【正文】 Association， EIA) 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常 RS232 接口以 9個(gè)接腳 (DB9) 或是 25 個(gè)接腳 (DB25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組 RS232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。 2 4 6 8 1 0 12 14 1 3 5 7 9 11 13 17 異步串行通信系統(tǒng)主要用于系統(tǒng)調(diào)試和從上位機(jī)接收顯示數(shù)據(jù)，采用 RS232 標(biāo)準(zhǔn)串行收發(fā)芯片實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的串行通訊， 最大傳輸距離和速率在標(biāo)準(zhǔn)中被限定為15 米和 19200bit/s 3) SPI 接口電路 SPI(Serial Peripheral Interfaee，串行外設(shè)接口 )總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，允許 MCU 與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信、數(shù)據(jù)交換。外圍設(shè)備包括 FLASH、RAM、 A/D 轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)控制器和 MCU等。 本次系統(tǒng)采用 SPI 總線芯片是 AT25040，作為 EEPROM 存放需要固化的常量數(shù)據(jù)，用于保存本臺(tái) LED 顯示系統(tǒng)的 ID 地址，只有上位機(jī)發(fā)來的 ID 地址信息和 LED顯示系統(tǒng)的 ID 地址相匹配時(shí)， LED 顯示系統(tǒng)才接收指令集。 AT25040 的 CS 連接到 LPC2214 的 端 。AT25040 的 SCK 連接到 LPC2214 的 端， SPI 時(shí)鐘從主機(jī)輸出，從機(jī)輸入 。AT25040 的 51 連接到 LPC2214 的 端，數(shù)據(jù)從 SPI 主機(jī)輸出或輸入到 SPI 從機(jī) 。AT25040 的 50 連接到 LPC2214 的 端，數(shù)據(jù)輸入到 SPI 主機(jī)或從 SPI 從機(jī)輸出 。VCC 接 電源。 4) FLASH 接口電路 Flash存儲(chǔ)器是一種掉電后信息不丟失的存儲(chǔ)器，它具有 低功耗、大容量、擦寫速度快、可整片或分扇區(qū)編程 (燒寫 )、擦除等特點(diǎn)。與傳統(tǒng)的 ROM 和 EPROM 相比，它可以通過與之相連的微處理器在線編程和擦除，這一優(yōu)點(diǎn)使得 FLASH 十分適合嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)比’〕。它的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是系統(tǒng)升級(jí)十分方便，設(shè)備供應(yīng)商甚至用戶自己都可以從網(wǎng)上下載最新版本的程序代碼并載入 FLASH中來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)。此外，由于程序可以直接在 FLASH 中運(yùn)行，因而節(jié)省了引導(dǎo)加載步驟，減少了高成本 FLASH 的容量，節(jié)省了系統(tǒng)空間和功耗。作為一種非易失性存儲(chǔ)器， FLASH在系統(tǒng)中通常用于存放程序代 碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。常用的 FLASH 為 8 位或 16 位的數(shù)據(jù)寬度，編程電壓為單 。 本系統(tǒng)中我們使用的 FLASH 存儲(chǔ)器為 Am29LV160， Am29LV160 的工作電壓為，單片存儲(chǔ)容量為 2M字節(jié)，采用 48 腳 TSOP 封裝 ?？梢砸?8 位 (字節(jié)模式 )或 16 位 (字模式 )數(shù)據(jù)寬度的方式工作。 