基于ARM7 TDMI-S CPU的LPC2103的多功能電子鐘
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1）時(shí)鐘顯示功能，采用數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描工作方式，可通過鍵盤分別選擇顯示年或者月/日或者時(shí)/分或者分/秒，
本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201611/315901.htm2）在鍵盤電路中，第一次中斷判斷有無(wú)鍵按下，若有按下則實(shí)行定時(shí)一次，下一次中斷開始掃描。
3）具有校準(zhǔn)年、月、日、時(shí)、分的功能。
4）鬧鐘功能，可按設(shè)定的時(shí)間鬧時(shí)，隨時(shí)開啟或關(guān)閉鬧鐘。
二、元器件的介紹
我在這次的課程設(shè)計(jì)中使用的主芯片是LPC2103，下面對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。
LPC2103是一個(gè)基于支持實(shí)時(shí)仿真的16/32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并帶有32kB的嵌入高速Flash存儲(chǔ)器，128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。
較小的封裝和極低的功耗使LPC2103適用于訪問控制器和POS機(jī)等小型應(yīng)用系統(tǒng)中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口（2個(gè)UART、SPI、SSP和2個(gè)I2C）和8KB的片內(nèi)SRAM，LPC2103也適合用在通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器中。32/16位定時(shí)器、增強(qiáng)型10位ADC、定時(shí)器輸出匹配PWM特性、多達(dá)13個(gè)邊沿、電平觸發(fā)的外部中斷、32條高速GPIO，使得LPC2103微控制器特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)中。
器件信息：
管腳信息：（LQFP48管腳配置 ）
三、設(shè)計(jì)方案
硬件電路設(shè)計(jì)介紹：
1、鍵盤模塊
整個(gè)硬件上總共使用了10個(gè)獨(dú)立鍵盤，4個(gè)是開發(fā)板上原有的按鍵，6個(gè)是我利用多余的IO引腳焊接的按鍵。按鍵在沒有被按下時(shí)，10個(gè)按鍵（P0.16 P0.14 P0.15 P0.18 P0.2 P0.3 P0.4 P0.5 P0.27 P0.6 P0.7）通過10K的電阻連接到3.3V的高電平，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，和GND相連接，被置為低電平。
2、數(shù)碼管顯示模塊
使用串行輸入/并行輸出的8位移位寄存器74HC164，該移位寄存器是上升沿有效，將8位筆段碼送給共陽(yáng)數(shù)碼管。（注：DATA為數(shù)據(jù)輸入端，接P0.26；CLK為時(shí)鐘輸入端，接P0.13），與三極管相連的是數(shù)碼管的位選端，選擇哪位數(shù)碼管被點(diǎn)亮，用于數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示。
3、蜂鳴器模塊
該蜂鳴器是一個(gè)無(wú)源蜂鳴器，要使用PWM驅(qū)動(dòng)。其連接的是芯片的P0.5端。
4、LED模塊
LED的連接如圖所示，當(dāng)管腳置為低電平時(shí)，可以將LED點(diǎn)亮，6個(gè)LED分別與LPC2103的P0.25 P0.12 P0.11 P0.10 P0.24 P0.23相連。
5、UART接口電路模塊
由于開發(fā)板是3.3V供電系統(tǒng)，需要使用電平轉(zhuǎn)換芯片SP3232E來(lái)進(jìn)行RS-232電平轉(zhuǎn)換。SP3232E的工作電壓為3.3V，電平轉(zhuǎn)換電路如圖所示。當(dāng)使用ISP功能下載程序時(shí)，需要將PC機(jī)的串口與開發(fā)板的串口相連，按下與P0.14相連的按鍵，短接P0.14，在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，進(jìn)入ISP狀態(tài)，用于下載HEX文件。這個(gè)開發(fā)板有兩個(gè)串口，一個(gè)用于下載程序進(jìn)主芯片，另外一個(gè)用于串口在上位機(jī)上輸出顯示各個(gè)變量的值，可用于調(diào)試程序。
按鍵功能介紹：（用戶使用說(shuō)明書）
Key1（P0.16）：對(duì)顯示的數(shù)碼管進(jìn)行年月日時(shí)分秒的顯示切換
Key2（P0.14）：在時(shí)間設(shè)置或者鬧鐘設(shè)置按鍵有效的情況下，進(jìn)行自加1的向上調(diào)節(jié)，對(duì)時(shí)間或者鬧鐘進(jìn)行設(shè)置，其余情況下該按鍵是無(wú)效狀態(tài)
Key3（P0.15）：在時(shí)間設(shè)置或者鬧鐘設(shè)置按鍵有效的情況下，進(jìn)行自減1的向下調(diào)節(jié)，對(duì)時(shí)間或者鬧鐘進(jìn)行設(shè)置，其余情況下該按鍵是無(wú)效狀態(tài)
Key4（P0.18）：時(shí)間設(shè)置按鍵，按下表示開始進(jìn)行時(shí)間設(shè)置或跳出時(shí)間設(shè)置
Key5（P0.2 ）：鬧鐘設(shè)置按鍵，按下表示開始進(jìn)行鬧鐘設(shè)置
Key6（P0.3 ）：鬧鐘設(shè)置移位按鍵，按下表示進(jìn)行鬧鐘時(shí)和分的切換設(shè)置
Key7（P0.4 ）：鬧鐘設(shè)置結(jié)束按鍵，按下表示跳出鬧鐘設(shè)置模式；另外可以關(guān)閉蜂鳴器
Key8（P0.27）：鬧鐘開啟按鍵，在Key5按下的情況下按下此鍵表示開啟該組鬧鐘
Key9（P0.6 ）：鬧鐘關(guān)閉按鍵，在Key5按下的情況下按下此鍵表示關(guān)閉該組鬧鐘
Key10（P0.7）：用于串口輸出信息，可以輸出當(dāng)前的時(shí)間和顯示開啟的鬧鐘設(shè)置時(shí)間
當(dāng)Key10按下時(shí)，會(huì)在串口中輸出信息如圖所示：（RTC為輸出當(dāng)前時(shí)間，接下來(lái)是鬧鐘）
時(shí)間和鬧鐘設(shè)置程序流程圖：
IO口的初始化模塊：
