- •Перечень сокращений
- •Предисловие
- •Введение
- •Часть 1. Архитектура и аппаратные средства микроконтроллера LPC214x
- •1.1 Общие сведения о микроконтроллерах LPC214x
- •1.2 Программистская модель процессорного ядра ARM7TDMI
- •1.2.1 Режимы работы ядра ARM7
- •1.2.2 Система регистров
- •1.2.3 Слово состояния программы
- •1.2.4 Организация памяти
- •1.3 Система команд
- •1.3.1 Команды арифметической и логической обработки
- •1.3.2 Команды умножения
- •1.3.3 Команды регистровой пересылки
- •1.3.4 Команды загрузки и сохранения регистров
- •1.3.5 Команды пакетного обмена с памятью
- •1.3.6 Команды передачи управления
- •1.3.7 Команды обращения к слову состояния программы
- •1.4 Методы адресации
- •1.4.1 Непосредственная адресация
- •1.4.2 Регистровая адресация
- •1.4.3 Косвенная адресация
- •1.4.4 Индексная адресация
- •1.5 Процедура начальной загрузки и режимы отображения памяти
- •1.6 Обработка исключительных ситуаций
- •1.7 Система тактирования
- •1.7.1 Выбор тактовой частоты микроконтроллера
- •1.7.2 Настройка тактирования периферийных устройств
- •1.8 Модуль ускорения памяти
- •1.9 Внешние выводы микроконтроллера
- •1.9.1 Служебные контакты
- •1.9.2 Программно-управляемые линии ввода-вывода
- •1.9.3 Альтернативные функции линий ввода вывода
- •1.10 Цифровые порты ввода-вывода
- •1.10.1 Управление портом через низкоскоростную шину
- •1.10.2 Управление портом через высокоскоростную шину
- •1.11 Система прерываний
- •1.11.1 Назначение системы прерываний
- •1.11.2 Процесс обработки прерываний IRQ
- •1.11.3 Процесс обработки быстрых прерываний FIQ
- •1.11.4 Регистры управления системой прерываний
- •1.11.5 Порядок настройки прерывания IRQ
- •1.11.6 Порядок настройки быстрого прерывания FIQ
- •1.11.7 Процедура обработки прерывания
- •1.11.8 Задержка обработки прерывания
- •1.12 Внешние прерывания
- •1.12.1 Регистры управления блоком внешних прерываний
- •1.12.2 Порядок настройки блока внешних прерываний
- •1.13 Таймеры-счетчики
- •1.13.1 Режим таймера и схема совпадения
- •1.13.2 Режим счетчика
- •1.13.3 Схема захвата
- •1.13.4 Управляющие регистры
- •1.13.5 Формирование интервалов времени через систему прерываний
- •1.13.6 Измерение периода и длительности импульса с помощью устройства захвата
- •1.13.7 Подсчет числа импульсов в единицу времени
- •1.14 Широтно-импульсный модулятор
- •1.14.1 Основы функционирования
- •1.14.2 Дополнительные возможности
- •1.14.3 Регистры управления ШИМ
- •1.14.4 Порядок настройки ШИМ
- •1.15 Аналого-цифровые преобразователи
- •1.15.1 Краткие сведения о встроенных АЦП
- •1.15.2 Общие рекомендации по использованию АЦП
- •1.15.3 Управляющие регистры
- •1.15.4 Порядок настройки АЦП
- •1.15.5 Программный запуск аналого-цифрового преобразователя
- •1.15.6 Запуск аналого-цифрового преобразователя по таймеру
- •1.15.7 Программный опрос готовности АЦП
- •1.15.8 Опрос готовности АЦП по прерыванию
- •1.15.9 Считывание и масштабирование результата АЦП
- •1.16 Цифро-аналоговый преобразователь
- •1.16.1 Регистр управления ЦАП
- •1.16.2 Рекомендации по применению ЦАП
- •1.17 Последовательный синхронный приемо-передатчик SPI
- •1.17.1 Назначение и основы функционирования интерфейса SPI
- •1.17.2 Управляющие регистры
- •1.17.3 Передача и прием данных в режиме ведущего
- •1.17.4 Передача и прием данных в режиме ведомого
- •1.18 Последовательный синхронный приемо-передатчик I2С
- •1.18.1 Назначение и основы функционирования интерфейса I2С
- •1.18.2 Управляющие регистры
- •1.18.3 Настройка модуля I2C
- •1.18.4 Типовые циклы обмена данными по шине I2C
