ARM7TDMI微處理器和液晶顯示模塊的接口及應(yīng)用

   當(dāng)前許多應(yīng)用領(lǐng)域都采用無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在無線抄表、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、天線遙控、計(jì)算機(jī)遙測遙控，醫(yī)療衛(wèi)生自動化、家庭自動化、安防、汽車儀表數(shù)據(jù)讀取等各方面無線射頻數(shù)傳模塊都有廣泛的應(yīng)用。

       1 射頻數(shù)傳模塊開發(fā)平臺的構(gòu)建

       建立軟硬件開發(fā)平臺是模塊開發(fā)的首要任務(wù)，比較了幾種射頻數(shù)傳模塊方案，最后決定采用由LPC900系列FLASH單片機(jī)和CC1000射頻傳輸芯片為主芯片的開發(fā)方案。

       1.1 主芯片簡介

       LPC2900 FLASH單片機(jī)是Philips公司推出的一款高性能、微功耗(完全掉電模式功耗低于1μA)、高速率(6倍于普通51單片機(jī))、小封裝的5l內(nèi)核單片機(jī)，主要集成了字節(jié)方式的I2C總線、SPI總線、增強(qiáng)型UART接口、比較器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、E2PROM，AD/DA轉(zhuǎn)換器、ISP／IAP在線編程和應(yīng)用中編程等一系列有特色的功能部件，可滿足各種對成本、線路板空間有限制而又要求高性能、高可靠性的應(yīng)用。根據(jù)性能、成本等各方面因素我們選擇了該系列的LPC922。

       CC1000是基于Chipcon公司的Smart RF技術(shù)制造的可編程、半雙工超高頻單片收發(fā)器芯片，電路工作在ISM頻段(300～1 000 MHz)。通過串行接口編程，其主要的工作參數(shù)能夠根據(jù)不同應(yīng)用場合需要靈活方便地設(shè)定。同時(shí)其靈敏度可達(dá)-109 dBm，可編程輸出功率-20～10 dBm，F(xiàn)SK調(diào)制數(shù)據(jù)率最高可達(dá)76.8 kBaud，可在2.7～3.3 V低電源工作。非常適合應(yīng)用于ISM(工業(yè)、科學(xué)及醫(yī)療)方面以及SRD(短距離通信)。

       1.2 開發(fā)平臺構(gòu)建

       LPC900系列單片機(jī)提供了較為完善的軟硬件開發(fā)工具，在系統(tǒng)開發(fā)中采用TKS932仿真器，用于系統(tǒng)的仿真、調(diào)試。該仿真器支持目前流行的KEILC公司的μVisionⅡ集成開發(fā)環(huán)境。

       通過自行設(shè)計(jì)的射頻模塊開發(fā)板以及附加一些輔助電路，配合TKS932仿真器及軟件開發(fā)工具μVisionⅡ，構(gòu)成的射頻數(shù)傳模塊開發(fā)平臺的框圖如圖1所示。

       PC機(jī)的COM1口與TKS932仿真器進(jìn)行通信，對模塊軟件進(jìn)行軟、硬件仿真。COM2口則與LPC922進(jìn)行通訊，一方面可以把軟件調(diào)試信息更加直觀地反映出來，配合軟件調(diào)試；另一方面可以通過該串口接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)到射頻模塊。

       2 軟件開發(fā)及調(diào)試

       2.1 數(shù)傳模塊軟件基本結(jié)構(gòu)說明

       射頻傳輸芯片CCl000具有3種狀態(tài)：IDEL(空閑)，RX(接收數(shù)據(jù))，TX(發(fā)送數(shù)據(jù))。整體上看，這是個(gè)具有3種狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)模型，狀態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)換見圖2。模塊主程序除了完成基本的芯片初始化工作外，程序的運(yùn)行主要是根據(jù)在CC1000的DCLK管腳產(chǎn)生的中斷，由中斷管理程序進(jìn)行狀態(tài)檢測及切換，并執(zhí)行相應(yīng)的中斷操作。

