2023年西安邮电大学嵌入式板级电路装配课程设计实验报告.docx

西 安 邮 电 大 学 （计算机学院） 嵌入式系统板级电路装配 课程设计实验报告专业名称： 计算机科学与技术班 级： 计科1405 学 号： XXXXXXX姓 名： XXX指导教师： XXX实验日期：2023年12月11日12月22日第一周：开发板硬件装配一、 开发板硬件结构开发板由PACK板和底板构成，PACK板板载一枚LCP2132芯片，该芯片是NXP公司（飞利浦创建）设计的一款基于ARM7TDMI-S的高性能32位RISC微控制器，具有Thumb扩展功能，64KB片内Flash ROM，具有在系统编程（ISP）和应用编程（IAP），16KB RAM，向量中断控制器，两个UART，一个带全调制解调器接口。 两个I2C串行接口，两个SPI串行接口三个32位定期器，看门狗定期器，带有备用电池备份的实时时钟，欠压检测电路通用I/O引脚。 CPU时钟高达60 MHz，片内晶体振荡器和片内PLL。板子总体分了电源电路，晶振电路，复位电路，LED电路，按键电路，串口电路，JTAG调试电路等几部分，如下图所示图1 asy ARM 2132开发板底板元件布局图二、 硬件原理组成及分析开发板完整电路图如下图所示图2 asy ARM 2132开发板完整电路图1. 电源电路：LPC2132电源电路部分采用了一个DC接口的POWER1供电口和一个5V 的USB供电口，内部采用了一个1N5819二极管来稳流，采用SPX1117M3-3.3低压差稳压器，如右图所示。电路另一边有一个红色的发光二极管，当电源接通后，二极管会点亮。2. 复位电路复位电路采用一颗CAT1025芯片，CAT1025是基于微控制器系统的存储器和电源监控的完全解决方案。它们运用低功耗CMOS技术将2K位的串行EEPOM和用于掉电保护的系统电源监控电路集成在一块芯片内。存储器采用400KHz的I2C总线接口。CAT1025包含1个精确的Vcc监控测电路和2个开漏输出：RESET和！RESET。当Vcc低于复位门槛电压时，！RESET引脚将变为高电平，RESET将变为低电平。CAT1025还包含一个写保护输入（WP）。假如WP连接高电平，则写操作被严禁。nRST连接到芯片LPC2132的复位引脚，当复位按键RST1按下时，CAT1025的复位引脚输出有效信号，使芯片LPC2132复位。3. 系统时钟电路LPC2132微控制器可使用外部晶振或外部时钟源，片外晶振频率范围：130MHz，如下图中Y1-11.0592MHz，内部锁相环电路PLL可调整系统时钟，通过片内PLL可实现最大为60MHz的CPU操作频率，实时时钟具有独立的时钟源，如下图中Y2-32.768KHZ晶振。4. JTAG接口电路采用ARM公司提出的标准20脚JTAG仿真调试接口，JTAG信号的定义以及与LPC2132的连接如下图：5. 按键及显示电路LPC2132开发板具有4个按键、4个LED灯。4个LED灯一边已经与DP3V3连接，另一边通过1个470R的电阻后与JP1跳线相连，当JP12连通的时候，LED1的一侧与芯片的P0.17口就会连通，P0.17口输出低电平，LED1就会点亮，假如P0.17输出高电平，LED1就会熄灭。4个按键中复位键已经在前面介绍了，剩下三个按键KEY1、KEY2、KEY3一边接地，另一边接了4K7的电阻然后与正极相连，还接了JP2跳线组，假如JP2的12连通，那么P0.16就和KEY1连通，当按键按下的时候，P0.16输出低电平，当按键没有按下的时候P0.16输出高电平，由于按键检测电路可以编写为检测是否有低电平来判断按键是否按下。6. UART接口电路CH340G 是一个USB转串口芯片，可以把电脑的USB口映射为串口用。当使用串口电路进行UART调试的时候，需要将JP6短接，连通P0.0和CH340G的TXD口，连通P0.1和CH340G的RXD口。另一边CH340G的X1和X0接入了X1-12MHz的晶振。三、 开发板硬件安装调试过程 焊接最小系统一方面焊接电源模块，复位电路模块，晶振模块，构成最小系统，然后对最小系统进行测试。测试方法：将电源线和开发板的电源模块连接，观测电源指示灯是否点亮，假如点亮，使用万用表测量U1点电压，数值范围为：3.29V3.31V，标准值为3.30V，表白电源电路模块正常。