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Cortex-M4实验指导书陈朋 编写浙江工业大学信息工程学院2014.9i前言本系列实验适用于单片机初学者。通过系列实验的训练，学习者可以对单片机程序开发的过程有初步了解，能使用集成开发环境CodeComposerStudio进行简单的单片机系统应用开发。如果想精通单片机，仅仅靠这些实验是不够的，需要在更多的项目实践中训练提高。实验内容按照由浅入深的顺序组织。其中实验一和实验二为CCS环境的熟悉与基本使用，实验三至实验六为验证性实验，实验七至实验十二为设计性实验，实验十三为综合性实验。教师可以根据课时进行全部实验或者选做其中部分。指导书中所使用的实验扩展板是浙江工业大学设计的，核心板为TI公司制造的，型号为EK-TM4C1294XL。开发软件环境为CodeComposerStudioIDE6.0以上。ii实验注意事项1、实验前请做好预习，熟悉实验任务，了解所用仪器的使用方法和注意事项。2、实验过程中，设备接通电源前，必须确认接线无误。如实验中需更改接线，必须切断相关设备的电源后才能操作。3、做实验时若发生异常现象（例如，元件发烫、有异味或冒烟等），应立即关断电源，保持现场，报告指导老师。排除故障后，须经指导老师同意，才能继续实验。4、实验操作完成后请关闭仪器设备电源，并将仪器设备按放回规定位置。报告指导老师，经同意后可以离开。5、实验后按照实验要求提交电子稿或者纸质实验报告。抄袭者不得分。iii目录前 言 ................................................................................................................................................ i 实验注意事项 ................................................................................................................................... ii 目 录 .............................................................................................................................................. iii 实验一 GPIO接口实验.......................................................................................................... 4 实验二 矩阵按键操作实验 ................................................................................................. 14 实验三 PWM呼吸灯实验 ................................................................................................... 18 实验四 中断实验 ................................................................................................................. 23 实验五 I2C编程及应用 ....................................................................................................... 26 实验六 ADC操作实验 ......................................................................................................... 32 实验七 并行ADC与DAC .................................................................................................... 36 实验八 三轴加速度传感器实验 ......................................................................................... 42 实验九 MicroSD卡操作实验 .............................................................................................. 49 实验十 TFT液晶显示实验 .................................................................................................. 55 实验十一 TFT LCD触摸控制实验 ........................................................................................... 62 实验十二 红外遥控接收编程实验 ......................................................................................... 67 实验十三 综合操作实验 ......................................................................................................... 70 附录A TM4C1294管脚定义 ...................................................................................................... 71 附录B EK‐TM4C1294XL核心板原理图 ..................................................................................... 75 附录C AY‐SCMP Kit开发板原理图 ............................................................................................. 81 附录D AY‐SCMP Kit开发板模块接口资源 ................................................................................. 91 Cortex-M4实验指导书4实验一GPIO接口实验一、实验目的1.掌握CodeComposerStudio6.0（以下简称CCS）的安装和配置步骤过程。2.了解Cortex-M4开发系统和计算机与目标系统的连接方法。3.了解CCS软件的操作环境和基本功能，了解TM4C1294软件开发过程。1)学习创建工程和管理工程的方法；2)了解基本的编译和调试功能；3)学会设置断点，注入和提取数据文件；4)学习使用观察窗口；5)了解图形功能的使用方法。二、实验设备1.计算机一台，操作系统为WindowsXP或Windows7，装有CCSv6.0软件。2.EK-TM4C1294XL实验开发板一块。3.USB连接线一条。三、实验原理1.TM4C1294Cortex-M4开发基于TM4C1294Cortex-M4的应用系统一般需要以下几个调试工具来完成：1)软件集成开发环境(如CCSv6.0)完成系统的软件开发，进行软件和硬件仿真调试。它提供一整套的程序编制、维护、编译、调试环境，能将汇编语言和C语言程序编译链接生成COFF(公共目标文件)格式的可执行文件，并能将程序下载到目标Cortex-M4上运行调试。它也是硬件调试的辅助手段。2)仿真器实现硬件仿真调试时与硬件系统的通信，控制和读取硬件系统的状态和数据。EK-TM4C1294XL核心板上已经集成了仿真器模块3)目标板或评估模块(如EK-TM4C1294XL)提供软件运行和调试的平台和用户系统开发的参照。2.CCS工程用户系统的软件部分可以由CCS建立的工程文件进行管理，工程一般包含以下几种文件：1)源程序文件：C语言文件(*.c)或汇编语言文件(*.asm)2)头文件(*.h)Cortex-M4实验指导书53)链接命令文件(*.cmd)4)库文件(*.lib,*.obj)3.GPIO初始化配置要使用GPIO端口的引脚，必须通过给RCGC2寄存器(相应的位置位来使能该端口的时钟信号。复位时，所有的GPIO引脚都被配置为非驱动状态(三态)：GPIOAFSEL=0，GPIODEN=0，GPIOPDR=0，GPIOPUR=0。GPIO端口的各种配置方法如表1-1所示。表1-1GPIO端口配置配置寄存器位的值(GPIO)GPIOSFSELGPIODIRGPIOODRGPIODENGPIOPURGPIOPDRGPIODR2RGPIODR4RGPIODR8RGPIODR12RGPIOSLR数字输入（GPIO）0001？？XXXXX数字输出（GPIO）0101？？？？？？？开漏输出（GPIO）0111XX？？？？？开漏输入/输出（I2CSDA）1X11XX？？？？？数字输入（定时器CCP）1X01？？XXXXX数字输入（QEI）1X01？？XXXXX数字输出（PWM）1X01？？？？？？？数字输出（定时器PWM）1X01？？？？？？？数字输入输出（SSI）1X01？？？？？？？数字输入输出（UART）1X01？？？？？？？模拟输入（比较器）000000XXXXX数字输出（比较器）1X01？？？？？？？表格中X代表可以忽略，可为任意值（0/1）;？代表0或1由具体情况决定，取决于配置；四、实验程序流程图图1-1实验流程图本实验通过多种方法来控制GPIO端口的读写，通过GPIO端口的读写来控制主板上两个独立的LED灯，D1、D2的点亮和熄灭。主板上D1、D2、D3对应的GPIO口分别为PF1、PF2、PF3。Cortex-M4实验指导书6五、实验步骤1.实验准备搭建实验环境，启动CCS，进入如图1-1所示画面：图1-2CCS主界面2.新建工程1)点击菜单“File”—“NewCCSProject”进入新建CCS工程对话框，如图1-3、1-4所示。图1-3新建CCS工程对话框（1）Cortex-M4实验指导书7图1-4新建CCS工程对话框（2）2)在对话框中进行如下操作：在“Target”第二栏中下拉选择“TivaTM4C1294NCPDT”芯片。在“Connetction”中选择“StellarisIn-CircuitDebugInterface”。在“Projectname”中填入工程名。在“Outputtype”中选择“Excutable”（可执行），会生成一套完整的可执行程序。如果选择“StaticLibrary”（静态库），则会生成一套供其它工程使用的函数集合。“ProjecttemplatesandExamples”部分包括标准的C和程序集工程。是一些使用DSP/BIOS、SYSBIOS、IPC等特殊应用的工程可能会需要的模板以及样例程序，一般选择“EmptyProject”即可。此例中我们选择“Empty