- •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
3.12 Управление матричным жидкокристаллическим дисплеем
3.12.1 Управление дисплеем на основе контроллера PCF8833
На плате EA-EDU-011 установлен цветной матричный ЖК дисплей, аналог Nokia 6100. Управление дисплеем осуществляется контроллером, совместимым с Philips PCF8833. Дисплей имеет разрешение 130×130 точек и 65536 цветов. Взаимодействие с контролером осуществляется через последовательный интерфейс SPI.
Сводка основных команд контроллера PCF8833, необходимых для управления индикатором, дана в таблице 3.12.1
Каждое управляющее слово, передаваемое по SPI, состоит из девяти бит (рисунок 3.12.1). Старший бит обозначает команду (0) или данные (1). Остальные 8 бит содержат код команды или данных.
8 |
7 |
0 |
8 |
7 |
0 |
8 |
7 |
|
0 |
Код команды |
|
1 |
Байт 1 |
|
1 |
Байт 2 |
. . . |
Рисунок 3.12.1 – Схема команды управления драйвером ЖКД PCF8833
Цикл взаимодействия начинается с установки низкого уровня на линии 
дисплея. Низкий уровень может меняться на высокий между командами или все время быть активным. Некоторые из команд не имеют параметров. Другие сопровождаются одним или несколькими байтами данных. Каждая команда начинается с нулевого бита, а каждый параметр с единичного.
Инициализация контроллера выполняется поочередной подачей пяти команд: SWRESET, SLEEPOUT, DISPON, MADCTL и COLMOD. Первые три не имеют параметров. Каждую из остальных требуются сопроводить одним байтом данных.
Команда MADCTL управляет системой координат, инкрементом адреса памяти и порядком кодирования символов.
(1, 1) (1, 1) (130, 130) (130, 130)
MY = 0 |
MY = 0 |
MY = 1 |
|
|
|
MY = 1 |
MX = 0 |
MX = 1 |
MX = 0 |
|
|
|
MX = 1 |
|
|
|
|
|
|
|
(130, 130) |
(130, 130) |
|
(1, 1) |
(1, 1) |
||
Рисунок 3.12.2 – Управление осями координат с помощью битов MY и MX
Биты MX и MY задают направление осей координат (см. рисунок 3.12.2). Чаще всего ось абсцисс направляется вправо, а ось ординат — вниз
(MY = 0, MX = 1).
При выводе каждого пикселя адрес памяти автоматически инкрементируется. Направление инкремента (смещение воображаемого курсора) задается битом V. Обычно используется построчное движение курсора (V = 0).
Порядок кодирования цвета может меняться битом RGB. В дальнейшем предполагается, что этот бит равен единице, что дает привычный порядок: красный, зеленый, синий.
203
Таблица 3.12.1 – Система команд цветного матричного ЖКД на основе контролера совместимого с PCF8833
Команда ЖКД |
Код |
D8 |
|
|
|
|
|
|
D7 – D0 |
|
|
|
|
|
|
|
Комментарии |
|||
SWRESET |
0x01 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
Программный сброс (задержка) |
||||||
SLEEPOUT |
0x11 |
0 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
0 |
0 |
|
0 |
1 |
|
Выход из режима SLEEP |
||||||
DISPON |
0x29 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
0 |
1 |
|
Включение дисплея |
||||||
|
|
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
0 |
1 |
|
1 |
0 |
|
Управление памятью данных |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RGB |
|
|
|
|
|
|
|
MY/MX = 0 — направление оси вниз/влево |
MADCTL |
0x36 |
1 |
MY |
|
MX |
|
V |
|
x |
|
x |
|
|
x |
|
x |
|
MY/MX = 1 — направление оси вверх/вправо |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V = 0/1 — инкремент адреса в гориз./верт. направлении |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RGB = 0/1 — порядок кодирования цвета: BGR/RGB |
|
|
0 |
0 |
0 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
|
Кодирование цвета |
||||||
COLMOD |
