- •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
Внимание! Порт не будет функционировать, если обращение к нему выполняется в высокоскоростном режиме (регистры FIOx…), а высокоскоростной режим отключен (регистр SCS). То же и наоборот. Следует убедить-
ся, что флажки GPIOxM в окне System Control Block System Control & Status установлены для высокоскоростного режима или сброшены для низкоскоростного.
2.4.2 Ввод и вывод дискретных сигналов
Для тестирования ввода дискретного сигнала рекомендуется:
1. Установить точку останова на команду обращения к порту. Команда чтения обычно имеет формат:
Имя переменной = IOxPIN & Маска ;
Команда записи
IOxPIN/SET/CLR = Имя переменной & Маска ;
Маска может отсутствовать. В высокоскоростном режиме вместо IOx… используются FIOx….
2.При вводе добиться желаемого уровня на дискретном входе, выполнив необходимые коммутации в аппаратуре. Желательно контролировать электрический уровень на входе вольтметром или осциллограмм. При выводе просто контролировать сигнал.
3.Открыть окно просмотра состояния портов ввода-вывода
Peripherals GPIO Slow Interface Port 0 или Peripherals GPIO Fast Interface Port 0. На рисунке 2.4.6 показаны оба варианта.
1
2
3
4
5
6
1 |
– направление ввода-вывода; |
4 |
– текущее состояние; |
2 |
– установка единицы; |
5 |
– моделирование ввода дискретных сигналов; |
3 |
– сброс в ноль; |
6 |
– маска |
Рисунок 2.4.6 – Окна цифровых портов ввода-вывода
Каждый флажок соответствует разряду одного из регистров управления портами (имена регистров подписаны слева). Имеются также поля для ввода 16-ричных кодов управления портами. Флажки Pins в нижнем ряду
137
предназначены для имитации ввода дискретных сигналов. В режиме внутрисхемной отладки они отсутствуют.
4. Нажать F11, выполнив команду обращения к порту. При чтении проследить за изменением регистра IOxPIN (FIOxPIN) и переменной, в которую содержимое порта сохраняется (окно Watch). При записи проследить за изменением электрического сигнала на портовой линии.
Если ввод-вывод выполняется с ошибкой, причины могут быть следующие:
а) из-за неверной маски обращение происходит не к той линии, к которой должно;
б) выбрано неверное направление линии через (F)IOxDIR; в) линия настроена на выполнение альтернативной функции;
г) изменение линии запрещено аппаратным маскированием (регистр FIOMASK равен единице);
д) выполняется обращение через регистры FIOx…, притом что высокоскоростной режим не включен (регистр SCS) или наоборот.
2.4.3 Таймер-счетчик. Формирование интервалов времени
1.Запустить программу (F5), затем остановить и убедиться, что блок, отвечающий за настройку таймеров-счетчиков, выполнился. Иными словами, убедиться, что программа не зависла, не доходя до блока настройки.
2.Открыть окно таймеров-счетчиков (Peripherals Timer Timer 0/1) (рисунок 2.4.7).
3.Прежде всего, обратить внимание на бит разрешения счета (2) и сброса счетчика (3). Первый должен быть единицей, второй нулем. Проверить, что выбран верный источник тактирования, то есть режим таймера или счетчика (17). Если что-то из перечисленного настроено неверно, то содержимое таймера-счетчика (1), скорее всего, равно нулю. Если в поле (1) ненулевое значение, значит, таймер-счетчик работает и нужно переходить к проверке схемы совпадения.
4.Следует убедиться, что, по крайней мере, одно из устройств совпадения обеспечивает остановку и/или сброс таймера-счетчика, то есть хотя бы один из флагов (6–7) установлен, а также что пороговое значение (4) не слишком велико (соответствует длительности формируемого интервала времени) и не равно нулю.
5.Если используется прерывание по совпадению, формирование запроса прерывания должно быть разрешено (5). Если формируемый интервал времени слишком длинный, полезно установить точку останова внутри процедуры обработки прерывания, имитировать совпадение путем ввода вручную в окно (1) числа, равного пороговому значению (4) и запуска программы (F5). При этом должен установиться флаг (10) и возникнуть прерывание.