- •1.19 Последовательный асинхронный приемопередатчик UART
- •1.19.1 Назначение и основы функционирования порта UART
- •1.19.2 Управляющие регистры
- •1.19.3 Настройка порта UART
- •1.19.4 Прием байта с опросом флага
- •1.19.5 Передача байта с опросом флага
- •1.19.6 Прием и передача данных с использованием прерываний
- •1.19.7 Прием и передача пакетов данных
- •1.19.8 Диагностика ошибок
- •1.19.9 Автоматическая настройка скорости
- •1.20 Часы реального времени
- •1.20.1 Основные возможности часов реального времени
- •1.20.2 Управляющие регистры
- •1.20.3 Рекомендации по применению
- •1.21 Управление питанием и идентификация источников сброса
- •1.21.1 Краткие сведения о мониторе питания
- •1.21.2 Управляющие регистры
- •Часть 2. Разработка и отладка программ с помощью современных инструментальных средств
- •2.1 Форматы представления чисел
- •2.1.1 Основные коды представления целых чисел
- •2.1.2 Форматы представление целых чисел, приятные в языке Си
- •2.1.3 Форматы чисел c плавающей точкой стандарта IEEE754
- •2.2 Основы программирования на языке Си
- •2.2.1 Структура программы
- •2.2.2 Числовые константы
- •2.2.3 Переменные и именованные константы
- •2.2.4 Оператор присваивания, выражения и операции
- •2.2.5 Условный оператор
- •2.2.6 Приведение и преобразование типов
- •2.2.7 Массивы
- •2.2.8 Строки символов
- •2.2.9 Структуры
- •2.2.10 Объединения
- •2.2.11 Указатели
- •2.2.12 Ветвление
- •2.2.13 Множественное ветвление
- •2.2.14 Цикл со счетчиком
- •2.2.15 Циклы с предусловием и постусловием
- •2.2.16 Функции
- •2.2.17 Некоторые директивы компилятора
- •2.2.18 Библиотека математических функций MATH.h
- •2.2.19 Функция создания форматированных строк SNPRINTF
- •2.2.20 Ассемблер в Си-программах
- •2.3 Интегрированная среда разработки Keil µVision 4
- •2.3.1 Создание проекта
- •2.3.2 Создание файла программы
- •2.3.3 Настройка проекта
- •2.3.4 Набор текста программы
- •2.3.5 Компиляция программы
- •2.3.6 Отладка программы
- •2.3.7 Основные отладочные инструменты среды Keil µVision 4
- •2.3.8 Управление распределением памяти
- •2.4 Методика отладки программ
- •2.4.1 Быстрый поиск ошибок
- •2.4.2 Ввод и вывод дискретных сигналов
- •2.4.3 Таймер-счетчик. Формирование интервалов времени
- •2.4.4 Таймер-счетчик. Формирование внешних сигналов совпадения
- •2.4.5 Таймер-счетчик. Счетчик внешних событий
- •2.4.6 Таймер-счетчик. Устройство захвата
- •2.4.7 Широтно-импульсный модулятор
- •2.4.8 Аналого-цифровой преобразователь
- •2.4.9 Цифро-аналоговый преобразователь
- •2.4.10 Приемопередатчик SPI
- •2.4.11 Приемопередатчик I2C
- •2.4.12 Приемопередатчик UART
- •2.4.13 Часы реального времени
- •2.5 О программировании ARM7 на ассемблере
- •2.5.1 Основные правила записи программ на ассемблере
- •2.5.2 Псевдокоманды
- •2.5.3 Директивы ассемблера
- •2.5.4 Макросы
- •2.5.5 Пример простой программы
- •2.6 Распространенные средства разработки и отладки
- •2.6.1 Демонстрационные платы EA-EDU-001 и EA-EDU-011
- •2.6.2 Внутрисхемный отладчик J-Link
- •2.6.3 Утилиты программирования ПЗУ LPC Flash Utility и FlashMagic
- •2.6.4 Программа-терминал 232Analyzer
- •2.6.5 Низкоуровневый редактор диска DMDE
- •Часть 3. Решение типовых задач локального управления
- •3.1 Формирование временной задержки с помощью цикла
- •3.1.1 Задание
- •3.1.2 Общие рекомендации
- •3.1.3 Алгоритм программы
- •3.1.4 Отладка
- •3.1.5 Дополнительные сведения о формировании временной задержки
- •3.2 Формирование дискретного сигнала с помощью таймера
- •3.2.1 Задание