然后用示波器观测晶振引脚的波形，查看晶振是否正常。 焊接外接电路板。在洞洞板上面焊接一个LED灯，然后引出接口，一个为正，一个为负，然后将正负极分别与排针焊接在一起；将蜂鸣器的正负极分别于排针焊接；将按键的两边与排针焊接在一起。测试方法：将LED正负极分别与开发板的DP3.3V和GND连接，可以观测到LED灯点亮。蜂鸣器的正负极与开发板的DP3.3V和GND连接，可以听到蜂鸣器发声。将开发板正极和蜂鸣器正极相连，蜂鸣器负极与开关一边相连，然后开关另一边接低电平，按下按键后蜂鸣器会发出声音，证明开关电路完好。 焊接LED灯焊接LED电路，将LED1-LED7焊接在开发板上面，然后焊接R4-R7四个电阻，这是二极管的分压电阻。测试方法：给开发板通电，然后依次给JP1的1、3、5、7接低电平，会发现LED1-LED4依次点亮，假如有不亮的，说明焊接有误，检查二极管的正负是否对的，用万用表检测是否有短路。 焊接开关将KEY1、KEY2、KEY3焊接到开发板上面，然后将3个4K7的电阻焊接到R1、R2、R3三个位置，最后在JP2上面焊接一组排针。测试方法：给开发板供电，用万用表检测KEY1-KEY3的电压，正常范围应当是3.28V-3.31V，当KEY1键按下的时候，JP2的1电压应当为0V；当KEY2键按下的时候，JP2的3电压应当为0V；当KEY3键按下的时候，JP2的4电压应当为0V。 焊接串口模块将CH340G焊接到开发板相应位置，要注意焊接的时候容易将周边引脚连接在一起，必须非常小心的操作。测试方法：给开发板供电，然后USB口与电脑连接，电脑的设备管理器可以检测到串口输入，如下图： 焊接JTAG模块JTAG模块很简朴，只需要将JTAG后面的引脚依次焊接即可。检测方法：开发板供电后，用JTAG线连接开发板的电脑，然后打开H-JTAG Server，点击搜索可以检测到芯片。如下图：在H-Flasher窗口的“Flash Selection”项选择仿真的器件型号LPC2132,在H-Flasher窗口的“Programming”项窗，点击<Check>按钮，H-JTAG将检测到的器件类型显示于本窗口。四、 碰到问题分析及硬件调试体会1、 碰到的问题焊接好LED灯模块后，测试LED灯的时候发现LED3不亮，用万用表检测后发现是LED3的引脚虚焊，重新焊接后问题解决。 2、硬件调试体会焊接过程中需要足够的耐心，不能看到别的同学进度比自己快就暴躁，急于求成做出来的产品只能是差的甚至是坏的，我们应当从焊接中总结经验，提高自己的焊接能力，掌握焊接技巧，焊接出最佳，最完美的电路板。第二周：软件编程与调试一、调试环境搭建 启动ADS1.2IDE集成开发环境。 在ADS主窗口主菜单选择File->New，使用asm for lpc2132工程模板建立一个工程（图例中工程名称为：ZQL_LIB1），指定工程途径（图例中工程途径为 D:ARM_Lib_BakARM_asm）。 点击确认<按钮>，创建工程。 在ZQL_LIB1工程窗口，双击模板文献main.S，打开该文献。 可在主窗口菜单选择Edit->Perferences，设立字体和字号。 在main.S文献编辑窗的 “add the user code here. 添加用户代码”行下建立用户汇编程序代码 。 选择Project->Make（或快捷键<F7>），编译链接整个工程。若编译成功，则Erros & Warnings对话框会报告编译错误为0，此时即可对工程进行仿真。二、调试方法 单步运营；在AXD调试器主窗口，选择 Execute -> Step （或快捷键<F10>），解决器执行一行代码； 设立断点；在AXD调试器“代码调试窗口”双击目的代码行，若出现红色实心圆点，则表达断点设立成功；然后选择Execute->Go全速运营，解决器执行程序停止在断点行； 运营到光标行；在AXD调试器“代码调试窗口”单击选择目的代码行，然后在AXD调试器主窗口，选择Execute->Run to Cursor运营到光标处；通过断点调试可以观测ARM寄存器和存储单元的数值变化，具体操作方法在后面的实验中会作具体介绍。