嵌入式技术与应用ARM硬件结构.ppt

嵌入式技术与应用,智能电器与智能系统省重点实验室,ARM硬件结构,5,C H A P T E R,第5章 目录,1.简介2.引脚配置3.存储器寻址4.系统控制模块5.存储器加速模块6.外部存储器控制器7.引脚连接模块8.向量中断控制器9.GPIO,10.UART011.UART112.I2C接口13.SPI接口14.定时器0/115.脉宽调制器（PWM）16.A/D转换器17.实时时钟18.看门狗,5.14 定时器0/1,特性,LPC2000系列“微控制器”具有两个功能强大的定时器，它们具有以下特性：具有32位可编程预分频器；多达4路捕获通道，可设置被捕获信号的特征；4个32位匹配寄存器，可设置匹配发生后的动作；4个对应于匹配寄存器的外部输出，可设置匹配输出的信号特征。,5.14 定时器0/1,应用,捕获外部信号,用于对内部事件进行计数的间隔定时器，或者产生系统节拍,匹配输出,定时器引脚描述,多个引脚作为捕获功能时，对输入信号相或处理,如果输入信号满足设定的要求，将触发捕获动作,定时器引脚描述,当定时器值等于预设的匹配值时，从引脚输出特定的信号,5.14 定时器0/1,寄存器描述,LPC2000微控制器中与定时器相关的寄存器数量较多，但可以分为三类：基本功能相关寄存器；匹配功能相关寄存器；捕获功能相关寄存器；,寄存器描述,基本功能寄存器,寄存器描述,基本功能寄存器,TxPR,TxPR寄存器为32位寄存器，该寄存器指定了预分频计数器的最大值。,寄存器描述,基本功能寄存器,TxPR,TxPC,TxPC寄存器为32位寄存器。预分频计数器每个pclk周期加1。当其到达预分频寄存器中保存的值时，定时器计数器加1，预分频计数器在下个pclk周期复位。这样，当PR=0时，定时器计数器每个pclk周期加1，当PR=1时，定时器计数器每2个pclk周期加1。,寄存器描述,基本功能寄存器,TxPR,定时器控制寄存器TCR用于控制定时器计数器的操作。,TxTCR,寄存器描述,基本功能寄存器,TxPR,当预分频计数器到达计数的上限时，定时器计数器寄存器（TxTC）加1。TC从0 x00000000计数一直到0 xFFFFFFFF，然后翻转至0，除非中途被复位。计数值翻转不会引起中断。,TxTC,寄存器描述,基本功能寄存器,TxPR,中断寄存器包含4个位用于匹配中断，另外4个位用于捕获中断。如果有中断产生，IR中的对应位会置位。向对应的IR位写入1会复位中断，写入0无效。,TxIR,寄存器描述,匹配功能寄存器,寄存器描述,匹配功能寄存器,MCR,匹配控制寄存器用于控制在发生匹配时所执行的操作。,寄存器描述,匹配功能寄存器,匹配寄存器(MR0MR3)值与定时器计数值相比较，当两个值相等时自动触发在MCR寄存器中设置的动作。,MR0MR3,寄存器描述,匹配功能寄存器,外部匹配寄存器提供外部匹配管脚MATn.0MATn.3(n为0或1)的控制和状态。,EMR,寄存器描述,匹配功能寄存器,EMR,寄存器描述,捕获功能寄存器,寄存器描述,捕获功能寄存器,CCR,在发生捕获事件时，捕获控制寄存器用于控制是否将定时器计数值装入寄存器。同时还可以设置被捕获信号的特征。,寄存器描述,捕获功能寄存器,CCR,寄存器描述,捕获功能寄存器,每个捕获寄存器都与一个或几个器件管脚相关联。当管脚发生特定的事件时，可将定时器计数值装入该寄存器。捕获控制寄存器的设定决定捕获功能是否使能，以及捕获事件在管脚的上升沿、下降沿或是双边沿发生。,CR0CR3,5.14 定时器0/1,使用定时器的注意要点,定时计数器(TC)本身不能产生中断，只有与匹配寄存器发生匹配后才能引起中断事件；在定时器匹配发生后，可以不停止定时器工作，而动态修改匹配寄存器的值；定时器使用匹配功能的同时，还可以使用捕获功能，而不必分时使用；定时器计数时钟频率=Fpclk/(PR+1),定时器操作示例,定时器设置为匹配时复位计数器并产生中断。