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基于ARMS3C2440的电子时钟设计.doc

1、计算机信息工程学院课程设计报告 目录 一、设计功能1 二、系统设计思路2 三、详细设计3 1、硬件设计3 2、软件设计4 四、调试结果与分析6 附录7 参考文献19 一、设计功能 时钟,自从它发明的那天起,就成为人类的朋友,但随着时间的推移,科学技术的不断发展,人们对时间计量的精度要求越来越高,应用越来越广。怎样让时钟更好的为人民服务,怎样让我们的老朋友焕发青春呢?这就要求人们不断设计出新型时钟。 现今,高精度的计时工具大多数都使用了石英晶体振荡器,由于电子钟,石英表,石英钟都采用了石英技术,因此走时精度高,稳定性好,使用方便,不需要经常调校,数字式电子钟用集成电路计时

2、时,译码代替机械式传动,用LED显示器代替显示器代替指针显示进而显示时间,减小了计时误差,这种表具有时,分,秒显示时间的功能,还可以进行时和分的校对,片选的灵活性好. 时钟电路在计算机系统中起着非常重要的作用,是保证系统正常工作的基础。在一个单片机应用系统中,时钟有两方面的含义:一是指为保障系统正常工作的基准振荡定时信号,主要由晶振和外围电路组成,晶振频率的大小决定了单片机系统工作的快慢;二是指系统的标准定时时钟,即定时时间,它通常有两种实现方法:一是用软件实现,即用单片机内部的可编程定时/计数器来实现,但误差很大,主要用在对时间精度要求不高的场合;二是用专门的时钟芯片实现,在对时间精度要求

3、很高的情况下,通常采用这种方法,典型的时钟芯片有:DS1302,DS12887,X1203等都可以满足高精度的要求. 二、系统设计思路 本系统主要有四大部分两大模块组成,分别是硬件模块①电源,②晶振,③S3C2440处理器和软件模块时钟模块(主要由LCD提供功能)。 (1)时钟模块设计 本模块是电子时钟功能实现的主要模块,也是本次课程设计的核心模块,本模块实现的功能主要有:时间计时,钟面时间显示,数字时间显示。 其中,时间计时功能和在LCD上显示数字钟显示功能较易实现,之前的单片机课程设计和HDL课程设计均有所涉及.计时使用S3C44B0X内部时钟脉冲和分频实现,在LCD上显示数字钟

4、显示使用LCD数字显示功能实现。 除此之外,需要在整个移植后的系统中初始化堆栈并设定任务,通过任务完成时钟的各项功能。 (2)S3C2440处理器的应用 通过对S3C2240处理器的学习,可以利用其内部的RTC单元和LCD控制器,外接LCD模块、晶振和电源实现电子实时时钟的功能. 主要实现方法为:通过电源和晶振保证处理器的正常工作和时钟来源,通过编程设定RTC单元的工作模式,实现实时时钟的功能;然后根据所要求显示的图形效果,编写程序设定LCD控制器的相应寄存器,将RTC单元和LCD控制器合理有效地结合起来;最终由LCD模块作出相应动作,完成实时时钟的显示功能. 系统设计总体框图如图2

5、—1所示 S3C2440处理器 晶振 控制程序 LCD模块 LCD RTC 电源 图2—1系统设计框图 三、详细设计 1、硬件设计 (1)S3C2440处理器简介 S3C2440是SANSUNG公司推出的一款功能强大、功耗较低的基于ARM920T为核心的嵌入式处理器.它满足了小型手持设备和普通应用要求的低功耗和高性能需求,是一种实用的小型芯片微控制器。为了进一步降低系统的成本,S3C2440芯片还提供了非常丰富的内部设备,基于ARM920T内核,S3C2440支持JTAG仿真器调试,并且具备了16KB的指令缓存和数据缓存。此外,之前也介绍过了

6、它支持Win CE、uc/os和Linux等操作系统,具有很强的扩展能力.S3C2440具有MMU功能,支持有外部存储控制器,可提供访问外部存储器所需要的存储器控制信号 (2)RTC存储寄存器 实时时钟(RTC)器件是一种能提供日历/时钟、数据存储等功能的专用集成电路,常用作各种计算机系统的时钟信号源和参数设置存储电路。RTC具有计时准确、耗电低和体积小等特点,特别适用于在各种嵌入式系统忠记录事件发生的时间和相关信息,尤其是在通信工程、电力自动化、工业控制等自动化程度较高领域的无人职守环境。随着集成电路技术的不断发展,RTC器件的新品也不断推出.这些新品不仅具有准确的RTC,还有大容量的存

