基于ARM的数字通信模块_百度文库

1、摘要摘要纵观当代通信的发展趋势,数字通信成为引领通信变革的主潮流。这是在 数字化浪潮的背景下,计算机技术的应用和信息技术的发展的结果。在数字通 信之前,人们主要用的是模拟通信。模拟通信是使用连续信号来表示和传输信 息的通信系统。例如传统的市话通信、长途通信都是模拟通信。而数字信号是 一种离散的、脉冲有无的组合形式,是负载数字信息的信号。短距离无线传输具有抗干扰性能强、可靠性高、安全性好、受地理条件限 制少、安装灵活等优点,在许多领域有着广泛的应用前景。低功耗、微型化是 用户对当前无线通信产品尤其是便携产品的实际需求,短距离无线通信逐渐引 起广泛关注。常见的短距离无线通信有基于 802. 11的

2、无线局域 WLAN 、蓝牙 (blueTooth、 HomeRF 及欧洲的 HiperLAN(高性能无线局域网 ,但其硬件设计、 接口方式、通信协嵌入式系统中并未得到广泛应用。本设计是以数字通信为背景,通过 ARM 控制,采用无线发射芯片 TRF4900组成的无线数字发射模块。 ARM (Advanced RISC Machines 是一个公司的名字, 也是一类微处理器的通称。 ARM 现在已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系 统、网络系统等各类产品市场,一般具有体积小、低功耗、低成本、高性能等 特点。射频芯片 TRF4900工作在欧洲 868 MHz 频带和北美 915 MHzISM 频带

3、, FSK 调制,发射功率 7 dBm,电源电压 2.23.6 V,通过串行接口连接到微控制器 实现参数设置和发射控制。关键词:数字通信 发射机 ARM 射频芯片 TRF4900IAbstractAbstractIn light of the tendency of contemporary communication, Digital communications become the main flow of communication change。 This is in the context of the digital tidal wave, application of comp

4、uter technology and information technology development results 。 In digital communications before the main use is to simulate communication 。 Simulation of the communication is to use a continuous signal to representation and transport information communication system。 Such as the traditional local

5、telephone communications, long distance communications are analog communication 。 The digital signal is a discrete, pulsed with or without the combination, the load signal digital information 。A short distance wireless transmission has strong anti-performance, high reliability, security, and geograp

6、hic conditions, flexible installation, etc., in many areas have broad application. Low power consumption, micro is a user on the current wireless communication products particularly portable, short range wireless communication gradually. Common short-range wireless communication is based on the 802.

7、11 of the wireless WLAN, Bluetooth (blueTooth, HomeRF and European HiperLAN (high performance radio LAN, but its hardware design, interfaces, communications co-embedded system had not been widely applied.The design is based on the background of digital communications through the ARM control, using r

8、adio transmitter chip TRF4900 wireless digital transmitter module composed. ARM (Advanced RISC Machines is the name of a company, also known as a class of microprocessors. ARM is now all over the industrial control, consumer electronics, communication systems, network systems and other kinds of mark

9、ets, generally small size, low power, low cost, high performance and so on. TRF4900 RF chip 868 MHz frequency bands work in Europe and North America 915 MHzISM band, FSK modulation, transmit power 7 dBm, supply voltage 2.2 3.6 V, through the serial interface to connect to the micro-controller parame

10、ter settings and launch control.Keyword :Digital Communication Transmitter ARMIII目录第一章 数字通信基础 . - 1 - 1.1 数字通信系统的基本组成 . - 1 - 1.2 数字通信的特点 . - 2 - 1.3 数字通信系统的主要性能指标 . - 3 -IIIIV第一章 数字通信基础第一章 数字通信基础通信是人类社会生活的重要组成部分,广义的说,凡是在发信者和收信者 之间,以任何方式进行消息的传递,都可以称为通信。实现消息传递所需设备 的总和,称为通信系统。以电信号为消息载体的通信系统,称为现代通信系统。1

11、.1 数字通信系统的基本组成数字通信的基本特征是把数字信号作为载体传送信息, 它传输的信号是 “离 散”或“数字”的。数字通信系统是一种传输数字信号的系统。或者说,它是 利用数字信号来传输信息的通信系统,其基本原理框图如图 1-1所示。 图 1-1 数字通信系统的原理框图图 1-1中的信源是产生和发出信息信号的人或者机器,如电传机、计算机、 电话机、影碟机、摄像机等。根据不同的通信对象和任务,信息源产生的信号 类型也不同,总的来说,可分为模拟信号和数字信号两类。模拟信号如电话机、 影碟机、摄像机输出的音频、视频信号;数字信号如电传机、计算机输出的数 据信号。信宿又称为受信者,是通信系统的终端设