       2.2 軟件調(diào)試開發(fā)中遇到的問題分析

       該開發(fā)平臺采用的軟件開發(fā)環(huán)境為μVisionⅡ。該環(huán)境內(nèi)嵌多種符合當(dāng)前工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立和管理、編譯、連接、目標(biāo)代碼的生成，軟件仿真，硬件仿真等完整的開發(fā)流程。尤其C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，在開發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。即使不使用C語言而僅用匯編語言編程，其方便的集成環(huán)境、強(qiáng)大的軟件仿真調(diào)試工具也會令開發(fā)進(jìn)度大大加快。但是其開發(fā)環(huán)境又有其自身的特色，需要對其中一些特殊的問題加以考慮。下面是對軟件開發(fā)中遇到的幾個(gè)典型問題的具體討論和研究。 2.2.1 程序中的關(guān)鍵字

       在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)不能使用C51編譯器的關(guān)鍵字來定義變量名或者函數(shù)名。C51是區(qū)別大、小字母的，而關(guān)鍵字都是小寫字母。

例如：void writeToCC1000Register(char addr，char data)。該函數(shù)定義從字面上看沒有問題，但在編譯時(shí)均指示錯(cuò)誤，查看C51關(guān)鍵字有關(guān)目錄，查出原因在于變量參數(shù)data為其關(guān)鍵字，造成了編譯時(shí)的錯(cuò)誤。

       下面列出了一些常用的關(guān)鍵字，在程序設(shè)計(jì)時(shí)定義變量或函數(shù)名時(shí)應(yīng)特別注意避免使用：

_at_，alien，bdata，bit，code，data，idata，large，pdata，sbit，sfr，sfrl6，smal，task，using，xdata，priority。

       2.2.2 BIT和SBIT的區(qū)別和全局變量、局部變量的使用

       在程序中有關(guān)位操作時(shí)必然要涉及到2種數(shù)據(jù)類型，bit和sbit。這2種數(shù)據(jù)類型的使用應(yīng)注意區(qū)別。[!--empirenews.page--]

       bit主要用位變量操作。sbit雖然也是用于位變量的操作，但其使用范圍較bit更廣泛。sbit不僅可以用于定義可位尋址寄存器的各個(gè)位，使我們可以對寄存器進(jìn)行位操作，sbit的另一個(gè)重要作用在于構(gòu)建類似于共用體數(shù)據(jù)類型，這種數(shù)據(jù)類型在LPC922與CC1000的串行／并行數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換中起著重要的作用。例如：

unsigned char bdata myDatas2；／／定義一個(gè)可位尋址的全局變量
／／定義變量的各個(gè)位
sbit cDatas0=myDatas2＾O；
sbit cDatasl="myDatas2"＾l；
sbit cDatas2=myDatas2＾2；
sbit cDatas3=myDatas2＾3；
sbit eDatas4=myDatas2＾4；
sbit eDatas5=myDatas2＾5；
sbit cDatas6=myDatas2＾6；
sbit cDatas7=myDatas2＾7；

       在這里myDatas2既可以作為一個(gè)8位的變量使用，同時(shí)各個(gè)位也可以單獨(dú)使用，這在串／并數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的場合是很有用的。特別需要注意的是，myDatas2這個(gè)可位尋址變量必須以全局變量的形式予以定義，如果定義為局部變量，編譯器也將產(chǎn)生錯(cuò)誤。

       2.2.3 UART通訊和函數(shù)調(diào)用

       在進(jìn)行硬件仿真時(shí)，需要進(jìn)行LPC922與PC機(jī)之間的UART串行通信，這樣可以把有關(guān)調(diào)試信息直觀地顯示在超級終端上。初期一直存在無法通信問題，為此調(diào)試了有關(guān)串口讀寫的底層代碼，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行了修正。

       原來的單片機(jī)與PC機(jī)串口通訊寫程序如下：

    
 
       原來的UART寫字符串函數(shù)writeln是通過調(diào)用putchar函數(shù)來進(jìn)行的，但在硬件仿真時(shí)一直出錯(cuò)，當(dāng)把這部分程序單獨(dú)分離出來進(jìn)行仿真時(shí)，卻未出現(xiàn)問題。后來分析考慮推想可能原因是：C51由于內(nèi)部堆?？臻g的限制，在函數(shù)調(diào)用時(shí)，提供的是一種壓縮棧，每個(gè)過 程被給定一個(gè)空間用于存放局部變量，過程中的每個(gè)變量都存放在這個(gè)空間的固定位置，當(dāng)多重調(diào)用或者遞歸調(diào)用這個(gè)過程時(shí)，會導(dǎo)致變量被覆蓋而出錯(cuò)。此時(shí)應(yīng)把該函數(shù)定義為可重入函數(shù)，但是再入函數(shù)因?yàn)橐鲆恍┨厥獾奶幚?，一般運(yùn)行起來都比較慢。在這個(gè)程序中寫UART操作對函數(shù)putchar調(diào)用時(shí)，程序的其他部分也在調(diào)用該函數(shù)，覆蓋了傳遞給putchar函數(shù)的參數(shù)，導(dǎo)致程序運(yùn)行出錯(cuò)。于是對程序做了修改如下：

