基于ARM的可調(diào)電子鐘設(shè)計--.doc

學(xué)號： 2011 - 2012 學(xué)年 第 1學(xué)期 基于ARM的可調(diào)電子鐘設(shè)計課 程 設(shè) 計 報 告題 目： 基于ARM的可調(diào)電子鐘設(shè)計 專 業(yè)： 通信工程 班 級： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 成 績： 電氣工程系2011 年 12月9 日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書學(xué)生班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 設(shè)計名稱： 基于ARM的可調(diào)電子鐘設(shè)計 起止日期：2011-12-3至2011-12-9 指導(dǎo)教師： 一設(shè)計目的1應(yīng)用所學(xué)的ARM知識設(shè)計一個實時時鐘2. 掌握LPC2106中斷處理，RTC的使用。二、設(shè)計任務(wù)1查閱文獻(xiàn)資料，了解、熟悉電子鐘的原理及其電路2了解掌握ARM內(nèi)容及其應(yīng)用3對Proteus軟件的熟悉與應(yīng)用4利用Proteus對所設(shè)計的電子鐘進(jìn)行調(diào)試，驗證其正確性三、具體要求1實時時間可通過按鍵選擇調(diào)節(jié)。2可以通過按鍵設(shè)定報警時間。3當(dāng)達(dá)到報警時間時，蜂鳴器響一下，LED燈點亮。4報警時間和實時時間通過液晶模塊LCD1602顯示目錄摘要3第一章 緒論- 1 -1.1電子鐘的發(fā)展- 1 -1.2常用電子鐘系統(tǒng)及模式- 1 -第二章 ARM的簡介- 2 -2.1 ARM概述- 2 -2.2 ARM的特點- 2 -2.3 Proteus SP3軟件介紹- 2 -2.4 Proteus SP3仿真步驟- 3 -第三章 電子鐘的系統(tǒng)原理及設(shè)計- 4 -3.1設(shè)計原理- 4 -3.2 軟件時鐘的電路仿真圖- 4 -3.3 電子鐘系統(tǒng)軟件設(shè)計- 5 -3.4 電子鐘的調(diào)試- 7 -3.5 仿真結(jié)果分析與展望- 8 -自我評價- 10 -指導(dǎo)老師評語- 11 -摘要電子鐘是目前應(yīng)用非常廣泛的一種電子裝置，眾所周知，ARM微處理器功能特別的強大，與MC51單片機(jī)相比，它更適合做中高端數(shù)字系統(tǒng)的微處理器，ARM已經(jīng)成了現(xiàn)代主流微處理器內(nèi)核,目前，絕大多數(shù)碼產(chǎn)品，如，手機(jī)，MP3，MP4，數(shù)碼相機(jī)，他們的系統(tǒng)都嵌入了ARM系列內(nèi)核，ARM微處理器更新?lián)Q代很快，現(xiàn)在的諾基亞N系列智能手機(jī)如N78,N79已經(jīng)采用了ARM11了，使得運行于塞班操作系統(tǒng)S60第三版的應(yīng)用程序流暢自如。本文使用LPC2106ARM處理器而設(shè)計的實時時鐘，由硬件和軟件相配合使用。硬件由主控器、時鐘電路、顯示電路、鍵盤接口5個模塊組成。實現(xiàn)電子時鐘的功能，并在LCD上顯示類似的時鐘界面；動態(tài)顯示當(dāng)前的時間，包括：年月、日、時、分、秒，時針。關(guān)鍵字： 電子鐘；LCD1602；Proteus；LPC2106第一章 緒論1.1電子鐘的發(fā)展電子鐘是一種利用數(shù)字電路來顯示秒、分、時的計時裝置，與傳統(tǒng)的機(jī)械鐘相比，它具有走時準(zhǔn)確、顯示直觀、無機(jī)械傳動裝置等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。隨著人們生活環(huán)境的不斷改善和美化，在許多場合可以看到數(shù)字電子鐘。在城市的主要營業(yè)場所、車站、碼頭等公共場所使用LCD數(shù)字電子鐘已經(jīng)成為一種時尚。1.2常用電子鐘系統(tǒng)及模式目前市場上各式各樣的數(shù)字電子鐘大多數(shù)用全硬件電路實現(xiàn)，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功率損耗大，而且目前市場上的電子鐘一般都用LED顯示，顯示界面不友好。市場上還有一些老式的機(jī)械式電子鐘，機(jī)械式的電子鐘使用壽命較短，一般只能使用一年時間，機(jī)械式電子鐘出現(xiàn)故障后很難修復(fù)，這樣很浪費資源。因此有必要對機(jī)械式電子鐘進(jìn)行淘汰，對電子鐘進(jìn)行改進(jìn)。本文設(shè)計的可調(diào)電子鐘，設(shè)計的電路成本較低，可靠性高，運用簡單方便，正常環(huán)境下能使用五年。出現(xiàn)元器件老化故障，可以只更換元器件，便可正常使用，節(jié)省資源，保護(hù)環(huán)境。第二章 ARM的簡介2.1 ARM概述ARM（Advanced RISC Machines）處理器是Acorn計算機(jī)有限公司面向低預(yù)算市場設(shè)計的第一款RISC微處理器。更早稱作Acorn RISC Machine。 