12、备,是用来接收信号并还原 为相应信息的人或机器。发送设备包含信源编码器、信道编码器和数字调制器;接收设备包含数字 解调器、信道译码器和信源译码器。信源编码器的作用是将信源输出的信号变换成适合于数字通信系统处理和 传输的数字信号。也就是说,如果信源输出的信号是模拟信号,则信源编码器- 1 -首先应对其进行模 /数 (A/D变换、使之成为时间上离散、幅度取值有限且按一 定规律组合的数字脉冲串。信道编码与译码在通信系统中是成对出现的。信道编码器处于系统的发送 端,信道译码器处于接收端,它们的作用是解决数字通信的可靠性问题。信道是用于传输信号的通道。具体的说,它是由有限或无线线路为信号传 输提供的一条

13、通道。抽象地说,它是指允许信号通过的一段频带。信道既给信 号传输提供通路,又给信号传输造成限制与损害。信号在传输过程中还会受到各种干扰(或噪声的损害。这种干扰来自系 统的内部和外部,如系统本身存在的各种热噪声及系统外部的天线干扰、工业 干扰、电台干扰等。为了便于说明,通常将通信过程中的各种噪声干扰用一个 等效干扰源(噪声源表示。考虑到信道编码、译码的目的是为了纠正数字信号传输中的错误,我们把 信道编译码、调制与解调以及信道这些部件合起来称为数字传输系统。另外,对数字通信系统,信息的传输与接收是一个节拍接一个节拍的发送 与接收,收发步调必须一致,这是由同步系统来保证的。同步系统是数字通信 系统的

14、重要组成部分。所谓同步,是指通信系统的收、发双方具有统一的时间 标准,它们的工作“步调一致” 。同步通常包括有载波同步、位(码元同步和 群(帧同步等。同步对于数字通信是至关重要的。如果同步存在误差或者失 去同步,则通信过程中会出现大量的误码,甚至导致整个通信系统失效。可见, 同步问题是数字通信中一个重要的实际问题。由于同步的种类与实现方案各不 相同,它可能与图 1-1方框中的一个方框或者若干个方框有关,但无法在方框 图中具体表示,因此图 1-1中没有画出同步系统。1.2 数字通信的特点与模拟通信相比,数字通信有以下特点:(1数字传输的抗噪声(或抗干扰能力强,尤其在中继时,数字信号还 可以再生而

15、消除噪声的积累。数字通信在传输过程中,只要信噪比还没有恶化- 2 -到不可收拾的程度,即还来得及对传输脉冲的取值进行判决时便可利用再生中 继技术使传输信号再生,从而消除噪声干扰对传输质量的影响。(2数字通信可通过差错控制编码,设法控制传说中的差错,不但可以发 现差错而且还能改正差错,因而大大提高了传输质量,进一步提高了通信的可 靠性。(3数字通信传输的是数字信号,其通信系统很容易与计算机联网,采用 现代计算机技术对数字信息进行处理,可以提高通信的效率和可靠性,实现通 信的自动化和智能化。(4数字通信保密性好,信息传输的安全性和保密性显得越来越重要。数 字通信系统可通过简单的逻辑电路对数字信号实

16、施规律复杂的密码加密处理从 而提高通信的安全性和保密性。(5由于数字集成电路,特别是大、中规模集成电路技术日益成熟,数字 通信设备越来越易于制造,成本低、体积小、可靠性高。(6与模拟通信相比数字通信可以传输更多种类的信息。数字通信可以传 输包括声音、图像、数据、文本等在内的各种信息信号,以及与在通信过程中 用来监视或控制其他业务用的信号,都可以采用相同的信号格式和处理方法, 经多路复用组合在一起,由同一信道传输而互不干扰。当然,事物总是一分为二的,与模拟通信相比,数字通信也有其不足之处, 主要有两点。一是占用系统的频带(即信道频带较宽。以电话为例,一路模 拟电话仅占 4kHz 的带宽,而一路数

17、码率为 64kb/s的数字电话却要占 64kHz 的 带宽。可见,数字通信的频带利用率比模拟通信低得多,可以认为数字通信的 许多优点是以信号频带为代价而换取的。二是数字通信系统中必须具备同步系 统,从而使系统的结构较复杂。1.3 数字通信系统的主要性能指标人们对一个数字通信系统的要求是多方面的,评价通信系统的优劣涉及到 信息传输的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性、及使用维修方便性等。- 3 -从信息传输的角度来看对数字通信的质量指标起着主导和决定作用的是有效性 和可靠性。有效性是通信系统传输信息速度的表征,而可靠性是通信系统传输 信息质量的要求,人们总是希望通信系统传输的信息既快又准确,

