毕业设计论文基于ARM2110的LCD数字频率计设计.doc

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1、 毕 业 设 计（论 文）题目（中文）： 基于ARM2110的LCD数字频率计设计 （英文）： Designed of ARM2110-based LCD Digital Frequency Meter 系 部 电子与信息工程系 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 完 成 日 期 2011年 4月 上海师范大学天华学院本科毕业设计（论文）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），题目基于ARM2110的LCD数字频率计设计是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本设计（论文）不包含任何其他个人或集体已

2、经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的法律责任。作者(签名)： 日期： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书（2011 届）题目（中文）： 基于ARM2110的LCD数字频率计设计 （英文）： Designed of ARM2110-based LCD Digital Frequency Meter 系 部 电子与信息工程系 专业班级 学生姓名 学 号 指导教师 系负责人 (签章) 日 期： 2000 年 11 月一、 毕业设计（论文）的主要内容与具体要求（任务及背景、工作环境、成果形式、着重培养的能力、有实验环节的要提出主要技术指标、要求）（一）、毕业设计（论文）主要内容及主要

3、技术指标、要求1.主要内容利用ARM Cortex-M3的定时器功能，完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过LCD液晶屏显示出来。要求能够对0250KHz的信号频率进行准确计数，计数误差不超过1Hz。（1）定时/计数器的工作方式设置，定时器0是工作在计数状态下，对输入的频率信号进行计数，使用32位计数模式，计数频率最大设置为250KHz。对于频率的概念就是在一秒只数脉冲的个数，即为频率值。所以T1工作在定时状态下，每定时1秒中到，就停止T0的计数，而从T0的计数单元中读取计数的数值，然后进行数据处理。送到LCD液晶屏显示出来。T1工作在定时状态下，使用32位内部时钟源定时模式，实现1

4、秒的定时功能。（2）LCD液晶显示屏采用QVGA分辨率（320*240），利用图形显示外设驱动函数对液晶屏进行配置。2.主要技术指标、要求（1）可以充分利用现有ARM开发板的硬件平台上的资源进行设计。 （2）要求能够对0250KHZ的信号频率进行准确计数，计数误差不超过1Hz。（3）采用32位内部时钟源定时完成1秒的定时功能。（4）电源采用5V稳压电源输入设计。（二）、毕业设计（论文）的基本要求1.认真、独立完成不少于4000字或10000字符的外文科技文献译文，按照学校规定的译文要求和格式撰写。2.认真、独立完成不少于10000字的毕业设计（论文）报告的写作，按照学校规定的论文要求和格式撰写

5、。3.毕业设计报告要求包含：（1）LCD数字频率计原理示意图； （2）LCD数字频率计硬件电路原理图（用CAD软件画出）； （3）LCD数字频率计程序流程图； （4）LCD数字频率计系统源程序。4.及时与指导老师进行沟通，按计划完成毕业设计（论文）报告的写作和答辩工作。二、毕业设计（论文）进度安排起讫日期工作内容备 注1. 2010.11.111.14（第910周）完成英文资料翻译。2. 2010.11.1511.28（第1112周）接受毕业设计（论文）任务书。查阅文献资料、撰写文献综述报告，准备参考资料。3. 2010.11.2912.12（第1314周）完成毕业设计（论文）开题报告。4.

6、2010.12.1312.19（第15周）指导教师审核开题报告和设计方案。5. 2010.12.201.18（第1618周）完成本课题设计、仿真和数据分析。6. 2011.2.12.28寒假。7. 2011.2.213.6（第12周）中期检查。8. 2011.3.74.15（第38周）整理、撰写毕业设计报告。9. 2011.4.164.20（第9周）毕业设计答辩。三、所需的资料和主要参考文献参考资料：1 那彦电子及通信专业毕业设计宝典M西安：西安电子科技大学出版社，20082 George ClaytonOperational AmplifiersMBurlington：Newnes，2007

7、3 姚文详ARM Cortex-M3权威指南M北京：北京航空航天大学出版社，2009 4 刘同法ARM Cortex-M3内核微控制器快速入门与应用M北京：北京航空航天大学出版社，20095 赵星寒从51到ARM:32位嵌入式系统入门M北京：北京航空航天大学出版社,20056 周立功ARM嵌入式系统基础教程M北京：北京航空航天大学出版社, 2004注：1. 本任务书一式两份，须双面打印。由指导教师填写并经所在系审核确认后交系部；2. 本任务书一份须与学生的毕业设计（论文）一并存档，另一份系部存档；3. 指导教师、学生可各执一份复印件，供检查论文进度时使用。上海师范大学天华学院 2000 届毕业