预分频设置为2，匹配寄存器设置为6。在发生匹配的定时器周期结束时，定时器计数值复位。这样就使匹配值具有完整长度的周期。,PR=2,MRx=6,匹配时使能中断和复位,预分频计数器计数频率为PCLK,定时器计数器计数频率为PCLK/3,最后一个周期复位定时器计数器,产生匹配中断,定时器操作示例,操作流程,定时器操作示例,定时器0初始化,Void Time0Init(void)T0TC=0;T0PR=0;T0MCR=0 x03;T0MR0=Fpclk/10;T0TCR=0 x01;,C代码：,定时器操作示例,用定时器测量脉冲宽度,.T0TC=0;T0PR=0;while(IO0PIN.,C代码：,P0.0,定时器操作示例,匹配输出,Void MATOut(void)PINSEL0=0 x00000800;T0TC=0;T0PR=0;T0MCR=0 x01;T0EMR=0 xC0;T0MR1=5000;T0TCR=0 x01;,C代码：,将引脚P0.5设置为输出50%的方波，程序设置了MR1匹配后复位定时器，并且MAT0.1输出电平翻转。,定时器操作示例,定时器捕获,Void TimeCAP(void)PINSEL0=0 x20;T0PR=0;T0CCR=0 x02;T0TC=0;T0TCR=0 x01;,C代码：,示例使用定时器对P0.2引脚的信号进行捕获，并设置为下降沿捕获。当有捕获事件产生时自动把定时器的当前值装载到T0CR0寄存器中。,第5章 目录,1.简介2.引脚配置3.存储器寻址4.系统控制模块5.存储器加速模块6.外部存储器控制器7.引脚连接模块8.向量中断控制器9.GPIO,10.UART011.UART112.I2C接口13.SPI接口14.定时器0/115.脉宽调制器（PWM）16.A/D转换器17.实时时钟18.看门狗,5.15 脉宽调制器,特性,LPC2000系列微控制器的脉宽调制器建立在独立的32位标准定时器之上，具有如下特性：带可编程32位预分频的32位定时器/计数器；7个匹配寄存器，可实现6个单边沿控制或3个双边沿控制PWM输出，或两者的混合输出；脉冲周期和宽度可以是任何的定时器计数值；匹配寄存器更新与脉冲输出同步，防止产生错误脉冲。,5.15 脉宽调制器,PWM简介,LPC2000的PWM基于标准的定时器模块，具有定时器的所有特性，它是定时器功能中匹配事件的功能扩展。使用PWM功能，可以在指定引脚输出需要的波形。输出波形可分为两类：单边沿输出；双边沿输出。,5.15 脉宽调制器,PWM简介,使用两个匹配寄存器就可以实现单边沿控制的PWM输出。其中一个匹配寄存器（PWMMR0）控制PWM周期，另一个匹配寄存器控制PWM边沿的位置，即占空比。PWMMR0是所有PWM输出共用的，所以每增加一路PWM输出，实际上只要增加一个控制占空比的匹配寄存器。当PWMMR0发生匹配时，输出都会变成高电平。,单边沿输出,5.15 脉宽调制器,PWM简介,单边沿输出,PWMMR0控制PWM周期,不同占空比的单边沿控制PWM输出,所有单边沿输出在周期开始时都为高电平，并在匹配发生前一直保持高电平,5.15 脉宽调制器,PWM简介,实现双边沿输出需要3个匹配寄存器进行控制。其中PWMMR0用于控制PWM周期，其它两个匹配寄存器分别控制PWM输出的前沿和后沿的位置。与单边沿输出一样，PWMMR0是所有输出共用的，所以每增加一路双边沿输出，需要增加两个匹配控制寄存器。,双边沿输出,5.15 脉宽调制器,PWM简介,双边沿控制PWM输出正负脉冲,PWMMR0控制PWM周期,双边沿输出,5.15 脉宽调制器,PWM简介,PWM输出触发关系,举例说明：使用PWM通道5输出时。