18、既有效又可 靠。然而有效性与可靠性两者却是矛盾的,这对矛盾只能依靠实际要求取得相 对的统一。数字通信系统中有效性可以从以下三个指标来说明:码元传输速率、信息 传输速率及系统的带宽利用率。(1码元传输速率 RB码元传输速率又称传码率或波特率 , 是指单位时间(通常为妙,下同内通 信系统所传输的码元数目(即脉冲个数 ,记为 RB ,其单位为波特(Baud 。例 如某数字通信系统,每秒传送 4800个数字波形(或者说 4800个码元 ,则传输 速率为 4800波特(或记为 4800B 。(2信息传输速率 Rb信息传输速率 Rb 又称传信率,是单位时间内通信系统所传送的信息量,单 位为比特 /秒(bi

19、t/s或 b/s 。根据信息量的定义, 1个二进制码元代表 1比特(bit 的信息量。因此, 在二进制码元中,码元传输速率与信息传输速率在数值上是相等的,即 RB=Rb, 但它们的含义不同,前者是指单位时间内传输的码元数目,后者是指单位时间 内传输的信息量。(3系统的频带利用率 在比较两个通信系统的有效性时,但看它们的传输速率是不够的,即使两 个系统的传输速率相同,它们的系统效率也可以是不一样的,因为可能具有不 同的带宽。即系统在传输信息时所占用的信道频带的宽度不同,它们的有效性 也不同。因此在衡量数字通信的有效性时,通常还引用频带利用率这一指标。- 4 - 5 - 通信系统的频带利用率 是指

20、在单位时间(s 、单位频带上传输信息量的 多少,即单位频带所能实现的最大误码率,单位为 b/(s.Hz。载频带宽度相同条件下,系统的信息传输速率越高,频带利用率就越高, 系统的性能也就越好。频带利用率与信号的传输方式、调制方式有关,在二进 制基带系统中最高频带利用率 =2 b/(s.Hz。在频带系统中,不同的调制方式 可能有不同的频带利用率。如二进制调幅系统频带利用率仅等于 1/2b/(s.Hz,而多进制的调幅、调相系统频带利用率目前达到 b/(s.Hz。系统的频带利用率 越高,系统的性能也就越好。由于在数字通信系统中(尤其在信道中存在噪声干扰,接收到的数字码 元可能会发生错误,而使通信的可靠

21、性受到影响。对于数字通信系统的可靠性 指标主要用误码率 P e 和误信率 P b 来衡量。(1误码率 P eP e 是指通信过程中系统传错码元的数目与传输的总码元数目之比,也就 是传错码元的概率,即(2误比特率 P b P b 又称误信率,是指传错信息的比特数目与所传送的总信息比特数之比, 即误信率的大小反映了在传输过程中由于对码元的错误判断而造成传错信息 的程度,它与误码率从两个不同的层次反映了系统的可靠性。在二进制系统中, 误码数目等于传输信息的比特数目,因而有 Pb=Pe。但在多进制中,一个误码不 等于一个传错信息的比特,即 Pb Pe 。理论可以证明,在 M 进制情况下,平均 误信率与

22、误码率之间存在着如下关系:传输码元数目接收错误码元数目 =e P 传输比特总数目 接收错误比特数目=b P- 6 - 当 M 较大时,误信率对通信系统,总是希望它的效率和可靠性都很高。但在实际的通信系统, 这两方面的指标是相互制约,相互矛盾的。为了在实际的通信系统中兼顾这两 种性能,必须在满足一定可靠性的基础上尽量提高效率。不同的通信系统对可 靠性的要求是不一样的,所以在设计通信系统时,应根据对这两种性能的不同 要求进行合理的安排。对于通信系统性能的衡量, 有时涉及到传输方向性的系统功能。 对于图 1-1的数字通信模型,系统中信号的传输是单方向的,称这种通信为单工通信。若 一个通信系统能使通信

23、的双方同时发送和接收信息,则称这种通信为双工通信。 若通信的双方都可收可发,但只能一方发另一方收,则称这种通信为半双工通 信。c e b 1(2 (P M M P k E P -=e b 21P P 第二章 基于 ARM 嵌入式系统的数据传输系统简介 ARM 微处理器的一些基本概念、应用领域及特点,引导读者进入 ARM 技术的殿堂。对 ARM 微处理器、 ARM 技术的基本概念做了一些简单的介绍,通过 对本章的阅读,能对 ARM 微处理器、 ARM 技术有一个总体上的认识。2.1 ARM微处理器介绍 ARM -Advanced RISC MachinesARM (Advanced RISC M