ARM的Jazelle技術(shù)使Java加速得到比基于軟件的Java虛擬機(jī)(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。CPU功能上增加DSP指令集提供增強的16位和32位算術(shù)運算能力，提高了性能和靈活性。ARM還提供兩個前沿特性來輔助帶深嵌入處理器的高集成SoC器件的調(diào)試，它們是嵌入式ICE-RT邏輯和嵌入式跟蹤宏核(ETMS)系列。 2.2 ARM的特點ARM處理器的三大特點是：耗電少功能強、16位/32位雙指令集和合作伙伴眾多。 1、體積小、低功耗、低成本、高性能； 2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件； 3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快； 4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成； 5、尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高； 6、指令長度固定。 2.3 Proteus SP3軟件介紹Proteus可以仿真模擬電路及數(shù)字電路，也可以仿真模擬數(shù)字混合電路。Proteus可提供30多種元件庫，超過8000種模擬、數(shù)字元器件。可以按照設(shè)計的要求選擇不同生產(chǎn)廠家的元器件。此外，對于元器件庫中沒有的元件，設(shè)計者也可以通過軟件自己創(chuàng)建。除擁有豐富的元器件外，Proteus還提供了各種虛擬儀器，如常用的電流表，電壓表，示波器，計數(shù)/定時/頻率計，SPI調(diào)試器等虛擬終端。支持圖形化的分析功能等。本文章基于ProteusPRO6.7SP3和KEIL uVision3 軟件。當(dāng)然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型，用開發(fā)板和仿真器當(dāng)然是最好選擇，可是對于單片機(jī)愛好者，或者簡單的開發(fā)應(yīng)該是比較好的選擇。Proteus 與其它單片機(jī)仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機(jī)CPU 的工作情況，也能仿真單片機(jī)外圍電路或沒有單片機(jī)參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機(jī)寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上講，是彌補了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的矛盾和現(xiàn)象。運行proteus 的ISIS 程序后，進(jìn)入該仿真軟件的主界面。在工作前，要設(shè)置view 菜單下的捕捉對齊和system 下的顏色、圖形界面大小等項目。通過工具欄中的p(從庫中選擇元件命令)命令，在pick devices 窗口中選擇電路所需的元件，放置元件并調(diào)整其相對位置，元件參數(shù)設(shè)置，元器件間連線，編寫程序；在source 菜單的Define code generation tools 菜單命令下，選擇程序編譯的工具、路徑、擴(kuò)展名等項目；在source菜單的Add/remove source files 命令下，加入單片機(jī)硬件電路的對應(yīng)程序；通過debug 菜單的相應(yīng)命令仿真程序和電路的運行情況。2.4 Proteus SP3仿真步驟Proteus本身是無法仿真的，要配合上keil，因為需要將程序?qū)懭胄酒?。首先，要下載安裝這兩個軟件了。第二步，安裝完畢，把C:Program FilesLabcenter ElectronicsProteus 6 ProfessionalMODELS目錄下的 VDM51.dll文件復(fù)制到 C:KeilC51BIN文件夾下。(目錄名都是默認(rèn)的，你可以根據(jù)你實際安裝的目錄進(jìn)行復(fù)制。)第三步,用記事本(其它的編輯軟件也可以,如Ultra Edit)打開Keil 根目錄下的 TOOLS.INI 文件，在C51 欄目下加入 TDRV3=BINVDM51.DLL (Proteus VSM Monitor-51 Driver ) ，其中“TDRV3” 中的 “3”要根據(jù)實際情況寫，不要和原來的重復(fù)。第四步，keil的設(shè)置。把C:Program FilesLabcenter ElectronicsProteus 6 ProfessionalSAMPLES的8051 LCD Driver”文件夾復(fù)制到新建的Proteus文件夾下。運行keil程序，在 LCD Driver文件夾下建立一個新的名為 LCD Driver工程。把LCDDEMO 文件加到Source Group 1組里。點擊工具欄的option for target按鈕，在出現(xiàn)的對話框里點擊Debug，在右欄上部的下拉菜單里選中 Proteus VSM Monitor-51 Driver，還要點擊一下Use前面的小圓點。