基于arm9嵌入式led跑马灯设计

《嵌入式系统设计与应用》

综合实验

题目基于ARM9的LED跑马灯设计

小组成员王坚孙海涛吴烨

学号20131325001

20131325003

20131325009

学院信息与控制

专业信息工程（系统工程方向）

指导教师孙伟

二Ｏ一六年五月二十九日

摘要................................................................................................. 错误！未定义书签。

一、设计内容......................................................................................... 错误！未定义书签。

1.1 设计任务................................................................................ 错误！未定义书签。

1.2 设计目的................................................................................ 错误！未定义书签。

1.3 设计要求................................................................................ 错误！未定义书签。

二、设计方案................................................................................. 错误！未定义书签。

2.1 系统组成................................................................................ 错误！未定义书签。

2.2 系统工作原理........................................................................ 错误！未定义书签。

三、硬件设计................................................................................. 错误！未定义书签。

3.1 设计思路................................................................................ 错误！未定义书签。

3.2 系统电路设计........................................................................ 错误！未定义书签。

四、软件设计................................................................................. 错误！未定义书签。

4.1 设计思路................................................................................ 错误！未定义书签。

4.2 程序清单................................................................................ 错误！未定义书签。

五、实验调试及结果..................................................................... 错误！未定义书签。

5.1 硬件连接.................................................................................. 错误！未定义书签。

5.2 USB驱动安装.......................................................................... 错误！未定义书签。

5.3 并口驱动安装.......................................................................... 错误！未定义书签。

5.4 DNW配置 ................................................................................ 错误！未定义书签。

5.5 ADS1.2集成开发环境的使用................................................. 错误！未定义书签。

5.6系统调试和测试....................................................................... 错误！未定义书签。

5.6.1 调试环境................................................................................ 错误！未定义书签。

5.6.2 硬件调试................................................................................ 错误！未定义书签。

5.7 实验效果图.............................................................................. 错误！未定义书签。

六、课程设计总结 (15)

七、参考文献 (15)

题目

作者

南京信息工程大学信息与控制学院，南京210044

摘要：随着嵌入式技术的飞速发展，嵌入式系统已经在各个领域有广泛的应用。本设计采用嵌入式ARM9模块化设计实现LED跑马灯。通过FL2440开发板、JTAG调试板、PC机相连接构成硬件系统，使用软件CodeWarrior IDE、AXD Debugger经过一系列的设置建立ADS 开发环境来编写和调试LED跑马灯程序，最终生成二进制文件，烧写到FL2440 的Flash 中，实现对开发板上发光二极管LED的跑马灯控制。

关键词：ARM9，FL2440开发板，ADS开发环境

Title

Authors

School of Information and Control, Nanjing University of Information Science and

Technology, Nanjing 210044

Abstract：with the rapid development of embedded technology, embedded system has in various fields have a wide range of applications. This design adopts modularization design of embedded ARM9 led marquee. Through fl2440 development board, JTAG debug board, PC connected to constitute a system of hardware, using software of CodeWarrior IDE, AXD debugger after a series of settings set up ads development environment to write and debug led Marquee procedures, and ultimately generate binary file, burn wrote fl2440 flash to achieve the development board on light emitting diode LED marquee control.

keywords：ARM9, fl2440 development board, ads Development Environment

1.1 设计任务

本课程设计是基于ARM9的LED跑马灯设计，本课程设计的基本任务，是着重提高学生在嵌入式系统开发方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。学生通过电路设计、程序调试、整理资料等环节，熟悉ADS开发环境和在ARM裸机环境下的C语言编程，掌握S3C2440A内部相关寄存器的操作方法，最终实现对外部设备的控制。

1.2 设计目的

（1）注重培养综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练。

（2）了解所选择的ARM芯片各个引脚功能，工作方式，计数/定时，I/O口，中断等的相关原理，并巩固学习嵌入式的相关内容知识。

（3）通过软硬件设计实现利用ARM芯片对LED跑马灯的显示。

1.3 设计要求

通过综合实验各环节的实践，应使学生达到如下要求：

（1）初步掌握电子电路分析和设计的基本方法。

（a）先分析FL2440 开发板的原理图；

（b）选择元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案；

（c）分析实验结果，写出设计总结报告。

（2）培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力。包括：

（a）学会自己分析跑马灯、找出解决问题的方法；

（b）对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案。

（c）掌握一些测试电路的基本方法，实验中出现一般故障，能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；

（d）能对实验结果进行分析和评价。

（3）掌握安装、布线、调试等基本技能，巩固常用仪器的正确使用方法。

（4）通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。

2.1 系统组成

2.1.1系统结构

系统由FL2440 开发板、串口线、JTAG 板及并口连接线以及PC（硬件）和ADS开发环境和各种驱动程序,如图2.1和图2.2所示。

为降低开发难度,方便二次开发,系统采用核心板加底板的设计方案,核心板和底板之间通过连接器相连。这样可以在核心板不变动的情况下,更改底板的功能组成,以适用不同的功能。同时,由于核心板采用多层PCB板设计,而底板采用双层板即可,从而大大的降低了系统的成本。软件在ADS中直接生成bin文件，然后通过串口线烧写到芯片中。

