湖南文理學院電氣與資訊工程學院
《嵌入式系統與應用》教學
教案講授：成天樂
學時分配表
一、實驗的地位、作用與目的
arm已經被廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由於節能的特點，arm處理器非常適用於通訊、自動控制、影象處理、網路裝置、儀器儀表和家用電器等眾多領域，符合其主要設計目標為低耗電的特性。該課程為自動化專業的重要課程。
通過實驗，使學生進一步掌握arm晶元的內部結構特點，熟悉arm應用系統的開發流程及程式設計方法，培養學生的動手能力和獨立解決問題的能力。為學習後續課程和從事實踐技術工作奠定基礎。
二、實驗基本原理
本實驗教學是根據有關實驗題目，設計相應程式，在arm開發實驗平台上，以硬體為基礎編寫相關程式並通過ads完成程式除錯與**。
三、主要實驗儀器裝置
四、實驗基本要求
1、學生必須嚴格按實驗操作規程進行實驗；
2、實驗課之前，學生必須預習實驗指導教師指定的實驗內容，設計實驗電路、編制實驗程式並提交預習報告；
3、教師簡要講解實驗目的、基本原理、儀器裝置的正確使用、實驗關鍵點及注意事項；
4、實驗結束後，學生必須書寫實驗報告，實驗報告應包括實驗名稱、實驗者姓名、實驗目的、使用的儀器裝置及數量、實驗原理、實驗電路、程式清單、實驗步驟、實驗現象、實驗結果及分析等。
實驗一 ads 基本操作
ads 整合開發環境是arm 公司推出的arm 核微控制器整合開發工具，英文全稱為arm developer suite，成熟版本為ads1.2。ads1.
2 支援arm10之前的所有arm 系列微控制器，支援軟體除錯及jtag 硬體**除錯，支援彙編、c、c++源程式，具有編譯效率高、系統庫功能強等特點，可以在windows98、windows xp、windows2000 以及redhat linux上執行。
(一) 實驗目的
1.掌握ads的安裝和配置。
2.了解ads開發系統和計算機與目標系統的連線方法。
3.了解ads軟體的操作環境和基本功能
(二) 實驗裝置
計算機、arm硬體**器、arm實驗開發平台
(三) 實驗原理
讓學生了解怎樣連線arm**器、對ads的**配置及怎樣在ads內新建工程
(四) 實驗步驟
1.連線實驗裝置
2.啟動ads
ads 1.2 使用了codewarrior ide 整合開發環境，並整合了arm 彙編器、arm 的c/c++編譯器、thumb 的c/c++編譯器、arm 聯結器，包含工程管理器、**生成介面、語法敏感(對關鍵字以不同顏色顯示)編輯器、原始檔和類瀏覽器等等。codewarrior ide 主視窗如下圖所示。
1） 建立工程
配置好arm ads 針對tx‐3a 的開發環境後，可以執行project|add files命令把和工程相關的所有檔案加入到工程中。ads 1.2 不能自動按檔案類別對這些檔案進行分類，若需要，可以執行project|create group 命令建立檔案組，然後分別將不同類的檔案加入到不同的組，以方便管理。
2） 瀏覽**
3） 編譯/執行程式
4） 程式除錯的環境應用
(五) 實驗組織執行要求
本實驗是為了讓學生熟悉ads軟體的使用以及與硬體開發板連線、除錯方法。實驗程式並不是很複雜，為了提高學生獨立設計的能力，應採用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學，然後在指導老師的監督下，由學生自己動手，按實驗要求完成任務，最後由指導老師檢查實驗結果後方可離開。