- •3.2.2 Общие рекомендации
- •3.2.3 Алгоритм программы
- •3.3 Опрос дискретного датчика или кнопки
- •3.3.1 Задание
- •3.3.2 Общие рекомендации
- •3.3.3 Алгоритм программы
- •3.3.4 Отладка
- •3.4 Опрос состояния механических контактов с подавлением дребезга
- •3.4.1 Задание
- •3.4.2 Общие рекомендации
- •3.4.3 Алгоритм программы
- •3.4.4 Отладка
- •3.5 Опрос клавиатуры с автоповтором
- •3.5.1 Задание
- •3.5.2 Общие рекомендации
- •3.5.3 Алгоритм программы
- •3.5.4 Отладка
- •3.6 Формирование импульсного управляющего сигнала с помощью модуля ШИМ
- •3.6.1 Задание
- •3.6.2 Общие сведения
- •3.6.3 Алгоритм программы
- •3.6.4 Отладка
- •3.6.5 Синхронизация внешним сигналом
- •3.7 Формирование сигналов специальной формы с помощью ЦАП
- •3.7.1 Задание
- •3.7.2 Основы
- •3.7.3 Алгоритм программы
- •3.7.4 Повышение точности генерирования частоты
- •3.7.5 Выбор числа дискрет
- •3.8 Управление двухфазным шаговым двигателем
- •3.8.1 Задание
- •3.8.2 Общие сведения
- •3.8.3 Алгоритм программы
- •3.9 Применение ШИМ для формирования низкочастотных аналоговых сигналов
- •3.9.1 Задание
- •3.9.2 Основные сведения
- •3.9.3 Алгоритм основной программы
- •3.9.4 Алгоритм процедуры обработки прерывания
- •3.10 Управление символьным жидкокристаллическим индикатором
- •3.10.1 Задание
- •3.10.2 Управление модулем жидкокристаллической индикации
- •3.10.3 Разработка функции управления ЖКИ с ожиданием готовности
- •3.10.4 Функция вывода строки символов
- •3.10.5 Разработка функции инициализации модуля ЖКИ
- •3.10.6 Разработка тестовой программы
- •3.10.7 Управление ЖКИ с опросом флага готовности
- •3.10.8 Программирование произвольных символов
- •3.11 Управление матричным светодиодным индикатором
- •3.11.1 Задание
- •3.11.2 Основные рекомендации
- •3.11.3 Алгоритм основной программы
- •3.11.4 Алгоритм процедуры обработки прерывания
- •3.11.5 Реализация движения строки
- •3.12 Управление матричным жидкокристаллическим дисплеем
- •3.12.1 Управление дисплеем на основе контроллера PCF8833
- •3.12.2 Построение простейших геометрических фигур
- •3.13 Измерение постоянного напряжения
- •3.13.1 Задание
- •3.13.2 Основные рекомендации
- •3.13.3 Алгоритм основной программы
- •3.13.4 Алгоритм процедуры обработки прерывания от АЦП
- •3.13.5 АЦП с циклическим опросом нескольких каналов
- •3.13.6 Автоматический выбор пределов измерения
- •3.14 Измерение параметров уровня переменного напряжения
- •3.14.1 Задание
- •3.14.2 Основные рекомендации
- •3.14.3 Алгоритм основной программы
- •3.14.4 Алгоритм процедуры обработки прерывания
- •3.15 Измерение ускорения с помощью трехосевого акселерометра
- •3.16 Измерение интервалов времени с помощью таймера
- •3.16.1 Задание
- •3.16.2 Общие рекомендации
- •3.16.3 Алгоритм основной программы
- •3.16.4 Алгоритм процедуры обработки прерывания
- •3.16.5 Повышение разрешающей способности путем усреднения
- •3.16.6 Введение поправок
- •3.17 Измерение частоты с помощью счетчика
- •3.17.1 Задание
- •3.17.2 Основные рекомендации
- •3.17.3 Алгоритм программы
- •3.17.4 Повышение точности измерений
- •3.18 Опрос цифрового датчика температуры. Интерфейс I2C
- •3.18.1 Задание
- •3.18.2 Общие рекомендации
- •3.18.3 Алгоритм программы
- •3.20 Обмен данными с электрически перепрограммируемым ПЗУ
- •3.20.1 Задание
- •3.20.2 Общие сведения о микросхемах EEPROM
- •3.20.3 Адресация в микросхемах EEPROM
- •3.20.4 Порядок чтения EEPROM
- •3.20.5 Порядок записи EEPROM
- •3.20.6 Разработка программы чтения EEPROM
- •3.20.7 Разработка функции записи блока данных в EEPROM
