基于ARM嵌入式系统的LCD显示

基于ARM嵌入式系统的LCD显示1ARM嵌入式综训报告目录一前言二嵌入式系统概述1、嵌入式系统的硬件的特征2、嵌入式操作系统的分类三主芯片及LCD1602简介四综训目的和要求1、综训的目的2、综训的要求3、功能五硬件设计图六程序设计的流程图七仿真八结论姓名：曾晏林班级：电子13310地点：JDB303老师：韩代云时间：2015年6月30------2015年7月4日2前言嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合才会具有生命力、才更具有优势。因此嵌入式系统是与应用紧密结合的，它句有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁剪利用。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行剪裁，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心往往是一个几KB到几十KB大小的微内核，需要根据实际应用进行功能扩展或者剪裁，由于微内核的存在，这种扩展能够非常顺利的进行。ARM，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的统称，还可以认为是一种技术的名字。1991年ARM公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计的授权。目前ARM微处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，ARM技术正在逐步渗入到我们的生活各个方面。基于ARM嵌入式系统的LCD显示3二、嵌入式系统的概述所谓嵌入式系统，是指用于执行独立功能的专用计算机系统，它由包括微处理器、定时器、微控制器、存储器、传感器等一系列微电子芯片与器件，和嵌入在存储器中的微型操作系统、控制应用软件组成，共同实时诸如实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。嵌入式系统以应用为中心，以微电子技术、控制技术和通讯技术为基础，强调硬件软件的协同性与整合性，软件与硬件可裁减，以满足系统对功能、成本、体积和功耗等要求。1、嵌入式系统的硬件的特征嵌入式系统的硬件必须根据具体的应用任务，以功耗、成本、体积、可靠性、处理能力等为指标来选择。嵌入式系统的核心是系统软件和应用软件。由于存储空间有限，因而要求软件代码紧凑、可靠，大多对实时性有严格的要求。早期的嵌入式系统设计方法，通常是采用“硬件优先”原则。在粗略估计软件任务需求的情况下，首先进行硬件设计与实现。然后在此硬件平台上，再进行软件设计。因为很难充分利用硬件软件资源，取得最佳性能的效果。同时，一旦在测试时发现问题，需求对设计进行修改时，整个设计流程将重新进行，对成本和设计周期的影响很大。这种传统的设计方法只能改善硬件/软件各自的性能，在有限的设计空间不可能对系统做出较好的性能综合优化，在很大程度上依赖于设计者的经验和反复实验。随着电子系统功能的日益强大和微型化，系统设计涉及的问题越来越多，难度也越来越大。硬件和软件也不再是截然分开的两个概念。因而出现了软硬件协同的设计方法。在系统目标要求下，协同设计软硬件体系结构，以最大限度地挖掘系统软硬件能力，得到高性能低代价的优化设计方案。2嵌入式操作系统的分类目前流行的嵌入式操作系统可以分为两类：一类是从运行在个人电脑上的操作系统向下移植到嵌入式系统中，形成的嵌入式系统，如4微软公司的WindowsCE，SUN公司的Java操作系统，嵌入式Linux等。另一类是实时操作系统，如WindRiver公司的VxWorks，ISI的pSOS，ATI的Nucleus，和免费公开源代码的uC/OS-II等。三、主芯片介绍A、特性1、ARM7TDMI-S处理器128k字节片内Flash程序存储器，具有ISP和IAP功能。2、Flash编程时间：1ms可编程512字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms。64/32/16K字节静态RAM（LPC2106/2105/2104）3、向量中断控制器4、仿真跟踪模块，支持实时跟踪RealMonitor模块支持实时调试标准ARM测试/调试接口，兼容现有工具5、极小封装：TQFP48(7×7mm2)6、双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口I2C串行接口SPI串行接口两个定时器，分别具有4路捕获/比较通道多达6路输出的PWM单元实时时钟看门狗定时器7、通用I/O口8、CPU操作频率可达60MHz9、双电源－CPU操作电压范围：1.65V~1.95V(1.8V±8.3%)－I/O电压范围：3.0V~3.6V(3.3V±10%)10、两个低功耗模式：空闲和掉电通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒外设功能可单独使能/禁止，实现功耗最优化基于ARM嵌入式系统的LCD显示511、片内晶振的操作频率范围：10MHz~25MHz片内PLL允许CPU以最大速度运行，可以在超过整个晶振操作频率范围的情况下使用。B、应用Internet网关串行通信协议转换器、访问控制、工业控制、医疗设备C、结构概述1、LPC2106/2105/2104a、包含一个支持仿真的ARM7TDMI-SCPU、与片内存储器控制器接口的ARM7局部总线、与中断控制器接口的AMBA高性能总线（AHB）和连接片内外设功能的VLSI外设总线（VPB，ARMAMBA总线的兼容超集）。b、LPC2106/2105/2104将ARM7TDMI-S配置为小端（little-endian）字节顺序。AHB外设分配了2M字节的地址范围，它位于4G字节ARM存储器空间的最顶端。