二、完毕实验内容本人重要负责内容：GPIO输入输出基础实验，交通灯综合实验中的蜂鸣器、中断服务程序、GPIO初始化模块以及键盘扫描部分编写。1、GPIO输入输出实验（1）实验目的 掌握LPC2132工程模板的使用。 掌握EasyJTAG仿真器的安装和使用。 可以在EasyARM教学实验开发平台上运营第一个程序。 熟悉LPC2023系列ARM7微控制器的GPIO控制。（2）实验原理LPC2132 系列的 ARM7 微控制器的所有 GPIO 口，均为双向 I/O 口。引脚可以根据需要配置为 I/O 口或其它功能，和 GPIO 相关的寄存器一共有 6 个见下表：通过编程控制BEEP（P0.7）输出低电平，从而实现蜂鸣器连续发声。 （3）实验过程 启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择ARM Executable Image for lpc2132工程模板建立一个工程BeepCon_C。 在user组里编写主程序代码main.c。 选用DebugInRam生成目的，然后编译链接工程。 将EasyARM教学实验开发平台上的P0.7管脚与Beep跳线短接 选择Project->Debug，启动AXD进行JTAG仿真调试。 全速运营程序，程序将会在main.c的主函数中停止（由于main函数起始处默认设立有断点）。 单击Context Variable图标按钮（或者选择Processor Views->Variables）打开变量观测窗口，通过此窗口可以观测局部变量和全局变量。选择System Views->Debugger Internals 即可打开LPC2023系列ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。 可以单步运营程序，可以设立/取消断点；或者全速运营程序，停止程序运营，观测变量的值，判断蜂鸣器控制是否对的。（4）问题分析与解决方法GPIO功能选择之后没有进行IO0DIR方向选择，导致P0.7口仍然为输入口，无法输出低电平信号，故而蜂鸣器没有发声，添加这行代码后，成功实现功能。2、定期器与中断控制（1）实验目的 熟悉LPC2023 系列ARM7 微控制器的定期器0的基本设立及匹配输出应用。（2）实验原理使用定期器0 实现1 秒定期，控制蜂鸣器蜂鸣。采用中断方式实现定期控制。备注：EasyARM2132实验板上的系统时钟默认为11.0592MHz；系统中已定义了符号常量 Fpclk = 11059200 ； （3）实验过程 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image for lpc2132工程模板建立一个工程TimeOut_C。 在user 组中的main.c 中编写主程序代码。 选用DebugInExram 生成目的，然后编译连接工程。 选择【Project】->【Debug】，启动AXD 进行JTAG 仿真调试。 将LPC2132开发板上的P0.7接入蜂鸣器 全速运营程序，蜂鸣器会响一秒，停一秒，然后再响一秒依次循环。代码如下：#include "config.h"#define BEEP 1 << 7/* P0.7控制BEEP，低电平蜂鸣*/* 函数名称 ：IRQ_Timer0()* 函数功能 ：定期器0中断服务程序，取反LED2控制口。* 入口参数 ：无* 出口参数 ：无*/void _irq IRQ_Timer0 (void)if (IO0SET & BEEP) = 0)IO0SET = BEEP;/* 关闭BEEP */elseIO0CLR = BEEP;T0IR = 0x01;/* 清除中断标志 */VICVectAddr = 0x00;/* 告知VIC中断解决结束 */* 函数名称 ：main()* 函数功能 ：使用定期器实现1秒钟定期，控制LED9闪烁。中断方式。* 调试说明 ：需要将跳线JP11连接BEEP。