18 5) SRAM接口電路 SRAM 不具有掉電保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，但其存取速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 FLASH 存儲(chǔ)器，且具有讀 /寫的屬性，同時(shí)利用 ARM 微處理器存儲(chǔ)器接口提供的 SRAM 控制器接口，因此，本設(shè)計(jì)采用 SRAM 用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)， CPU首先從復(fù)位地址0X0 處讀取啟動(dòng)代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，所有的代碼在片內(nèi) FLASH 中運(yùn)行。同時(shí)，系統(tǒng)及用戶堆棧則是放在片內(nèi) SRAM 中。 SRAM 的容量是根據(jù)全局?jǐn)?shù)據(jù)的最大數(shù)而確定的，本系統(tǒng)中使用的 SRAM 是IS61LV25616，單片存儲(chǔ)容量為 256K 字節(jié)， 16 位數(shù)據(jù)寬度，工作電壓為 ，訪問速度為 10ns，采用 44 腳 TSOP 封裝。 LPC2214 與 IS61LV25616 的接口電路圖如圖 43 所示。由于 LPC2214 是 32 位微處 理器，為了發(fā)揮其的犯位高性能，本系統(tǒng)選用兩片 16 位數(shù)據(jù)寬度的 SRAM (IS61LV25616) 并聯(lián)構(gòu)建成 32 位的 SRAM 存儲(chǔ)器系統(tǒng)。 圖 43 LPC2214 與 IS61LV25616 的接口圖 6) 電源電路 電源系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，是整個(gè)系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，具有極其重要的地位。本系統(tǒng)中， LPC2214 芯片及部分外圍器件需要 和 ，另外部分 19 器件需要 SV直流穩(wěn)壓電源，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)電源電路的設(shè)計(jì)，要求整個(gè)系統(tǒng)的輸入電源取用外接高質(zhì)量的 SV直流穩(wěn)壓電源。系統(tǒng)電源 電路如圖 44 所 示 。 圖 44 電源電路 7) 外圍電路 本文采用的外圍電路實(shí)現(xiàn)的主要功能是溫度和亮度是控制，采用的溫度傳感器和光敏電阻，其中溫度傳感器用于溫度的轉(zhuǎn)換，光敏電阻用于亮度光線的采集。 DS18B20 數(shù)字溫度計(jì)是 由 DALLAS 公司生產(chǎn)的，即單總線器件，具有線路簡(jiǎn)單，體積小的特點(diǎn)。因此用它來組成一個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)，具有線路簡(jiǎn)單，在一根通信線，可以掛很多這樣的數(shù)字溫度計(jì)，十分方便。 DS18B20 產(chǎn)品的特 點(diǎn) ： （ 1） 只要求一個(gè)端口即可實(shí)現(xiàn)通信。 （ 2） 在 DS18B20 中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)。 （ 3） 實(shí)際應(yīng)用中不需要外部任何元器件即可實(shí)現(xiàn)測(cè)溫。 （ 4） 測(cè)量溫度范圍在－ 55176。 C 到＋ 125176。 C 之間。 VCC VCC LD117S33 180K GND GND VCC GND VIN VOUT + GND VIN VOUT + GND 發(fā)光二極管 20 （ 5） 數(shù)字溫度計(jì)的分辨率用戶可以從 9 位到 12 位選擇。 （ 6） 內(nèi)部有溫度上、下限告警設(shè)置。 CPLD 技術(shù) 簡(jiǎn)介 及硬件電路設(shè)計(jì) CPLD 技術(shù) 簡(jiǎn)介 數(shù)字系統(tǒng)像其它電子系統(tǒng)一樣，往往利用積木式的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。由器件搭成電路板，由電路板搭成電子系統(tǒng)。 在設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者沒有靈活性可一言，搭成的系統(tǒng)需要的芯片種類多且數(shù)目大。