- •3.21 Интерфейс RS-232. Прием и передача простых команд
- •3.21.1 Задание
- •3.21.2 Алгоритм программы
- •3.21.3 Автоматическая настройка скорости
- •3.22.1 Задание
- •3.22.2 Основные рекомендации
- •3.22.3 Алгоритм программы
- •3.23 Интерфейс RS-232. Прием пакета переменной длины
- •3.23.1 Задание
- •3.23.2 Основы реализации
- •3.23.3 Алгоритм программы
- •3.24 Обмен данными с картой памяти Secure Digital
- •3.24.1 Задание
- •3.24.2 Общие сведения о карах FLASH-памяти SD/MMC
- •3.24.3 Команды SD/MMC
- •3.24.4 Процедура инициализации карты
- •3.24.5 Чтение и запись данных
- •3.24.6 Обработка ошибок
- •3.24.7 Комментарии к алгоритму и программе
- •Алфавитный указатель управляющих регистров
- •Список литературы
- •Содержание
был считан до того, как оказался перезаписан следующим результатом. Бит очищается при чтении регистра ADxGDR.
●Бит 31 (DONE). Бит равен единице, если аналого-цифровое преобразование завершено. Этот бит информирует о готовности результата. Бит очищается при чтении РСФ ADxGDR.
Регистр ADxGDR. В то время как регистр ADGSR хранит результата любого последнего преобразования, независимо от использованного канала, регистры AD0DR0–7, AD1DR0–7 (ADxDRx) хранят результаты для каждого канала в отдельности. Значения их битов идентичны битам регистра ADGSR, за исключением отсутствующих битов CHN.
Регистр ADxSTAT. Флаги готовности и потери данных всех каналов объединены в регистрах AD0STAT и AD1STAT (ADxSTAT).
●Биты 0–7 (DONE0–7). Биты готовности результата преобразования сигналов в каналах 7–0. В отличие от своих копий в регистрах ADxDRx не очищаются при чтении регистра.
●Биты 8–15 (OVERUN0–7). Биты потери результата преобразования сигналов в каналах 0–7. При чтении регистра значение битов сохраняется.
●Бит 16 (ADINT). Флаг прерывания от АЦП. Данный разряд устанавливается в единицу и инициирует прерывание в случае, если равен единице один из битов готовности DONE0–7, при условии что прерывание для соответствующего канала разрешено (см. ниже регистр ADxINTEN).
Регистр ADxINTEN содержит биты разрешения прерывания по готовности результата АЦП.
●Биты 0–7 (ADINTEN0–7). Биты позволяют разрешить (1) или запретить (0) прерывание, возникающее при завершении преобразования сигнала на каждом из восьми каналов АЦП.
●Бит 8 (ADGNTEN). Установка этого бита в единицу разрешает прерывание от АЦП независимо от того, для какого канала получен результат. Для индивидуального выбора каналов следует записать ноль. При сбросе этот бит установлен в единицу.
1.15.4 Порядок настройки АЦП
1. Выполнить настройку АЦП через регистр ADxCR. При установке значений отдельных битов предлагается следующий порядок действий.
а) Выбрать способ запуска АЦП, принимая во внимание сведения в таблицы 1.15.3. Записать значение битов START и BURST в соответствии с выбранным способом запуска. Записать значение бита EDGE, если АЦП запускается сигналом от таймера или внешним сигналом. Если используется программный запуск, необходимо нулевое значение START.
б) Записать единицу в разряд PDN.
в) Если требуемое по заданию время преобразования меньше 2,44 мкс, выбрать разрядность и время преобразования, с учетом выражения (1.15.2).
г) Выбрать тактовую частоту АЦП, так чтобы время преобразования не превышало требуемого по заданию, но не более 4,5 МГц. Рассчитать значение битов CLKDIV по формуле (1.15.1).
67
д) Установить единицы в разряды SEL, соответствующие используемым каналам. Если аппаратное сканирование каналов не используется, должен быть выбран единственный канал.