*/int main (void)PINSEL1 = 0x00000000;/* 设立管脚连接GPIO */IO0DIR = BEEP;/* 设立BEEP控制口输出 */IRQEnable();/* IRQ中断使能 */* 定期器0初始化 */T0TC = 0;/* 定期器设立为0 */T0PR = 0;/* 时钟不分频 */T0MCR = 0x03;/* 设立T0MR0匹配后复位T0TC，并产生中断标志 */T0MR0 = Fpclk;/* 1秒钟定期；系统中已定义Fpclk = 11059200 */T0TCR = 0x01;/* 启动定期器 */* 设立定期器0中断IRQ */VICIntSelect = 0x00;/* 所有中断通道设立为IRQ中断 */VICVectCntl0 = 0x20 | 0x04;/* 设立定期器0中断通道分派最高优先级*/VICVectAddr0 = (uint32)IRQ_Timer0;/* 设立中断服务程序地址 */VICIntEnable = 1 << 0x04;/* 使能定期器0中断 */while (1); return 0;（4）问题分析与解决方法下板后蜂鸣器不发声， 检查后发现是蜂鸣器一边接了低电平，另一边接了P0.7引脚，输出低电平后，俩边都是低，所以蜂鸣器不发声，重新接线后恢复正常。3、外中断控制（1）实验目的学习LPC2023 系列ARM7 微控制器的向量中断控制器及外中断的应用技术。（2）实验原理主程序闪烁LED，EINT使能/停止 BEEP的鸣响。 （3）实验过程 跳线LED1、Key1和Beep分别连接到P1.18、P0.16和P0.7管脚；使用KEY1模拟外中断； 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image for lpc2132工程模板建立一个工程TimeEINT_C。 在user 组中的main.c 中编写主程序代码；使用系统宏IRQEnable()，使能IRQ 中断。 装载并使能外中断； 选用DebugInExram 生成目的，然后编译连接工程。 选择【Project】->【Debug】，启动AXD 进行JTAG 仿真调试。 全速运营程序，LED闪烁； 每一次按键Key，蜂鸣器就会转换静音或鸣响状态。代码如下:#include "config.h"#define BEEPCON 1<<7 / P0.7 引脚控制Beep，低电平蜂鸣#define LED1 1<<18 / P1.18 引脚控制LED1，低电灯亮/* 名 称：DelayNS()* 功 能：长软件延时* 入口参数：dly-延时参数，值越大，延时越久* 出口参数：无*/void DelayNS(uint32 dly) uint32 i; for(; dly>0; dly-) for(i=0; i<5000; i+); /* 名 称：IRQ_EINT0()* 功 能：外中断服务程序，取反BEEPCON 控制口。* 入口参数：无* 出口参数：无*/void _irq IRQ_Eint0(void)if (IO0SET & BEEPCON) = 0 ) / 反转BEEPCON管教输出状态IO0SET = BEEPCON;elseIO0CLR = BEEPCON;while ( (EXTINT &0x01) != 0 )EXTINT = 0x01; / 清除EINT0中断标志VICVectAddr = 0x00; / 告知VIC 中断解决结束/* 文 件 名：main.c* 功 能：主程序闪烁LED1；KEY1模拟外中断方式，每次外中断事件反转Beep鸣响状态。 * 说 明：*/int main(void)int x;PINSEL0 = 0x00000000; / 设立管脚连接GPIOPINSEL1 = 0x00000001; / 设立管脚P0.16为 EINT0IO0DIR = BEEPCON; / 设立 P0.7 为输出IO1DIR = LED1; / 设立 P1.18 为输出EXTMODE = 0x00;IRQEnable();VICDefVectAddr = (int)IRQ_Eint0; / 设立 EINT0 为 非向量IRQ 中断EXTINT = 0x01; / 清除 EINT0 中断标志VICIntEnable = 1<<0x0e;/ 使能 EINT0 中断while(1)/ 等待EINT0中断if (x!