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和 EAD 技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有了飛躍性的進(jìn)步，在半導(dǎo)體技術(shù)方面，可編程技術(shù)被廣泛應(yīng)用到器件設(shè)計(jì)上，給數(shù)字設(shè)計(jì)帶來很大的靈活性?，F(xiàn)在構(gòu)成數(shù)字系統(tǒng)僅需要三類“積木塊”即微處理器、存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件。微處理器和存儲(chǔ)器從問世以來就是一種可編程的器件。在電子系統(tǒng)中，以前盡管采用了微處理器和存儲(chǔ)器，但仍然需要大量的中、小規(guī)模的數(shù)字集成電路來進(jìn)行各種邏輯控制，直至最近 10 年，隨著可編程邏輯器件的出現(xiàn)，才給邏輯控制提供了可編程 的現(xiàn)實(shí)性和靈活性。由于器件可以進(jìn)行編程，則硬件的設(shè)計(jì)便可以像設(shè)計(jì)軟件那樣方便?，F(xiàn)在越來越多的設(shè)計(jì)者采用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)邏輯控制，即用所謂 CPU+ARM+CPLD(FPGA)的模式進(jìn)行設(shè)計(jì) FPGA(Field Programmable Gates Array，現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列 )與 CPLD (Complex Programmable Logic Device，復(fù)雜可編程邏輯器件 )都 是可編程邏輯器件，它們是在 PAL、 GAL等邏輯器件的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。同以往的 PAL、 GAL等相比較，CPLD/FPGA 的規(guī)模比較大，適合于時(shí)序、組合等邏輯電路應(yīng)用場(chǎng)合，它可以替代幾十甚至上百塊通用 IC 芯片。這樣的 CPLD/FGPA 實(shí)際上就是一個(gè)子系統(tǒng)部件。這種芯片具有可編程性和實(shí)現(xiàn)方案容易改動(dòng)的特點(diǎn)。由于芯片內(nèi)部硬件連接系的描述可以存放在磁盤、 ROM、 PROM 或 EPROM 中 ，因而在可編程門陣列芯片及外圍電路保持不動(dòng)的情況下，換一塊 EPROM 芯片，就能實(shí)現(xiàn)一種新的功能。 經(jīng)過了十幾年的發(fā)展，許多公司都開發(fā)出了多種類型的可編程器件。比較典型的就是 Xilinx公司的 FPGA 器件系列和 Altera 公司的 CPLD 器件系列。 盡管 CPDL、 FGPA 的結(jié)構(gòu)各有其特點(diǎn)和長(zhǎng)處，但概括起來，它們是由三大部分組成 ： 21 （ 1） 一個(gè)二維的邏輯塊陣列，構(gòu)成了 CLPD 器件的邏輯組成核心。 （ 2） 輸入 /輸出塊。 （ 3） 連接邏輯塊的互連資源，連線資源由各種長(zhǎng)度的連線線段組成，其中也有一些可編程的連接開關(guān)，它們用邏輯塊之間、邏輯塊與輸入 /輸出塊之間的連接。 CPLD 的硬件電路設(shè)計(jì) LED 顯示屏的掃描驅(qū)動(dòng)電路部分是由 CPLD 來實(shí)現(xiàn)的。主要完成灰度數(shù)據(jù)的讀取和發(fā)送，上屏灰度數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，移位時(shí)鐘的產(chǎn)生，亮度信號(hào)的控制，四個(gè)分區(qū)鎖存信號(hào)的產(chǎn)生，通知 ARM 發(fā)送數(shù)據(jù)等功能。這些功能均在一片 CPLD 中完成，這樣使顯示控制電路板的體積減小，而且，由于 CPLD 功能用硬件描述語(yǔ)言 VHDL編程實(shí)現(xiàn)，即我們可以通過使用 VHDL語(yǔ)言編程，來驗(yàn)證系統(tǒng)方案的可行性及正確性，然后再用 CPLD 硬件來實(shí)現(xiàn)，從而可以大大縮短開發(fā)周期，使設(shè)計(jì)靈活、修改方便 (某一功能的修改只需修改相應(yīng)的 VHDL程序 )，同時(shí)由于 CPLD 的高集成度、高速高可靠性、開發(fā)周期短的特點(diǎn)，大大改善電路性能。 5 LED 彩屏顯示系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ARM 的軟件設(shè)計(jì) ARM 匯編語(yǔ)言的程序結(jié)構(gòu) 在 ARM 匯編語(yǔ)言程序中，以程序段為單位組織代碼。