基于ARM7LCD显示电路仿真课程设计报告.doc

《基于ARM7LCD显示电路仿真课程设计报告.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ARM7LCD显示电路仿真课程设计报告.doc（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 ARM课程设计报告题 目：基于ARM7的LCD显示电路仿真学 院：计算机科学与工程学院专 业：计算机科学与技术班 级： 学 号： 姓 名： 导 师： 日 期：2014.12.29-2015.01.08目录 一 系统背景简介1二 芯片介绍12.1芯片LPC2104简介12.1.1 LPC2104的特性22.2 芯片LM016L简介32.2.1液晶显示原理32.2.2 LCD相关参数3三 软件选择53.1 Proteus Version 7.0简介53.2 RealView MDK简介63.2.1 RealView MDK的特点6四 课程设计74.1 电路设计74.1.1 Proteus创建工程

2、步骤74.1.2 元件选择84.1.3 电路效果图104.2 程序设计114.2.1 RealView MDK创建工程过程114.2.2 流程图134.2.3 功能函数134.2.4 主函数15五 问题与处理16六 设计结果166.1 编译结果166.2 设计效果16七 心得体会17参考文献19附录20一 系统背景简介近年来，随着计算机技术及集成电路技术的发展，嵌入式技术日渐普及，在通讯、网络、工控、医疗、电子等领域发挥着越来越重要的作用。嵌入式系统无疑成为当前最热门最有发展前途的IT应用领域之一。液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得

3、到越来越广泛的应用。通过显示器同步显示元器件的状态可以更深刻地理解控制的原理。通过Proteus模拟ARM7芯片设计，可以增强我们的自学能力和思考能力，掌握科学研究的方法，提高信息检索的能力以及获取与时俱进知识的能力。同时，使我们深刻学习了ARM的相关知识，增强对实际电路的感性认识，提高了分析问题，处理问题的能力。运用Keil编译C语言，连接生成Hex文件，使用PROTEUS 7.0SP2仿真,选用ARM7 LPC2104 芯片和LM016L，导入Hex文件，然后进行软件仿真调试。本学期我专业开设了嵌入式系统课程设计这门课程，是嵌入式系统课程的辅助教学课程。通过课程设计，进一步掌握嵌入式ARM

4、的基本概念，结合实际的操作和设计，巩固课堂教学内容，此外也让我们进一步掌握嵌入式系统的基本概念、原理和技术，将理论与实际相结合，应用现有的仿真工具和嵌入式软件开发平台，规范、科学地完成一个小型LCD显示电路的设计与实现，把理论课与实验课所学内容统一起来，并在此基础上强化实践意识、提高其实际动手能力和创新能力。二 芯片介绍2.1芯片LPC2104简介LPC2104包含一个支持仿真的ARM7TDMI-S CPU、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）。LPC2104将

5、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。LPC2104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。2.1.1 LPC2104的特性LPC2104拥有以下多种特性：（1）ARM7TDMI-S处理器 （2）128k字节片内Flash程序存储器，具有I

6、SP 和IAP 功能。 （3）Flash编程时间：1ms 可编程512 字节，扇区擦除或整片擦除只需400ms 。 （4）64/32/16K 字节静态RAM（LPC2104） （5）向量中断控制器 （6）仿真跟踪模块，支持实时跟踪 （7）RealMonitor模块支持实时调试 （8）标准ARM测试/ 调试接口，兼容现有工具 （9）极小封装：TQFP48 (77mm2) （10）双UART，其中一个带有完全的调制解调器接口 （11）I2C 串行接口 （12）SPI 串行接口 （13）两个定时器，分别具有4 路捕获/ 比较通道 （14）多达6 路输出的PWM 单元 （15）实时时钟 （16）看门狗

7、定时器 （17）通用I/O 口 （18）CPU 操作频率可达60MHz （19）双电源 CPU 操作电压范围：1.65V1.95V(1.8V 8.3%) I/O 电压范围：3.0V3.6V(3.3V 10%) （20）两个低功耗模式：空闲和掉电 （21）通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒 （22）外设功能可单独使能/ 禁止，实现功耗最优化 （23）片内晶振的操作频率范围：10MHz25MHz （24）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。由于拥有以上特性，LPC2104适用于internet 网关、串行通信协议转换器、访问控制、工业控制、医疗设备

8、及其它各种类型的应用。2.2 芯片LM016L简介2.2.1液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。2.2.2 LCD相关参数（1）LM016L LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm（2）引脚功能说明：LM016LLCD采用标准的14脚（无背光