图2.1 系统结构图

图2.2 S3C2440 结构框图

2.2 系统工作原理

2.2.1系统实现原理

从电路图上我们可以看到，发光二极管LED 的一端连接到了ARM 的GPIO，另一端经过一个限流电阻接电源VCC。当GPIO 口为低电平时，LED 两端产生电压降，这时LED 有电流通过并发光。反之当GPIO 为高电平时，LED 将熄灭。注意亮灭之间要有一定的延时，以便人眼能够区分出来。

2.2.2 GPIO 扩展口引脚及定义

扩展口共30 针，其中有2 路SPI 接口、1 路IIC 接口、4 路AD(另外4 路通过CON5 引出)，其他为IO 口。

图2.3 GPIO 扩展口引脚布局

表2.1 GPIO 扩展口引脚及功能

实验相应寄存器：

端口数据寄存器:

端口上拉电阻时能寄存器:

端口配置寄存器:

三、硬件设计

3.1 设计思路

1.将JTAG调试板25针接口与PC的并口相连，右边20针接口需要通过排线连接到开发板的JTAG接口（在串口0附近）；

2.将串口线的一端插在PC的串口上，另一端插在开发板的‘COMO’上。打开DNW.EXE 软件，给开发板上电。使Bootloader 停在菜单处（在系统引导时按空格键）。

3. 打开软件‘ADS Code Warrior’,新建工程‘led.mcp’，并添加两个程序文件‘led.c’

和‘init.s’（汇编文件）。

4. 对工程文件进行相应设置（参考《开发板准备实验》1.7 节）

5. 编译该工程，成功后将生成映像文件‘led.axf’。打开AXD，装载映像文件‘led.axf’。

6. 运行程序，观察结果。

图3.1 硬件连接图3.2 系统电路设计

图3.2 连线图

四、软件设计

4.1 设计思路

4.2 程序清单

led.c

/*

本实验接口说明

GPB5 ------ LED0

GPB6 ------ LED1

GPB8 ------ LED2

GPB10 ------ LED3

*/

/*------------------------地址声明---------------------------*/ #define GPBCON (*(volatile unsigned *)0x56000010) #define GPBDAT (*(volatile unsigned *)0x56000014)

#define GPBUP (*(volatile unsigned *)0x56000018)

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

/*-----------------------定义全局变量------------------------*/

/*-----------------------函数声明----------------------------*/

void Delay(int x);

/*------------------------------------------------------------/

函数名称：Delay

功能描述：延时函数

传参：int x

返回值：无

-------------------------------------------------------------*/

void Delay(int x)

{

int k, j;

while(x)

{

for (k=0;k<=0xff;k++)

for(j=0;j<=0xff;j++);

x--;

}

}

/*-------------------------------------------------------------

函数名称：ledMain

功能描述：入口程序

初始化后，进入跑马灯死循环

传参：无

返回值：int 0

-------------------------------------------------------------*/

int ledMain(void)

{

GPBCON = 0x1dd7fc; // GPB5,GPB6,GPB8,GPB10设置为输出GPBDAT = ((1<<5)|(1<<6)|(1<<8)|(1<<10)); //使LED全灭

GPBDAT&=0xffe; //关闭蜂鸣器

GPBUP = 0x00;

while (1) // 死循环

{

GPBDAT = ~(1<<5); //LED0亮

Delay(500);

GPBDAT = ~(1<<6); //LED1亮

Delay(500);

GPBDAT = ~(1<<8); //LED2亮

Delay(500);

GPBDAT = ~(1<<10); //LED3亮

Delay(500);

}

return 0;

}

init.s（汇编文件）

AREA |DATA|,CODE,READONL Y

ENTRY

ldr r13,=0x1000

IMPORT ledMain

b ledMain

END

五、实验调试及结果

5.1 硬件连接

1.将电源模块的连接线插在开发板左上角的黑色电源插孔内；

2.串口线应连接在开发板右上角的‘COM0’口（当前默认，也可以修改）,另一端与

计算机的串口相连；

3. JTAG 板左边25 针接口应接连接到PC 机的并口上，而右边20 针接口需要通过排

线连接到开发板的JTAG 接口。

5.2 USB驱动安装

1. 用串口线连接好开发板（默认用串口0）和PC 机。打开DNW 进行相应配置,开发板上电，待Bootloader 启动之后使其停在菜单处（在系统引导并读秒时按回车键）。

