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LPC2132在嵌入式系统中的应用技术

发布时间: 2012-08-01 10:09:07     来源: EDA中国

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SoC在医疗器械中应用前景广阔[1],LPC2131/2132/2138是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7TDMI-STM CPU的微控制器,带有32kB/64kB/512 kB的嵌入的高速Flash存储器和8/16/32kB片内静态RAM。多达47个5V的通用I/O口,1个(LPC2132/2132)或2个(LPC2138)8路10位A/D转换器共包含16个模拟输入,1个10位D/A转换器,可提供不同的模拟输出(LPC2132/2138)。多个串行接口,包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C接口(400kbit/s)、SPITM 和SSP。内部集成实时时钟等,资源比较丰富,使它们特别适用于工业控制和医疗等嵌入式系统。本文以LPC2132为例,介绍LPC2132的设计经验与设计技术。

2. 显示设计

  显示设计是所有嵌入式系统的重要组成部分之一。显示器件包括LED、字符LCM、图形LCM、VFD等,其中图形LCM(如128x64、192x64等点阵)可显示ASCII字符、汉字和图形,且性价比较高,在嵌入式系统中的应用日趋广泛,虽在MCS-51系列中的设计已非常成熟。但由于ARM与MCS-51有许多不同之处,其设计方法当然也有差别,下面以LPC2132和192x64点阵LCM为例进行说明。

2.1 与液晶显示模块(LCM)的硬件接口设计

  1)  电平匹配:LPC2132系列操作电压范围:3.0~3.6 V,选择3V的LCM当然没有问题,但市场上3V的LCM价格常常比5V贵,而LPC2132的I/O口可承受5V的最大电压,所以可采用5V的LCM,但需在LCM与LPC2132相连的I/O口上接5V上拉电阻。

  2)  I/O连接:LPC2132没有外部总线,所有I/O口都需要进行配置,由内部寄存器决定是输入还是输出。其中P0口共有31个I/O口,P1口有16个I/O口,而且I/O口的编号不连续(如P0.28与P1.25相邻),由于编程时对I/O口采用位操作,所以具体连接时,可根据硬件电路板布线需求进行连接。为提高显示刷新速度,需检测LCM内部的忙标志,每次向LCM写数据前,先读取LCM的状态,当状态为非忙时才能写入显示数据,这样,要注意动态设置与LCM数据线相连的LPC2132的I/O口方向,而且8个数据位要用IOSET和IOCLR逐一控制。

  3)  液晶背光控制:由于液晶的背光电流需要100多毫安,电压一般在5V左右,而LPC2132的I/O口驱动能力较弱,LPC2132能可靠控制背光LED的亮与灭,且对系统无干扰。


2.2 液晶显示的软件设计

  LPC2132可采用CodeWarrior进行软件开发,由于用C语言进行编程,开发速度比较快。在编写LCM程序时,先编写硬件驱动程序,包括LCM初始化函数,写LCM数据函数,写LCM命令函数,读LCM数据函数,读LCM命令函数,在这些函数的基础上,编写显示16x16点阵汉字的函数,设置显示位置函数等,鉴于篇幅限制,就不在此赘述,下面重点向读者介绍如何显示汉字的技巧和提高液晶显示刷新速度。

  在显示汉字信息时,需要先用工具软件提取待显示汉字的点阵,并将这些点阵信息保存在程序中,如果单纯采用C语言,则只能定义数组变量,然后在显示时调用所定义的数组变量。但采用这种方法有以下缺点。1)采用数组变量定义字符点阵,将浪费宝贵的RAM资源。2)当显示内容丰富,需定义的大量的点阵数据时,造成RAM容量不足。如果采用汇编语言文件与C语言文件混合编程,将字符点阵信息以程序代码的形式保存,不占用RAM,则可克服上述问题。下面以显示汉字“上海”(16x16点阵)为例,介绍具体方法:

1) 点阵信息的定义。

  建立一个以s为扩展名的汇编语言文件,文件内容具体如下。

EXPORT shang16x16 

EXPORT hai16x16

AREA    TTTT,CODE,READONLY

ENTRY;

shang16x16

 DCB 0,0,0,0,0,0,255,32

DCB 32,32,32,48,32,0,0,0

 DCB 6,16,16,16,16,16,31,16

DCB 16,16,16,16,24,16,0,0

hai16x16

 DCB 16,33,198,144,136,247,148,180

DCB 212,148,148,246,132,128,0,0

DCB 2,62,1,0,12,11,8,9

DCB 10,40,56,15,8,0,0,0

    END

  上面的文件中定义了“上海”的汉字点阵信息,将此文件添加到项目文件中,编译后点阵信息以程序代码的方式存储在FLASH中。

2) 点阵信息的申明。

  建立一个以h为扩展名的头文件,对汇编语言文件中定义的字符点阵信息进行申明,以便项目中其他程序可使用定义的点阵信息,例如lattice.h,文件具体内容如下:

extern unsigned char shang16x16[];

extern unsigned char hai16x16[];

3) 点阵信息的引用。

  将此头文件插入到其他文件中。例如:假设函数void WR_LCM16x16(unsigned char x_row,unsigned char y_col,unsigned char  *p_matrix)的功能是在x_row行,y_col列位置开始显示p_matrix所指向的字符点阵。则WR_LCM16x16(2,0,shang16x16)和WR_LCM16x16(2,16,hai16x16)就可显示“上海”。