6.Постоянно установленный флаг запроса прерывания (10, 16) и отсутствие самого прерывания, свидетельствует в пользу нормального функционирования таймера и ошибочной настройки системы прерываний.
138
1 |
2 |
|
|
||
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
3 |
|
7 |
||
|
||
8 |
|
|
9 |
|
|
10 |
|
|
11 |
|
12
13
14
|
15 |
|
17 |
|
16 |
|
18 |
|
|
|
|
1 |
– содержимое таймера-счетчика; |
|
– захваченное состояние; |
11 |
|||
2 |
– включение; |
12–13 – разрешить захват по фронту и по |
|
3 |
– сброс; |
|
срезу; |
4 |
– пороговое значение; |
14 |
– разрешить запрос прерывания по за- |
5–7 – разрешить запрос прерывания, сброс |
|
хвату; |
|
|
и остановку по совпадению; |
15 |
– состояние входов CAPx.x; |
8–9 – управление сигналом MATx.x и его |
16 |
– состояние запроса прерывания по за- |
|
|
текущее состояние; |
|
хвату; |
10 – состояние запроса прерывания по сов- |
17 |
– режим (таймер или счетчик); |
|
|
падению; |
18 |
– выбор входа счетчика |
Рисунок 2.4.7 – Окно таймера-счетчика
2.4.4 Таймер-счетчик. Формирование внешних сигналов совпадения
1.Подключить осциллограф или вольтметр к линии порта, на которой ожидается сигнал совпадения.
2.Убедиться, что таймер и устройство совпадения функционируют нормально (см. выше).
3.Проверить разрешено ли формирование внешних сигналов совпадения и верно ли выбрана реакция на совпадение: инверсия, положительный или отрицательный перепад (8).
4.Если флаг (9) меняется верно, но уровень электрического сигнала не меняется, следует искать ошибку в настройке режима портовой линии.
2.4.5 Таймер-счетчик. Счетчик внешних событий
1. Подключать источник прямоугольного сигнала амплитудой от 0 до 5 В и частотой не более 30 МГц к одному из счетных входов CAPx.x. Открывать окно таймера следует после того, как внешний сигнал подан, так как информация не обновляется в открытом окне.
139
2.Проверить выбор режима счетчика (17) и счетного входа (18).
3.Если счетчик при наличии внешнего сигнала не инкрементируется, следует искать ошибку в настройке портовой линии.
2.4.6 Таймер-счетчик. Устройство захвата
1.Добиться нормального функционирования таймера.
2.Подключать источник дискретного сигнала амплитудой от 0 до 5 В
ик одному из входов CAPx.x. Открыть окно таймера.
3.Убедиться, что разрешен захват по фронту и/или срезу по крайней мере одного из внешних сигналов (12–13).
4.Если ни один из флажков 15 не активен (закрашен серым цветом), значит режим порта настроен неверно.
5.При изменении уровня внешнего сигнала захваченное состояние таймера должно обновляться в окне (11). Обновление будет происходить только при любой активности отладчика: открыть/закрыть окно таймера, выполнить очередную команду (F10/F11) и т. д.
2.4.7 Широтно-импульсный модулятор
1. Во время тестирования ШИМ рекомендуется контролировать осциллографом сигнал на выходах PWMx. Окно настроек вызывается пунктом меню Peripherals Pulse Width Modulator.
Верхняя часть окна (рисунок 2.4.8) аналогична окну настроек таймера. Ниже расположена таблица, в которой показаны настройки каждого из семи устройств совпадения.
1 |
|
|
|
3 |
2 |
4 |
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
7 |
|
|
8 |
6 |
|
9 |
|
|
1 |
– содержимое счетчика ШИМ; |
6 |
– состояние запроса прерывания; |
2 |
– включение счетчика; |
7 |
– управление начальной фазой; |
3 |
– сброс счетчика; |
8 |
– включение канала; |
4 |
– пороговые значения и настройки всех каналов; |
9 |
– состояние выхода канала ШИМ |
5 |
– разрешение запроса прерывания, сброса, и |
|
|
остановки счета по совпадению (сверху вниз); |
|
|
|
|
Рисунок 2.4.8 – Окно настройки ШИМ |
140