9、）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表1所示：表2-1 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择

10、指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。（3）LM016LLCD的指令说明及时序：LM016L液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2所示：表2-2 控制命令表序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000

11、001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容LM016L液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式

12、设置。 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指

13、令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址。 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。三 软件选择3.1 Proteus Version 7.0简介Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从

14、原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。在Proteus绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.hex（或者*.axf），可以在Proteus的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。Proteus不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实

15、例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。3.2 RealView MDK简介RealView MDK（RealView Microcontroller Development Kit）开发套件源自德国Keil公司，被全球超过10万的嵌入式开发工程师验证和使用，是ARM公司目前最新推出的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具。RealView MDK集成了业内最领先的技术，融

16、合了中国多数软件开发工程师所需的特点和功能。包括Vision集成开发环境与 RealView编译器，支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核处理器，自动配置启动代码，集成Flash烧写模块，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能。3.2.1 RealView MDK的特点（1）自动生成启动代码：RealView MDK开发工具可以帮您自动生成完善的启动代码，并提供图形化的窗口，随您轻松修改。无论对于初学者还是有经验的开发工程师，都能大大节省时间，提高开发效率。（2）提供软件模拟器：RealView MDK的设备模拟器可以仿真整个目标硬件，包括快速指令集仿真、外部 信号和I

17、/O仿真、中断过程仿真、片内所有外围设备仿真等。开发工程师在无硬件的情况下即可开始软件开发和调试，使软硬件开发同步进行，大大缩短开发周期。而一般的ARM开发工具仅提供指令集模拟器，只能支持ARM内核模拟调试。（3）提供性能分析器：RealView MDK的性能分析器可以让工程师看得更远和更准，它辅助您查看代码覆盖情况，程序运行时间，函数调用次数等高端控制功能，指导您轻松的进行代码优化，成为嵌入式开发高手。通常这些功能只有价值数千美元的昂贵的Trace工具才能提供。（4）支持Cortex-M3：RealView MDK支持的Cortex-M3核是ARM公司最新推出的针对微控制器应用的内核，它提供

18、业领先的高性能和低成本的解决方案，未来几年将成为MCU应用的热点和主流。目前国内只有ARM公司的MDK和RVDS开发工具可以支持CortexM3芯片的应用开发。四 课程设计4.1 电路设计4.1.1 Proteus创建工程步骤打开ISIS 7 Professional软件，单击鼠标左键新建New File（From Default Template）如图4-1工程新建显示位置框图所示。图4-1 工程新建显示位置框图然后点击保存Save Design，如图4-2工程保存显示位置框图所示。图4-2工程保存显示位置框图弹出对话框，选择你已经建好的文件夹，在这里我的文件夹已经建好，起的名字叫LCD_D

19、SN，然后再给项目起个名字也叫LCD_DSN，最后点击确定。如图4-3 保存位置选择框图所示图4-3保存位置选择框图4.1.2 元件选择现在就可以进行电路图的制作了。现在我们来画电路图，先点击左侧的Component Mode，如图4-4模块组件框图所示。图4-4模块组件框图然后双击下方空白处，就会弹出一个Pick Devices对话框，如图4-5元器件选择框图所示。图4-5元器件选择框图然后在Keywords下的空格中搜索LM016L，在右边的窗口中双击相应的LM016L元器件，即可加入到元器件模板中。同理可加入LPC2104元器件。如图4-6元器件添加框图所示。图4-6元器件添加框图单击选

20、中元器件LM016L，在右窗体中单击鼠标左键，确定元器件想要放的位置，然后再次单击鼠标左键。元器件即可出现在所想要放置的位置上。同理放置元器件LPC2104。完成后如图4-7元器件摆放显示框图所示。图4-7元器件摆放显示框图LM016L芯片可以用于显示两行，每行十六个字符，可以是字母、数字和简单日文。芯片工作电压:4.55.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm。4.1.3 电路效果图系统电路图如图4-8系统电路图所示。图4-8 系统电路图电路元件LPC2104通过P0.0P0.10和LM016L连接起来。其中，P0.0P0.