LPC2103控制器的引腳都具有多種功能，但是每個(gè)引腳在某一時(shí)刻只能選擇一種功能。當(dāng)使用一個(gè)功能外設(shè)時(shí)，如果需要相應(yīng)的引腳參與（如GPIO等），則必須在實(shí)現(xiàn)這一功能之前先設(shè)置好引腳的功能，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)該外設(shè)功能。LPC2103具有兩個(gè)PINSEL寄存器，PINSEL0和PINSEL1，PINSEL0和PINSEL1寄存器中的每?jī)蓚€(gè)位控制著一個(gè)引腳的功能，所以一個(gè)引腳最多可以有4種不同的功能選擇。當(dāng)引腳選擇GPIO功能時(shí)，使用寄存器IODIR可以控制引腳的方向，另外IOCLR、IOSET兩個(gè)寄存器分別可以將引腳初始化設(shè)置為低電平或者高電平。所以，在主程序開始是時(shí)的GPIO初始化中包含如下幾個(gè)子函數(shù)：
void GPIO_init(UINT8 GPIO_num)； 將管腳初始為GPIO功能
void GPIO_inout(UINT8 GPIO_num,UINT8 in_out)； 設(shè)置GPIO為輸入或者輸出
UINT8 GPIO_READ(UINT8 GPIO_num)； 讀出GPIO當(dāng)前的狀態(tài)
void GPIO_SET(UINT8 GPIO_num,UINT8 High_Low)； GPIO初始化后置1或者置0
定時(shí)器的初始化模塊：
該程序中使用了3個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器0、1、2。定時(shí)器0設(shè)置為PWM輸出模式，產(chǎn)生2kHZ的方波，用于驅(qū)動(dòng)無(wú)源蜂鳴器，當(dāng)設(shè)置的鬧鐘時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間匹配時(shí)，將定時(shí)器0啟動(dòng)，產(chǎn)生方波驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出響聲提醒。
定時(shí)器1用于時(shí)間計(jì)數(shù)，即當(dāng)前時(shí)鐘的計(jì)時(shí)器，它設(shè)置為1秒鐘產(chǎn)生一次中斷，其中斷程序分配為最高的優(yōu)先級(jí)，當(dāng)一秒的定時(shí)時(shí)間到時(shí)，在服務(wù)程序中首先清除中斷標(biāo)志位，然后秒變量進(jìn)行自加1（miao++），另外還進(jìn)行秒閃爍標(biāo)志位（g_Dot）的取反標(biāo)志，使秒標(biāo)志位能夠閃爍。
定時(shí)器2的初始化有多個(gè)功能。定時(shí)器2的優(yōu)先級(jí)是次于定時(shí)器1的，定時(shí)器設(shè)置為5毫秒產(chǎn)生一次中斷，首先是用于四位八段LRD的動(dòng)態(tài)掃描顯示，使四位數(shù)碼管的刷新頻率為50Hz，另外是10mS的標(biāo)志位（time10）自加1，當(dāng)10mS標(biāo)志位計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，就執(zhí)行一次鍵盤掃描程序，即10個(gè)獨(dú)立鍵盤每10mS被掃描一次。最后是清除中斷標(biāo)志位，通知中斷服務(wù)程序結(jié)束。
時(shí)間更新子函數(shù)模塊：
該函數(shù)主要是對(duì)當(dāng)前時(shí)間的處理，定時(shí)器1對(duì)秒變量進(jìn)行了計(jì)數(shù)，而此程序就是對(duì)時(shí)分秒年月日變量的值進(jìn)行判斷和限制，使其超過最大值后對(duì)其進(jìn)行歸零，比如分秒的值不能大于59，時(shí)的最大值為23。大小月以及二月份天數(shù)的處理是通過調(diào)用UINT8 yue_deal()這個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。該函數(shù)主要是使用一個(gè)switch case 語(yǔ)句，對(duì)大月份返回一個(gè)值31，小月份返回30，另外通過調(diào)用UINT8 nian_deal()來(lái)判斷是平年還是閏年【閏年條件：if((nian%4==0&&nian%100!=0)||nian%400==0)】，閏年返回29，平年返回28。具體的程序見附錄。
數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示模塊程序:
四位數(shù)碼管的刷新頻率為50Hz，即一位顯示時(shí)間為（1∕50×4）即5mS，用定時(shí)器2每5ms產(chǎn)生一次中斷進(jìn)行刷新，每次中斷產(chǎn)生時(shí)只將一位數(shù)碼管的位選端點(diǎn)亮，用void Refresh_LED(UINT16 dat)函數(shù)實(shí)現(xiàn)這一功能，由于數(shù)碼管的筆段碼輸入端接的是8位移位寄存器74HC164，故需要使用移位將筆段碼送到數(shù)碼管筆段輸入端【void data_shift(UINT8 dat)函數(shù)】。
注：顯示程序負(fù)責(zé)當(dāng)前時(shí)間的顯示和鬧鐘設(shè)置時(shí)的顯示內(nèi)容，需要改變的是將要顯示的數(shù)值用變量display進(jìn)行保存成為十進(jìn)制的四位數(shù)。
鍵盤掃描程序：
如果10毫秒定時(shí)時(shí)間到的標(biāo)志位有效，就進(jìn)入鍵盤掃描的子程序UINT8 GetKey()中。通過查找資料，該部分的程序設(shè)計(jì)采用的是狀態(tài)機(jī)的思想，用如下圖所示，其中系統(tǒng)的輸入信號(hào)是與按鍵連接的I/O口電平，“1”表示按鍵處于開放狀態(tài)，“0”表示按鍵處于閉合狀態(tài)。而系統(tǒng)的輸出信號(hào)則表示檢測(cè)和確認(rèn)到一次按鍵的閉合操作，用“1”表示。