=0) IO1SET = LED1;x = 0; else IO1CLR = LED1;x = 1; DelayNS(100);return(0);（4）问题分析与解决方法LED闪烁正常，但是按键后蜂鸣器没有任何反映，通过一步步排查，最终发现，引脚定义到了KEY3，但是按键却按下了KEY1，更改引脚定义后，问题解决。4、UART串口通信（1）实验目的通过实验，掌握UART查询1方式程序的设计。（2）实验原理通过串口0接受上位机发送的字符串，如“Hello EasyARM2132！”，然后返回上位机显示。 （3）实验过程 启动ADS 1.2，使用ARM Executable Image for lpc2132工程模板建立一个工程DataRet_C。 在user 组中的main.c 中编写主程序代码，在项目中的config.h 文献中加入#include <stdio.h>。 选用DebugInRam生成目的，然后编译连接工程。 将EasyARM2132开发板上的JP6跳线分别选择TxD0和RxD0端时，方可进行UART0通信实验。 使用串口延长线把LPC2132教学实验开发平台的CZ2(UART0)与PC机的COM1 连接。PC 机运营EasyARM 软件，设立串口为COM1，波特率为115200，然后选择【设立】->【发送数据】，在弹出的发送数据窗口中点击“高级”即可打开接受窗口。 选择【Project】->【Debug】，启动AXD进行JTAG仿真调试。全速运营程序，在PC 机上的EasyARM软件发送如“Hello EasyARM2132！”字样的字符串，EasyARM2132开发板接受到数据后，并将接受到的数据回发给PC机。代码如下：#include “config.h”#define UART_BPS115200/串口通信波特率/* 名 称：DelayNS()* 功 能：长软件延时* 入口参数：dly延时参数，值越大，延时越久* 出口参数：无*/void DelayNS(uint32 dly) uint32 i; for(; dly>0; dly-) for(i=0; i<5000; i+);/*函数名称：UART0_Init()*函数功能：串口初始化，设立为8位数据位，1位停止位，无奇偶校验，波特率为115200*入口参数：无*出口参数：无*/void UART0_Init(void)uint16 Fdiv;U0LCR = 0x83;/DLAB = 1,允许设立波特率Fdiv = ( Fpclk / 16 ) / UART_BPS;/设立波特率U0DLM = Fdiv / 256;U0DLL = Fdiv % 256;U0LCR = 0x03;/*函数名称：UART0_GetByte()*函数功能：从串口接受1字节数据，使用查询方式接受*入口参数：无*出口参数：接受到的数据*/uint8 UART0_GetByte(void)uint8 rcv_dat;while(U0LSR % 0x01) = 0);/等待接受标志置位rcv_dat = U0RBR;return (rcv_dat);/*函数名称：UART0_GetStr()*函数功能：从串口接受*入口参数：s指向接受数据数组的指针 n接受的个数*出口参数：无*/void UART0_GetStr(uint8 *s, uint32 n)for( ; n > 0; n- )*s+ = UART0_GetByte();/*函数名称：UART0_SendByte()*函数功能：向串口发送字节数据*入口参数：dat要发送的数据*出口参数：无*/void UART0_SendByte(uint8 dat)U0THR = dat;/写入数据while(U0LSR & 0x40 ) = 0);/等待数据发送完毕/*函数名称：UART0_SendStr()*函数功能：向串口发送一字符串*入口参数：str要发送的字符串的指针*出口参数：无*/void UART0_SendStr(uint8 const *str)while(1)if( *str = 0 )break;/碰到结束符，退出UART0_SendByte(*str+);/发送数据/* 名 称：main()* 功 能：从串口UART0接受字符串“Hello EasyARM2132！”