24、achines ,既可以认为是一个公司的名字,也可以 认为是对一类微处理器的通称,还可以认为是一种技术的名字。到目前为止, ARM 微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域:1、工业控制领域:作为 32的 RISC 架构,基于 ARM 核的微控制器芯片不但 占据了高端微控制器市场的大部分市场份额,同时也逐渐向低端微控制器应用 领域扩展, ARM 微控制器的低功耗、高性价比,向传统的 8位 /16位微控制器提 出了挑战。2、 无线通讯领域:目前已有超过 85%的无线通讯设备采用了 ARM 技术, ARM以其高性能和低成本,在该领域的地位日益巩固。3、网络应用:随着宽带技术的推广,采用 ARM

25、技术的 ADSL 芯片正逐步获 得竞争优势。此外, ARM 在语音及视频处理上行了优化,并获得广泛支持,也对 DSP 的应用领域提出了挑战。4、消费类电子产品:ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒 和游戏机中得到广泛采用。5、成像和安全产品:现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用 ARM 技 术。手机中的 32位 SIM 智能卡也采用了 ARM 技术。除此以外, ARM 微处理器及技术还应用到许多不同的领域, 并会在将来取得- 7 -更加广泛的应用。采用 RISC 架构的 ARM 微处理器一般具有如下特点:1、体积小、低功耗、低成本、高性能;2、支持 Thumb (16位 /A

26、RM(32位双指令集,能很好的兼容 8位 /16位 器件;3、大量使用寄存器,指令执行速度更快;4、大多数数据操作都在寄存器中完成;5、寻址方式灵活简单,执行效率高;6、指令长度固定;ARM 微处理器目前包括下面几个系列, 以及其它厂商基于 ARM 体系结构的处 理器,除了具有 ARM 体系结构的共同特点以外,每一个系列的 ARM 微处理器都 有各自的特点和应用领域。- ARM7系列- ARM9系列- ARM9E系列- ARM10E系列- SecurCore系列- Inter的 Xscale- Inter的 StrongARM- 8 -其中, ARM7、 ARM9、 ARM9E 和 ARM10

27、为 4个通用处理器系列,每一个系列提 供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。 SecurCore 系列专门为安全 要求较高的应用而设计。(1 RISC 体系结构到目前为止, RISC 体系结构也还没有严格的定义,一般认为, RISC 体系结 构应具有如下特点:-采用固定长度的指令格式,指令归整、简单、基本寻址方式有 23种。 -使用单周期指令,便于流水线操作执行。-大量使用寄存器,数据处理指令只对寄存器进行操作,只有加载 / 存储 指令可以访问存储器,以提高指令的执行效率。除此以外, ARM 体系结构还采用了一些特别的技术, 在保证高性能的前提下 尽量缩小芯片的面积,并降低功耗:-所有

28、的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行,从而提高指令的 执行效率。-可用加载 /存储指令批量传输数据,以提高数据的传输效率。-可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理。-在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。当然,和 CISC 架构相比较,尽管 RISC 架构有上述的优点,但决不能认为 RISC 架构就可以取代 CISC 架构,事实上, RISC 和 CISC 各有优势,而且界限并 不那么明显。现代的 CPU 往往采用 CISC 的外围,内部加入了 RISC 的特性,如 超长指令集 CPU 就是融合了 RISC 和 CISC 的优势,成为未来的 CPU 发展方向之 一。-

29、9 -(2 ARM 微处理器的寄存器结构ARM 处理器共有 37个寄存器,被分为若干个组(BANK ,这些寄存器包括: - 31个通用寄存器,包括程序计数器(PC 指针 ,均为 32位的寄存器。- 6个状态寄存器,用以标识 CPU 的工作状态及程序的运行状态,均为 32位,目前只使用了其中的一部分。同时, ARM 处理器又有 7种不同的处理器模式, 在每一种处理器模式下均有 一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下,可访问的寄存器包 括 15个通用寄存器(R0R14 、一至二个状态寄存器和程序计数器。在所有的 寄存器中,有些是在 7种处理器模式下共用的同一个物理寄存器,而有些寄存 器

30、则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器。关于 ARM 处理器的寄存器结构,在后面的相关章节将会详细描述。(3 ARM 微处理器的指令结构ARM 微处理器的在较新的体系结构中支持两种指令集:ARM 指令集和 Thumb 指令集。其中, ARM 指令为 32位的长度, Thumb 指令为 16位长度。 Thumb 指令 集为 ARM 指令集的功能子集,但与等价的 ARM 代码相比较,可节省 30%40%以上的存储空间,同时具备 32位代码的所有优点。关于 ARM 处理器的指令结构,在后面的相关章节将会详细描述。鉴于 ARM 微处理器的众多优点,随着国内外嵌入式应用领域的逐步发展, ARM 微处