上圖給出了一個(gè)簡(jiǎn)單按鍵狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。在圖中，將一次按鍵完整的操作過程分解為3個(gè)狀態(tài)，采用時(shí)間序列周期為10ms。下面對(duì)該圖做進(jìn)一步的分析和說(shuō)明，并根據(jù)狀態(tài)圖給出軟件的實(shí)現(xiàn)方法。首先，要充分體會(huì)時(shí)間序列的作用。在這個(gè)系統(tǒng)中，采用的時(shí)間序列周期為10ms，它意味著，每隔10ms檢測(cè)一次按鍵的輸入信號(hào)，并輸出一次按鍵的確認(rèn)信號(hào)，同時(shí)按鍵的狀態(tài)也發(fā)生一次轉(zhuǎn)換。圖中“狀態(tài)0”為按鍵的初始狀態(tài)，當(dāng)按鍵輸入為“1”時(shí)，表示按鍵處于開放，輸出“0”（1/0），下一狀態(tài)仍舊為“狀態(tài)0”。當(dāng)按鍵輸入為“0”，表示按鍵閉合，但輸出還是“0”（0/0）（沒有經(jīng)過消抖，不能確認(rèn)按鍵真正按下），下一狀態(tài)進(jìn)入“狀態(tài)1”。“狀態(tài)1”為按鍵閉合確認(rèn)狀態(tài)，它表示了在10ms前按鍵為閉合的，因此當(dāng)再次檢測(cè)到按鍵輸入為“0”時(shí)，可以確認(rèn)按鍵被按下了（經(jīng)過10ms的消抖），輸出“1”表示確認(rèn)按鍵閉合（0/1），下一狀態(tài)進(jìn)入“狀態(tài)2”。而當(dāng)再次檢測(cè)到按鍵的輸入為“1”時(shí)，表示按鍵可能處在抖動(dòng)干擾，輸出為“0”（1/0），下一狀態(tài)返回到“狀態(tài)0”。這樣，利用狀態(tài)1，實(shí)現(xiàn)了按鍵的消抖處理。“狀態(tài)2”為等待按鍵釋放狀態(tài)，因?yàn)橹挥械劝存I釋放后，一次完整的按鍵操作過程才算完成。從對(duì)上圖的分析中可以知道，在一次按鍵操作的整個(gè)過程，按鍵的狀態(tài)是從“狀態(tài)0”->“狀態(tài)1”->“狀態(tài)2”，最后返回到“狀態(tài)0”的。并且在整個(gè)過程中，按鍵的輸出信號(hào)僅在“狀態(tài)1”時(shí)給出了唯一的一次確認(rèn)按鍵閉合的信號(hào)“1”（其它狀態(tài)均輸出“0”）。所以上面狀態(tài)機(jī)所表示的按鍵系統(tǒng)，不僅克服了按鍵抖動(dòng)的問題，同時(shí)也確保在一次按鍵整個(gè)的過程中，系統(tǒng)只輸出一次按鍵閉合信號(hào)（“1”）。換句話講，不管按鍵被按下的時(shí)間保持多長(zhǎng)，在這個(gè)按鍵的整個(gè)過程中都只給出了一次確認(rèn)的輸出，因此在這個(gè)設(shè)計(jì)中，按鍵沒有“連發(fā)”功能，它是一個(gè)最簡(jiǎn)單和基本的按鍵。一旦有了正確的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，就可以根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖編寫軟件了。在軟件中實(shí)現(xiàn)狀態(tài)機(jī)的方法和程序結(jié)構(gòu)通常使用多分支結(jié)構(gòu)（IF-ELSEIF-ELSE、CASE等）實(shí)現(xiàn)。下面是根據(jù)上圖、基于狀態(tài)機(jī)方式編寫的簡(jiǎn)單按鍵接口函數(shù)GetKey()。
該簡(jiǎn)單按鍵接口函數(shù)GetKey()在整個(gè)系統(tǒng)程序中應(yīng)每隔10ms調(diào)用執(zhí)行一次，每次執(zhí)行時(shí)進(jìn)入用switch結(jié)構(gòu)構(gòu)成的狀態(tài)機(jī)。switch結(jié)構(gòu)中的case語(yǔ)句分別實(shí)現(xiàn)了3個(gè)不同狀態(tài)的處理判別過程，在每個(gè)狀態(tài)中將根據(jù)狀態(tài)的不同，以及key4的值（狀態(tài)機(jī)的輸入）確定輸出值（keyreturn），和確定下一次按鍵的狀態(tài)值（keystate）。函數(shù)GetKey()的返回參數(shù)提供上層程序使用。返回值為0時(shí)，表示按鍵無(wú)動(dòng)作；而返回1表示有一次按鍵閉合動(dòng)作，需要進(jìn)入按鍵處理程序做相應(yīng)的鍵處理。在函數(shù)GetKey()中定義了2個(gè)局部變量，其中keyreturn為一般普通的局部變量，每次函數(shù)執(zhí)行時(shí)，keyreturn為函數(shù)的返回值，總是先初始化為0，只有在狀態(tài)1中重新置1，作為表示按鍵確認(rèn)的標(biāo)志返回。變量keystate非常重要，它保存著按鍵的狀態(tài)值，該變量的值在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后不能消失，必須保留原值，因此在程序中定義為“局部靜態(tài)變量”。通過對(duì)按鍵的掃描程序后，就知道了哪一個(gè)獨(dú)立鍵盤的按鍵被按下了，通過void keysure()函數(shù)來(lái)定義每一個(gè)按鍵的功能。
中斷優(yōu)先級(jí)的定義：
LPC2103的向量中斷控制器VIC（Vectored Interrupt Controller）具有32個(gè)中斷請(qǐng)求輸入?？蓪⑦@些中斷編程分為3類：FIQ、向量IRQ、非向量IRQ。其中快速中斷請(qǐng)求FIQ（Fast Interrupt reQuest）具有最高的優(yōu)先級(jí)。向量IRQ（Vectored IRQ）具有中等優(yōu)先級(jí)。該級(jí)別可分配32個(gè)中斷請(qǐng)求中的16個(gè)。32個(gè)請(qǐng)求中的任意一個(gè)都可分配到16個(gè)向量IRQ slot中的任意一個(gè)，其中slot0具有最高優(yōu)先級(jí)，而slot15則為最低優(yōu)先級(jí)。非向量IRQ（Non-vectored IRQ）的優(yōu)先級(jí)最低。
在這個(gè)多功能時(shí)鐘的程序設(shè)計(jì)中，使用了兩個(gè)中斷都是分配為向量IPQ。定時(shí)器1作為時(shí)鐘的基準(zhǔn)計(jì)數(shù)時(shí)鐘，有最高的優(yōu)先級(jí)；定時(shí)器2分配為下一個(gè)優(yōu)先級(jí)。相關(guān)的語(yǔ)句設(shè)置如下：
VICVectCntl0 = 0x20 | 5; /* 定時(shí)器1分配為向量IRQ通道0 */
VICVectAddr0 = (UINT32) Timer1ISR; /* 分配中斷服務(wù)程序地址0 */
VICVectCntl1 = 0x20 | 26; /* 定時(shí)器2分配為向量IRQ通道1 */
VICVectAddr1 = (UINT32) Timer2ISR; /* 分配中斷服務(wù)程序地址1 */
VICIntEnable = 1 << 26; /* 定時(shí)器2中斷使能 */
VICIntEnable = 1 << 5; /* 定時(shí)器1中斷使能 */
四、調(diào)試過程