8、设计（论文）开题报告设计（论文）题目基于ARM2110的LCD数字频率计设计学生姓名学 号专业、班级系 部电子与信息工程系指导教师姓名建议从以下方面填写：1. 简述课题的作用和意义2. 国内外的现状和发展趋势等情况(文献综述)，尚待解决的问题；3. 重点介绍完成任务的可能思路、方案和计划；4. (工科类专业需填写)所需的主要仪器和设备等。一、课题的作用和意义随着科学技术的飞速发展，频率计作为一种测量工具已经成为科研、实验、教学工作中不可缺少的工具。市售的商品数字频率计都是由专门的频率测量芯片组装而成，其特点是精度高、功能强，但价格昂贵且操作复杂。而其他大部分频率计均采用普通门电路或可编程逻辑器

9、件PLD 作为信号处理系统的控制核心，存在结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端。在学校内进行各类电子技术实验和实践，使用频率计所要测量的对象大多是各种波形或者脉冲信号，若采用上述的频率计则不合理，故研制一款适用于校内使用的数字频率计是很有必要的。若采用嵌入式技术，结合外围电路，设计数字频率计可达到较好的效果。该频率计可以达到的特点是：1、使用嵌入式智能控制，无须换档就可对一定范围内的信号进行测量，其显示结果可自动转换单位；2、可测量电信号的周期、频率、脉宽、占空比，测量精度高（误差小于0.001 %）。3、价格便宜，携带方便，可广泛应用于电子实验室、电子企业及科研场所。ARM这一电子时代的产物，

10、由于其功能强大，使用灵活等特点，已经成为小型电子系统中的核心部件。二、 国内外的现状和发展趋势数字频率计是采用数字电路制成的实现对周期性变化信号的频率的测量。在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此，频率的测量就显得更为重要。若配以适当的传感器还可以对许多物理量进行测量，它被广泛应用于航天、电子、测控等领域。测量频率的方法有多种,其中电子计数器测量频率具有精度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优点，是频率测量的重要手段之一。数字计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频

11、法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。数字频率计（用于检测方波、正弦波或其他脉冲信号）的频率用十进制数字显示，具有精度高，测量迅速，读数方便等特点。基于数字频率计的应用也十分广泛，可用于电机测速、航天、电子、测控等领域。另外，本次设计任务所要使用到的ARM Cortex-M3，其内核主要是应用于小管脚数、低成本和低功耗的场合，并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力。Cortex-M3采用了新型的单线调试（Single Wire）技术，专门拿出一个引脚来做调试，节约了大笔的调试工具费用。同时，Cortex-M3中还集成了大部分存储器控制器，

12、这样就可以直接在MCU外连接Flash，降低了设计难度和应用障碍，因此其发展趋势亦不容小觑。三、 完成任务的可能思路及方案本次设计的任务是：利用ARM Cortex-M3的定时器功能，完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过LCD液晶屏显示出来。要求：能够对0250KHz的信号频率进行准确计数，计数误差不超过1Hz；充分利用现有ARM开发板的硬件平台上的资源进行设计；采用32位内部时钟源定时完成1秒的定时功能；电源采用5V稳压电源输入设计。预计方案：使用ARM2110开发板来连接LCD及外部信号源；LCD液晶显示屏采用QVGA分辨率（320*240），利用图形显示外设驱动函数对液晶屏进

13、行配置；外部信号源使用DG1022型信号发生器。预计设计方案的基于ARM2110的LCD数字频率计的系统原理框图如图1所示。对于频率的概念就是在一秒内脉冲的个数。要测得到外部信号的频率，在软件方面，就要利用ARM Cortex-M3的定时器功能，方法如下：用一个定时计数器做定时中断，定时 1s，另一定时计数器仅做计数器使用，初始化完毕后同时开启两个定时计数器，直到产生 1s 中断，产生 1s 中断后立即关闭T0和 T1（起保护程序和数据的作用）,此时取出计数器寄存器内的值就是 1s内待测信号的下降沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启 T0 和 T1 这样即可进入下一轮测量。定时1

