嵌入式课程设计报告.docx
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嵌入式课程设计报告
河海大学计算机及信息工程学院(常州)
课程设计报告
课程设计(报告)任务书
(理工科类)
Ⅰ、课程设计(报告)题目:
基于LCD的电子时钟实验
Ⅱ、课程设计(论文)工作内容
学习LCD与ARM的LCD的控制器的接口原理,掌握内置LCD控制器驱动编写方法”的实验目的,在可行性分析的基础上实现以下功能:
1、编写程序实现电子时钟功能,通过实验系统的LCD将时间显示出来;
2、仿照给定图形在LCD上显示类似的时钟界面;
3、动态显示当前的时间,包括:
年、月、日、时、分、秒,时针,分针、秒针必须为动态实时指示当前的时间。
一、课程设计目标
1、培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力;
2、培养学生的编程能力、用计算机解决实际问题的能力。
3、培养学生遇到问题,解决问题的能力。
二、研究方法及手段应用
1、将任务分成若干模块,查阅相关论文资料,分模块调试和完成任务;
2、L-ARM-830教学实验箱,PentiumII以上的PC机,仿真器电缆;
3、PC操作系统WIN98或WIN2000或WINXP,ARMSDT2.5或ADS1.2集成开发环境,仿真器驱动程序;
4、实验使用实验教学系统的CPU板,在进行本实验时,LCD电源开关、音频的左右声道开关、AD通道选择开关、触摸屏中断选择开关等均应处在关闭状态。
五、成三、课程设计预期效果
1、完成实验环境搭建;
2、分模块调试和编译;
3、组合并完善程序。
4、效果图。
学生姓名:
周明明专业年级:
通信工程08级
目录
前言………………………………………………………………………………………………4
第一章系统设计…………………………………………………………………………………5
第一节课题目标及总体方案…………………………………………………………………..5
第二节原理框图………………………………………………………………………………..5
第三节RTC模块………………………………………………………………………………..6
第四节LCD模块………………………………………………………………………………..8
第五节信息的传递……………………………………………………………………………..11
第二章实验(测试)结果及讨论……….……………………………………………………….12
第一节软件的编译…………………………………………………………………………..12
第二节调试…………………………………………………………………………………...13
第三章结论………………………………………………………………………………………14
心得体会……………………………………………………………………………………………14
参考文献…………………………………………………………………………………………14
附录…………………………………………………………………………………………15
源程序………………………………………………………………………………………15
前言
嵌入式系统已经有了近40年的发展历史,它是硬件和软件交替双螺旋式发展的。
随着信息化、智能化、网络化的发展,嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。
美国著名未来学家尼葛洛庞帝1999年1月访华时预言,4-5年后嵌入式智能工具将是PC和Intel网之后最伟大的发明。
嵌入式技术日渐普及,在通讯、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。
嵌入式系统无疑成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。
本课程设计实时时钟(RTC)器件是一种能提供日历/时钟、数据存储等功能的专用集成电路,常用作各种计算机系统的时钟信号源和参数设置存储电路。
RTC具有计时准确、耗电低和体积小等特点,特别适用于在各种嵌入式系统忠记录事件发生的时间和相关信息,尤其是在通信工程、电力自动化、工业控制等自动化程度较高领域的无人职守环境。
随着集成电路技术的不断发展,RTC器件的新品也不断推出。
这些新品不仅具有准确的RTC,还有大容量的存储器、温度传感器和A/D数据采集通道等,已成为集RTC、数据采集和存储于一体的综合功能器件,特别适用于以微控制器为核心的嵌入式系统。
本课程设计将体现嵌入式技术的优越性。
第一章系统设计
第一节课题目标及总体方案
S3C44B0X处理器的学习,可以利用其内部的RTC单元和LCD控制器,外接LCD模块、晶振和(后备)电源实现电子实时时钟的功能。
主要实现方法为:
通过电源和晶振保证处理器的正常工作和时钟来源,通过编程设定RTC单元的工作模式,实现实时时钟的功能;然后根据所要求显示的图形效果,编写程序设定LCD控制器的相应寄存器,将RTC单元和LCD控制器合理有效地结合起来;最终由LCD模块作出相应动作,完成实时时钟的显示功能。
