRQ_Timer0(void) {

cnt++;

if(cnt<=1000000) //判断是否在10秒内

sin_wave(); //显示正弦波

else if((cnt>1000000)&(cnt<=2000000)) //判断是否在10—20秒内

trip_wave(); //显示三角波

else if((cnt>2000000)&(cnt<=3000000)) //判断是否在20—30秒内

fang_wave(); //显示方波

else if((cnt>3000000)&(cnt<=4000000)) //判断是否在30—40秒内 juchisave(); //显示锯齿波 else cnt=0;

T0IR = 0x01; //清除中断标志

VICVectAddr = 0x00; //通知VIC中断处理结束 } /*

********************************************************************************************************* ** 函数名称 ：Timer1_CapInt()

** 函数功能 ：定时器1捕获中断服务程序 ** 入口参数 ：无 ** 出口参数 ：无

********************************************************************************************************* */ /*

*******************************************************************************

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************************** ** 函数名称 ：main()

** 函数功能 ：用P0.7控制BEEP，让BEEP鸣叫。 ** 调试说明 ：需将跳线JP5和LED短接。

********************************************************************************************************* */

int main (void) {

uint16 i;

uint8 rcv_data;

const double T = (2 * 3.1415926)/1024; //把一个周期分成2048份 PINSEL0 = 0x00005505; // 设置P0[7：4]引脚连接SPIO，P0.0, P0.1引脚连接UART0 PINSEL1=(2<<18)|0x00000000; //设置P0.25连接DAC,设置P0.16，P0.17连接GPIO

UARTMODE uart0_set; uart0_set.datab = 8; uart0_set.stopb = 1; uart0_set.parity = 0; UART0_Init(115200, uart0_set); U0FCR = 0x01; // FIFO使能

MSPI_Init(); // 初始化SPI接口

IO0DIR = HC595_CS|BEEP; //设置74HC595片选为输出, 设置蜂鸣器端口为输出 IO0SET=BEEP; //设置蜂鸣器端口为高电平 for(i=0;i<1024;i++) //循环1024次 {

table[i] = 512*(1+sin(T*i)); //定义table数组 } DACR=(0<<16); //最大定时1US，电流700UA IRQEnable(); //IRQ中断使能 /* 定时器0初始化 */ T0TC=0; //定时器设置为0 T0PR=0; //时钟不分频 T0MCR=0x03; //设置T0MR0匹配后复位T0TC，并产生中断标志 T0MR0=Fpclk/100000; //0.01MS秒钟定时 T0TCR=0x01; //启动定时器

/* 设置定时器0中断IRQ */ VICIntSelect=0x00; //所有中断通道设置为IRQ中断 VICVectCntl0=0x20|0x04; //设置定时器0中断通道分配最高优先级

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VICVectAddr0=(uint32)IRQ_Timer0; //设置中断服务程序地址 VICIntEnable = 1 << 0x04; //使能定时器0中断 while (1) { if(count==-1) count=9; //当显示0过后，要显示9 if(cnt==9) //判断是否为10秒之内的初始值 {PC_DispChar(4,0x00);PC_DispChar(3,0x00);PC_DispChar(2,0x6d);PC_DispChar(1,0x06);PC_DispChar(0,0x37);} //在仿真LED数码管显示器上显示SIN if(cnt==1000009) //判断是否为10秒与20秒间的初始值 { PC_DispChar(6,0x6d);PC_DispChar(5,0x77);PC_DispChar(4,0x37);PC_DispChar(3,0x1e);PC_DispChar(2,0x06);PC_DispChar(1,0x77);PC_DispChar(0,0x3f);} //在仿真LED数码管显示器上显示SANJIAO if(cnt==2000009) //判断是否为20秒与30秒间的初始值 {PC_DispChar(6,0x00);PC_DispChar(5,0x00);PC_DispChar(4,0x00);

PC_DispChar(3,0x71); PC_DispChar(2,0x77); PC_DispChar(1,0x37); PC_DispChar(0,0x6f);} //在仿真LED数码管显示器上显示FANG

if(cnt==3000009) //判断是否为30秒与40秒间的初始值 {PC_DispChar(6,0x00);PC_DispChar(5,0x00);PC_DispChar(4,0x1E);

PC_DispChar(3,0x3E); PC_DispChar(2,0x39); PC_DispChar(1,0x76); PC_DispChar(0,0x06);} //在仿真LED数码管显示器上显示JUCHI if((cnt%100000)==0) //判断是否到1秒的时间 { if ((IO0PIN & KEY1) == 0) v+=2; //如果KEY1按下，幅值变量V加2 if ((IO0PIN & KEY2) == 0) v-=2; //如果KEY2按下，幅值变量V减少2 if(v>26)v=13; //如果V的值大于26，V的值为13 if(v<2)v=13; //如果V的值小于2，V的值为13 rcv_data = MSPI_SendData(DISP_TAB[count--]); //发送显示倒计时数据 }

if(count==9) IO0CLR=BEEP; //如果秒值为9，蜂鸣器蜂鸣 if(count==8) IO0SET=BEEP; //如果秒值为8，蜂鸣器停止蜂鸣 }

return 0; }

/****************************************************************************/

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