每个AHB外设都分配了16k字节的地址空间。c、LPC2106/2105/2104的外设功能（中断控制器除外）都连接到VPB总线。AHB到VPB的桥接将VPB总线与AHB总线相连。VPB外设也分配了2M字节的地址范围，从3.5GB地址点开始。每个VPB外设在VPB地址空间内都分配了16k字节地址空间。片内外设与器件管脚的连接由管脚连接模块控制。该模块必须由软件进行控制以6符合外设功能与管脚在特定应用中的需求。2、ARM7TDMI-S处理器1、ARM7TDMI-S是通用的32位微处理器，它具有高性能和低功耗的特性。ARM结构是基于精简指令集计算机(RISC)原理而设计的。指令集和相关的译码机制比复杂指令集计算机要简单得多。这样使用一个小的、廉价的处理器核就可实现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。2、由于使用了流水线技术，处理和存储系统的所有部分都可连续工作。通常在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码，并将第三条指令从存储器中取出。3、ARM7TDMI-S处理器使用了一个被称为THUMB的独特结构化策略，它非常适用于那些对存储器有限制或者需要较高代码密度的大批量产品的应用。在THUMB后面一个关键的概念是“超精简指令集”。4、基本上，ARM7TDMI-S处理器具有两个指令集：标准32位ARM指令集16位THUMB指令集THUMB指令集的16位指令长度使其可以达到标准ARM代码两倍的密度，却仍然保持ARM的大多数性能上的优势，这些优势是使用16位寄存器的16位处理器所不具备的。因为THUMB代码和ARM代码一样，在相同的32位寄存器上进行操作。THUMB代码仅为ARM代码规模的65%，但其性能却相当于连接到16位存储器系统的相同ARM处理器性能的160%。基于ARM嵌入式系统的LCD显示72、LCD1602的简介由于LCD液晶显示器具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等诸多其他显示器无法比拟的优点，已广泛应用于各种智能型仪表和低功耗电子产品中。液晶显示器分为笔段式、字符点阵式和图形点阵式三种。前两种可显示数字、字符和符号等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形，达到图文并茂的效果，其应用已越来越广泛。本文以液晶显示器1602为例介绍了液晶显示器的基本原理及在ARM嵌入式系统下的程序设计。工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）1602是一款最常用也是最便宜的液晶显示屏。最多可以显示两行标准字符，每行最多可以显示16个字符。1602可以显示内部常用字符(包括阿拉伯数字，英文字母大小写，常用符号和日文假名等)，也可以显示自定义字符(单或多个字符组成的简单汉字，符号，图案等，最多可以产生8个自定义字符)。3、基于ARM嵌入式系统的LCD显示显示的方式很多，主要分为两类：LED显示，LCD显示。前者显示亮度高，制作成本低，适合做远距离显示，但由于其耗电较大，所用端口随显示的数据位数增加而增加。如果采用动态扫描方式显示，则占用CPU的时间，如果采用静态显示则需要加锁存器，耗费硬件制作时间，就该题目要求来说，需要设定电压显示，又与实际电压比较再显示，LCD显示更为清晰、直观，从上面诸多因素来看，采用LCD显示比较理想。LCD最常用的就是1602液晶模块。LCD1602可以在LCD显示屏上完整显示32个英文字符和日文等一些字符，适合显示英文文字信息量较小的地方，可以清晰显示出同时还可以应用在计算器，频率计，信号发生器，时钟等产品上。8四、综训目的及要求1、综训目的：培养学生分析问题，设计程序的能力，了解嵌入式技术应用软件项目开发流程，逐步掌握面向过程程序设计思想，能够综合运用所学知识。本次综训完整全面地了解并使用了基于嵌入式系统的综训任务。A：利用专业开发工具设计程序。B：利用专业开发工具对程序进行调试。C：利用专业开发工具对程序进行修改。2、任务要求本次任务在LCD1602上显示计数，即1s计一次数。a利用CodeWarriorforARMDeveloperSuite软件设计程序，并调试程序无错，生成hex文件。b利用Protel99SE软件设计硬件电路图和PCB原理图。c利用ISIS7Professional软件仿真3、功能实现在LCD1602计数,每秒计数一次。基于ARM嵌入式系统的LCD显示9五、硬件设计图Sch图10PCB图基于ARM嵌入式系统的LCD显示11六、主程序设计的流程图向LCD输出计数值中断初始化检查总线是否忙写函数写数据函数lcd初始化函数显示文本函数显示计数值12七、仿真图仿真前lcd没有显示值基于ARM嵌入式系统的LCD显示13仿真lcd显示计数14八、结论通过对上述应用实例长时间观察，系统一直稳定的运行，系统的各项指标都达到设计要求，由此可知在PROTEUS中画出以LPC2106系列ARM器件为处理核心的LCD显示原理图并进行仿真分析是成功的。可以说ARM功耗低，体积小，集成度高，成本低，使用实时操作系统RTOS，使实时性得到大大提高。并且一般的ARM芯片内都有较丰富的内部外设，（嵌入式系统是嵌入到对象体系中的专用计算机系统。以嵌入式计算机为核心的嵌入式系统是继IT网络技术之后，又一个新的技术发展方向。国内普遍认同的嵌入式系统定义为：以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗等严格要求的专用计算机系统。另外利用LCD显示提供的系统特征，也可以简化多任务程序设计，满足多个任务的时间要求，大大降低开发难度，轻松地完成前后台编程方法难以完成的任务。可以预计在嵌入式系统软件设计中LCD显示的应用领域势必变得更加的广泛。