再點擊Setting設(shè)置通信接口，在Host后面添上電腦的IP地址在Port后面添上8000。點擊OK按鈕即可。最后把工程編譯一下。第五步，Proteus的設(shè)置。運行Proteus的ISIS，鼠標(biāo)左鍵點擊菜單DEBUG，選中use romote debuger monitor。下面我們用鼠標(biāo)左鍵點擊菜單File，再點擊Load Design，導(dǎo)入8051 LCD Driver文件夾下的LCDDEMO.design文件。第三章 電子鐘的系統(tǒng)原理及設(shè)計3.1設(shè)計原理本設(shè)計是基于LPC2106ARM處理器而設(shè)計的實時時鐘，綜合性較強，涉及到RTC外部中斷，引腳的GPIO功能，C語言編程等知識。首先要定義P0口為基本IO功能，然后通過引腳功能選擇寄存器PINSEL0及PINSEL1定義輸入輸出外部中斷口所在的位，另外還要對外部中斷進(jìn)行初始化，其中有規(guī)定他們的優(yōu)先級，中斷觸發(fā)方式，中斷地址分配，本設(shè)計采用液晶模塊LCD1602同時顯示實時時間和報警時間，同樣要對他們進(jìn)行初始化，包括檢查總線忙與閑，傳送地址，傳送數(shù)據(jù)及顯示函數(shù)的編程、LPC2106微控制器自帶有一個實時時鐘RTC帶日歷和時鐘功能，要使用它也要進(jìn)行一下的基本操作：設(shè)置RTC基準(zhǔn)時鐘分頻器初始化RTC的時鐘值如，YEAR,MONTH,HOUR等啟動RTC即CCR的CLKEN位職位讀取完整時間寄存器值或等待中斷。先調(diào)用以上各個模塊的初始化函數(shù)lcd_int(),RTCint()然后開啟RTC時鐘，并調(diào)用LCD顯示函數(shù)SendTimetRtc(),如果沒用中斷發(fā)生就判斷實時時間是否與以設(shè)定的報警時間相同，如果相同就馬上接通蜂鳴器報警并且點亮LED燈。假如有中斷發(fā)生，在無效狀態(tài)下，馬上給中斷標(biāo)志寄存器EXTINT對應(yīng)位，然后寫1清零，然后轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序。本設(shè)計設(shè)定7種系統(tǒng)狀態(tài)：正常運行：0態(tài)設(shè)定RTC的：HOUR 1態(tài)；SEC 2態(tài)；MIN 3態(tài)；ALHOUR 4態(tài)；ALSEC 5態(tài)；ALMIN 6態(tài)電路中通過三個按鈕開關(guān)與三個中斷eint的輸入端相連，對應(yīng)也有eint0,eint1,eint3三個中斷服務(wù)程序，當(dāng)eint2端按下時，就轉(zhuǎn)到eint2中斷服務(wù)程序，它的功能就是設(shè)定系統(tǒng)當(dāng)前所取的狀態(tài)，也就是所選擇實時時鐘和報警時間的時，分，秒，按一下，狀態(tài)就自增一，eint0,eint1的中斷服務(wù)程序都是調(diào)節(jié)時間不同的是一個以加1調(diào)節(jié)，一個以減2調(diào)節(jié)。按下一次就加一次時間值，但具體是對HOUR,SEL,MIN,ALHOUR,ALMIN,ALSEL中的哪一個調(diào)節(jié)那還得看eint2觸發(fā)下系統(tǒng)所處的狀態(tài)所以只有在eint2發(fā)生的基礎(chǔ)上eint0,eint1發(fā)生才有意義。3.2 軟件時鐘的電路仿真圖虛擬元器件：一個喇叭，一個蜂鳴器，5個電阻，三個按鈕開關(guān)，一盞LED燈，一個PNP三極管，一個極性電容。微處理器芯片PLC2106一片，液晶顯示器LCD1602一片。其電路仿真圖如圖3-1所示：圖3-1 電子鐘仿真電路圖3.3 電子鐘系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)啟動系統(tǒng)初始化判斷正常走時?進(jìn)入調(diào)整時鐘程序 LCD顯示時間鬧鐘調(diào)整YES時鐘調(diào)整進(jìn)入調(diào)整鬧鐘程序NO圖3-2 電子鐘系統(tǒng)軟件流程圖本系統(tǒng)程序按功能模塊編寫，結(jié)構(gòu)清晰，可讀性強，主要流程圖如圖3-2所示：通過Keil軟件進(jìn)行編程，首先建立工程，然后創(chuàng)建LCD日歷.C文件，在進(jìn)行編程。程序如下：/*主函數(shù)*/int main()lcd_init();/LCD初始化RTCIni();/RTC初始化PINSEL0=PINSEL0|0XA0000000;/選擇外部中斷1，2PINSEL1=PINSEL1|0X00000001;/選擇外部中斷0/EXTPOLAR=0X00;/低電平或下降沿/EXTMODE=0X07;/下降沿VICIntSelect=0;/Eint0,Eint1,Eint 為普通中斷VICIntEnable=0x0001c000; /允許Eint0,Eint1,Eint中斷VICVectCntl0=0x0000002e; /外部中斷0的優(yōu)先級為0VICVectCntl1=0x0000002f; /外部中斷1的優(yōu)先級為1VICVectCntl2=0x00000030;/外部中斷3的優(yōu)先級為2VICVectAddr0=(int)eint0;/給向量地址0賦初值VICVect