2. 用USB 线将PC 机和开发板的USB DEVICE口相连，此时PC 机系统会提示发现新硬件，下面按提示安装USB 驱动。

3.好USB 驱动后可以看到在设备管理器中的“通用串行总线控制器”下多了“SEC SOC Test Board ”一项，到此USB 驱动就安装好了。重启开发板，停在菜单处时，DNW 的标题栏会提示：【USB:OK】。

5.3 并口驱动安装

1. 将光盘中“FL2440\windows 下驱动\GIVEIO”文件夹中的“GIVEIO.SYS”拷贝到WINDOWS的系统驱动目录下（例如：C:\WINNT\system32\drivers”）；

2. 在WINDOWS 的“控制面板”中选择“添加硬件”；

3. 选择“添加新的硬件设备”点击“下一步”；

4. 选择“安装我手动从列表选择的硬件”，点击“下一步”；

5. 选择“端口”，点击“下一步”；

6. 选择“从磁盘安装”；在“厂商文件复制来源”中选择光盘中GIVEIO.inf 所在的目录，点击“确定”接下来的步骤一直选择“下一步，”最后GIVEIO 将成功安装到系统中。

5.4 DNW配置

1. 打开DNW.EXE 软件，在第一个下拉菜单（Serial Port）中选择connect，此时在软件

的标题栏会显示[COM1,115200bps]；

2. 点击Configuration,会弹出如下对话框，在这里可以选择波特率和串口；

3. ‘Download Address’地址要选择‘0x30800000’(此参数为下载到内存的地址：0x30000000~0x34000000，Bootloader 用了0x30200000 之前的内存地址，注意不要与之冲突)；

4. 插好USB，给板子上电，在COM1 后边会跟着显示[USB:OK],若没有显示可将USB 重新插拔。（前提是PC 机已安装USB 驱动程序）。此时就可以利用boot 程序来进行串口或USB 下载了。

5.5 ADS1.2集成开发环境的使用

1. 使用ADS 创建工程

2. 编译和链接工程

3. Linker 设置

5.6系统调试和测试

5.6.1 调试环境

PCB板制作好后,进行系统调试需要进行硬件调试和软件调试两个过程。其中,硬件调试需要使用示波器、万用表、稳压电源等工具;软件调试则使用SJF2440软件或H-Jtag软件烧写系统引导程序和测试程序。焊接PCB时应首先焊接电源模块,只有在电源模块测试正常时才能焊接其它的模块,否则在通电测试时会损坏其它模块的芯片;另外,在进行测试时还要注意避免人为造成的短路现象。

5.6.2 硬件调试

(1)加电前的检查:加电调试之前要对照电路原理图和实际线路进行检查,看PCB板是否有短路、断路情况,看在元器件焊装过程中是否有错装、短路、错接、多接、少接等现象;用万用表检测焊接和接插件是否良好;各焊点之间有无短路,焊点是否存在虚焊;集成电路芯片是否焊装正确,二极管、三极管、电解电容等有极性的器件的极性是否正确;电源的极性连接是否正确、正负极间是否存在短路的情况。

(2)加电检测和调试:做完加电前的检查,确认无误后,电源输入端接入5V电压。观察有无异味、冒烟、器件发烫等现象。当发现有异常情况时要立即切断电源,并根据故障现象分析故障原因,然后排除。如无异常,用万用表分别测量个关键点和各集成芯片的电源端的电压值,各输入和输出端的高、低电平值及逻辑关系等是否正常。如若这些都没有问题,就通过示波器来检测各相关点的波形是否正常,然后根据波形来分析故障的原因,直至最终故障排除。5.6.3 软件调试

在PC机上运行SJF2440或H-Jtag软件,烧写已经编译好的系统引导程序,看系统能否正常启动,输出是否正常,烧写系统测试程序看输入输出是否正确,否则分析原因并排除故障。烧写前要确保引导程序和测试程序是正确可用的。

5.7 实验效果图

图5.1

图5.2

图5.3

图5.4

六、课程设计总结

经过本次基于ARM9的LED跑马灯设计的综合实验，我受益良多，从中学到了关于嵌入式开发系统的相关知识，了解了FL2440开发板的相关知识。在实验中，我遇到了困难，DNW显示can’t create dnw.ini,经过与实验手册一步步的比对，我发现自己少掉了一个非常重要的步骤即对生成目标的配置，进行配置后成功运行，显示出了与程序相对应的结果。

七、参考文献

[1] 江俊辉.基于ARM的嵌入式系统硬件设计[J].微计算机信息(嵌入式与SOC),2005,21(7-2):120-122.

[2] SAMSUNGELECTRONICSDatasheet:S3C2440AUSER’MANUALRevision0.12,2004.

[3] DA VICOMSemiconductorDatasheet:DM9000A-DS-P03Datasheet,2005.

[4] 田泽.ARM9嵌入式开发实验与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006:10