21、7是用来传送数据、地址和控制信号指令，至于什么时候传数据、地址和控制信号指令，用P0.8P0.10来进行选择。4.2 程序设计4.2.1 RealView MDK创建工程过程打开Keil uVision4软件，单击菜单项Project中的New uVision Project项，如图4-9工程新建指示框图所示。图4-9工程新建指示框图然后弹出对话窗Create New Project，选择已新建好的文件夹，文件夹名为LCD_PRO，然后再建工程名为LCD_PRO，点击保存。如图4-10工程新建位置框图所示。图4-10工程新建位置框图然后弹出对话框Select Device For Target

22、，选择飞利浦公司的LPC2104芯片，点击确认，并加载启动代码。如图4-11芯片仿真选择框图所示图4-11芯片仿真选择框图注意，在完成工程的建立以后，单击鼠标右键点工程，选择Options for Target LCDTarget，在弹出的对话框中，选择Output选项卡，将Create HEX file选中，并点击Select Folder for Object选择你生成的文件所要放置的目录中。如图4-12选项设置框图所示。图4-12选项设置框图图4-13运行框图4.2.2 流程图开 始LCD初始化延时 设第一行显示位置 显示第一行内容 设第二行显示位置 显示第二行内容 否 是 结束 4.2

23、.3 功能函数在程序中我使用了几个功能函数，函数如下：函数名称：ChkBusy()，函数主要功能：检查总线是否忙void ChkBusy() IODIR=0x700; /先设置方向使P0.8P0.10输出，使P0.0P0.7输入while(1) /循环语句IOCLR=rs;/选择IOSET=rw;/选择读方式IOSET=en; if(!(IOPIN & busy)break;IOCLR=en;IODIR=0x7ff;/*函数名称：WrOp()，函数功能为：写指令函数void WrOp(uint8 dat) ChkBusy();/检查LCD是否繁忙IOCLR=rs;/全部清零IOCLR=rw;/

24、设置读写方式为读IOCLR=0xff;/先清零IOSET=dat;/再送数IOSET=en;/使能，让置位寄存器开始工作IOCLR=en;/使能，让清零寄存器开始工作函数名称：WrDat()，函数功能为：写数据函数void WrDat(uint8 dat)ChkBusy();/检查LCD是否繁忙IOSET=rs;/置位控制选择IOCLR=rw;/清零寄存器选择读IOCLR=0xff;/先清零IOSET=dat;/再送数IOSET=en;/使能，让置位寄存器开始工作IOCLR=en;/使能，让清零寄存器开始工作函数名称：lcd_init()，函数功能为：lcd初始化函数void lcd_init

25、(void) WrOp(0x38);WrOp(0x06);/光标加1WrOp(0x0c);/开显示函数名称：DisText()，函数功能为：显示文本函数void DisText(uint8 addr,uint8 *p) int a = 16; /定义一个变量WrOp(0x80);/告诉LCD从0x80地址开始while(a-)WrDat(0); /将数据重新刷一遍，清空WrOp(addr);/告诉LCD要写数据的起始地址while(*p !=0)WrDat(*(p+); /从起始地址开始，将数据一个字符一个字符写入函数名称：time()，函数功能为：延时void time() int i =

26、100000;for(;i = 0; i-);4.2.4 主函数函数名称：main()，函数功能为：显示文本int main(void) int i;uint8 *p= 16, 3116 , 603116 , 10603116 , 110603116 , 110603116 , 110603116 , 110603116 ,110603116 ,Sh , ShiS , ShiSha , ShiShaoC , ShiShaoChu , ShiShaoChun , ShiShaoChun , ShiShaoChun , ShiShaoChun, ShiShaoChun, ShiShaoChun;l

27、cd_init();IODIR=0x7ff;/设置为输出IOCLR=0x7ff;while(1) DisText(0x80,p0); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p1); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p2); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p3); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p4); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p5); for(i=0;i0x1ffff;i+);五 问题及处理1.在Pr

28、oteus中找不到各种元器件，通过上网查询，得到解决；2.在Proteus中将图画好时，无法按设计出现效果，总是出现电源的电压不在范围内，先放电源，再将电源和芯片LPC2104管脚进行相连；3.无法将姓名显示在LCD中，通过修改、调试程序，最终解决。六 设计结果6.1 编译结果下面是对于实验源程序的编译结果。如图5-1编译结果显示框图所示。图6-1编译结果显示框图6.2 设计效果学号第一行从右到左逐个显示，姓名第二行从左到右依次显示，依次循环。其效果如以下图5-2所示。图6-2 设计效果显示框七 心得体会说实话，到目前为止所做的课设中，这次的嵌入式课设最不尽人意。刚开始毫无头绪，即使在查阅了大