段是相對(duì)獨(dú)立的指令序列或數(shù)據(jù)序列，具有特定的名稱。段可分為代碼段和數(shù)據(jù)段，代碼段的內(nèi)容為執(zhí)行代碼，數(shù)據(jù)段存放代碼運(yùn)行時(shí)需要用到的數(shù)據(jù)。一個(gè)匯編程序至少應(yīng)該有一個(gè)代碼段，當(dāng)程序較長(zhǎng)時(shí)，可分割為多個(gè)代碼段和數(shù)據(jù)段。 ARM 匯編語(yǔ)言程序中，子程序的調(diào)用一般是通過 BL指令來實(shí)現(xiàn)的。該指令在執(zhí)行時(shí)完成以下的操作：將子程序的返回地址存放在連接寄存器 LR 中，同時(shí)將程序計(jì)數(shù)器 PC 指向子程序的入口，當(dāng)子程序執(zhí)行完返回調(diào)用處時(shí)，只需將存放在 LR 中的返回地址重新復(fù)制給 PC 即可。 ARM 體系 結(jié)構(gòu)支持 C/C++以及與匯編語(yǔ)言的混合編程，在一個(gè)完整的程序設(shè)計(jì)中，除了初始化部分用匯編語(yǔ)言完成以外，其主要的編程任務(wù)都用 C/C++完成，程序 22 在執(zhí)行時(shí)首先完成初始化過程，然后跳轉(zhuǎn)到 C/C++程序代碼中，匯編程序和 C/C++程序之間一般沒有參數(shù)的傳遞，也沒有頻繁的相互調(diào)用。 基于 ARM 的系統(tǒng)初始化過程 基于 ARM 的芯片 LPC2138 為復(fù)雜的片上系統(tǒng)，這種復(fù)雜系統(tǒng)里的硬件模塊是可配置的，需要有軟件來設(shè)置其需要的工作狀態(tài)。因此在用戶的應(yīng)用程序啟動(dòng)之前，需要有專門的一段啟動(dòng)代碼來完成對(duì)系統(tǒng)的初始化。由于這 類代碼直接面對(duì)處理器內(nèi)核和硬件控制器進(jìn)行編程，一般都使用匯編語(yǔ)言。系統(tǒng)啟動(dòng)程序所執(zhí)行的操作通常包括以下幾個(gè)步驟： （ 1） 設(shè)置程序入口指針 （ 2） 設(shè)置中斷向量表 （ 3） 初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng) （ 4） 初始化 CPU各種模式的堆棧和寄存器 （ 5） 初始化目標(biāo)系統(tǒng)中要使用的各種片內(nèi)外外設(shè) （ 6） 初始化用戶程序執(zhí)行環(huán)境 （ 7） 引導(dǎo)主應(yīng)用程序 ARM 要求中斷向量表必須放置在從 0 地址開始，連續(xù) 8 4 字節(jié)的空間內(nèi)。當(dāng)一個(gè)中斷發(fā)生后， ARM 處理器便強(qiáng)制把 PC 指針置為向量表中對(duì)應(yīng)中斷類型的地址值，因?yàn)槊總€(gè)中斷只占據(jù)向量表 中 1 個(gè)字的存儲(chǔ)器空間，只能放置 1 條 ARM 指令，所以通常在向量表中放的是跳轉(zhuǎn)指令，使程序能從向量表里跳轉(zhuǎn)到存儲(chǔ)器里的其它地方，再執(zhí)行中斷處理。 初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)的編程對(duì)象是系統(tǒng)的存儲(chǔ)器控制器，存儲(chǔ)器控制器并不是 ARM內(nèi)核的一部分，不同的系統(tǒng)其設(shè)計(jì)不盡相同。一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可能存在多種存儲(chǔ)器類型的接口，需要根據(jù)實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)此加以配置，對(duì)同一種存儲(chǔ)器類型來說，因?yàn)樵L問速度的差異，需不同的時(shí)序設(shè)置。 FLASH 和 SRAM 同屬于靜態(tài)存儲(chǔ)器類型，可合用同一個(gè)存儲(chǔ)器端口；而 SDRAM 因?yàn)橛袆?dòng)態(tài)刷新和 地址線復(fù)用等特性，通常配有 23 專用的存儲(chǔ)器端口。因 LPC2138 沒有外擴(kuò)存儲(chǔ)器接口，故無(wú)須初始化。 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)上電后，程序?qū)⒆詣?dòng)從 0 地址處開始執(zhí)行，因此在系統(tǒng)的初始狀態(tài)，必須保證在 0 地址處存在正確的代碼，即要求 0 地址開始處的存儲(chǔ)器是非易失性的ROM 或 FLASH 等。但是因?yàn)?ROM 或 F