14、s测信号脉冲次数的方法原理示意图如图2所示。图1 基于ARM2110的LCD数字频率计原理框图图2 定时1s测信号脉冲次数的方法原理图经由上述的硬件、外设的使用和连接的方式，以及软件方面用定时1s测信号脉冲次数的方法，接下去要完善MCU内部软件的编制。本设计预计的程序方案为：首先加载图形显示外设驱动函数，以驱动LCD液晶显示屏；然后等待程序外部待测信号的输入；然后根据定时1s测信号脉冲次数的方法来操作；接着显示测得的频率值并继续等待和检测是否有其他信号输入，或者信号输入端是否断开；重复执行程序，直到关闭电源。基于ARM2110的LCD数字频率计软件程序流程图如图3所示。图3 基于ARM2110

15、的LCD数字频率计软件程序流程图四、毕业设计（论文）进度安排1、2010.11.111.14（第910周）完成英文资料翻译。2、2010.11.1511.28（第1112周）接受毕业设计（论文）任务书。查阅文献资料、撰写文献综述报告，准备参考资料。3、2010.11.2912.12（第1314周）完成毕业设计（论文）开题报告。4、2010.12.1312.19（第15周）指导教师审核开题报告和设计方案。5、2010.12.201.18（第1618周）完成本课题设计、仿真和数据分析。6、2011.2.12.28 寒假。7、2011.2.213.6（第12周）中期检查。8、2011.3.74.15

16、（第38周）整理、撰写毕业设计报告。9、2011.4.164.20（第9周）毕业设计答辩。五、 所需的主要仪器和设备PC机一台、YB1602型信号发生器一台、ARM2110开发板一块（Cortex-M3型）、LCD液晶屏显示屏一块（QVGA分辨率320*240）、“Protel99 SE”电路原理图绘制软件、“MS Visio”框图原理图绘制软件、“IAR Embedded Workbench for ARM”程序编译软件、USB数据线一根、杜邦线若干。六、 所需的材料和主要参考文献1 那彦电子及通信专业毕业设计宝典M西安：西安电子科技大学出版社，20082 George ClaytonOpe

17、rational AmplifiersMBurlington：Newnes，20073 姚文详ARM Cortex-M3权威指南M北京：北京航空航天大学出版社，2009 4 刘同法ARM Cortex-M3内核微控制器快速入门与应用M北京：北京航空航天大学出版社，20095 赵星寒从51到ARM:32位嵌入式系统入门M北京：北京航空航天大学出版社,20056 周立功ARM嵌入式系统基础教程M北京：北京航空航天大学出版社, 20047 商宾嵌入式C语言开发入门与编程实践M北京：电子工业出版社，20088 John BirdElectrical and Electronic Principles

18、and TechnologyMBurlington：Newnes，20109 刘凯ARM嵌入式应用技术基础M北京：清华大学出版社，200910 Peter Liggesmeyer嵌入式系统软件工程M北京：电子工业出版社，200911 Mary P. Mathematics for Electrical EngineeringM. Burlington：Newnes，200312 TI Incorporated. Stellaris USB LibraryEB/OL. ，201013 李刚ARM原理与应用开发M北京：电子工业出版社，200914 Clive Maxfield. FPGAs: Wo

19、rld Class DesignsM. Burlington：Newnes，200915 任哲嵌入式实时操作系统原理及应用M北京：北京航空航天大学出版社，200716 TI Incorporated. Stellaris Graphics LibraryEB/OL. ，201017 刘凯ARM嵌入式接口技术应用M北京：清华大学出版社，200918 马特洛夫软件调试的艺术M北京：人民邮电出版社，2009 学生姓名 _（签名）日期： 年 月 日指导教师评语：（建议填写内容：对学生提出的方案给出评语，明确是否同意开题，提出学生完成上述任务的建议、注意事项等） 指导教师 _（签名）日期： 年 月 日注

20、：1. 本开题报告，须双面打印。由学生填写并经指导老师审核、评价。2. 本开题报告一式两份，一份须与学生的毕业设计（论文）一并存档，一份作系部存档用。目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题的目的和意义11.2 数字频率计的现状和发展趋势11.3 本设计使用的微控制器的现状和发展趋势22 设计方案42.1 设计基本要求42.2 设计功能概述42.3 设计方案概述43 系统硬件设计73.1 系统硬件的构成与原理73.2 ARM2110开发板原理与应用73.2.1 LM3S2110特性概述73.2.2 LM3S2110中断功能概述83.2.3 LM3S2110的GPIO特性93.2.4