本文的中英文字符显示方案,有效地利用了嵌入式系统自身的ROM存储容量,其最大的特点是以少量的存储容量为代价,来简单灵活地实现LCD上的字符显示。
该方案可以显示所有的一、二级汉字,并且能实现汉字、英文的混合显示,从而方便地构造出良好的人机界面。
本文所讨论的硬件平台是在S3C44BOX和液晶显示器的基础上搭建的,对于实现S3C44BOX与其它类型LCD模块的连接和应用,具有定的参考价值。
第二节原理框图
根据题所要实现的功能,结合S3C44B0X处理器的单元结构,作出如下图所示的原理框图。
S3C44B0X采用一种新的三星ARMCPU嵌入总线结构-SAMBA2,最大达66MHZ
第三节RTC模块
主要是利用RTC的各种寄存器功能,设计出一个时钟表。
实时时钟(RTC)器件是一种能提供日历/时钟、数据存储等功能的专用集成电路,常用作各种计算机系统的时钟信号源和参数设置存储电路。
RTC具有计时准确、耗电低和体积小等特点,特别适用于在各种嵌入式系统忠记录事件发生的时间和相关信息,尤其是在通信工程、电力自动化、工业控制等自动化程度较高领域的无人职守环境。
随着集成电路技术的不断发展,RTC器件的新品也不断推出。
这些新品不仅具有准确的RTC,还有大容量的存储器、温度传感器和A/D数据采集通道等,已成为集RTC、数据采集和存储于一体的综合功能器件,特别适用于以微控制器为核心的嵌入式系统。
S3C44B0X实时时钟单元是处理器集成的片内外设。
由开发板上的后备电池供电,可以在系统电源关闭的情况下运行。
RTC发送8位BCD码数据到CPU。
传送的数据包括秒、分、小时、星期、月份和年份。
RTC单元时钟源由外部32。
768kHz晶振提供,可以实现闹钟(报警)功能。
S3C44B0X实时时钟单元特性如下:
BCD数据:
秒、分、小时、星期、日期、月份和年份;
闹钟(报警)功能:
产生定时中断或激活系统;
自动计算闰年;
无2000年问题;
独立的电源输入;
支持ms级时间片中断,位RTOS提供时间基准。
2)读/写寄存器
访问RTC模块的寄存器,首先要社RTCCON的位0位1。
CPU通过读取RTC模块中寄存器BCDSEC、BCDMIN、BCDHOUR、BCDDAY、BCDDATE、BCDMON和BCDYEAR的值,得到当前的相应时间值。
但是,由于多个寄存器一次读出,所以由可能产生错误。
例如:
用户一次读取年(1989)、月(12)、日(31)、时(23)、分(59)、秒(59)。
当秒数位1~59时,无任何问题;但是,当秒数位0时,当前时间和日期就变成了1990年1月1日0时0分。
在这种情况下(秒数位0),用户应该重新读取年份到分钟的值。
3)后备电池
RTC单元可以使用后后备电池通过引脚RTCVDD供电。
当系统关闭电源以后,CPU和RTC的接口电路被阻断。
后备电池只需要驱动晶振和BCD计数器,从而达到最小功耗。
4)闹钟报警功能
RTC在指定的时间产生报警信号,包括CPU工作在正常模式和休眠(PowerDown)模式下。
在正常工作模式,报警中断信号(ALMINT)别激活;在修们模式,报警中断信号和唤醒信号(PMWKUP)同时被激活。
RTC报警寄存器(RTCALM)决定报警功能的使能/屏蔽和完成报警时间检测。
5)时间片中断
RTC时间片中断用于中断请求。
寄存器TICNT由一个中断使能位和中断计数。
该中断计数自动递减,当达到0时,则产生中断。
中断周期)Period计算公式如下:
Period=(n+1)/128s
其中,n为RTC时钟中断计数,可取值为1~127。
6)置0计数功能
RTC的置0计数功能可以实现30s、40s和50s步长重新计数,供某些专用系统使用。
当使用50s置0设置时,如果当前时间是11:
59:
49,则1s后时间将变为12:
00:
00。
注意:
所有的RTC寄存器都是字节型的,必须使用字节访问指令(STRB、LDRB)或字符型指针访问。
RTC初始化
}
第四节LCD模块
LCD模块是嵌入式应用系统中重要的人机交互部件。
目前,许多常用的LCD模块一般自身都不带有字库,而实际应用中人机界面又经常需要显示中英文字符。
对于不带字库的LCD模块显示字符的解决方法通常是利用字模提取软件来进行预处理,即将系统中可能用到的字符一一将其字模提取出来,并将字模数据存放在程序空间中。
该方法只适用于显示字符固定且数量较入式系统中,灵活性差。
考虑到嵌入式系统一般带有一定容量的ROM存储系统,本文以无字的图形LCD模块LM2028为例,搭建了以ARM微处理器s3C44BOX为基础的嵌式液晶系统工作平台,在此平台的基础上,讨论了一种基于自制硬件字库的中英文字符显示方案。
LCD控制器的作用是将系统存储器中的LCD图像数据传送到外部LCD驱动器中,并产生必须的
LCD控制信号。
S3C44BOXLCD控制器支持在灰白LCD上的单色、4级灰度、16级灰度显示,也能与彩色LCD接口支持最大256色的显示。
可以编程支持不同水平和垂直点数(64O×480、320×240、160×160等)、不同数据线宽度、不同接口时序和刷新速率的LCD,支持4位双扫描、4位单扫描、8位单扫描的LCD显示器,并支持水平/垂直卷动,以用来支持更大的屏幕显示(如1280×1280)。