31、理器必然会获得广泛的重视和应用。 但是, 由于 ARM 微处理器有多达十 几种的内核结构,几十个芯片生产厂家,以及千变万化的内部功能配置组合, 给开发人员在选择方案时带来一定的困难,所以,对 ARM 芯片做一些对比研究 是十分必要的。以下从应用的角度出发,对在选择 ARM 微处理器时所应考虑的 主要问题做一些简要的探讨。- 10 -(1 ARM 微处理器内核的选择从前面所介绍的内容可知, ARM 微处理器包含一系列的内核结构, 以适应不 同的应用领域,用户如果希望使用 WinCE 或标准 Linux 等操作系统以减少软件 开发时间,就需要选择 ARM720T 以上带有 MMU (Memory

32、Management Unit 功能 的 ARM 芯片, ARM720T 、 ARM920T 、 ARM922T 、 ARM946T 、 Strong-ARM 都带有 MMU 功能。而 ARM7TDMI 则没有 MMU ,不支持 Windows CE和标准 Linux ,但目前有 uCLinux 等不需要 MMU 支持的操作系统可运行于 ARM7TDMI 硬件平台之上。事实 上, uCLinux 已经成功移植到多种不带 MMU 的微处理器平台上, 并在稳定性和其 他方面都有上佳表现。本书所讨论的 S3C4510B 即为一款不带 MMU 的 ARM 微处理器,可在其上运行 uCLinux 操作系

33、统。(2系统的工作频率系统的工作频率在很大程度上决定了 ARM 微处理器的处理能力。 ARM7系列 微处理器的典型处理速度为 0.9MIPS/MHz,常见的 ARM7芯片系统主时钟为 20MHz-133MHz , ARM9系列微处理器的典型处理速度为 1-1MIPS/MHz, 常见的 ARM9的系统主时钟频率为 100MHz-233MHz , ARM10最高可以达到 700MHz 。 不同芯片对 时钟的处理不同,有的芯片只需要一个主时钟频率,有的芯片内部时钟控制器 可以分别为 ARM 核和 USB 、 UART 、 DSP 、音频等功能部件提供不同频率的时钟。(3芯片内存储器的容量大多数的 A

34、RM 微处理器片内存储器的容量都不太大,需要用户在设计系统 时外扩存储器,但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间,如 ATMEL 的 AT91F40162就具有高达 2MB 的片内程序存储空间,用户在设计时可考虑选用这 种类型,以简化系统的设计。(4片内外围电路的选择除 ARM 微处理器核以外,几乎所有的 ARM 芯片均根据各自不同的应用领域, 扩展了相关功能模块,并集成在芯片之中,我们称之为片内外围电路,如 USB- 11 -接口、 IIS 接口、 LCD 控制器、键盘接口、 RTC 、 ADC 和 DAC 、 DSP 协处理器等, 设计者应分析系统的需求,尽可能采用片内外围电路完成所需的

35、功能,这样既 可简化系统的设计,同时提高系统的可靠性。2.2系统框图模型单片机开始需将无线数据传输模块 TRF4900设置处于接收状态,通过串口 中断识别由 PC 机通过无线信道传输来的指令,根据接收指令的内容采集数据并 启 动发送。发送前需将 TRF4900模块设置为发射状态,且等待 5 ms才可发送, 发送完毕后,向 PC 机端发送“发送结束指令”,并将 TRF4900模块重设为接收 状态。- 12 -图 2-1系统软件设计流程图。1. 从零电平开始,交替发送 /停止宽度为 0.6毫秒的信号,数量为单数个, 最少要有 2个,发送完后信号电平自然回到高电平 , 这里 , 我称该组信号为 前导

36、 - 13 -信号 , 用来清除 零电平干扰 . 前导信号的第一个信号很可能会丢失 , 但其设计 目的本来就是用 来丢失的 , 所以无须关心接收方实际收到的数量 , 该信号在接 收方接收时只要收到一个即可 .2. 发送一个宽脉冲 , 作为数据引导 , 指示下一个信号将是数据正文 . 由于有 前导信号保护 , 该信号不会丢失 .3. 发送数据正文的各个位 , 低位在前 , 从 bit0开始 , 位的值为 0时发送 0.6毫秒信号 , 值为 1时发送 1.2毫秒脉冲 . 这里要再次说明 , 所谓 发送信号 , 并不 等于发送射频信号 , 关闭射频同样是发送信号 .4. 发送一个宽脉冲 , 作为结束

37、信号 , 表示数据发送完毕 , 脉冲结束后射频信 号正好自然转为停止发送 , 即零电平 .- 14 -第三章 系统硬件设计3.1 无线射频芯片 TRF4900的介绍无线数字发射电路采用无线发射芯片 TRF4900。 TRF4900是 TI 公司生产的、 单片集成的、低价格的、能提供完全功能的多通道 FSK 发射接收器。芯片能满 足在欧洲 868 MHz频带和北美 915 MHz ISM频带的线性 (FM或者数字(FSK 发 射应用。单片发射器芯片工作电压 2.23.6 V,典型发射功率为 7 dBm,并具 有低的功率消耗。 24位直接数字合成器有 11位 DAC ,合成器有大约 230 Hz的