21、 按键部分应用方式93.2.5 蜂鸣器应用方式103.2.6 LED灯应用方式113.3 LCD液晶显示屏应用方式概述123.3.1 TFT-LCD液晶显示屏原理123.3.2 TFT-LCD液晶显示屏特点133.3.3 LCD液晶显示屏连接方式143.3.4 LCD液晶显示屏控制芯片153.4 信号发生器原理概述与应用方式154 系统软件设计174.1系统软件综述174.2 Stellaris外设驱动库184.3 初始化184.3.1 GPIO初始化194.3.2 LCD液晶显示初始化204.3.3 按键、蜂鸣器、LED灯的初始化204.3.4 定时器的初始化204.4 LCD液晶显示的软件

22、设计214.5 利用定时器检测频率的软件设计224.6 蜂鸣器、按键、LED灯控制的软件设计235 调试与结果265.1 系统调试265.2 实验结果276 总结29参考文献30致谢31附录一 LM3S2110引脚图32附录二 ARM2110开发板原理电路图33附录三 系统原理电路图34附录四 程序清单35摘要本设计选用LM3S2110作为微控制器，并通过对硬件和软件两方面的设计，结合LCD液晶显示屏、按键、蜂鸣器、LED灯以及信号发生器，来实现数字频率计在嵌入式系统上的应用与开发。本设计的目的是研制一款低成本、高精度、测量迅速、使用方便的手持式的数字频率计以适用于校内实验室或其他科研场所。本

23、设计利用定时器功能，对输入的信号（0-250KHz）进行实时的、高精度的频率测量，并通过LCD液晶屏显示测量结果。论文中阐述了相关的硬件原理与应用方案，并在其基础上叙述了软件设计和调试的过程，最终结合硬件和软件完成了本次设计。关键词：LM3S2110，数字频率计，液晶显示AbstractThis design uses LM3S2110 as the micro controller unit, and through both hardware and software design, combined with a LCD screen, several keys, a buzzer, s

24、everal LED lights and a signal generator to achieve the application and development of a digital frequency meter on the embedded system. The purpose of this design is to develop a low-cost, high accuracy, fast measurement and easy to use handheld digital frequency meter for the school laboratory or

25、other research establishments. This design uses the function of the timer to measure the input signal (0-250KHz) in real time and high precision, and uses the LCD screen to display results. This paper describes the relevant principles of hardware and the applications, based on these, it also describ

26、ed the process of the design an debugging of the software, and combines the hardware and the software to complete this design at last. Key words: LM3S2110, Digital Frequency Meter, LCD47毕业设计（论文）1 绪论1.1 课题的目的和意义在许多情况下，要对信号的频率进行测量，利用示波器可以粗略测量被测信号的频率，精确测量则要用到数字频率计。随着科学技术的飞速发展，频率计作为一种测量工具已经成为科研、实验、教学工作中

27、不可缺少的工具。市售的商品数字频率计都是由专门的频率测量芯片组装而成，其特点是精度高、功能强，但价格昂贵且操作复杂。而其它大部分频率计均采用普通门电路或者是可编程逻辑器PLD作为信号处理系统的控制核心，存在结构复杂、稳定性差、精度不高的弊端1。在学校内进行各类电子技术实验和实践，使用频率计所要测量的对象大多是各种波形或者脉冲信号，若采用上述的频率计则不合理，故研制一款适用于校内使用的数字频率计是很有必要的。若采用嵌入式技术，结合外围电路或设备，设计的数字频率计可达到较好的效果。该数字频率计可以达到的特点是：1、 使用嵌入式智能控制，无须换档就可对一定范围内的信号进行测量，其显示结果可自动转换单

28、位；2、 可测量电信号的周期、频率等，测量精度高（误差小于0.001%）；3、 价格便宜，携带方便，可广泛应用于电子实验室、电子企业及科研场所。ARM这一电子时代的产物，由于其功能强大，使用灵活等特点，已经成为小型电子系统中的核心部件。1.2 数字频率计的现状和发展趋势频率及时间的测量以及它们的控制技术在科学技术各领域，特别是在计量学、电子技术、信息科学、通信、天文和电子仪器等领域占有越来越重要的地位。从国际发展的趋势上看，频率标准的准确度和稳定度提高得非常快，几乎是每隔6至8年就提高一个数量级。在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此