S3C44BOX支持查找表,用于各种色彩选择或灰度级别的选择。
在灰度模式中,通过查找表可以在16级灰度中选择四种灰度,在彩色模式中,一个字节的图像数据是用3位表示红色,3位表示绿色,2位表示蓝色,通过查找表可以选择16级红色中的8种红色、16级绿色中的8种绿色和16级蓝色中的4种蓝色。
S3C44B0X中具有内置的LCD控制器,它能将显示缓存(在SDRAM存储器中)中的LCD图像数据传输到外部的LCD驱动电路上的逻辑功能。
它支持单色、4级、16级灰度LCD显示,以及256彩色LCD显示。
在显示灰度时,它采用时间抖动算法(time-basedditheringalgorithm)和帧率控制(FrameRateControl)方法,在显示彩色时,它采用RGB的格式,即RED、GREEN、BLUE,三色混合调色。
通过软件编程,可以实现233或332的RGB调色的格式。
对于不同尺寸的LCD显示器,它们会有不同的垂直和水平象素点、不同的数据宽度、不同的接口时间及刷新率,通过对LCD控制器中的相应寄存器写入不同的值,来配置不同的LCD显示板。
S3C44B0X中内置的LCD控制器提供了下列外部接口信号:
VFRAME:
LCD控制器和LCD驱动器之间的帧同步信号。
它通知LCD屏开始显示新的一帧,LCD控制器在一个完整帧的显示后发出VFRAME信号。
VLINE:
LCD控制器和LCD驱动器间的同步脉冲信号,LCD驱动器通过它来将水平移位寄存器中的内容显示到LCD屏上。
LCD控制器在一整行数据全部传输到LCD驱动器后发出VLINE信号。
VCLK:
LCD控制器和LCD驱动器之间的象素时钟信号,LCD控制器在VCLK的上升沿发送数据,LCD驱动器在VCLK的下降沿采样数据。
VM:
LCD驱动器所使用的交流信号。
LCD驱动器使用VM信号改变用于打开或关闭象素的行和列电压的极性。
VM信号在每一帧触发,也可通过编程在一定数量的VLINE信号后触发。
VD[3:
0]:
LCD象素数据输出端口。
VD[7:
4]:
LCD象素数据输出端口。
LCD控制器包含REGBANK,LCDCDMA,VIDPRCS,和TIMEGEN。
REGBANK具有18个可编程寄存器,用于配置LCD控制器。
LCDCDMA为专用的DMA,它可以自动地将显示数据从帧内存中传送到LCD驱动器中。
通过专用DMA,可以实现在不需要CPU介入的情况下显示数据。
VIDPRCS从LCDCDMA接收数据,将相应格式(比如4/8位单扫描和4位双扫描显示模式)的数据通过VD[7:
0]发送到LCD的驱动器上。
TIMEGEN包含可编程的逻辑,以支持常见的LCD驱动器所需要的不同接口时间和速率的要求。
TIMEGEN部分产生
VFRAME,VLINE,VCLK,VM等信号。
Lcd显示的时钟界面包括:
静止不动的圆形钟面和一直在走动的时钟指针。
所以需要构建两个重要的函数实现画圆和画直线。
以下为画圆函数:
该算法是通过X变量的自增,补偿1修正正方形控制Y变量自减,找到距中心恒定距离的点,其中rs=45,X自0加1增至45。
和原点坐标运算,可以在第一象限找到一点,再通过折叠对称找到其他象限的三个点,通过画点函数描绘出。
再画他的45度镜像就好了。
以中心的坐标为起点,使用while函数与指针最外圈的点比较,不断延长直至相等,所以事先计算出时针,分针和秒针三个同心圆最外圈点的坐标,以便带入函数。
也同圆类似,要考虑不同象限点的情况,根据不同的位置带参数到画点函数中描绘。
第五节实现信息的传递
数据传递函数:
与通用可编程输入输出口(GeneralProgramableInputOutput)相连,把计算的数据传递给Lcd显示。
第二章实验(测试)结果及讨论
第一节软件的编译
添加头文件,中断处理汇编程序段,初始化函数和主函数:
编译
所有的文件:
第二节调试
连接芯片与LCD端口,运行程序,观察效果。
显示如下时钟界面:
动态显示当前的时间,包括:
年、月、日、时、分、秒,时针、分针和秒针为动态实时指示当前的时间。
第三章结论
有以上效果图可知,若要实现随时更改时间,还需添加一段调用程序,使用键盘控制,从而避免了修改程序中初始值设定的复杂性和不方便性。
同时若要实现正确的显示,必须避免各个模块的相互影响。
心得体会
这次课程设计已经结束,但收获还是很大的,不仅加深了对嵌入式理论知识的理解和应用,而且有效地提高了创新和编译程序的能力。
同时锻炼了我们在遇到问题不退缩的勇气。
这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才是真正的知识,才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程遇到了各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固,通过这次课程设计,把以前所学过的知识重新温故,巩固了所学的知识,这次课程设计的意义深远。
参考文献
【1】深圳托普微科技开发有限公司.LM2028LCDModuleUserManual[EB/OL].http:
//www.topwaydisplay.corn,2O04.12-20.