由于這次的設(shè)計(jì)使用的是LPC2103的開發(fā)板，所以在硬件上不需要太多的去調(diào)試。在利用開發(fā)板硬件資源的基礎(chǔ)上，由于這次的多功能鬧鐘設(shè)計(jì)使用的模塊較多，基本上各個(gè)模塊的調(diào)試是分開進(jìn)行的。主要包括初始化的程序調(diào)試、按鍵子程序調(diào)試、LED顯示調(diào)試這幾部分子程序的調(diào)試。將這三部分調(diào)試成功，那么整個(gè)設(shè)計(jì)的軟件部分也就基本完成了。在該課程設(shè)計(jì)中，采用的集成開發(fā)環(huán)境是uVision，在軟件設(shè)計(jì)過程中，有時(shí)候不小心插入了一個(gè)中文的符號(hào)（如分號(hào)），就會(huì)使軟件編譯不通過，開始在這個(gè)錯(cuò)誤上浪費(fèi)不少時(shí)間，但后來(lái)注意到了這個(gè)情況，避免了類似的錯(cuò)誤的發(fā)生。
我首先進(jìn)行的是鍵盤掃描模塊的程序設(shè)計(jì)及調(diào)試。該模塊主要由按鍵的狀態(tài)確認(rèn)函數(shù)（UINT8 GetKey()）和按鍵確認(rèn)函數(shù)（void keysure()）共同完成。按鍵的狀態(tài)函數(shù)主要是由一個(gè)返回值來(lái)確認(rèn)按鍵的狀態(tài)，開始的時(shí)候，由于缺少一個(gè)語(yǔ)句：keyreturn=0;即每次進(jìn)入函數(shù)的時(shí)候要將按鍵的狀態(tài)清零，導(dǎo)致按鍵在一次按下之后就出現(xiàn)了不正常的情況，最后找到問題的所在，就糾正了過來(lái)。由于這個(gè)模塊是我最先進(jìn)行的，所以開始的時(shí)候我并沒有給每個(gè)按鍵定義相應(yīng)的功能，每個(gè)按鍵的功能我都是定義為每次按下對(duì)相應(yīng)的LED進(jìn)行取反操作，在之后的設(shè)計(jì)中，再在相應(yīng)的按鍵確認(rèn)語(yǔ)句下增加入相應(yīng)的功能，這也是模塊化程序設(shè)計(jì)的一個(gè)體現(xiàn)。
四位的數(shù)碼管采用的是動(dòng)態(tài)顯示模式，刷新頻率為50Hz，另外，由于開發(fā)板的硬件采用的是移位寄存器送筆段碼，所以在軟件設(shè)計(jì)方面要用到將8位筆段碼不斷循環(huán)右移，增加了設(shè)計(jì)的難度。起初我認(rèn)為一切程序都編寫得差不多的時(shí)候，燒進(jìn)芯片的程序使數(shù)碼管顯示一片模糊，基本上顯示的都是8，后來(lái)從程序的開始查起，終于找到原因，原來(lái)動(dòng)態(tài)顯示程序中，每次只能是一位的數(shù)碼管點(diǎn)亮，但在程序設(shè)計(jì)中，在點(diǎn)亮下一位數(shù)碼管時(shí)，忘記了將上一次點(diǎn)亮的位給關(guān)掉，導(dǎo)致四位數(shù)碼管時(shí)同時(shí)被點(diǎn)亮的，最后，在點(diǎn)亮數(shù)碼管前首先將四位數(shù)碼管全部關(guān)閉，再以50Hz的頻率進(jìn)行點(diǎn)亮刷新，顯示方回到正常狀態(tài)。
最后就是在這兩個(gè)模塊的基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)整體的程序進(jìn)行相關(guān)的調(diào)試和完善。例如在原先設(shè)置有當(dāng)進(jìn)入時(shí)間設(shè)置或者鬧鐘掛起時(shí)有LED點(diǎn)亮進(jìn)行提示，設(shè)置時(shí)間時(shí)相關(guān)的設(shè)置超過相應(yīng)的極限值，這些在最后的調(diào)試過程中得到完善，使其工作在正常的狀態(tài)，調(diào)試過程也就這樣基本得到完成。
五、結(jié)論
這次的課程設(shè)計(jì)基本上完成了任務(wù)書中所提出的要求。最終的成品具有如下功能：
通過數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描的工作方式實(shí)現(xiàn)時(shí)分秒年月日星期的顯示，利用鍵盤實(shí)現(xiàn)利用四位數(shù)碼管可以進(jìn)行如上時(shí)間的自由切換，時(shí)鐘具有時(shí)間設(shè)置和隨時(shí)的校準(zhǔn)功能。有三組可隨意設(shè)置打開或者關(guān)閉的鬧鐘，鬧鐘匹配時(shí)有蜂鳴器響和LED閃爍兩種方式進(jìn)行提醒。利用串口可以輸出當(dāng)前時(shí)間和被掛起的鬧鐘。
綜上所述，本次的課程設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。
六、小結(jié)與討論
通過為期一個(gè)星期以來(lái)的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，感覺自己在這么的一個(gè)過程下來(lái)，還是很有收獲的。這個(gè)設(shè)計(jì)的題目老師是在亞運(yùn)放假之前就給我們的，我知道老師是希望我們用亞運(yùn)放假的時(shí)間去思考、去準(zhǔn)備的過程。
從暑假以來(lái)，我就利用暑假空閑的時(shí)間，來(lái)自學(xué)ARM7TDMI-S內(nèi)核的一款芯片LPC2103，其與單片機(jī)相識(shí)的一些功能我都有涉及性的學(xué)習(xí)過了，在9月份，我買了它的開發(fā)板，進(jìn)行相關(guān)的實(shí)踐性學(xué)習(xí)。基于上述的原因，所以這次的課程設(shè)計(jì)我就想用這款LPC2103的芯片開進(jìn)行這次的課程設(shè)計(jì)，也是對(duì)我之前的學(xué)習(xí)的一種檢驗(yàn)。以前用開發(fā)板學(xué)習(xí)的時(shí)候，都是針對(duì)其的單獨(dú)一個(gè)功能進(jìn)行相關(guān)程序的設(shè)計(jì)，而這次的課程設(shè)計(jì)會(huì)涉及比較多的功能模塊的綜合應(yīng)用，所以，開始的時(shí)候有點(diǎn)摸不著頭腦的感覺。最后經(jīng)過幾番的思考，我就決定，針對(duì)每一個(gè)模塊，一個(gè)個(gè)進(jìn)行攻破，最終實(shí)現(xiàn)了多功能電子時(shí)鐘的全部的功能。
首先，我利用LPC2103的實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能（RTC），先對(duì)其進(jìn)行初始化，使其的時(shí)鐘跑起來(lái)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，我最先是開始鍵盤模塊的設(shè)計(jì)，這就涉及到：鍵盤掃描，鍵盤去抖動(dòng)，鍵盤判斷相關(guān)的問題，最后經(jīng)過兩天的編程，設(shè)計(jì)，調(diào)試，思考才把鍵盤模塊的問題順利地解決了。從最初的模型規(guī)劃，到具體功能的實(shí)現(xiàn)，直到最后的軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試過程，每一個(gè)環(huán)節(jié)都讓我加深了對(duì)實(shí)際問題的思考，有利于自己動(dòng)手能力的提高。