如果为单边沿输出，那么匹配0事件置位输出引脚，匹配5事件复位输出引脚。如果为双边沿输出，那么匹配4事件置位输出引脚，匹配5事件复位输出引脚。,5.15 脉宽调制器,PWM引脚描述,5.15 脉宽调制器,PWM寄存器描述,PWM模块的控制寄存器数量较多，但是因为它是建立在标准定时器的基础上，所以一部分寄存器功能与定时器功能类似。所有寄存器大致可以分为两类：基本功能寄存器匹配控制寄存器,PWM寄存器描述,基本功能寄存器,大部分寄存器的功能与定时器部件相同，所以仅介绍与之不同的地方,PWM定时器控制寄存器TCR用于控制定时器计数器的操作。,PWMTCR,PWM寄存器描述,基本功能寄存器,寄存器描述,基本功能寄存器,中断寄存器包含11个位。其中7个位用于匹配中断，其它的位保留。中断发生时，对应位将被置一。向对应的IR位写入1会复位中断，写入0无效。,PWMIR,PWM寄存器描述,匹配功能寄存器,PWM寄存器描述,匹配功能寄存器,PWMMCR,PWM寄存器描述,匹配功能寄存器,PWMMRx,PWM匹配寄存器值连续与PWM定时器计数值相比较。当这两个值相等时自动触发相应动作。这些动作包括产生中断、复位PWM定时器计数器或停止定时器。,PWM寄存器描述,匹配功能寄存器,PWM锁存使能寄存器用于控制PWM匹配寄存器的更新。在产生PWM时，为了保证一个周期的完整，在更改PWM匹配寄存器之后，并不能立即生效。而是在MR0发生匹配并且PWMLER中的相应位置位时才能使修改值生效。,PWMLER,PWM寄存器描述,匹配功能寄存器,PWMLER,PWM寄存器描述,匹配功能寄存器,PWMPCR,PWM匹配控制寄存器用于使能并选择每个PWM通道的类型。,PWM寄存器描述,匹配功能寄存器,5.15 脉宽调制器,使用PWM的注意要点,修改匹配寄存器之后，必须设置锁存使能寄存器中的相应位，否则匹配寄存器的值不能生效；修改匹配寄存器时，不需要停止PWM定时器，以免产生无完整的PWM波形；不使用PWM功能时，可将该部件作为一个标准的32位定时器使用；PWMTC计数频率=Fpclk/(PWMPR+1),PWM使用示例,操作流程,PWM使用示例,Void PWM1Out(uint16 FREQ)PINSEL0,PWM1输出50占空比方波,输出频率，单位Hz,单边沿输出,PWM使用示例,Void PWM2Out(uint16 FREQ)PINSEL0,PWM2双边沿控制输出,输出频率，单位Hz,双边沿输出,第5章 目录,1.简介2.引脚配置3.存储器寻址4.系统控制模块5.存储器加速模块6.外部存储器控制器7.引脚连接模块8.向量中断控制器9.GPIO,10.UART011.UART112.I2C接口13.SPI接口14.定时器0/115.脉宽调制器（PWM）16.A/D转换器17.实时时钟18.看门狗,5.16 A/D转换器,特性,LPC2114/2124具有一个AD转换器，LPC2200系列具有两个AD转换器，它们具有如下特性：10位逐次逼近式模式转换器；测量范围：03.3V；10位转换事件=2.44us；可设置AD转换触发方式；具有掉电模式。,5.16 A/D转换器,A/D转换器描述,A/D转换器的基本时钟由VPB时钟提供。可编程分频器可将时钟调整至逐步逼近转换所需的4.5MHz（最大）。如要要得到10位精度的结果，需要11个A/D转换时钟。A/D转换器的参考电压来自V3A和VSSA引脚。