7、储器、温度传感器和A/D数据采集通道等,已成为集RTC、数据采集和存储于一体的综合功能器件,特别适用于以微控制器为核心的嵌入式系统。 S3C2440实时时钟单元是处理器集成的片内外设。由开发板上的后备电池供电,可以在系统电源关闭的情况下运行。RTC发送8位BCD码数据到CPU。传送的数据包括秒、分、小时、星期、月份和年份。RTC单元时钟源由外部32。768kHz晶振提供,可以实现闹钟(报警)功能。 访问RTC模块的寄存器,首先要社RTCCON的位0位1。CPU通过读取RTC模块中寄存器BCDSEC、BCDMIN、BCDHOUR、BCDDAY、BCDDATE、BCDMON和BCDYEAR的

8、值,得到当前的相应时间值。但是,由于多个寄存器一次读出,所以由可能产生错误.例如:用户一次读取年(1989)、月(12)、日(31)、时(23)、分(59)、秒(59).当秒数位1~59时,无任何问题;但是,当秒数位0时,当前时间和日期就变成了1990年1月1日0时0分。在这种情况下(秒数位0),用户应该重新读取年份到分钟的值。 (3)电源 RTC单元可以使用后后备电池通过引脚RTCVDD供电。当系统关闭电源以后,CPU和RTC的接口电路被阻断.后备电池只需要驱动晶振和BCD计数器,从而达到最小功耗。 2、软件设计 (1)LCD模块 本模块的主要功能完成LCD的初始化,加载LCD驱动

9、程序,使LCD与S3C2440实现对接,完成显示功能。目前,许多常用的LCD模块一般自身都不带有字库,而实际应用中人机界面又经常需要显示中英文字符。对于不带字库的LCD模块显示字符的解决方法通常是利用字模提取软件来进行预处理,即将系统中可能用到的字符一一将其字模提取出来,并将字模数据存放在程序空间中。该方法只适用于显示字符固定且数量较入式系统中,灵活性差.考虑到嵌入式系统一般带有一定容量的ROM存储系统,本文以无字的图形LCD模块为例,搭建了以ARM9微处理器S3C2440为基础的嵌式系统工作平台,在此平台的基础上,讨论了一种基于自制硬件字库的中英文字符显示方案。 LCD控制器的作用是将系统

10、存储器中的LCD图像数据传送到外部LCD驱动器中,并产生必须的LCD控制信号。S3C2440LCD控制器支持在灰白LCD上的单色、4级灰度、16级灰度显示,也能与彩色LCD接口支持最大256色的显示。可以编程支持不同水平和垂直点数(64O×480、320×240、160×160等)、不同数据线宽度、不同接口时序和刷新速率的LCD,支持4位双扫描、4位单扫描、8位单扫描的LCD显示器,并支持水平/垂直卷动,以用来支持更大的屏幕显示(如1280×1280) .S3C44BOX支持查找表,用于各种色彩选择或灰度级别的选择.在灰度模式中,通过查找表可以在16级灰度中选择四种灰度,在彩色模式中,一个字节

11、的图像数据是用3位表示红色,3位表示绿色,2位表示蓝色,通过查找表可以选择16级红色中的8种红色、16级绿色中的8种绿色和16级蓝色中的4种蓝色. S3C2440中具有内置的LCD 控制器,它能将显示缓存(在SDRAM存储器中)中的LCD图像数据传输到外部的LCD驱动电路上的逻辑功能。它支持单色、4级、16级灰度LCD显示,以及256彩色LCD显示。在显示灰度时,它采用时间抖动算法(time—based dithering algorithm)和帧率控制 (Frame Rate Control)方法,在显示彩色时,它采用RGB的格式,即RED、GREEN、BLUE,三色混合调色。通过软件编程