這次的課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)會(huì)了系統(tǒng)地去解決一個(gè)實(shí)際的問題，了解到了單片機(jī)設(shè)計(jì)的基本步驟、開發(fā)設(shè)計(jì)過程中需要注意的問題、學(xué)會(huì)處理調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題.，學(xué)會(huì)了巧妙運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)的思想，在整個(gè)的程序化設(shè)計(jì)過程中，學(xué)會(huì)將功能細(xì)化，分成一個(gè)小功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)好一個(gè)功能之后，再在這個(gè)基礎(chǔ)上去增加其他的功能，最后完成整個(gè)多功能電子時(shí)鐘的設(shè)計(jì)?？傊?，通過這次的課程設(shè)計(jì)，檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，使我將平時(shí)書本上的理論知識(shí)與實(shí)踐很好地結(jié)合起來(lái)，利于加深對(duì)理論知識(shí)的理解和提高自己的實(shí)際動(dòng)手操作能力。
七、參考文獻(xiàn)
1、《ARM微控制器基礎(chǔ)與實(shí)戰(zhàn)》 出版社：北京航空航天大學(xué)出版社 2005年
2、《ARM7易學(xué)通》 出版社：人民郵電出版社 2006年
3、《EasyARM2103教材》 出版社：北京航空航天大學(xué)出版社 2008年
4、《新編單片機(jī)原理與應(yīng)用》 出版社：西安電子科技大學(xué)出版社 2007年
5、《新編單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)》 出版社：西安電子科技大學(xué)出版社 2005年
附錄：
開發(fā)板實(shí)物圖
#include
UINT8 keystate=0; //按鍵的狀態(tài)標(biāo)志有0、1、2三種狀態(tài)
UINT16 key4=1023;//按鍵的掃描輸入端
UINT8 keyreturn=0; //按鍵的返回值
UINT8 time10=0;//10ms標(biāo)志位
UINT8 settime=0; //進(jìn)入時(shí)間設(shè)置標(biāo)志位
UINT8 alarm=0;//鬧鐘設(shè)置有效標(biāo)志位
UINT8 al_shi1=0; // 以下是鬧鐘的序號(hào)和用數(shù)組儲(chǔ)存的鬧鐘時(shí)、分位
UINT8 al_num=0;
UINT8 al_shi[4];
UINT8 al_fen[4];
UINT8 al_yunxu=0; //鬧鐘才開始比較，確保設(shè)置期間不比較
UINT8 LS=0; //鬧鐘時(shí)間到，鈴聲有效位，0為無(wú)效狀態(tài)
UINT8 al_on3off[4]={0,0,0,0}; //用數(shù)組記錄鬧鐘是否開啟
UINT8 al_flag=0;//鬧鐘組數(shù)1.2.3，0表示沒有鬧鐘被掛起
UINT8 al_fen1=0;
static UINT8 g_Dot = 0;
static UINT16 display = 0;//數(shù)碼管顯示緩存
UINT16 nian=2008;//與時(shí)間相關(guān)的變量
UINT8 yue=8;
UINT8ri=8;
UINT8week=5;
UINT8shi=20;
UINT8 fen=0;
UINT8miao;
//--------------------------------------------------------------------------------
{
UINT16 Fdiv;
U1LCR = 0x83; // DLAB = 1，可設(shè)置波特率
Fdiv = (Fpclk / 16)/ UART_BPS; // 設(shè)置波特率
U1DLM = Fdiv / 256;
U1DLL = Fdiv % 256;
U1LCR = 0x03;
}
void GPIO_init(UINT8 GPIO_num) //初始為GPIO功能
{
if(GPIO_num < 16)
PINSEL0&= ~(0x03 << (GPIO_num * 2));
else
PINSEL1&= ~(0x03 << ((GPIO_num-16) * 2));
}
{
if(in_out)
IODIR |= (0x01 << GPIO_num);//output 1
else
IODIR &= ~(0x01 << GPIO_num);//input 0
}
{
if(IOPIN & (1 << GPIO_num))
return 1;
else
return 0;
}
{
if(High_Low)
IOSET |= (0x01 << GPIO_num);
else
IOCLR |= (0x01 << GPIO_num);
}
void LEDchange(UINT8 GPIO_num)//對(duì)二極管進(jìn)行取反
{
if ((IO0PIN & (0x01 << GPIO_num)) == 0) {
IO0SET |= (0x01 << GPIO_num); // 點(diǎn)亮發(fā)光二極管
}
else IO0CLR |= (0x01 << GPIO_num);
}
{ if((nian%4==0&&nian%100!=0)||nian%400==0)
return 1;
else return 0;
{
switch(yue)
{
case 1:
case 3:
case 5:
case 7:
case 8:
case 10:
case 12:return 31;
case 2:
{
if(nian_deal())
return 29;
else return 28;
}
case 4:
case 6:
case 9:
case 11: return 31;
default: return 1;
}
}
void keysure()//按鍵的確認(rèn) ,并執(zhí)行相關(guān)功能
{
if(GPIO_READ(14)==0)//對(duì)每一位進(jìn)行切換
{
if(settime!=0)
{
switch(dis_bit)
{case 0:
if(settime==1)
{shi++;
if(shi>23)