29、量相关资料的基础上。后来，手上有了一份参考程序，打开一看，顿时懵了。当时想如果纯粹靠我自己或者和同学讨论，恐怕很难完成这次课设吧。于是，实验室刚开放，我就立刻去调试程序，通过观察试验箱上显示的结果来理解程序。一个模块一个模块对应的理解下去之后，思路开始清晰起来。每当遇到一行程序不懂或者有疑问时，比如这行程序起什么作用、可不可以删掉或者可不可以换个位置，我都通过程序的相关改动结合实验结果的观察将这些疑问解决掉了。同时，同学的帮助也给了我很多的启发，非常感谢他们。但不得不承认，关于芯片LPC2014与芯片LM016L理解的很不透彻。验收时，我只是把LCD显示界面的构建部分理解了，在验收时对于老师的

30、提问也是磕磕绊绊。老师让我充分认识到了自己在这次课设中的不足，谢谢老师。因而，在编写这份报告前，我又认真地上网搜索了好多资料。在写这份报告时，我也许还没能完全弄懂芯片LPC2104，但我相信，只要努力过，总会有收获。回顾整个课程设计过程，感慨颇多，从理论到实践，我学到很多东西，不仅巩固了以前所学过的理论知识，而且学到了很多在书本上学不到的东西。也更深刻得明白ARM的应用领域，我们可以运用ARM技术来做些什么。通过本次课设，增强了动手实践能力，也懂得了，光学习理论知识是远远不够的，必须把它运用到实际中去，充分发挥所学知识的作用。通过此次LCD显示的设计，C语言的编程，我们开始了ARM的实际应用的

31、学习，一方面，是我们养成了遵循ARM的嵌入式系统项目开发步骤的习惯；另一方面，使我们能够利用所学的ARM的知识设计出一些简单的东西，为以后进行更深层次的学习打下基础。参考文献1周立功ARM嵌入式基础教程北京航空航天大学出版社2008年9月第2版；2周润景PROTEUS在MCS-51&ARM7系统中的应用百例电子工业出版社2006年10月第一版；3. 吴学智，基于ARM的嵌入式系统设计与开发.人民邮电出版社，2007；4. 金建设，嵌入式系统基础实验.大连理工大学出版社，2009；5. 王晓薇，嵌入式硬件基础实验与习题解答.电子工业出版社，2009；6. 谭会生，ARM嵌入式系统原理及应用开发.

32、西安电子科技大学出版社，2012。附录/* File: main.c* 功能：向LCD输出姓名学号*/#include config.h#define rs (18)#define rw (19)#define en (110)#define busy (17)/* 名称：ChkBusy()* 功能：检查总线是否忙*/void ChkBusy()IODIR=0x700;while(1)IOCLR=rs;IOSET=rw;IOSET=en;if(!(IOPIN & busy)break;IOCLR=en;IODIR=0x7ff;/* 名称：WrOp()* 功能：写指令函数*/void WrOp(

33、uint8 dat)ChkBusy();IOCLR=rs;/全部清零IOCLR=rw;IOCLR=0xff;/先清零IOSET=dat;/再送数IOSET=en;IOCLR=en;/* 名称：WrDat()* 功能：写数据函数*/void WrDat(uint8 dat)ChkBusy();IOSET=rs;IOCLR=rw;IOCLR=0xff;/先清零IOSET=dat;/再送数IOSET=en;IOCLR=en;/* 名称：lcd_init()* 功能：lcd初始化函数*/void lcd_init(void)WrOp(0x38);WrOp(0x06);/光标加1WrOp(0x0c);/

34、开显示/* 名称：DisText()* 功能：显示文本函数*/void DisText(uint8 addr,uint8 *p)WrOp(addr);while(*p !=0)WrDat(*(p+);/* 名称：main()* 功能：显示文本*/int main(void) int i;uint8 *p= 16, 3116 , 603116 , 10603116 , 110603116 , 110603116 , 110603116 , 110603116 ,110603116 ,Sh , ShiS , ShiSha , ShiShaoC , ShiShaoChu , ShiShaoChun

35、, ShiShaoChun , ShiShaoChun , ShiShaoChun, ShiShaoChun, ShiShaoChun;lcd_init();IODIR=0x7ff;/设置为输出IOCLR=0x7ff;while(1) DisText(0x80,p0);DisText(0xC0,p9); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p1);DisText(0xC0,p10); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p2);DisText(0xC0,p11); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0

36、x80,p3);DisText(0xC0,p12); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p4);DisText(0xC0,p13); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p5);DisText(0xC0,p14); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p6);DisText(0xC0,p15); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p7);DisText(0xC0,p16); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p8);DisText(0xC0,p17); for(i=0;i0x1ffff;i+); DisText(0x80,p8);DisText(0xC0,p18); for(i=0;i0x1ffff;i+);