12、可以实现233或332的RGB调色的格式。对于不同尺寸的LCD显示器,它们会有不同的垂直和水平象素点、不同的数据宽度、不同的接口时间及刷新率,通过对LCD 控制器中的相应寄存器写入不同的值,来配置不同的LCD 显示板。 S3C2440中内置的LCD 控制器提供了下列外部接口信号: VFRAME: LCD 控制器和LCD 驱动器之间的帧同步信号。它通知LCD屏开始显示新的一帧,LCD 控制器在一个完整帧的显示后发出VFRAME 信号。 VLINE: LCD 控制器和LCD 驱动器间的同步脉冲信号,LCD 驱动器通过它来将水平移位寄存器中的内容显示到LCD 屏上。LCD 控制器在一整行数据

13、全部传输到LCD 驱动器后发出VLINE 信号. VCLK: LCD 控制器和LCD 驱动器之间的象素时钟信号,LCD 控制器在VCLK的上升沿发送数据,LCD 驱动器在VCLK 的下降沿采样数据. VM: LCD 驱动器所使用的交流信号。LCD 驱动器使用VM 信号改变用于打开或关闭象素的行和列电压的极性。VM 信号在每一帧触发,也可通过编程在一定数量的VLINE 信号后触发。 VD[3:0]:LCD 象素数据输出端口。 VD[7:4]:LCD 象素数据输出端口。 LCD 控制器包含REGBANK, LCDCDMA, VIDPRCS, 和TIMEGEN。REGBANK 具有18 个

14、可编程寄存器,用于配置LCD 控制器。LCDCDMA为专用的DMA,它可以自动地将显示数据从帧内存中传送到LCD 驱动器中.通过专用DMA,可以实现在不需要CPU 介入的情况下显示数据.VIDPRCS 从LCDCDMA 接收数据,将相应格式(比如4/8 位单扫描和4 位双扫描显示模式)的数据通过VD[7:0]发送到LCD的驱动器上。TIMEGEN 包含可编程的逻辑,以支持常见的LCD 驱动器所需要的不同接口时间和速率的要求。TIMEGEN 部分产VFRAME,VLINE, VCLK, VM 等信号. S3C2440处理器与LCD显示器的连接示意图如3—1所示 LCD显示器 S3C24

15、40 LCD模块 图3—1S3C2440与LCD显示器的连接图 四、调试结果与分析 (1)通过编译调试在有S3C2440实验箱中进行调试,LCD显示结果如图所示。 图4—1 LCD调试结果显示 屏幕右上角显示出学号姓名和作品信息; 屏幕中间显示的是钟面,有时针、分针和秒针,显示实时时间; 屏幕下方显示的是数字时钟,显示时分秒(与钟面时间相对应)和年月日 (2)本课程设计属于嵌入式系统项目设计,嵌入式微处理器S3C2440和LCD模块,实现如下功能: LCD显示“钟面”样式,时针、分针、秒针显示实时时间; LCD显示“数字钟”样式,动态显示年、月、日、时、分、秒

16、 显示时间可以修改并保持“钟面”与“数字钟”时间保持一致; LCD左上角动态显示小组成员姓名、学号及选题信息。 (3)本课程设计完成选题要求,但是有如下方面还需分析改进: “钟面”现实不够精确,分针和时针只设定了60个坐标位置,分针和时针走动不均匀; 数字钟部分尚未考虑到“大月”和“小月”以及“平年"和“闰年"的日期问题,所有月份均设定为30天; 时间修改麻烦,需要对源程序中设定的初值进行修改,无法通过键盘对时间进行修改; 未调用S3C2440内部实时时钟(RTC)模块,不能显示出精确的内部实时时间。 附 录 源程序: #include ”.。\inc\config.h

17、 #define STACKSIZE 256 #define x_line 160 #define y_line 80 OS_STK_DATA stk; extern GUI_FONT CHINESE_FONT12; extern GUI_FONT CHINESE_FONT16; extern GUI_FONT GUI_Font8x16; OS_EVENT * Send_LCD_Sem; OS_EVENT *Key_Mbox; I8 Hour[3],Min[3],Sec[3]; I8 hour = 0, min = 0, sec = 0,ms; I8 YEA1