29、，频率的测量就显得更为重要，若配以适当的传感器还可以对许多物理量进行测量。数字计数器测频有两种方式：一是直接测频法，即在一定闸门时间内测量被测信号的脉冲个数；二是间接测频法，如周期测频法。直接测频法适用于高频信号的频率测量，间接测频法适用于低频信号的频率测量。数字频率计（用于检测方波、正弦波或其他脉冲信号）的频率用十进制数字显示，具有精度高，测量迅速，读数方便等特点。基于数字频率计的应用也十分广泛，可用于电机测速、航天、电子工程、测控、资源勘探,仪器仪表等领域。由于大规模和超大规模数字集成电路技术、数据通信技术与单片机技术的结合，数字频率计发展进入了智能化和微型化的新阶段。其功能进一步扩大，除

30、了测量频率、频率比、周期、时间、相位、相位差等基本功能外，还具有自捡、自校、自诊断、数理统计、计算方均根值、数据存储和数据通信等功能。此外，还能测量电压、电流、阻抗、功率和波形等。国际上数字频率计的分类很多。按功能分类，因计数式频率计的测量功能很多，用途很广。所以根据仪器具有的功能，电子计数器有通用和专用之分。1、通用型计数器：是一种具有多种测量功能、多种用途的万能计数器。它可测量频率、周期、多周期平均值、时间间隔、累加计数、计时等；若配上相应插件，就可测相位、电压、电流、功率、电阻等电量；配上适当的传感器，还可进行长度、重量、压力、温度、速度等非电量的测量。2、专用计数器：指专门用来测量某种

31、单一功能的计数器。如频率计数器，只能专门用来测量高频和微波频率；时间计数器，是以测量时间为基础的计数器，其测时分辨力和准确度很高，可达ns数量级；特种计数器，它具有特种功能，如可逆计数器、予置计数器、差值计数器、倒数计数器等，用于工业和白控技术等方面2。1.3 本设计使用的微控制器的现状和发展趋势本次设计任务所要使用到的微控制器是德州仪器(TI)公司提供的LM3S2110微控制器，这款微控制器是基于ARM Cortex-M3内核的微控制器，它为对成本尤其敏感的嵌入式微控制器应用方案带来了高性能的32位运算能力。该Stellaris系列芯片能够提供高效的性能、广泛的集成功能以及按照要求定位的选择

32、，适用于各种关注成本并明确要求具有的过程控制以及连接能力的应用方案。Cortex-M3内核主要是应用于小管脚数、低成本和低功耗的场合，并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力。Cortex-M3采用了新型的单线调试(Single Wire)技术，专门拿出一个引脚来做调试，节约了大笔的调试工具费用。同时，Cortex-M3可以直接在MCU外连接Flash，降低了设计难度和应用障碍，因此其发展趋势亦不容小觑3。在本次设计所需要用到的通用定时器方面，LM3S2110表现出了非常优秀的能力。LM3S2110包含了3个通用定时器模块（GPTM），每个模块都能提供2个16位的定时器/计数器。每个通用定时

33、器模块都能够被设置为独立运作的定时器或事件计数器（总共有8个）可用作单个32位的定时器（最多4个）或者用作单个32位的实时时钟（RTC）以捕获事件。2 设计方案2.1 设计基本要求本次设计的任务是：利用ARM Cortex-M3的定时器功能，完成对输入的信号进行频率计数，计数的频率结果通过LCD液晶屏显示出来。要求：能够对0250KHz的信号频率进行准确计数，计数误差不超过1Hz；充分利用现有ARM开发板的硬件平台上的资源进行设计；采用32位内部时钟源定时完成1秒的定时功能；电源采用5V稳压电源输入设计。2.2 设计功能概述本次设计的数字频率计能够实时地在LCD液晶显示屏中显示当前系统开启时间

34、的计时和当前被测信号的1秒内的频率。该数字频率计工作流程图如图2.1所示，初始状态时，系统开启时间立即开始计时，频率显示“000.000 KHz”；当接入外部待测信号时，立即开始检测1秒内的频率值，并显示在液晶屏上；当按下“暂停”键时，暂停检测频率；当按下“继续”键时，继续检测外部信号频率。图2.1 数字频率计工作流程图2.3 设计方案概述本次设计的系统原理框图如图2.2所示。使用ARM2110开发板来连接LCD液晶屏及信号发生源；LCD液晶显示屏采用QVGA分辨率（320*240），利用图形显示外设驱动函数对液晶屏进行配置；外部信号发生源使用YB1602型信号发生器，用来检测本次设计和制作的