,5.16 A/D转换器,A/D转换器描述,A/D引脚描述,5.16 A/D转换器,A/D转换器内部结构,A/D转换器寄存器描述,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,首先转换最低有效位,再转换更高的有效位,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,A/D转换器寄存器描述,ADCR,控制寄存器,A/D转换器寄存器描述,数据寄存器,ADDR,A/D转换器寄存器描述,数据寄存器,ADDR,A/D转换器寄存器描述,数据寄存器,ADDR,A/D转换器寄存器描述,数据寄存器,ADDR,A/D转换器寄存器描述,数据寄存器,ADDR,A/D转换器寄存器描述,数据寄存器,ADDR,A/D转换器寄存器描述,数据寄存器,ADDR,5.16 A/D转换器,使用A/D转换器的注意要点,AD转换器的时钟不能大于4.5MHz；使用MAT引脚触发AD转换启动时，相应的MAT信号不必输出到引脚。使用MAT引脚触发的方法，可以实现AD转换定时启动；BURST模式下，每次转换结束后立即开始下一路的转换，所以BURST模式具有最高的效率；软件模式下，SEL字段中只能有一位置位，如果多位置位，将使用最低有效位。,A/D转换器操作示例,操作流程,A/D转换器操作示例,#define ADCLK 4500000/定义AD部件时钟频率，单位：Hz#define ADBIT 10/定义BURST模式下的转换精度#define ADBIT2(10-ADBIT).PINSEL1=(PINSEL1.,使用软件方式对Ain0转换：,设置引脚连接模块,硬件触发边沿设置,AD启动设置,测试模式设置,AD部件上电设置,BURST模式精度,BURST模式使能,启动AD转换,等待转换结束,读取转换结果,转换通道选择,ADC部件时钟,第5章 目录,1.简介2.引脚配置3.存储器寻址4.系统控制模块5.存储器加速模块6.外部存储器控制器7.引脚连接模块8.向量中断控制器9.GPIO,10.UART011.UART112.I2C接口13.SPI接口14.定时器0/115.脉宽调制器（PWM）16.A/D转换器17.实时时钟18.看门狗,5.17 实时时钟,特性,LPC2000系列微控制器内部集成了一个功能完整的实时时钟模块，它具有如下特性：带有日历和时钟功能；超低功耗设计；提供秒、分、小时、日、月、年和星期；可编程基准时钟分频器允许调节RTC以适应不同的晶振频率。,5.17 实时时钟,描述,实时时钟(RTC)提供一套计数器在系统工作时对时间进行测量。RTC消耗的功率非常低，这使其适合于由电池供电的，CPU不连续工作(空闲模式)的系统。注意：由于LPC2000系列微控制器的RTC模块没有独立的时钟源，它使用的时钟频率是通过对Fpclk分频得到，所以CPU不能进入掉电模式。,5.17 实时时钟,RTC内部结构,产生秒时钟,时间寄存器组与报警设定值进行比较,有两类中断，一种是时间增量中断，一种是报警中断,寄存器描述,寄存器描述,时间计数器,=,PCLK,时钟产生寄存器组控制产生RTC时间计数器需要的秒时钟信号。,时钟产生寄存器组,寄存器描述,预分频寄存器,预分频器用于将任何频率高于65.536KHz的PCLK时钟分频产生32.768KHz的基准时钟。这样就可以不管外设时钟的频率为多少，RTC总是以正确的速率运行。预分频寄存器分为整数部分和小数部分，因此有可能某个时钟节拍多包含一个PCLK周期，而某个节拍却少一个PCLK周期。但是每个时钟节拍的周期一定是32768个PCLK周期。,寄存器描述,预分频整数部分为13位有效位，小数部分为15位有效位。预分频整数部分的计算公式为：PREINT=int(PCLK/32768)1 预分频小数部分的计算公式为：PREFRAC=PCLK(PREINT+1)32768),预分频寄存器,寄存器描述,时钟控制寄存器,时钟控制寄存器包含4位有效位，它用于控制时钟分频电路的操作，包括启动RTC和复位时钟节拍计数器(CTC)等功能。