38、 通道空间,允许窄带和宽带应用。两个完全可编程工作模式 -模式 0和模式 1, 允许非常快地在两个预先编程的设置之间转换(例如发射频率 0或者发射频率 1 。芯片内集成压控振荡器(VCO 、锁相环(PLL 和基准振荡器,仅需要极少 的外部元件即可构成一个完整的发射电路。 TRF4900通过串行接口连接到 TI MSP430微控制器。发射器的每一个功能块能够通过串行接口编程设置其功能。 TRF4900应用电路如图 3-1所示。- 15 - 图 3-1 TRF4900应用电路 串行接口时序图 如图 3-2 图 3-2串行接口时序图- 16 -在 CLOCK 信号的每一个上升沿, DATA 引脚端上

39、的逻辑值被写入 24位的移位 寄存器。设置 STROBE 端为高电平,编程的信息被装入选择的锁存器。当 STROBE 信号为高时, DATA 和 CLOCK 线必须为低。因此, STROBE 与 CLOCK 的信号是不同 步的。串行接口能被编程工作在有效状态或者睡眠状态(待机模式 。3.2 高性能 ARM (LPC2124芯片介绍(1概述LPC2114/2124/2212/2214是基于一个支持实时仿真和跟踪的 16/32位 ARM7TDMI-STMCPU 的微控制器,并带有 128/256 k 字节 (kB嵌入的高速 Flash 存 储器。 128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32位

40、代码能够在最大时钟 速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用 16位 Thumb 模式将代码规模 降低超过 30%,而性能的损失却很小。由于 LPC2114/2124/2212/2214较小的 64和 144脚封装、极低的功耗、多 个 32位定时器、 4路 10位 ADC 或 8路 10位 ADC (64脚和 144脚封装以及多 达 9个外部中断使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和 POS 机。在 64脚的封装中,最多可使用 46个 GPIO 。在 144脚的封装中,可使用的 GPIO 高达 76(使用了外部存储器112个(单片应用 。由于内置了宽范围的 串行通信接口,它们也非常

41、适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软 modern 以 及其它各种类型的应用。(2特性16/32位 64/144脚 ARM7TDMI-S 微控制器。16K 字节静态 RAM 。128/256K字节片内 Flash 程序存储器 (在工作温度范围内, 片内 Flash 存储器至少可擦除和写 10,000次 。 128位宽度接口 /加速器实现高达 60MHz 的操作频率。- 17 -外部 8、 16或 32位总线(144脚封装 。片内 Boot 装载程序实现在系统编程 (ISP 和在应用中编程 (IAP 。 Flash 编程时间:1ms 可编程 512字节,扇区擦除或整片擦除只需 400ms 。Em

42、beddedICE-RT 接 口 使 能 断 点 和 观 察 点 。 当 前 台 任 务 使 用 片 内 RealMonitor 软件调试时,中断服务程序可继续执行。嵌入式跟踪宏单元 (ETM 支持对执行代码进行无干扰的高速实时跟踪。 4/8路(64/144脚封装 10位 A/D转换器,转换时间低至 2.44us 。2个 32位定时器 (带 4路捕获和 4路比较通道 、 PWM 单元 (6路输出 、 实时时钟和看门狗。多个串行接口,包括 2个 16C550工业标准 UART 、高速 I2C 接口(400 kbit/s和 2个 SPI 接口。通过片内 PLL 可实现最大为 60MHz 的 CPU

43、 操作频率。向量中断控制器。可配置优先级和向量地址。多达 46个(64脚封装或 112个(144脚封装通用 I/O口(可承受 5V 电压 , 12个独立外部中断引脚(EIN 和 CAP 功能 。片内晶振频率范围:130 MHz。2个低功耗模式:空闲和掉电。通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。可通过个别使能 /禁止外部功能来优化功耗。双电源-CPU 操作电压范围:1.651.95 V(1.8 V+/-8.3%- 18 -I/O操作电压范围:3.03.6 V(3.3 V+/-10%(3器件信息 (4结构概述LPC2114/2124/2212/2214包含一个支持仿真的 ARM7TDMI-S CP

