- •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
Регистр AMR управляет запросами прерывания от «будильника». Его структура аналогична регистру CIIR — каждый бит (AMRSEC–AMRYEAR) отвечает за определенный временной интервал от секунды до года. Установка единицы в каждый разряд запрещает запрос прерывания при совпадении соответствующего счетчика с установкой будильника. Например, ежедневное срабатывание будильника в 8:00 потребует установки всех битов кроме AMSEC, AMMIN и AMHOUR. Установка в единицу всех разрядов отключит «будильник».
Регистры PREINT, PREFRAC задают предварительный делитель, предназначенный для получения опорной частоты 32768 Гц из любой тактовой частоты периферийных устройств . Строго говоря, при этом тактовый сигнал не является колебаниями с частой 32768 Гц, а представляет собой последовательность из 32768 неодинаковых по длительности импульсов, по-
вторяющуюся каждую секунду. |
|
Расчет значений регистров выполняется по формулам: |
|
; |
(1.20.1) |
|
(1.20.2) |
1.20.3 Рекомендации по применению
Настройка часов реального времени проста:
1.При необходимости присвоить начальные значения счетчикам вре-
мени SEC–YEAR.
2.Включить часы и тактирование от низкочастотного генератора (запись кода 0x11 в регистр CCR).
Если необходимо тактировать часы от основного тактового генератора, потребуется присвоить регистрам и величины, рассчитанные по формулам (1.20.1–1.20.2). Для частоты МГц
, . При МГц ,
. Тогда в регистр CCR записать код 0x01. Настройка прерываний:
1)разрешить необходимые прерывающие события, записав маску в регистры IIR и/или AMR;
2)разрешить прерывание от часов с помощью регистров
VICVectAddr0–15, VICVectCntl0–15 и VICIntEnable.
1.21 Управление питанием и идентификация источников сброса
1.21.1 Краткие сведения о мониторе питания
Микроконтроллер имеет развитые средства управления питанием. Поддерживается два режима пониженного энергопотребления.
а) Режим ожидания (Idle Mode). В данном режиме тактирование ядра микроконтроллера прекращается, в то время как работа периферийных устройств продолжается. Любое прерывание выводит микроконтроллер из режима ожидания.
93
б) Режим отключения (Power Down Mode). В отключенном состоянии прекращается питание всех узлов микроконтроллера. Однако сохраняется состояние регистров, оперативной памяти и электрические уровни на выводах. Потребляемая мощность снижается до 40–100 мкА. Выход из режима отключения производится внешним прерыванием или сбросом.
Гибкое управление потребляемой мощностью возможно путем отключения питания отдельных периферийных устройств.
Следует напомнить, что потребляемая мощность связана с тактовой частотой ядра и шины периферийных устройств . Уменьшение этих частот (раздел 1.7) приведет к снижению потребляемой мощности.
Микроконтроллер оснащен монитором контроля напряжения питания. Монитор реагирует на два порога: 2,9 В и 2,6 В и предоставляет возможность генерировать запрос прерывания при снижении напряжения до 2,9 В, а также переводить микроконтроллер в состояние сброса при снижении напряжения до 2,6 В.
1.21.2 Управляющие регистры
Схема управляющих регистров приведена на рисунке 1.21.1. Регистр PCON — управление режимом энергопотребления.
Бит 0 (IDL). Установка единицы переводит микроконтроллер в режим ожидания.
Бит 1 (PD). Установка единицы переводит МК в режим отключения.
RSIR – идентификация источника сброса
15 |
8 |
7 |
4 |
3 |
2 |
|
1 |
|
0 |
||||
|
|
|
|
DR |
|
TR |
|
T |
R |
||||
|
|
|
|
O |
|
D |
X |
R |
PO |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
B |
W |
E |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Монитор питания |
|
|
|
|
|
|
|
|
ВКЛ питания |
|
|
|
|
Сторожевой таймер |
|
|
|
|
|
|
|
|
Сброс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PCON – управление монитором питания
15 |
8 |
7 |
5 |
4 |
3 |
|
|
|
|
DR |
D |
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
O |
BO |
|
|
|
|
B |
Сброс от монитора питания ВКЛ монитор питания
|
2 |
|
|
|
D |
|
|
O |
|
M |
|
B |
|
|
|
|
|
D |
|
|
P |
|
1 |
0 |
|
L |
PD |
|
|
ID |
Ожидание
Отлючение ВКЛ монитор питания в режиме отключения
PCONP – управление питанием периферийных устройств
31 |
28 |
27 |
24 |
23 |
21 |
20 |
19 |
16 |
|||
|
B |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
|
S |
|
|
|
|
|
D |
|
C |
|
||
U |
|
|
|
|
|
|
A |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
15 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
|
7 |
6 |
5 |
4 |
|
3 |
|
|
2 |
1 |
0 |
||||
|
|
0 |
|
I1 |
|
C |
I0 |
|
|
0 |
|
0 |
|
1 |
|
0 |
|
|
r1 |
|
r0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
T |
T |
|
|
e |
|
e |
|
|||||||
|
|
D |
|
P |
T |
P |
I |
C |
|
AR |
|
AR |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
A |
|
S |
R |
|
S |
|
|
|
W |
|
|
|
m |
m |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
P |
U |
|
U |
|
i |
|
Ti |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
||||
31 – USB ― приемопередатчик USB |
|
|
|
|
|
|
9 – RTC ― часы реального времени |
|
|
|
||||||||||||
20, 12 – AD1 ― аналого-цифровые преобразователи |
|
|
|
8 – PWM0 ― широтно-импульсный модулятор |
||||||||||||||||||
19, 7 – I2C1 ― приемопередатчики I2C |
|
|
|
|
|
4, 3 – UART0/1 ― приемопередатчики UART |
||||||||||||||||
10, 8 – SPI0/1 ― приемопередатчики SPI |
|
|
|
|
|
1, 2 – Timer0/1 ― таймеры-счетчики |
|
|
|
Рисунок 1.21.1 – Схема регистров управления питанием
94
Бит 2 (BODPDM). Установка единицы приводит к отключения монитора питания. Это приводит к дополнительному снижению потребляемой мощности, однако, в случае снижения напряжения питания выхода перехода микроконтроллера в активный режим не произойдет. Соответственно не будет реакции на аварийную ситуацию.
Бит 3 (BOGD). Установка единицы отключает монитор питания.
Бит 4 (BORD). Установка единицы запрещает формирование сброса при понижении напряжения до 2,6 В.
Регистр RSIR (только для чтения) предназначен для идентификации источника сброса.
Бит 0 (POR). Единица в этом разряде свидетельствует о сбросе по включению питания.
Бит 1 (EXTR). Сброс вызван внешним сигналом на входе RESET. Бит 2 (WDTR). Сброс вызван сторожевым таймером.
Бит 3 (POR). Сброс вызван монитором питания вследствие падения напряжения питания до 2,6 В.
Регистр PCONP предназначен для выборочного отключения питания периферийных устройств микроконтроллера. Каждый разряд данного регистра соответствует одному из периферийных узлов микроконтроллера. Схема соответствия показана на рисунке 1.21.1. Сброс разряда в ноль приводит к отключению питания связанного с ним устройства.
95