18、[3],YEA2[3],MON[3],DAY[3]; int yea1 = 20,yea2=11, mon = 6, day = 23; I8 XH0[3],XH1[3],XH2[3],XH3[3]; I8 XH4[3],XH5[3],XH6[3],XH7[3]; char xh0=01,xh1=62,xh2=31,xh3=03; char xh4=32,xh5=36,xh6=02,xh7=12; //int TimeCount = 0; int SpaceXS[61]={160,165,170,175,180,185, 189,193,197,201,205,

19、 206,207,208,209,210, 209,208,207,206,205, 201,197,193,189,185, 180,175,170,165,160, 155,150,145,140,135, 131,127,123,119,115, 114,113,112,111,110, 111,112,113,114,115, 119,123,127,131,135, 140,145,150,155,160, }, SpaceYS[61]={30,31,32,33,3

20、4, 35,39,43,47,51, 55,60,65,70,75, 80,85,90,95,100, 105,109,113,117,121, 125,126,127,128,129, 130,129,128,127,126, 125,121,117,113,109, 105,100,95,90,85, 80,75,70,65,60, 55,51,47,43,39, 35,34,33,32,31,30}, SpaceXM[61]={160,164,168,

21、172,176,180,183,186,189,192, 195,196,197,198,199,200,199,198,197,196, 195,192,189,186,183,180,176,172,168,164, 160,156,152,148,144,140,137,134,131,128, 125,124,123,122,121,120,121,122,123,124, 125,128,131,134,137,140,144,148,152,156, 160

22、 }, SpaceYM[61]={40,41,42,43,44,45,48,51,54,57, 60,64,68,72,76,80,84,88,92,96, 100,103,106,109,112,115,116,117,118,119, 120,119,118,117,116,115,112,109,106,103, 100,96,92,88,84,80,76,72,68,64, 60,57,54,51,48,45,44,43,42,41, 40 }, Spac

23、eXH[13]={160,175,185,190,185,175,160,145,135,130,135,145,160}, SpaceYH[13]={50,55,65,80,95,105,110,105,95,80,65,55,50}, *Placex=&SpaceXS[0],*Placey=&SpaceYS[0],*Placexm=&SpaceXM[0],*Placeym=&SpaceYM[0], *Placexh=&SpaceXH[0],*Placeyh=&SpaceYH[0]; void Display_xh1(char xx1,char yy1); void D

24、isplay_xh2(char xx2,char yy2); void Display_xh3(char xx3,char yy3); void show(I8 s) void Shows() { show(sec); Set_Color(GUI_GRAY); //擦除上一秒的 Draw_Line(x_line,y_line,*Placex,*Placey); Placex=Placex+1; Placey=Placey+1; Set_Color(GUI_YELLOW); //显示下一秒的

25、Draw_Line(x_line,y_line,*Placex,*Placey); Set_Color(GUI_RED); //显示下一分的 Draw_Line(x_line,y_line,*Placexm,*Placeym); Set_Color(GUI_GREEN); //显示下一时的 Draw_Line(x_line,y_line,*Placexh,*Placeyh); if(Placex==&SpaceXS[60]&&Placey==&SpaceYS[60]) { Placex=&S

26、paceXS[0]; Placey=&SpaceYS[0]; } } void Showm() { Set_Color(GUI_GREEN); Fill_Circle (288, 50, 25); Set_Color(GUI_RED); Fill_Circle (280, 50, 10); Fill_Circle (296, 50, 10); Fill_Circle (288, 40, 10); Fill_Circle (288, 60, 10); Set_Color(GUI_YE

27、LLOW); Fill_Circle (288, 50, 5); Set_Color(GUI_GRAY); //擦除上一分的 Draw_Line(x_line,y_line,*Placexm,*Placeym); Placexm=Placexm+1; Placeym=Placeym+1; Set_Color(GUI_RED); //显示下一分的 Draw_Line(x_line,y_line,*Placexm,*Placeym); Set_Color(GUI_GREEN); //显示下一时的 D

28、raw_Line(x_line,y_line,*Placexh,*Placeyh); if(Placexm==&SpaceXM[60]&&Placeym==&SpaceYM[60]) { Placexm=&SpaceXM[0]; Placeym=&SpaceYM[0]; } } void Showh() { Set_Color(GUI_YELLOW); Fill_Circle (288, 50, 25); Set_Color(GUI_GREEN); Fill_Circle (280, 50, 10); F