,寄存器描述,时钟计数寄存器,时钟节拍计数器对预分频器的输出时钟进行计数，用于产生秒的时钟节拍。它是一个只读寄存器，但它可通过时钟控制寄存器(CCR)复位为0。,寄存器描述,时间计数器组中包含当前的时间，它们分为两类：完整时间寄存器和分类时间寄存器。,时间计数器,寄存器描述,时间计数器,在完整时间寄存器中，时间以一个比较完整的格式存储，程序只需要3次读操作即可读出所有计数器值。这些寄存器为只读寄存器。,寄存器描述,时间计数器,寄存器描述,时间计数器,分类时间寄存器包含8个寄存器，所有寄存器都可读可写。,注意：这些日期的寄存器只能在适当的时间间隔处递增，而在定义的溢出点处复位。为了使这些值有意义，它们不能进行计算且必须正确初始化。其中DOY寄存器需要单独初始化，也就是说该寄存器的值不会因为对年、月、日寄存器进行初始化而自动确定到一个正确 的值。,寄存器描述,时间计数器,=,PCLK,RTC部件的中断分为两类，一类为时间计数器的增量中断，由增量中断寄存器控制。另一类为报警匹配产生的中断，由报警屏蔽寄存器控制。,中断产生寄存器,寄存器描述,中断产生寄存器,中断位置寄存器是一个2位的寄存器，它指出哪些模块产生中断，它实际上是一个中断标志寄存器。,寄存器描述,中断产生寄存器,计数器增量中断寄存器可使计数器每次增加时产生一次中断，比如设置秒增加中断为1，则每秒均产生一次中断。在清除增量中断标志之前，该中断一直保持有效。,寄存器描述,中断产生寄存器,寄存器描述,中断产生寄存器,报警屏蔽寄存器允许用户屏蔽任意的报警寄存器，被屏蔽的报警寄存器将不与时间计数器比较。未被屏蔽的报警寄存器与时间计数器比较如果匹配，将产生中断。该中断只有在从不匹配到匹配时才发生，可以避免中断重复。注意：如果所有屏蔽位都置位，报警将被禁止。,寄存器描述,中断产生寄存器,寄存器描述,中断产生寄存器,报警寄存器的值与时间计数器相比较，如果所有未被屏蔽的报警寄存器都与它们对应的时间计数器相匹配，那么将产生一次中断。向中断位置寄存器的bit1写入1清除中断。,寄存器描述,中断产生寄存器,5.17 实时时钟,使用RTC的注意要点,RTC部件使用VPB时钟，如果该时钟出现任何的异常都会导致时间值的偏移，所以芯片不能进入掉电模式；芯片掉电后RTC不能保持寄存器的内容；芯片复位后只有预分频寄存器被硬件初始化，其它寄存器的内容不受复位影响；RTC部件的闰年计算比较简单，当年计数器的最低两位为0时，认为该年为闰年，这在2100年时会出错。闰年影响2月份的日期数和年的日期数。,RTC使用示例,操作流程,Void RTCIni(void)PREINT=Fpclk/327681;PREFRAC=Fpclk(Fpclk/32768)*32768;YEAR=200;MONTH=2;DOM=19;DOW=4;HOUR=8;MIN=30;SEC=0;CIIR=0 x01;CCR=0 x01;,RTC使用示例,RTC初始化示例,.ILR=0 x03;/清除RTC中断标志CIIR=0 x02;/设置分值增量中断ALHOUR=12;/设置小时比较值ALMIN=0;/设置分比较值ALSEC=0;/设置秒比价值AMR=0 xF8;/设置报警屏蔽寄存器/只允许时、分、秒比较.,RTC使用示例,RTC定时报警设置,第5章 目录,1.简介2.引脚配置3.存储器寻址4.系统控制模块5.存储器加速模块6.外部存储器控制器7.引脚连接模块8.向量中断控制器9.GPIO,10.UART011.UART112.I2C接口13.SPI接口14.定时器0/115.脉宽调制器（PWM）16.A/D转换器17.实时时钟18.看门狗,5.18 看门狗,看门狗简介,在嵌入式应用中，CPU必须可靠工作，即使因为某种原因进入了一个错误状态，系统也应该可以自动恢复。看门狗的用途就是使微控制器在进入错误状态后的一定时间内复位。