，并发送回上位机显示* 说 明：需要PC串口显示终端软件，如EasyARM.exe。*/int main(void)uint8 snd32;PINSEL0 = 0x00000005; / 设立I/O连接到UART0UART0_Init();/串口初始化UART0_GetStr(snd, 18); /从串口接受字符串DelayNS(10);UART0_SendStr(snd); /向串口发送字符串DelayNS(10);while(1);return(0);（4）问题分析与解决方法代码运营后，PC机没有显示出来字符串，检查后发现USB接口的接触不良，接触不良的因素是焊接的时候没有贴牢固就焊接上去了，解焊后重新焊接了USB口，问题解决。5.综合实验：交通灯我负责的是蜂鸣器函数，中断服务程序，GPIO初始化函数，键盘扫描模块。最终效果图如下：蜂鸣器函数模块：定义一个BEEP引脚P0.8作为蜂鸣器的输入口，P0.8给低电平，蜂鸣器响uint32 BEEP = 18; P0.8控制蜂鸣器，低电平有效void say() 蜂鸣器函数 IO0CLR = BEEP; DelayNS(10); IO0SET = BEEP; 中断服务程序模块：通过定期器产生1秒的时钟频率，然后在中断服务程序中调用display函数，display函数，display传入的参数就是数码管要显示的数字，然后每秒调用一次display函数，实现倒计时。void TimeInit() /中断服务程序初始化函数 IRQEnable(); IRQ中断使能 定期器0初始化模块 T0TC = 0; 定期器设立为0 T0PR = 0; 时钟不分频 T0MCR = 0x03; 设立T0MR0匹配后复位T0TC，并产生中断标志 T0MR0 = Fpclk; 1秒钟定期 T0TCR = 0x01; 启动定期器 设立定期器0中断IRQ VICIntSelect = 0x00; 所有中断通道设立为IRQ中断 VICVectCntl0 = 0x20 0x04; 设立定期器0中断通道分派最高优先级 VICVectAddr0 = (uint32)IRQ_Timer0; 设立中断服务程序地址 VICIntEnable = 1 0x04; 使能定期器0中断 void _irq IRQ_Timer0 (void) 中断服务程序 display(num); 调用数码管显示函数 T0IR = 0x01; 清除中断标志 VICVectAddr = 0x00; 告知VIC中断解决结束 GPIO初始化函数：PINSEL0和PINSEL1选择GPIO功能，然后设立数码管，LED灯，蜂鸣器引脚做输出功能。void GPIOInit() PINSEL0 = 0x00; 设立功能选择GPIO PINSEL1 = 0x00; 设立功能选择GPIO IO0DIR = (SEG7|LEDS3|BEEP); 设立数码管，lED灯，蜂鸣器引脚为输出键盘扫描模块：将键盘扫描模块写成函数放入while循环中，循环判断按键是否按下，扫描函数带有消抖操作，防止反复检测。Flag标志，决定了现在灯的状态，flag=0是正常倒计时模式，flag=1是紧急模式绿灯常亮，flag=2是紧急模式红灯常亮。void keyscan() 键盘扫描函数 if (IO0PIN & KEY1) = 0) 假如KEY1按下 DelayNS(10); 消除抖动 if(IO0PIN & KEY1) = 0) 再次检测KEY1是否按下 num=21; flag=0; 功能选择为正常模式 else if (IO0PIN & KEY2) = 0) 假如KEY2按下 DelayNS(10); 消除抖动 if(IO0PIN & KEY2) = 0) 再次检测KEY2是否按下 flag=1; 功能选择为绿灯常亮模式 else if (IO0PIN & KEY3) = 0) 假如KEY3按下 DelayNS(10); 消除抖动 if(IO0PIN & KEY3) = 0) 再次检测KEY3是否按下 flag=2; 功能选择为红灯常亮模式 三、总结与体会通过这次实验，对于开发板的焊接，调试有了新的结识，对于焊接电路板的方法和顺序有更好的了解，焊接电路板的时候一定要有耐心，戒骄戒躁