      
       修改過的程序與原來程序差別在于不再進(jìn)行putchar函數(shù)調(diào)用，而直接進(jìn)行有關(guān)操作。修改后再進(jìn)行硬件仿真，問題得到了很好的解決。在讀寫CC1000寄存器的操作中，也遇到了類似的問題，通過修改函數(shù)的調(diào)用，問題都得到了解決。由此可以看到，LPC900單片機(jī)由于內(nèi)部堆棧資源有限，在程序設(shè)計(jì)時(shí)當(dāng)發(fā)現(xiàn)程序運(yùn)行異常時(shí)，應(yīng)特別注意函數(shù)調(diào)用帶來的問題。當(dāng)然出現(xiàn)這個(gè)問題還可能會有其他方面的原因，需要進(jìn)一步的進(jìn)行分析研究。 

   2.2.4 看門狗

       在進(jìn)行軟件仿真時(shí)，一直出現(xiàn)程序復(fù)位跳轉(zhuǎn)現(xiàn)象，根據(jù)斷點(diǎn)追蹤，分析了該問題與程序運(yùn)行的時(shí)間因素有關(guān)。查看有關(guān)LPC900芯片資料，著重對其看門狗部分進(jìn)行了研究。

       當(dāng)系統(tǒng)處于一些比較惡劣環(huán)境(工控、底層采集等)，如果系統(tǒng)的抗干擾沒有做好，則容易出現(xiàn)"死機(jī)"現(xiàn)象，這時(shí)硬件電路并沒有損壞，只是內(nèi)部程序運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤，必須復(fù)位才能恢復(fù)，這時(shí)可用"看門狗"來解決問題?？撮T狗定時(shí)器子系統(tǒng)可通過復(fù)位使系統(tǒng)從錯(cuò)誤的操作中恢復(fù)。但是任何事情都有其兩面性，當(dāng)軟件沒能在定時(shí)器溢出之前將其清零或者重新賦值，看門狗定時(shí)器就會導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生一次復(fù)位，從而產(chǎn)生錯(cuò)誤。

       仿真開發(fā)板上采用的是LPC922，因此對其復(fù)位時(shí)的有關(guān)看門狗的寄存器進(jìn)行了具體分析，最后發(fā)現(xiàn)問題是由于沒有在一定的時(shí)間內(nèi)及時(shí)對看門狗進(jìn)行重新的配置參數(shù)造成的。通過對WDCON，WDL，WFEED1，WFEED2這4個(gè)與看門狗有關(guān)的寄存器進(jìn)行合理配置，很好地解決
了程序復(fù)位問題。

       2.2.5 LPC900讀操作和CC1000寄存器讀寫

       LPC900系列單片機(jī)通常也具有51單片機(jī)的一些特點(diǎn)，在使用時(shí)也應(yīng)注意。當(dāng)其I／O口作為輸入口使用時(shí)，有2種工作方式，即讀端口和讀引腳。讀端口實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)，而只是把端口鎖存器的內(nèi)容讀到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運(yùn)算或者變換后，再寫回到端口鎖存器。

       讀引腳時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。這時(shí)要先通過指令，把端口鎖存器置1，然后再進(jìn)行讀引腳操作，否則就可能讀錯(cuò)。在LPC922讀寫CC1000寄存器過程中涉及到有關(guān)讀引腳操作問題，應(yīng)區(qū)別這2種工作方式，避免錯(cuò)誤。

       3 結(jié)語

       在本文介紹的開發(fā)平臺上利用LPC900系列單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了根據(jù)不同的應(yīng)用需要對射頻模塊上CC1000寄存器進(jìn)行有效的參數(shù)讀寫配置控制，初步達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該模塊經(jīng)過進(jìn)一步改進(jìn)可以用于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)戎T多領(lǐng)域。對軟件開發(fā)中所遇到問題的分析討論，在LPC900系列單片機(jī)的應(yīng)用開發(fā)中也具有較廣泛的實(shí)際意義。