35、频率计是否精确无误。定时1s测信号脉冲次数的方法原理示意图如图2.3所示。到产生1s中断，产生1s中断后立即关闭T0和T1（起保护程序和数据的作用）,此时取出计数器寄存器内的值就是1s内待测信号的下降沿次数即待测信号的频率。用相关函数显示完毕后再开启T0和T1这样即可进入下一轮测量4。图2.2 基于ARM2110的LCD数字频率计原理框图图2.3 定时1s测信号脉冲次数的方法原理图对于频率的概念就是在一秒内脉冲的个数。要测得到外部信号的频率，在软件方面，就要利用ARM Cortex-M3的定时器功能，方法如下：用一个定时计数器做定时中断，定时1s，另一定时计数器仅做计数器使用，初始化完毕后同时

36、开启两个定时计数器，直经由上述的硬件、外设的使用和连接，以及软件方面用定时1s测信号脉冲次数的方法，接下去要完善MCU内部软件的编制。本设计的程序方案为：首先加载图形显示外设驱动函数以驱动LCD液晶显示屏；然后等待程序外部待测信号的输入；然后根据定时1s测信号脉冲次数的方法来操作；最后显示测得的频率值并重复执行程序，直到关闭电源。3 系统硬件设计3.1 系统硬件的构成与原理本次设计的LCD数字频率计主要使用到的硬件有LM3S2110微控制器、独立按键、LED小灯、蜂鸣器、TLN240T型TFT-LCD彩色液晶显示屏、电源以及用来检验频率检测效果的YB1602型信号发生器等。该系统的原理框图如图

37、2.2所示，利用LM3S2110微控制器驱动液晶显示屏、频率检测功能、蜂鸣器和LED小灯；使用按键来重启、暂停或停止频率检测；使用蜂鸣器来判断按键的有效性；使用LED小灯来指示系统当前的状态（正常运行、暂停或停止状态）。系统原理电路图见附录三。3.2 ARM2110开发板原理与应用ARM2110开发板中包含一块LM3S2110微控制器，另外主要可以使用的元器件有：1个RST键，4个独立按键，8个LED小灯和1个蜂鸣器。该开发板的原理电路图见附录二。3.2.1 LM3S2110特性概述LM3S2110 微控制器是针对工业应用方案而设计的，包括远程监控、电子贩售机、测试和测量设备、网络设备和交换机

38、、工厂自动化、HVAC和建筑控制、游戏设备、运动控制、医疗器械、以及火警安防。除此之外，该LM3S2110微控制器的优势还在于能够方便的运用多种ARM的开发工具和片上系统（SoC）的底层IP应用方案，以及广大的用户群体。 另外，该微控制器使用了兼容ARM的Thumb指令集的Thumb2指令集来减少存储容量的需求，并以此达到降低成本的目的。LM3S2110微控制器与Stellaris系列的所有成员是代码兼容的，这为用户提供了灵活性，能够适应各种精确的需求5。与此同时，它还提供出色的计算性能和优越的系统中断响应能力。总的来说，其特性包括：1、紧凑的内核；2、Thumb-2指令集，在通常与8位和16

39、位设备相关的存储容量中，特别是在微控制器级应用的几千字节存储量中，提供ARM内核所期望的高性能；3、高速的应用通过Harvard结构执行，以独立指令和数据总线为特征；4、优越的中断处理能力，通过执行寄存器操作来实现，这些寄存器操作在处理硬件中断时使用；5、存储器保护单元（MPU）为复杂的应用提供特权操作模式；6、从 ARM7 控制器系列中移植过来，以获得更好的性能和电源效率；7、功能齐全的调试解决方案有：串行线JTAG调试端口（SWJ-DP）； Flash 修补和断点（FPB）单元，用于实现断点操作；数据观察点和触发（DWT）单元，用于执行观察点、触发源和系统性能分析；仪表跟踪宏单元（ITM）