shi=0;
}
else {fen++;
if(fen>59)
fen=0;
}
break;
case 1:
week++;
if(week>7)
week=1;
break;
case 2:
nian++;
break;
case 3:
if(settime==1)
{yue++;
if(yue>12)
yue=1;
}
else
{ri++;
if(ri>yue_deal())
ri=1;
}
break;
}
}
if(alarm!=0)
{if(alarm==1)
{
al_shi1++;
if(al_shi1>23)
al_shi1=0;
al_shi[al_num]=al_shi1;
}
else
{al_fen1++;
if(al_fen1>59)
al_fen1=0;
al_fen[al_num]=al_fen1;
}
}
}
if(GPIO_READ(15)==0)
{
if(settime!=0)
{
switch(dis_bit)
{case 0:
if(settime==1)
{shi--;
if(shi>23)
shi=23;
}
else {fen--;
if(fen>59)
fen=59;
}
break;
case 1:
week--;
if(week==0)
week=7;
break;
case 2:
nian--;
break;
case 3:
if(settime==1)
{yue--;
if(yue==0)
yue=12;
}
else
{ri--;
if(ri==0)
ri=yue_deal();
}
break;
}
if(alarm!=0)
{if(alarm==1)
{
al_shi1--;
if(al_shi1>23)
al_shi1=23;
al_shi[al_num]=al_shi1;
}
else
{al_fen1--;
if(al_fen1>59)
al_fen1=59;
al_fen[al_num]=al_fen1;
}
}
}
if(GPIO_READ(16)==0)
{
if(dis_bit==3)
dis_bit=0;
elsedis_bit++;
}
if(GPIO_READ(18)==0)
{if(settime>1)
{
settime=0;
T1TCR = 0x01;
GPIO_SET(23,1);
}
else {settime++;
T1TCR = 0x00;
GPIO_SET(23,0);}
}
if(GPIO_READ(2)==0)
{al_yunxu=0;
alarm=1;
al_num++;
if(al_num>3)
al_num=1;
//al_num++;
}
if(GPIO_READ(3)==0)
{
alarm++; //對(duì)鬧鐘的時(shí)分為進(jìn)行設(shè)置切換
if(alarm>2)
alarm=1;
}
if(GPIO_READ(4)==0)
{
if(alarm!=0)
{alarm=0;
al_shi1=0;
al_yunxu=1;
al_flag=0;
for(al_num=0;al_num<4;al_num++)
{ if(al_on3off[al_num]==1)
al_flag++;
}
if(al_flag!=0)
GPIO_SET(24,0);
if(al_flag==0)
GPIO_SET(24,1);
}
else
{
LS=0;
GPIO_SET(25,1);
GPIO_SET(11,1);
GPIO_SET(12,1);
}
}
{
if(alarm!=0)
{al_on3off[al_num]=1;
}
if(settime!=0)
nian=nian+10;
//表示有鬧鐘掛起，要加上一些標(biāo)示位
}
if(GPIO_READ(6)==0)
{ if(alarm!=0)
{
al_on3off[al_num]=0;
}
if(settime!=0)
nian=nian-10;
}
{
//啟動(dòng) 輸出開啟的鬧鐘信息
printf("RTC ----%02d -%02d -%02d _ %02d : %02d : %02d WEEK=%d-- n",nian,yue,ri,shi,fen,miao,week);
for(al_num=0;al_num<4;al_num++)
{
if(al_on3off[al_num]==1)
{
printf("The number%d alarm is on.---Alarm time--%d : %d --n",al_num,al_shi[al_num],al_fen[al_num]);
}
}
UINT8 GetKey()
{keyreturn=0;
switch (keystate)
{
case 0:
if(key4!=1023) //檢測(cè)到有按鍵，轉(zhuǎn)到狀態(tài)1，相當(dāng)于是消抖過程
{
keystate=1;
}
break;
case 1:
if(key4!=1023) //再次檢測(cè)到有按鍵，確認(rèn)按鍵按下，返回一個(gè)值，并轉(zhuǎn)到狀態(tài)2
{
keyreturn=1;
keystate=2;
}
else
{
keystate=0; //沒有檢測(cè)到按鍵，說(shuō)明狀態(tài)0檢測(cè)到是一個(gè)抖動(dòng)，重新轉(zhuǎn)到狀態(tài)0
}
break;
case 2:
if(key4==1023) //檢測(cè)到按鍵松開，狀態(tài)轉(zhuǎn)到狀態(tài)0，一次完整的按鍵過程結(jié)束
{
keystate=0;
}
break;
}
return keyreturn;
}
{
UINT8 i;
for(i=0; i<8; i++)
{
GPIO_SET(CLK,LOW);
GPIO_SET(DATA,0);
}
else{
GPIO_SET(DATA,1);
}
GPIO_SET(CLK,HIGH);
dat >>= 1;
}
}
void Refresh_LED(UINT16 dat)
{
static UINT8 i = 0;
UINT8 a,b,c,d;
b = dat % 1000 / 100;
c = dat % 1000 % 100 /10;
d = dat % 1000 % 100 % 10;
switch(i)
{
case 0:
i++;
GPIO_SET(DIG_EN0,LOW);
data_shift(DIGData[d]);
break;
case 1:
i++;
GPIO_SET(DIG_EN1,LOW);
data_shift(DIGData[c]);
break;
case 2:
i++;
GPIO_SET(DIG_EN2,LOW);
if(g_Dot)
data_shift(DIGData[b] & ~(0x01 << 0));
else
data_shift(DIGData[b] | (0x01 << 0));
break;
case 3:
i = 0;
GPIO_SET(DIG_EN3,LOW);