44、U、与片内存 储器控制器接口的 ARM7局部总线、 与中断控制器接口的 AMBA 高性能总线 (AHB 和连接片内外设功能的 VLSI 外设总线(VPB , ARM AMBA总线的兼容超集 。 LPC2114/2124/2212/2214将 ARM7TDMI-S 配置为小端(little-endian 字节顺 序。AHB 外设分配了 2M 字节的地址范围, 它位于 4G 字节 ARM 存储器空间的最顶 端。每个 AHB 外设都分配了 16k 字节的地址空间。 LPC2114/2124/2212/2214的 外设功能(中断控制器除外都连接到 VPB 总线。 AHB 到 VPB 的桥将 VPB 总

45、线与 AHB 总线相连。 VPB 外设也分配了 2M 字节的地址范围,从 3.5GB 地址点开始。 每个 VPB 外设在 VPB 地址空间内都分配了 16k 字节地址空间。片内外设与器件管脚的连接由管脚连接模块控制。该模块必须由软件进行 控制以符合外设功能与管脚在特定应用中的需求。(5 ARM7TDMI-S 处理器ARM7TDMI-S 是通用的 32位微处理器,它具有高性能和低功耗的特性。 ARM 结构是基于精简指令集计算机 (RISC原理而设计的。指令集和相关的译码机制- 19 -比复杂指令集计算机要简单得多。这样使用一个小的、廉价的处理器核就可实 现很高的指令吞吐量和实时的中断响应。由于使

46、用了流水线技术,处理和存储系统的所有部分都可连续工作。通常 在执行一条指令的同时对下一条指令进行译码,并将第三条指令从存储器中取 出。ARM7TDMI-S 处理器使用了一个被称为 THUMB 的独特结构化策略,它非常适 用于那些对存储器有限制或者需要较高代码密度的大批量产品的应用。 在 THUMB 后面一个关键的概念是“超精简指令集” 。基本上, ARM7TDMI-S 处理器具有两个 指令集:标准 32位 ARM 指令集16位 THUMB 指令集THUMB 指令集的 16位指令长度使其可以达到标准 ARM 代码两倍的密度,却 仍然保持 ARM 的大多数性能上的优势,这些优势是使用 16位寄存器

47、的 16位处 理器所不具备的。因为 THUMB 代码和 ARM 代码一样,在相同的 32位寄存器上进 行操作。THUMB 代码仅为 ARM 代码规模的 65%,但其性能却相当于连接到 16位存储 器系统的相同 ARM 处理器性能的 160%。(6片内 FLASH 程序存储器LPC2114/2212集成了一个 128K ,而 LPC2124/2214集成了 256K 的 FLASH 存 储器系统。该存储器可用作代码和数据的存储。对 FLASH 存储器的编程可通过 几种方法来实现:通过内置的串行 JTAG 接口, 通过在系统编程 (ISP 和 UART0, 或通过在应用编程(IAP 。使用在应用编

48、程的应用程序也可以在应用程序运行 时对 FLAH 进行擦除和 /或编程,这样就为数据存储和现场固件的升级都带来了 极大的灵活性。(7片内静态 RAM- 20 -LPC2114/2124/2212/2214含有 16kB 的静态 RAM ,可用作代码和 /或数据的 存储。 SRAM 支持 8位、 16位和 32位访问。SRAM 控制器包含一个回写缓冲区,它用于防止 CPU 在连续的写操作时停止 运行。回写缓冲区总是保存着软件发送到 SRAM 的最后一个字节。该数据只有在 软件请求下一次写操作时才写入 SRAM (数据只有在软件执行另外一次写操作时 被写入 SRAM 。如果发生芯片复位,实际的 S

49、RAM 内容将不会反映最近一次的写 请求(即:在一次“热”芯片复位后, SRAM 不会反映最后一次写入的内容 。任 何在复位后检查 SRAM 内容的程序都必须注意这一点。通过对一个单元执行两次 相同的写操作可保证复位后数据的写入。或者,也可通过在进入空闲或掉电模 式前执行虚写(dummy write操作来保证最后的数据在复位后被真正写入到 SRAM 。系统控制模块包括几个系统特性和控制寄存器,这些寄存器具有众多与特 定外设器件无关的功能。它们包括:晶体振荡器外部中断输入存储器映射控制PLL功率控制复位VPB 分频器唤醒定时器每种类型的功能都有其自身的寄存器,不需要的位则定义为保留位。为了 满足

50、将来扩展的需要,无关的功能不共用相同的寄存器地址。- 21 -(1管脚描述 (2寄存器描述所有寄存器不管规格大小都以字地址作为边界。这些寄存器的详细信息见 相关功能的描述。 - 22 -(3晶体振荡器当 1MHz 50MHz 频率范围内的一个占空比因数为 50-50的信号从 XTAL1脚 输入到 LPC2114/2124/2212/2214时, 微控制器的内部振荡电路支持 1MHz 30MHz 的外部晶体。如果片内 PLL 系统或引导装载程序被使用,输入时钟频率将被限 制到 10MHz 25MHz 。振荡器输出频率称为 FOSC , 为了便于频率等式的书写及本文档的描述, ARM- 23 -