【2】SST公司.SST39VF1601Datasheet[EB/OL].http:
∥WWW.sst.corn/products,2005—12-14.
刘红,覃光华,汪道辉.基于不带字库的图形LCD模块汉字显示解决方案[J].微计算机信息,2004,20(12):
91-93.
【3】谢自美,电子线路设计、实验、测试,华中理工大学出版社,2003。
【4】宋春荣,通用集成电路速查手册,山东科学技术出版社,1995。
【5】ArnoldBerger,嵌入式系统设计,吕骏译,北京:
电子工业出版社,2002
【6】桑楠.嵌入式系统原理及应用开发技术,北京:
北京航空航天大学出版社,2002
【7】Samstmg公司.S3C44BOX—datasheet[EB/OL].http:
//WWW.samsung.corn,2005-12-25.
田泽.嵌入式系统开发与应用教程[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2005.
附录
1、源程序:
#include"..\inc\config.h"
#defineSTACKSIZE256
#definex_line160
#definey_line80
OS_STK_DATAstk;
externGUI_FONTCHINESE_FONT12;
externGUI_FONTCHINESE_FONT16;
externGUI_FONTGUI_Font8x16;
OS_EVENT*Send_LCD_Sem;
OS_EVENT*Key_Mbox;
I8Hour[3],Min[3],Sec[3];
I8hour=0,min=0,sec=0,ms;
I8YEA1[3],YEA2[3],MON[3],DAY[3];
intyea1=20,yea2=11,mon=6,day=23;
I8XH0[3],XH1[3],XH2[3],XH3[3];
I8XH4[3],XH5[3],XH6[3],XH7[3];
charxh0=01,xh1=62,xh2=31,xh3=03;
charxh4=32,xh5=36,xh6=02,xh7=12;
//intTimeCount=0;
intSpaceXS[61]={160,165,170,175,180,185,
189,193,197,201,205,
206,207,208,209,210,
209,208,207,206,205,
201,197,193,189,185,
180,175,170,165,160,
155,150,145,140,135,
131,127,123,119,115,
114,113,112,111,110,
111,112,113,114,115,
119,123,127,131,135,
140,145,150,155,160,
},
SpaceYS[61]={30,31,32,33,34,
35,39,43,47,51,
55,60,65,70,75,
80,85,90,95,100,
105,109,113,117,121,
125,126,127,128,129,
130,129,128,127,126,
125,121,117,113,109,
105,100,95,90,85,
80,75,70,65,60,
55,51,47,43,39,
35,34,33,32,31,30},
SpaceXM[61]={160,164,168,172,176,180,183,186,189,192,
195,196,197,198,199,200,199,198,197,196,
195,192,189,186,183,180,176,172,168,164,
160,156,152,148,144,140,137,134,131,128,
125,124,123,122,121,120,121,122,123,124,
125,128,131,134,137,140,144,148,152,156,
160
},
SpaceYM[61]={40,41,42,43,44,45,48,51,54,57,
60,64,68,72,76,80,84,88,92,96,
100,103,106,109,112,115,116,117,118,119,
120,119,118,117,116,115,112,109,106,103,
100,96,92,88,84,80,76,72,68,64,
60,57,54,51,48,45,44,43,42,41,
40
},
SpaceXH[13]={160,175,185,190,185,175,160,145,135,130,135,145,160},
SpaceYH[13]={50,55,65,80,95,105,110,105,95,80,65,55,50},
*Placex=&SpaceXS[0],*Placey=&SpaceYS[0],*Placexm=&SpaceXM[0],*Placeym=&SpaceYM[0],
*Placexh=&SpaceXH[0],*Placeyh=&SpaceYH[0];
voidDisplay_xh1(charxx1,charyy1);
voidDisplay_xh2(charxx2,charyy2);
voidDisplay_xh3(charxx3,charyy3);
voidshow(I8s)
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