data_shift(DIGData[a]);
break;
}
** Function name: Timer1_ISR
** Descriptions: 定時(shí)器1中斷主程序
** input parameters: 無(wú)
** ouput parameters: 無(wú)
** Returned value: 無(wú)
*********************************************************************************************************/
void __irq Timer1ISR (void)
{
T1IR = 0x01; /* 清除中斷標(biāo)志 */
miao++;
if(g_Dot)
g_Dot = 0;
else
g_Dot = 1;
VICVectAddr = 0x00; /* 中斷向量結(jié)束 */
}
{
GPIO_SET(DIG_EN0,HIGH);
GPIO_SET(DIG_EN1,HIGH);
GPIO_SET(DIG_EN2,HIGH);
GPIO_SET(DIG_EN3,HIGH);
Refresh_LED(display);
time10++;
T2IR = 0x01; /* 清除中斷標(biāo)志 */
VICVectAddr = 0x00; /* 中斷向量結(jié)束 */
}
{
T1TCR = 0x02; /* 定時(shí)器1復(fù)位 */
T1PR = 0; /* 不設(shè)時(shí)鐘分頻 */
T1MCR = 0x03; /* 匹配后復(fù)位TC，并產(chǎn)生中斷 */
T1MR0 = Fpclk ; /* 設(shè)置1秒匹配值 */
T1IR = 0x01; /* 清除中斷標(biāo)志 */
T1TCR = 0x01; /* 啟動(dòng)定時(shí)器1 */
}
{
if(miao>59)
{
fen++;
if(al_flag&&al_yunxu) //表示鬧鐘開啟,bian a!!
{
for(al_num=0;al_num<4;al_num++)
{if(fen==al_fen[al_num]&&shi==al_shi[al_num]&&al_on3off[al_num]==1)
{ al_flag--;
al_on3off[al_num]=0;
if(al_flag==0)
GPIO_SET(24,1);
LS=1;
}
}
}
miao=0;
if(fen>59)
{
shi++;
fen=0;
if(shi>23)
{
ri++;
week++;
if(week>7){week=1;}
shi=0;
if(ri>yue_deal())
{
yue++;
ri=1;
if(yue>12)
{
nian++;
yue=1;
if(nian>9999)
nian=1000;
}
}
}
}
}
}
/*********************************************************************************************************
** Function name: Timer02Init
** Descriptions: 定時(shí)器0&2初始化
** input parameters: 無(wú)
** ouput parameters: 無(wú)
** Returned value: 無(wú)
*********************************************************************************************************/
void Timer2Init(void) //這里也初始化了T0，用于pwm輸出，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器
{
PINSEL0 &= ~(3 << 10);
PINSEL0 |= (2 << 10); //P0.5 作MAT0.1輸出
T0TCR=0x02; //復(fù)位
T0PR =0x00; //不預(yù)分頻
T0PWMCON=0x02; //MAT0.1為PWM輸出，在P0.5腳
T0MR0=Fcclk/1000;
T0MCR=0x02; //每FCLK/1000復(fù)位一次T0
T0MR1=((Fcclk/2000)/10)*10;
T2TCR = 0x02; /* 定時(shí)器2復(fù)位 */
T2PR = 0; /* 不設(shè)時(shí)鐘分頻 */
T2MCR = 0x03; /* 匹配后復(fù)位TC，并產(chǎn)生中斷 */
T2MR0 = Fpclk /200; /* 設(shè)置5毫秒匹配值 */
T2IR = 0x01; /* 清除中斷標(biāo)志 */
T2TCR = 0x01; /* 啟動(dòng)定時(shí)器2 */
}
{
PLLCON = 1;
#if (Fcco / Fcclk) == 2
PLLCFG = ((Fcclk / Fosc) - 1) | (0 << 5);
#endif
#if (Fcco / Fcclk) == 4
PLLCFG = ((Fcclk / Fosc) - 1) | (1 << 5);
#endif
#if (Fcco / Fcclk) == 8
PLLCFG = ((Fcclk / Fosc) - 1) | (2 << 5);
#endif
#if (Fcco / Fcclk) == 16
PLLCFG = ((Fcclk / Fosc) - 1) | (3 << 5);
#endif
PLLFEED = 0xaa;
PLLFEED = 0x55;
while((PLLSTAT & (1 << 10)) == 0);
PLLCON = 3;
PLLFEED = 0xaa;
PLLFEED = 0x55;
}
int main (void)
{
UART1_Init();
GPIO_init(14); // 選擇GPIO功能
GPIO_init(15);
GPIO_init(16);
GPIO_init(18);
GPIO_init(2);
GPIO_init(3);
GPIO_init(4);
GPIO_init(27);
GPIO_init(6);
GPIO_init(7);
GPIO_inout(14,0); // 設(shè)置輸入
GPIO_inout(15,0);
GPIO_inout(16,0);
GPIO_inout(18,0);
GPIO_inout(2,0);
GPIO_inout(3,0);
GPIO_inout(4,0);
GPIO_inout(27,0);
GPIO_inout(6,0);
GPIO_inout(7,0);
GPIO_init(23); //LED控制端的初始化
GPIO_init(24);
GPIO_init(10);
GPIO_init(11);
GPIO_init(12);
GPIO_init(25);