其原理是在系统正常工作时，用户程序每隔一段时间执行喂狗动作（一些寄存器的特定操作），如果系统出错，喂狗间隔超过看门狗溢出时间，那么看门狗将会产生复位信号，使微控制器复位。,5.18 看门狗,特性,LPC2000系列微控制器都集成有看门狗部件，其特性为：带内部预分频器的可编程32位定时器；如果没有周期性重装（喂狗）动作，则产生片内复位；具有调试模式；看门狗软件使能后，必须由复位来禁止；错误的喂狗动作，将立即引起复位。,5.18 看门狗,内部结构,5.18 看门狗,内部结构,WDFEED,喂狗寄存器,WDTC,常数寄存器,WDMOD,看门狗模式,WDTV,当前计数器,32bit倒计数器,使能,溢出,喂狗错误,复位,中断,喂狗时序,执行正确的喂狗时序,将预设的定时常数装入倒计数器中,该常数不断自减，必须在为0之前再次喂狗,如果溢出将引起看门狗复位,寄存器描述,寄存器描述,WDFEED,喂狗寄存器,WDTC,常数寄存器,看门狗模式,WDTV,当前计数器,32bit倒计数器,使能,溢出,喂狗错误,复位,中断,喂狗时序,看门狗模式寄存器,WDMOD,寄存器描述,WDFEED,喂狗寄存器,WDTC,常数寄存器,看门狗模式,WDTV,当前计数器,32bit倒计数器,使能,溢出,喂狗错误,复位,中断,喂狗时序,看门狗模式寄存器,WDMOD,寄存器描述,WDFEED,喂狗寄存器,WDTC,常数寄存器,看门狗模式,WDTV,当前计数器,32bit倒计数器,使能,溢出,喂狗错误,复位,中断,喂狗时序,看门狗模式寄存器,WDMOD,寄存器描述,WDFEED,喂狗寄存器,WDTC,常数寄存器,看门狗模式,WDTV,当前计数器,32bit倒计数器,使能,溢出,喂狗错误,复位,中断,喂狗时序,看门狗模式寄存器,WDMOD,寄存器描述,WDFEED,喂狗寄存器,常数寄存器,看门狗模式,WDTV,当前计数器,32bit倒计数器,使能,溢出,喂狗错误,复位,中断,喂狗时序,看门狗常数寄存器,WDMOD,该寄存器决定看门狗超时值，当喂狗时序产生时，该寄存器的内容重新装入看门狗定时器。该寄存器的复位值为0 xFF，即使写入更小的值，也会装入0 xFF。溢出最小时间：tpclk0 xFF4溢出最大时间：tpclk0 xFFFFFFFF4,WDTC,寄存器描述,喂狗寄存器,WDTC,常数寄存器,看门狗模式,WDTV,当前计数器,32bit倒计数器,使能,溢出,喂狗错误,复位,中断,喂狗时序,看门狗喂狗寄存器,WDMOD,向该寄存器写入0 xAA，然后写入0 x55会使WDTC的值重新装入看门狗定时器。如果看门狗通过WDMOD寄存器使能，那么第一次喂狗操作还将启动看门狗运行。在看门狗能够产生中断/复位之前，即看门狗溢出之前，必须完成一次有效的喂狗时序。注意：如果喂狗时序不正确，将在喂狗之后的第二个PCLK周期产生看门狗复位。,WDFEED,寄存器描述,喂狗寄存器,WDTC,常数寄存器,看门狗模式,当前计数器,32bit倒计数器,使能,溢出,喂狗错误,复位,中断,喂狗时序,看门狗定时器值寄存器,WDMOD,该寄存器用于读取看门狗定时器的当前值，该寄存器为只读。,WDFEED,WDTV,5.18 看门狗,使用看门狗的注意要点,WDT定时器为递减计数，向下溢出时产生中断和复位；使能看门狗后，必须要执行一次正确的喂狗操作才能启动看门狗；看门狗没有独立的振荡器，其使用PCLK作为时钟。所以CPU不能进入掉电模式，否则看门狗将停止工作；看门狗溢出时间=Ntpclk4,使用示例,操作流程,使用示例,Void WDTInit(void)/看门狗初始化 WDTC=0 x10000;WDMOD=0 x03;WdtFeed();Void WdtFeed(void)/喂狗程序 WDFEED=0 xAA;WDFEED=0 x55;,C代码：,