  液晶显示刷新速度是液晶应用的关键技术,笔者摸索如下的方法,可大大提高显示刷新速度。

  1)充分利用LCM的判忙标志位,减小读写间隔。如192x64等液晶显示模块,其接口中含有判忙标志位。如果只是简单在两次读写间隔插入一定的延迟,则会使等待时间加长,刷新变慢。

  2)信息分类,减少重复刷新。可将整个屏幕分成空白区、显示固定信息区、显示动态信息区。如参数名称、单位等可划归固定信息,而实时数据则归为动态信息。只有在第一次进入某个画面时,刷新固定信息区,其余时刻,只刷新动态信息区。

  3)建立数据更新标记,进一步减小动态信息刷新工作量。在内存中为每个动态信息建立一显示缓冲区,只有那些动态信息发生改变的项,才需要刷新。

  综合应用上述方法,可大大提高显示刷新速度。

3.系统参数掉电保存技术

  由于LPC2132片内没有EEPROM,当系统掉电后,所有参数都将丢失,如果所需要保存的参数比较多,就只有给系统扩展类似2402等EEPROM芯片,但如果需保存的数据较少(比如小于10字节),则可考虑利用系统的实时时钟寄存器资源,而不必扩展EEPROM,以降低产品成本,下面进行具体介绍。

  LPC3123的实时时钟有独立的电源电路,专用电源管脚可与电池或3.3V的电压相连,在产品设计中,一般用电池供电,以维持时钟不间断运行。LPC2132中有完整的时间寄存器。但在设计过程中,并非需要所有的寄存器,比如,年、月、日、时、分、秒、星期等报警寄存器中,就有些在设计时没有被使用,只要在设置报警屏蔽寄存器时将不用的报警寄存器屏蔽,对应报警寄存器的数据对报警就没有影响,则可将这些寄存器用于保存数据,只要维持时钟供电,这些数据就不会丢失。

  LPC2132有2个高速I2C接口,当需要存储的数据量教大时,可在I2C接口上连接24xx系列EEPROM芯片,使用前,先对相关引脚进行配置,使其具有I2C总线功能,另外,当采用I2C中断时,还要将对应的中断打开,使用比较方便。但在使用I2C时要注意,连续2次I2C总线读或写,要有必要的时间间隔,即必须等前次总线结束时,才能重新启动总线,否则会出错。

4.其它应用技术

  在进行硬件设计时要注意:LPC2132的I/O口的灌入电流大于驱动电流,在驱动LED时可考虑采用灌入电流(I/O口输出低电平时LED亮)技术,如果采用此法依然不能满足要求,则可用多个I/O口并联或加驱动电路。

LPC2132内部8路10位A/D转换器,但在使用时,要给I/O口加稳压二极管保护,防止输入的模拟量超限而损坏芯片。

  在进行软件设计时要注意:尽量使用位操作指令IOSET和IOCLR控制LPC2132的I/O口,而不要直接操作I/O口寄存器(如IO0PIN或IO1PIN),否则会出现不可预料的结果。

  在调试时要注意:LPC2132支持JTAG调试,但因JTAG使用了系统的定时器T0,所以当用户用JTAG进行软件调试时,不能使用定时器T0,否则会出错。

5.应用实例

  以LPC2132为核心,设计了生物安全控制柜的控制器,生物安全控制柜是医疗消毒仪器,医疗器械放进安全控制柜,利用紫外线进行杀菌消毒,当消毒完毕,为防止柜内没有被紫外线照射杀死的病毒漂浮出来,要求当柜门打开时,启动送风机和排风机,送风机从室外补充新风,经过滤器后送进安全控制柜。排风机将内部有菌空气经过滤器过滤后排出到室外。并保证安全控制柜内维持一定的负压。

  安全控制柜有两种工作模式:操作模式和消毒模式。在操作模式下,允许进行开门、关门动作,允许对照明灯和外接电源插座的控制,但禁止开启紫外灯,而且只要门打开,就自动启动送风机和排风机,只要门关闭,则送风机和排风机立即自动停止;在消毒模式下,只允许对紫外灯开关动作、照明灯和外接电源插座的控制,而禁止开门和启动风机动作。

  系统要求实时显示消毒进度,送、排风机的风速,过滤器差压数值,当出现送风风速大于排风风速、消毒时前门开启、过滤器实效等故障时,则进行报警。另外,还需显示当前时钟等。

  系统还设有风机、紫外灯、照明、插座、门开、门关、UP、DOWN、LEFT、RIGHT、ENTER按键,用来控制相应的操作和参数设置等。图2为生物安全控制柜的结构框图。

  可以看出,整个系统仅需少量的外围电路和驱动电路,性能价格比较高。具体实现方法:采用HONYWELL的24PC系列压力传感器测量控制内部压力,经放大电路放大后送LPC2132的内部A/D转换模块,实现A/D转换,根据检测的压力数据,计算风机的风速及内部压力状态,并执行相应的动作。显示采用192x64图形LCM,显示信息量大。全中文界面,用户操作十分方便。

6. 结束语

  本文作者创新点为设计了LPC2132与液晶的硬件接口电路;提出了汇编语言与C语言混合编程方法;摸索出提高液晶显示刷新速度的设计技术;介绍了LCP2132系统中的参数保存技术和其他应用技术;并将这些技术成功地应用到具体产品设计中。

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