29、ill_Circle (296, 50, 10); Fill_Circle (288, 40, 10); Fill_Circle (288, 60, 10); Set_Color(GUI_RED); Fill_Circle (288, 50, 5); Set_Color(GUI_GRAY); //擦除上一时的 Draw_Line(x_line,y_line,*Placexh,*Placeyh); Placexh=Placexh+1; Placeyh=Placeyh+1; Set_Color(GUI_GREEN);

30、 //显示下一时的 Draw_Line(x_line,y_line,*Placexh,*Placeyh); if(Placexh==&SpaceXH[12]&&Placeyh==&SpaceYH[12]) { Placexh=&SpaceXH[0]; Placeyh=&SpaceYH[0]; } } void Shouw_Cricle() // 整 点 { Set_Color(GUI_YELLOW); Fill_Circle (160, 30,2); // 12点(x,y,r) Fill_Circle (1

31、35, 35,2); // 11 点(x,y,r) Fill_Circle (115, 55,2); // 10 点(x,y,r) Fill_Circle (110, 80,2); // 9 点(x,y,r) Fill_Circle (115, 105,2); // 8 点(x,y,r) Fill_Circle (135, 125,2); // 7 点(x,y,r) Fill_Circle (160, 130,2); // 6 点(x,y,r) Fill_Circle (185, 125

32、2); // 5 点(x,y,r) Fill_Circle (205, 105,2); // 4 点(x,y,r) Fill_Circle (210, 80,2); // 3 点(x,y,r) Fill_Circle (205, 55,2); // 2点(x,y,r) Fill_Circle (185, 35,2); // 1点(x,y,r) Set_Color(GUI_WHITE); Fill_Circle (165, 31,1); Fill_Circle (170, 32,1

33、 Fill_Circle (175, 33,1); Fill_Circle (180, 34,1); Fill_Circle (189, 39,1); Fill_Circle (193, 43,1); Fill_Circle (197, 47,1); Fill_Circle (201, 51,1); Fill_Circle (206, 60,1); Fill_Circle (207, 65,1); Fill_Circle (208, 70,1);

34、 Fill_Circle (209, 75,1); Fill_Circle (209, 85,1); Fill_Circle (208, 90,1); Fill_Circle (207, 95,1); Fill_Circle (206, 100,1); Fill_Circle (201, 109,1); Fill_Circle (197, 113,1); Fill_Circle (193, 117,1); Fill_Circle

35、189, 121,1); Fill_Circle (180, 126,1); Fill_Circle (175, 127,1); Fill_Circle (170, 128,1); Fill_Circle (165, 129,1); Fill_Circle (155, 129,1); Fill_Circle (150, 128,1); Fill_Circle (145, 127,1); Fill_Circle (140, 126,1);

36、 Fill_Circle (131, 121,1); Fill_Circle (127, 117,1); Fill_Circle (123, 113,1); Fill_Circle (119, 109,1); Fill_Circle (114, 100,1); Fill_Circle (113, 95,1); Fill_Circle (112, 90,1); Fill_Circle (111, 85,1); Fill_Circle (111, 75

37、1); Fill_Circle (112, 70,1); Fill_Circle (113, 65,1); Fill_Circle (114, 60,1); Fill_Circle (119, 51,1); Fill_Circle (123, 47,1); Fill_Circle (127, 43,1); Fill_Circle (131, 39,1); Fill_Circle (140, 34,1); Fill_Circle (145

38、 33,1); Fill_Circle (150, 32,1); Fill_Circle (155, 31,1); } void Delay(int time); void ChangeForm(char Time[],char time) { Time[0] = time / 10 + 48; Time[1] = time % 10 + 48; Time[2] = ’\0’; } void Display_Time(char x,char y) { ChangeForm(Hour

39、 hour); ChangeForm(Min, min); ChangeForm(Sec, sec); ChangeForm(MON, mon); ChangeForm(DAY, day); ChangeForm(YEA1, yea1); ChangeForm(YEA2, yea2); Disp_String (Hour,x,160); Disp_String (":”,x + 16,160); Disp_String (Min,x + 24,160); Disp_String (”