40、，用于支持printf 型调试；跟踪端口接口单元（TPIU）用作跟踪端口分析仪的桥接。3.2.2 LM3S2110中断功能概述ARM Cortex-M3 微控制器和嵌套向量中断控制器（NVIC）将区分所有异常的优先等级并对其进行处理。所有异常都在控制器模式中处理。在出现异常时，控制器的状态将被自动存储到堆栈中，并在中断服务程序（ISR）结束时自动从堆栈中恢复。取出向量和保存状态是同时进行的，这样便提高了进入中断的效率。控制器还支持末尾连锁（tail-chaining），这使控制器无需保存和恢复状态便可执行连续的（back-to-back）中断。系统处理程序的优先级是通过NVIC系统处理程序优先

41、级寄存器来设置的。中断是通过NVIC中断设置使能寄存器来使能的，并且由NVIC中断优先级寄存器来区分其优先等级。你还可以把优先级划分为占先优先级（Pre-emption priorities）和次要优先级（subpriorites）两组。用户可设置的最高优先级0在内部看作是优先级4，仅次于复位、NMI以及硬件故障。注意：0是所有可调整优先级的默认优先级。如果你将两个或更多的中断指定为相同的优先级，那么它们的硬件优先级（位置编号越高优先级越低）就决定了控制器激活中断的顺序。例如，如果GPIO端口A和GPIO端口B都为优先级1，那么GPIO端口A的优先级更高6。3.2.3 LM3S2110的GPI

42、O特性GPIO模块由 8个物理GPIO 模块组成，每个对应一个独立的GPIO端口（端口A, 端口B, 端口C, 端口D, 端口E, 端口F, 端口G, 和端口H）。LM3S2110引脚图见附录一。GPIO模块遵循FiRM规范，并且支持11-40 个可编程的输入/输出管脚，具体取决于正在使用的外设7。GPIO模块具有以下的特性：1、可编程控制GPIO中断：屏蔽中断发生；边沿触发（上升沿，下降沿，上升、下降沿）；（高或低）电平触发。2、输入/输出可承受5V电压。3、在读和写操作中通过地址线进行位屏蔽。4、可编程控制GPIO引脚配置。本次设计使用的开发板上的微控制器LM3S2110上可使用的引脚有P

43、A2PA6（5个）、PB0PB6（7个）、PC4PC7（4个）、PD0PD7（8个）、PE0PE1（2个）、PF0PF2（3个）、PG0PG1（2个）、PH0PH1（2个）。其中PF0和PF1可以直接用来脉宽调制（PMW），输出方波信号。3.2.4 按键部分应用方式ARM2110开发板中有4个独立按键，其原理电路图如图3.1所示。这四个独立按键KEY1KEY4各自的一端依次连接在微控制器LM3S2110上的PH1、PB6、PB5、PB4四个引脚上。图3.1 开发板中4个独立按键原理电路图根据图3.1可以看出，当这四个引脚中的某个引脚得到低电平时，代表其相连的按键被按下，如：引脚PB5得到低电平

44、就代表KEY3被按下。3.2.5 蜂鸣器应用方式ARM2110开发板中的蜂鸣器的原理电路图如图3.2所示，控制蜂鸣器的端口为PH0引脚，当PH0引脚输入低电平时，蜂鸣器会鸣叫。由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于MCU的I/O口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，如图3.2所示，开发板中的三极管Q1（8050）就是用来放大电流以驱动蜂鸣器的。图3.2 开发板中蜂鸣器部分原理电路图在嵌入式应用的设计上，很多方案都会用到蜂鸣器，大部分都是使用蜂鸣器来做提示或报警，比如按键按下、开始工作、工作结束或是故障等等。一般驱动蜂鸣器的方式有两种：一种是PWM 输出口直接驱动，另一种是利用I/O 定

45、时翻转电平产生驱动波形对蜂鸣器进行驱动。PWM 输出口直接驱动是利用PWM 输出口本身可以输出一定的方波来直接驱动蜂鸣器。只要打开PWM 输出，PWM 输出口就能输出该频率的方波，这个时候利用这个波形就可以驱动蜂鸣器了。比如频率为2000Hz 的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为500s，这样只需要把PWM 的周期设置为500s，占空比电平设置为250s，就能产生一个频率为2000Hz 的方波，通过这个方波再利用三极管就可以去驱动这个蜂鸣器了。利用I/O定时翻转电平来产生驱动波形的方式则必须利用定时器来做定时，通过定时翻转电平产生符合蜂鸣器要求的频率的波形，这个波形就可以用来驱动蜂鸣器了。比如为2500Hz 的蜂鸣器的驱动，可以知道周期为400s，这样只需要驱动蜂鸣器的I/O 口每200s 翻转一次电平就可