（1）熟悉ads軟體的開發、編譯、除錯方法。
（2）熟悉開發板硬體的電路圖
（3）掌握晶元手冊的閱讀方法
（4）掌握上位機與開發板的連線方法。
(六) 實驗注意事項
1．開啟ads軟體，新建乙個工程。
2．學會跟蹤/除錯程式。
3．掌握斷點的設定與取消。
4．編寫完**後，儲存起來。
5．對自己編寫的**進行編譯，對程式時產生的錯誤進行修改。
6．用**電纜通過**電纜**到開發板中觀察實驗結果是否與自己的程式設計思想一致。
(七) 思考題
1.如何設計嵌入式硬體處理器及相關的介面電路？
(八) 實驗報告要求
實驗結束後，學生應根據做實驗情況，認真完成實驗報告的書寫。實驗報告應包括實驗目的、實驗內容、儀器裝置、實驗原理或電路、源程式清單、實驗步驟、實驗結果及建立工程和編譯****現的問題及解決方法等。
實驗二流水燈實驗
（一） 實驗目的
熟練掌握arm處理器的各種指令及ads軟體使用方法
進一步熟悉arm的i/o訪問方式的操作，通過i/o方式將資料顯示到貼片二極體上
（二） 實驗裝置
計算機;arm硬體**器;arm開發板
（三） 實驗硬體設定
在做實驗之前，先將開發板電源接好，將**器的usb連線與電腦相連，通電，然後按核心板的復位鍵。
（四） 實驗原理
數字輸入/輸出模組是整合在s3c44b0x片內的外設之一，它主要對晶元的通用、雙向的數字i/o（gpio）引腳進行控制。對這些裝置/電路有的需要cpu為之提供控制手段，有的則需要被cpu用作輸入訊號。而且，許多這樣的裝置/電路只要求一位，即只要有開/關兩種狀態就夠了，比如燈亮與滅。
這些i/o引腳大多數是基本功能和一般i/o復用的引腳，數字i/o模組採用了一種靈活的方法，以控制專用i/o和復用i/o引腳的功能，所有i/o和復用引腳的功能可通過9個16位控制暫存器來設定。
此實驗是由arm通過io方式對二極體進行操作，該實驗中要求熟練運用arm的各種指令，能使顯示資料出現左移或右移等。
發光二極體的原理圖如下：
與擴充套件板的介面電路如下：
與arm晶元的連線引腳如下：
（五） 實驗內容
使用arm嵌入式開發板設計實現「基於貼片發光二極體的流水燈「。
（六） 實驗步驟
1）讀懂兩塊電路板的原理圖
2）在晶元手冊上查詢所用到的暫存器
3）編寫**
4）編譯/執行程式
5）跟蹤/除錯程式
6）斷點的設定與取消。
7）檢視程式執行效果
（七） 實驗組織執行要求
本實驗是為了讓學生進一步熟悉ads軟體的使用以及與硬體開發板連線、除錯方法。通過閱讀相關手冊實現基本的流水燈功能，達到了解arm晶元i/o模組使用方法的目的。實驗程式並不是很複雜，為了提高學生獨立設計的能力，應採用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學，然後在指導老師的監督下，由學生自己動手，按實驗要求完成任務，最後由指導老師檢查實驗結果後方可離開。
（1）熟悉ads軟體的開發、編譯、除錯方法。
（2）熟悉開發板硬體的電路圖
（3）掌握晶元手冊的閱讀方法
（4）掌握上位機與開發板的連線方法。
（5）實現正向流水燈
（6）實現反向流水燈
（八） 思考題
1.如何驅動i/o引腳？
（九） 實驗報告要求
實驗結束後，學生應根據做實驗情況，認真完成實驗報告的書寫。實驗報告應包括實驗目的、實驗內容、儀器裝置、實驗原理或電路、源程式清單、實驗步驟、實驗結果及建立工程和編譯****現的問題及解決方法等。
實驗三數碼顯示實驗
（一） 實驗目的
熟練掌握arm的各種指令及ads軟體使用方法
進一步熟悉arm的i/o訪問方式的操作，通過i/o方式將資料顯示到數碼管上