40、x + 40,160); Disp_String (Sec,x + 48,160); Disp_String (YEA1,x , 180); Disp_String (YEA2,x +16,180); Disp_String (”,",x + 32,180); Disp_String (MON,x + 40,180); Disp_String (”,",x + 56,180); Disp_String (DAY,x + 64,180); } void Show_Color() { Se

41、t_Color( GUI_BLUE ); Fill_Rect(0,0,319,239); Set_Color(GUI_RED); Set_BkColor (GUI_BLUE); Fill_Rect(0,0,319,2); Fill_Rect(0,0,2,239); Fill_Rect(0,237,319,239); Fill_Rect(317,0,319,239); Set_Color(GUI_RED); Set_Font (&CHINESE_FONT16); Disp_String (CN_star

42、t"姓名:”CN_end,5,210); Disp_String (CN_start"学号:"CN_end,210,210); Set_Color(GUI_WHITE ); Fill_Rect (79,17,242,20); //上线(x0,y0,x1,y1) Fill_Rect (79,20,82,202); //左线(x0,y0,x1,y1) Fill_Rect (238,20,242,202); //右线(x0,y0,x1,y1) Fill_Rect (79,199,242,202); //下线(x0,y0,x1,y1) Set_

43、Color(GUI_LIGHTRED); Fill_Rect (83,21,237,198); } /*分配各任务的堆栈容量 */ OS_STK Stack_Task_1[STACKSIZE]; OS_STK Stack_Task_2[STACKSIZE*3]; /* void Task_3(I8 s) { I8 display; for(;;) { Delay(100); display++; Set_Color(GUI_RED); Display_xh1(5,180); if

44、display==1000) { display=0; } } } /* - 函数名称 : Task_2(void *pdata) — 函数说明 : GUI任务,优先级为9 - 输入参数 : pdata - 输出参数 : 无 */ void Task_2(void *pdata) { for(;;) { Show_Color(); Shouw_Cricle(); Set_Color(GUI_RED); sec = 0; Set_Color(G

45、UI_YELLOW); //显示 Draw_Line(x_line,y_line,*Placex,*Placey); Display_Time(130, 160);//时间 do { Delay(1200); sec++; Shows(); if (sec >= 60) { sec = 0; min++; Showm(); if (min 〉= 60) { min = 0; h

46、our++; Showh(); if (hour 〉= 23) { hour = 0; day++; if(day 〉=32) { day = 1; mon++; if(mon >= 13) { mon = 1; yea1++; }

47、 } } } } Display_Time(130, 160);//时间 日期 }while(1); } } void Task_1(void *pdata) { Rtc_Tick_Init(); //打开时钟节拍,让操作系统跑起来 OSTaskCreate(Task_2, (void *)0, (OS_STK *)&Stack_Task_2[(STACKSIZE*3) — 1], 9); for(;;) { OST

48、imeDly(50); //时钟屏幕显示 }} void Main(void) { Target_Init(); // ARMII实验系统的初始化,包括CPU板 GUI_Init(); OSInit(); OSTaskCreate(Task_1, (void *)0, (OS_STK *)&Stack_Task_1[STACKSIZE - 1], 5); //创建任务一 OSStart(); 参考文献 [1] 王勇.嵌入式系统原理与设计[M].杭州:浙江大学大

49、学出版社,2007. [2] 耿辉等.S3C44B0X的LCD显示解决方案 中国科技论文在线,2007。 [3] SAMSUNG公司。 S3C44B0X数据手册. www。samsungsemi。com,2006。 [5] 林志琦等.ARM微控制器与液晶屏接口的研究[J].长春大学学报,2010,20(2):71-74。 课程设计总结: 本次课程设计是嵌入式系统项目设计,是在本学期我们学完了嵌入式系统课程以后相应的课程设计。我们自己查找了许多关于S3C2440和LCD的资料和文献作为课程设计的知识储备,同时也参考了去年学长学姐完成的课题,取人之长、补己之短。经过我们的努力,在老师同学的帮助下,我们顺利完成了课程设计,对嵌入式系统的硬件、软件有了更为深入的了解,也深入掌握了嵌入式系统设计的基本方法,达到了预期的目的。 本次课程设计首先要感谢老师,对我们的课程设计给予了充分的关怀和帮助;然后要感谢我的同学,帮助我完成了本次课程设计. 指导教师评语: 指导教师(签字):年月日 课程设计成绩 17

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