Приведем пример настройки аналого-цифрового преобразования.
AD0CR=0x00207F02;
Данная команда обеспечивает включение АЦП (бит 21), с делителем частоты 1:128 (биты 8–15), с использованием канала 1 (биты 0–7).
2.Если предполагается использование прерывания по готовности АЦП, установить каналы, для которых будет вырабатываться прерывание (регистр ADINTEN). Если выборочная настройка по каналам не требуется или прерывание от АЦП не используется, оставить регистр ADINTEN без изменений.
3.Подключить портовые линии МК, выполняющие функцию аналоговых входов, через регистры PINSEL0 и PINSEL1 (рисунки 1.9.1, 1.9.2).
4.Если необходимо прерывание от АЦП, настроить контроллер пре-
рываний через регистры VICVectAddr0–15, VICVectCntl0–15 и VICIntEnable.
1.15.5 Программный запуск аналого-цифрового преобразователя
Программный запуск АЦП осуществляется командой логического сложения регистра ADxCR с числом 0x01000000. Это обеспечит установку двоичного кода 001 в биты START, не влияя на остальные биты.
AD0CR|=0x01000000;
1.15.6 Запуск аналого-цифрового преобразователя по таймеру
Для периодического преобразования необходимо:
1.Настроить таймер и схему совпадения для формирования интервалов времени, так как это было описано в разделе 1.13.5.
2.Разрешить формирование схемой совпадения установку одного из сигналов EMC0–3 (регистр TxEMR, биты EMC0–3). При этом прерывание от таймера разрешать не требуется.
3.При обнаружении готовности АЦП сбросить в ноль соответствующий флаг в регистре TxEMR (биты EM0–3), например, командой (для таймера 0 и сигнала EMC1)
T0EMR&=0xFFFFFFFD;
1.15.7 Программный опрос готовности АЦП
Практически могут быть предложены два варианта. Отличие состоит в том, что в первом случае программа МК «зависает» на время преобразования, что крайне нежелательно. Однако может считаться допустимым упрощением алгоритма в случаях, когда время преобразования пренебрежимо мало в данной конкретной специфической задаче.
Проверка готовности АЦП через опрос флага «с зависанием»
while ((AD0STAT & 0x00000002)==0) ; ADRes=AD0DR0;
... // Обработка
68
или
do ADCRes=AD0DR0;
while ((AD0STAT & 0x00000002)==0) ;
... // Обработка
Проверка готовности АЦП без «зависания»
if ((AD0STAT & 0x00000002)!=0) ADRes=AD0DR0;
...; // Обработка
или
ADCRes=AD0DR0;
if ((ADCRes & 0x00000002)!=0)
{
...; |
// Обработка |
}
Подразумевается, что эти команды будут помещены в вечный цикл, чем обеспечится их периодическое и частое выполнение.
Переменная ADRes должна быть объявлена как целое без знака.
unsigned int ADCRes;
1.15.8 Опрос готовности АЦП по прерыванию
Наиболее эффективным и универсальным можно считать считывание и обработку результата, вынесенную в процедуру обработки прерывания. Для разрешения прерывания по готовности АЦП необходимо:
1.Если требуется запрашивать прерывание по завершении преобразования для нескольких каналов выборочно, произвести соответствующую настройку через регистр ADxINTEN. Если прерывание должно происходить при каждом преобразовании, этот пункт пропустить.
2.Настроить систему прерываний с помощью регистров
VICVectAddr0–15, VICVectCntl0–15 и VICIntEnable.
3.Процедура обработки прерывания должна содержать команду сброса в ноль сигнала EMCx, если прерывание вызвано схемой совпадения таймера (раздел 1.15.4).
1.15.9 Считывание и масштабирование результата АЦП
Результирующий код аналого-цифрового преобразования может быть считан из регистра ADxDRx путем наложения маски и сдвига на шесть разрядов вправо:
N=(AD0DR0 & 0xFFC0) >> 6;
или
N=((AD0DR0 >> 6) & 0x3FF);
Наложение маски (логическое умножение на 0xFFC0) выделяет результат АЦП, сбросив все остальные биты регистра ADxDRx в ноль. Сдвиг вправо удаляет незначащие нули. При этом будет получен результат АЦП «как есть» от 0 до 1023, который может быть сохранен в целочисленную переменную N.
69