51、处理器时钟频率称为 cclk 。 FOSC 和 cclk 的值相同,除非 PLL 运行连接。详见 PLL 一节。 LPC2114/2124/2212/2214的振荡器可工作在两种模式下:从属模式 和振荡模式。中断控制器(VIC (1特性ARM PrimeCellTM向量中断控制器32个中断请求输入16个向量 IRQ 中断16个优先级,可动态分配给中断请求软件中断产生(2描述向量中断控制器(VIC 具有 32个中断请求输入,可将其编程分为 3类: FIQ 、向量 IRQ 和非向量 IRQ 。可编程分配机制意味着不同外设的中断优先级可 以动态分配并调整。 快速中断请求 (FIQ 要求具有最高优先级

52、。 如果分配给 FIQ 的请求多于 1个, VIC 将中断请求“相或”后向 ARM 处理器产生 FIQ 信号。当只 有一个中断被分配为 FIQ 时可实现最短的 FIQ 等待时间,因为 FIQ 服务程序只 要简单地启动器件的处理就可以了。但如果分配给 FIQ 级的中断多于 1个, FIQ 服务程序从 VIC 中读出一个字来识别产生中断请求的 FIQ 中断源是哪一个。向量 IRQ 具有中等优先级。该级别可分配 32个请求中的 16个。 32个请求 中的任意一个都可分配到 16个向量 IRQ slot中的任意一个,其中 slot0具有 最高优先级,而 slot15则为最低优先级。非向量 IRQ 的优

53、先级最低。VIC 将所有向量和非向量 IRQ “相或”向 ARM 处理器产生 IRQ 信号。 IRQ 服 务程序可通过读取 VIC 的一个寄存器立即启动并跳转到相应地址。如果有任意- 24 -一个向量 IRQ 发出请求, VIC 则提供最高优先级请求 IRQ 服务程序的地址, 否则 提供所默认程序的地址。该默认程序由所有非向量 IRQ 共用。默认程序可读取 另一个 VIC 寄存器以确定哪个 IRQ 被激活。GPIO(1特性单个位的方向控制单独控制输出的置位和清零所有 I/O口在复位后默认为输入(2应用通用 I/O口驱动 LED 或其它指示器控制片外器件检测数字输入(3管脚描述 - 25 - 2

54、6 - GPIO 输出置位寄存器(IO0SET-0xE0028004, IO1SET 0xE0028014, O2SET 0xE0028024, IO3SET 0xE0028034当管脚配置为 GPIO 输出模式时,可使用 该寄存器从管脚输出高电平。写入 1使对应管脚输出高电平。写入 0无效。如 果一个管脚被配置为输入或第二功能,写 IOSET 无效。读 IOSET 寄存器返回 GPIO 输出寄存器中的值。该值由前一次对 IOSET 和 IOCLR (或前面提到的 IOPIN 的写操作决定。该值不反映任何外部环境对管脚 的影响。表 3-5 GPIO输出置位寄存器(IO0SET-0xE00280

55、04, IO1SET GPIO 输出清零寄存器(IO0CLR-0xE002800C , IO1CLR 0xE002801C , IO2CLR 0xE002802C , IO3CLR 0xE002803C 当管脚配置为 GPIO 输出模式时,可使用 该寄存器从管脚输出低电平。写入 1使对应管脚输出低电平并清零 IOSET 寄存 器中相应的位。写入 0无效。如果一个管脚被配置为输入或第二功能,写 IOCLR 无效。表 3-6 GPIO输出清零寄存器(IO0CLR-0xE002800C , IO1CLR 0xE002801C,IO2CLR 0xE002802C , IO3CLR 0xE002803C

56、 GPIO 方向寄存器(IO0DIR-0xE0028008, IO1DIR 0xE0028018,IO2DIR 0xE0028028,IO3DIR 0xE0028038当管脚配置为 GPIO 模式时,可使用该寄存 器控制管脚的方向。任意管脚的方向位的设置必须与管脚功能一致。表 3-7 GPIO方向寄存器(IO0DIR-0xE0028008, IO1DIR 0xE0028018, (4 GPIO 使用注意事项如果指定输出管脚在 GPIO 输出置位寄存器(IOnSET 和 GPIO 输出清零寄 存器(IOnCLR 中的对应位都置位,那么管脚的输出电平取决于后写入的寄存 器的值。例如:IO0SET=0x0000 0080IO0CLR=0x0000 0080P0.7输出电平为低, 因为写 GPIO 清零寄存器在写置位寄存器之后。 如果在 应用中要求在特定的并行口上瞬时出现 0和 1,可直接通过访问相应