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

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1、 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

2、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

3、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W

4、P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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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，点击按钮，H-JTAG将检测

10、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：ZQ

11、L_LIB1），指定工程途径（图例中工程途径为 D:ARM_Lib_BakARM_asm）。 点击确认，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），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

12、- Step （或快捷键），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

13、、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 lp

14、c2132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 Intern

15、als 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

16、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

17、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

18、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 */*

19、 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 【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 17 / P0.7 引脚控制Beep，低电平蜂鸣#d

20、efine LED1 10; dly-) for(i=0; i5000; 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

21、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

22、为 非向量IRQ 中断EXTINT = 0x01; / 清除 EINT0 中断标志VICIntEnable = 10x0e;/ 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

23、）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 。 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

24、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

25、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(; dly0; dly-) for(i=0; i 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

26、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_Ini

27、t();/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

28、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 =

29、 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

30、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

31、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