GPIO_inout(23,1);
GPIO_inout(24,1);
GPIO_inout(10,1);
GPIO_inout(11,1);
GPIO_inout(12,1);
GPIO_inout(25,1);
GPIO_SET(23,1);
GPIO_SET(24,1);
GPIO_SET(10,1);
GPIO_SET(11,1);
GPIO_SET(12,1);
GPIO_SET(25,1);
GPIO_init(DATA);
GPIO_init(CLK);
GPIO_init(DIG_EN0);
GPIO_init(DIG_EN1);
GPIO_init(DIG_EN2);
GPIO_init(DIG_EN3);
GPIO_inout(CLK,OUTPUT);
GPIO_inout(DIG_EN0,OUTPUT);
GPIO_inout(DIG_EN1,OUTPUT);
GPIO_inout(DIG_EN2,OUTPUT);
GPIO_inout(DIG_EN3,OUTPUT);
GPIO_SET(DATA,HIGH);
//GPIO_init(5);
//GPIO_inout(5,1);
//GPIO_SET(5,1);
Timer1Init();
Timer2Init(); // 定時(shí)器初始化
VICIRQStatus=1<<26; // IRQ中斷使能
VICIntSelect = 0<<26; // 定時(shí)器2分配為IRQ中斷
VICVectCntl1 = 0x20 | 26; /* 定時(shí)器2分配為向量IRQ通道0 */
VICVectAddr1 = (UINT32) Timer2ISR; /* 分配中斷服務(wù)程序地址 */
VICIntEnable = 1 << 26; /* 定時(shí)器2中斷使能 */
VICIntSelect = 0<<5;
VICVectCntl0 = 0x20 | 5; /* 定時(shí)器1分配為向量IRQ通道0 */
VICVectAddr0 = (UINT32) Timer1ISR; /* 分配中斷服務(wù)程序地址 */
VICIntEnable = 1 << 5; /* 定時(shí)器1中斷使能 */
while(1)
{
timeupdate();
if(alarm!=0)
{
if(al_on3off[al_num]==0)
display=al_num*1111;
else
display=al_shi[al_num]*100+al_fen[al_num];
}
else
{ switch(dis_bit)
{ case 0:
display=shi*100+fen;
break;
case 1:
display=miao*100+week;
break;
case 2:
display=nian;
break;
case 3:
display=yue*100+ri;
break;
}
}
{time10=0;
if(GetKey()==1)
{
keysure();
}
}
{ if(miao%2==0)
{ GPIO_SET(25,1);
GPIO_SET(11,1);
GPIO_SET(12,1);
T0TCR=0x01;
}
else
{ GPIO_SET(25,0);
GPIO_SET(11,0);
GPIO_SET(12,0);
T0TCR=0x00;
}
}
}
}
typedef unsigned int UINT16 ;
typedef unsigned int UINT32 ;
//--------------------------------------------------------------------------------
#define Fosc(11059200)//晶振頻率,10MHz~25MHz，應(yīng)當(dāng)與實(shí)際一至
#define Fcclk(Fosc * 4) //66.3552 系統(tǒng)頻率，必須為Fosc的整數(shù)倍(1~32)，且<=60MHZ
#define Fcco(Fcclk * 4) //CCO頻率，必須為Fcclk的2、4、8、16倍，范圍為156MHz~320MHz
#define Fpclk(Fcclk / 4) * 1 //016.5888,VPB時(shí)鐘頻率，只能為(Fcclk / 4)的1 ~ 4倍
typedef enum
{
LOW,
HIGH
}en_Level;
{
INPUT,
OUTPUT
}en_InOut;
{
FALSE,
TRUE
};
#defineSG(0x01 << 1)
#defineSF(0x01 << 2)
#defineSE(0x01 << 3)
#defineSD(0x01 << 4)
#defineSC(0x01 << 5)
#defineSB(0x01 << 6)
#defineSA(0x01 << 7)
{
SA |SB |SC | SD |SE |SF,//0
SB | SC,//01
SA |SB |SG | SE | SD,//02
SA |SB |SC | SD | SG,//03
SB |SF | SG | SC,//04
SA |SF |SG |SC | SD,//05
SA |SC | SD | SE | SG | SF,//06
SA | SB| SC,//07
SA |SB |SC | SD | SE | SF | SG,//08
SA |SB |SC|SD | SF | SG,//09
0,//mask - 10
SG//minus - 11
};
#defineLED212
#defineLED311
#defineLED410
#defineLED524
#defineCLK13
#defineDIG_EN120
#defineDIG_EN219
#defineDIG_EN317
#defineINT114
#defineINT215
#defineBUZZER23
//--------------------------------------------------------------------------------
void PLL_Init(void);
void Timer0_Init(void);
void UART1_Init (void);
UINT8 GPIO_READ(UINT8 GPIO_num) ;
void GPIO_init(UINT8 GPIO_num);
void GPIO_inout(UINT8 GPIO_num,UINT8 in_out);
//inline voidGPIO_SET(UINT8 GPIO_num,UINT8 High_Low);
void __irq IRQ_Timer0 (void);
void GPIO_SET(UINT8 GPIO_num,UINT8 High_Low);
//--------------------------------------------------------------------------------
評(píng)論