0x3A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P0–P2 = 010 (2) — 8-разрядное |
1 |
x |
|
x |
|
|
x |
|
x |
|
x |
P2 |
|
P1 |
|
P0 |
P0–P2 = 011 (3) — 12-разрядное |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P0–P2 = 101 (5) — 16-разрядное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
SETCON |
0x25 |
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
|
0 |
1 |
|
Настройка контрастности |
||||||
1 |
x |
|
V6 V5 V4 V3 V2 V1 V0 |
V0–V6 — уровень контрастности от 0 до 127 |
||||||||||||||||
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
0 |
|
Выбор диапазона столбцов |
||||||
CASET |
0x2A |
1 |
|
|
|
|
|
XE0 – XE7 |
|
|
|
|
|
XE0–XE7 — «левая» граница (1–130) |
||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
XS0 – XS7 |
|
|
|
|
|
XS–XS7 — «правая» граница (1–130) |
||||||
|
|
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
|
1 |
1 |
|
Выбор диапазона столбцов |
||||||
PASET |
0x2B |
1 |
|
|
|
|
|
YE0 – YE7 |
|
|
|
|
|
YE0–YE7 — «нижняя» граница (1–130) |
||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
YS0 – YS7 |
|
|
|
|
|
YS0–YS7 — «верхняя» граница (1–130) |
||||||
|
|
0 |
0 |
0 |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
|
0 |
0 |
|
Запись в память дисплея |
||||||
RAMWR |
0x2C |
1 |
R |
|
R |
|
R |
|
R |
|
R |
G |
|
G |
|
G |
Последовательность 16-разрядных слов, обозначающих |
|||
|
|
1 |
G |
|
G |
|
G |
|
B |
|
B |
B |
|
B |
|
B |
цвета пикселей. (Для 16-разрядного кодирования цвета.) |
|||
204
Таким образом, рекомендуемый параметр команды MADCTL кодируется шестнадцатеричным числом 0x48 или, с учетом предшествующей еди-
ницы — 0x148.
Команда COLMOD управляет разрядностью кодирования цветов. Поддерживается три варианта разрядности: 8, 12 и 16 бит. Снижение разрядности сокращает время передачи данных, но сокращает число цветовых оттенков. Отметим, что при максимальной скорости передачи данных 7,5 МГц и 16 битах на точку заполнить весь дисплей можно чуть больше, чем за 40 мс (
). Для 16-разрядного кодирования параметр команды равен 0x105.
Команду SETCON задает контрастность дисплея. По умолчанию установлен слишком высокий уровень контрастности. Диапазон значений, рекомендуемый авторами, — от 30 до 45 (десятичные числа).
Вывод точек на дисплей осуществляется в два этапа: создание прямоугольного окна и заполнение окна цветными точками.
Окно создается двумя командами CASET и PASET. Первая задает границы окна по оси абсцисс, вторая — по оси ординат. Каждая команда имеет по два параметра (для определения границ с двух сторон). Например, для создания окна во весь экран следует дать команду CASET с параметрами 1 и 130 (шестнадцатеричные коды 0x101 и 0x182), а затем команду PASET с теми же параметрами. При выводе очередной точки курсор смещается на одну позицию по горизонтали или по вертикали в зависимости от состояния бита V. При достижении границы окна курсор переходит на начало следующей строки или столбца.
(1, 1) |
(1, 1) |
V = 0 |
(130, 130) |
V = 1 |
(130, 130) |
Рисунок 3.12.3 – Управление движением курсора в пределах окна с помощью бита V
Для вывода точки служит команда RAMWR, за которой следуют 16разрядные коды цветов одного или нескольких (возможно, всех) пикселей в формате, показанном на рисунке 3.12.4.
7 |
3 |
2 |
0 |
7 |
5 |
4 |
0 |
Красный |
|
|
Зел |
еный |
|
|
Синий |
0 – 31 (5 бит) |
|
|
0 – 63 (6 бит) |
|
|
0 – 31 (5 бит) |
|
Рисунок 3.12.4 – 16-разрядный код цвета точки
Обращаем внимание на то, что окно должно заполняться одной командой RAMWR, потому что повтор команды установит курсор в исходную позицию.
205