（二） 實驗裝置
計算機;arm硬體**器;arm開發板
（三） 實驗硬體設定
在做實驗之前，先將開發板電源接好，將**器的usb連線與電腦相連，通電，然後按核心板的復位鍵。
（四） 實驗原理
本次實驗利用數碼管實現阿拉伯數字的顯示。同時加深對arm晶元i/o模組的進一步了解。它主要對晶元的通用、雙向的數字i/o（gpio）引腳進行控制。
對這些裝置/電路有的需要cpu為之提供控制手段，有的則需要被cpu用作輸入訊號。而且，許多這樣的裝置/電路只要求一位，即只要有開/關兩種狀態就夠了，比如燈亮與滅。這些i/o引腳大多數是基本功能和一般i/o復用的引腳，數字i/o模組採用了一種靈活的方法，以控制專用i/o和復用i/o引腳的功能，所有i/o和復用引腳的功能可通過9個16位控制暫存器來設定。
此實驗是由arm通過io方式對二極體進行操作，該實驗中要求熟練運用arm的各種指令等。
下圖為數碼管電路圖。
數碼管內部為8個發光二極體，並排列為8字形，同時加乙個位表示小數點，通過這8個發光二極體的合理組合，可以構成不同的數字字型和簡單的字母字型，有些數碼管還有乙個位選訊號。即8個數碼管的公共端，用於電平選中。不同的組合就可以組成不同的字元。
（五） 實驗內容
使用arm嵌入式開發板設計實現「基於數碼管的數字顯示實驗「。
（六） 實驗步驟
1）讀懂兩塊電路板的原理圖
首先需要找到數碼管涉及到的引腳。
接著找到驅動電路位置。如下圖：
最後找到arm晶元與該電路的連線引腳，如下圖所示：
2）在晶元手冊上查詢所用到的暫存器
3）編寫**
4）編譯/執行程式
5）跟蹤/除錯程式
6）斷點的設定與取消。
7）檢視程式執行效果
（七） 實驗組織執行要求
本實驗是為了讓學生進一步熟悉i/o模組使用方法及數碼管顯示的原理。實驗程式比較簡單，為了提高學生獨立設計的能力，應採用以學生自主訓練為主的開放模式組織教學，然後在指導老師的監督下，由學生自己動手，按實驗要求完成任務，最後由指導老師檢查實驗結果後方可離開。
（1）熟悉ads軟體的開發、編譯、除錯方法。
（2）熟悉開發板硬體的電路圖
（3）掌握晶元手冊的閱讀方法
（4）掌握上位機與開發板的連線方法。
（5）程式設計實現數碼管延時顯示數字1~9。
（八） 思考題
1.如何顯示字母a~f？
（九） 實驗報告要求
實驗結束後，學生應根據做實驗情況，認真完成實驗報告的書寫。實驗報告應包括實驗目的、實驗內容、儀器裝置、實驗原理或電路、源程式清單、實驗步驟、實驗結果及建立工程和編譯****現的問題及解決方法等。
實驗四按鍵控制實驗
（一） 實驗目的
熟練掌握arm的各種指令及ads軟體使用方法
進一步熟悉arm的i/o訪問方式的操作
了解開發板鍵盤模組的工作原理，引腳連線
寫程式實現輪轉掃瞄演算法，實現鍵盤的掃瞄。能夠判斷是否有鍵按下
（二） 實驗裝置
計算機;arm硬體**器;arm開發板
（三） 實驗硬體設定
在做實驗之前，先將開發板電源接好，將**器的usb連線與電腦相連，通電，然後按核心板的復位鍵。
（四） 實驗原理
4.1鍵盤掃瞄引腳設定
鍵盤掃瞄涉及到多個引腳。在硬體電路上，只要乙個按鍵按下，並且對應的片選中該位為低電平（任意一位同時滿足兩條件），那麼對應的埠將返回低電平，處理器可以根據該埠的電平來判斷是否有鍵按下。具體是何鍵值則可以由程式設計判斷，因為片選可以通過逐位清０（16個位只能有一位為０）來實現的（本實驗才用輪轉掃瞄演算法）
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