- •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
Для десятиразрядного АЦП и десятичного ряда пределов или
в зависимости от того является предельным код или (см. раздел 1.15.9). Для двоичного ряда или .
Рассмотренный алгоритм позволяет как повышать, так и понижать предел измерения и при плавном изменении измерительного сигнала обеспечивает выбор за один шаг.
Возможен и другой способ, а именно в каждом цикле измерения перебирать по очереди все пределы, начиная с самого грубого. Останавливать перебор нужно как только код окажется достаточно велик. А именно: для десятичного ряда не менее 100 () или 103 (); для двоичного — не менее 500 () или 512 (). Пороги переключения здесь не занижаются на 5–10%, так как нет гистерезиса (переключение осуществляется всегда только в направлении повышения чувствительности).
Стоит обсудить выбор пределов при цифровом измерении параметров переменного сигнала (см. раздел 3.14). При этом результат вычисляется на основе последовательности нескольких мгновенных значений (от единиц до тысяч). Можно рекомендовать понижать чувствительность, если хотя бы одно мгновенное значение выходит за верхнюю границу, а понижать, если все мгновенные значения в последовательности оказались ниже нижней границы.
Если выявлено, что предел измерения выбран неверно, то следует немедленно дать команду на его смену. Перед повторным измерением обычно следует выдержать некоторое время для прекращения переходного процесса, из-за коммутаций в электрических цепях. Что касается результата измерения, то он ошибочный и может быть отброшен. Причем из-за одного мгновенного значения ошибочной может оказаться вся серия измерений, например при вычислении действующего значения напряжения.
Переключение пределов требуется учитывать при программном масштабировании. В формуле (1.15.5) величина окажется зависимой от текущего предела. Можно создать в памяти массив значений для каждого предела или же вычислять по номеру предела.
3.14 Измерение параметров уровня переменного напряжения
3.14.1 Задание
Разработать программу для измерения и индикации действующих значений переменных напряжений на входах AIN0.1 (P0.28) и AIN0.2 (P0.29).
3.14.2 Основные рекомендации
Известно, что действующее значение определяется через квадратный корень из среднего квадрата мгновенных значений напряжения. Если период напряжения известен заранее, то можно выполнять усреднение по периоду. Однако на практике нередко период трудно определить точно, например, изза интенсивных помех. Тогда усреднение достигается применением фильтра нижних частот.
210
В данном случае в качестве фильтра может быть рекомендован нерекурсивный фильтр на основе окна Кайзера [5]. Тогда действующее значение вычисляется по формуле
, |
(3.14.1) |
где — число дискретных отсчетов напряжения; — дискретные отсчеты напряжения; — дискретные отсчеты оконной (весовой) функции Кайзера.
Файл, содержащий, массив из отсчетов функции Filter.h предоставляется преподавателем.
Предлагается следующий общий подход. АЦП, как и в предыдущей работе запускается сигналом от таймера. Считывание результатов АЦП также производится в процедуре обработки прерываний от АЦП. В отличие от предыдущей программы здесь необходимо накапливать 1000 результатов измерений и устанавливать флаг готовности. При этом основная программа приступает к обработке (в том числе фильтрации) накопленных данных, а преобразование переключатся на другой канал, причем результаты сохраняются в другой массив.
3.14.3 Алгоритм основной программы
К программе необходимо подключить файлы STDIO.h, math.h, LCD.c, Filter.h.
Программа использует следующие глобальные переменные:
а) u — целочисленный массив размерностью 2x1000 для хранения таблицы дискретных отсчетов напряжения (по 1000 отсчетов для каждого канала);
б) k — целочисленный счетчик отсчетов (начальное значение 0); в) C — номер текущего канала: 0 или 1 (начальное значение 0);
г) ReadyFlag — флаг готовности таблицы к обработке (начальное значение 0);
д) в подключенном файле Filter.h содержится описание массива констант w в формате с плавающей точкой.
Локальные переменные основной программы: а) i — целочисленный счетчик;
б) U — переменная с плавающей точкой предназначена для хранения вычисленного действующего значения;
в) S — строка из десяти символов для хранения индицируемых сим-
волов.
Блок схема алгоритма показана на рисунке 3.14.1 1–5. Пункты 1–5 основной программы абсолютно идентичны преды-
дущему решению.
6.Блоки, начиная с седьмого, выполняются только при условии равенства единицы флага готовности.
7.Переменная U далее будет использоваться для накопления суммы (3.14.1), поэтому здесь должна обнуляться.
211
Основная программа Начало
1 Выбор режима линии
P0.28, P0.29
2 Инициализация
ЖКИ
3 Настройка таймера и
схемы совпадения, включение таймера
4
Настройка АЦП
5
Настройка системы
|
|
|
прерываний |
|
|
|
Нет |
6 |
|
|
|
|
ReadyFlag=1 |
|
|
|
|
Да |
|
|
|
7 |
U=0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Нет |
8 |
Да |
|
|
i=0; i<999; i++ |
||
|
|
|
|
|
10 |
1/2 |
|
|
|
U=U |
Vref/1024 |
|
|
|
|
|
|
||
11 |
|
|
9 |
2 |
Формирование |
|
|||
U=U+u[!C][i] ·w[i] |
||||
строки символов |
|
|
||
12 |
|
|
|
|
Вывод строки на ЖКИ |
|
|
||
13 |
|
|
|
|
ReadyFlag=0 |
|
|
|
Процедура обработки |
|
прерывания от АЦП |
|
Начало |
|
1 |
|
Сохранение и |
|
масштабирование |
|
результата в u[С][k] |
|
2 |
|
k = k+1 |
Нет |
3 |
|
k > 999 |
|
Да |
4
k = 0
5
С= !С
6
Переключение
канала АЦП
7
ReadyFlag = 1
8
Инициализация
системы прерываний Возврат
Рисунок 3.14.1 – Алгоритм программы измерения действующего значения напряжения
8–9. С помощью цикла for организовать вычисления по той же формуле (3.14.1). Предлагается следующая конструкция:
for (i=0; i<1000; i++) U+=u[!C][i]*u[!C][i]*w[i];
В процессе вычислений переменная C указывает номер канала, в котором производятся измерения. Здесь же нужен номер канала, измерения для кото-
212