嵌入式实验指导书 (修改6)20161025

嵌入式系统技术及应用实验指导书

（第3版）

郑普亮编写

西安建筑科技大学信控学院

智能建筑与楼宇自动化实验室

2014年5月

目录

1 课程简介、实验项目及学时安排 (1)

1.1 课程简介 (1)

1.2 实验项目及学时安排 (1)

2 实验仪器仪表设备简介 (2)

2.1 嵌入式系统实验箱 (2)

2.2 其它实验设备 (2)

3 嵌入式系统技术及应用课程实验 (3)

3.1 实验1 系统认识实验 (3)

3.2 实验2 定时器实验 (10)

3.3 实验3 PWM发生器实验 (14)

3.4 实验4 16*16 LED点阵显示汉字实验 (16)

1 课程简介、实验项目及学时安排

1.1 课程简介

嵌入式系统广泛应用于仪器仪表、工业控制、汽车电子等多个领域，是一个综合性的快速发展的技术方向。课程以ARM Cortex-M3系列处理器为主，着重介绍了嵌入式系统设计的基本概念、基于ARM处理器的体系结构、ARM微处理器的编程模型与指令系统、嵌入式操作系统及相关的接口技术。

通过对本课程的学习，能够使学生深刻了解ARM处理器的工作原理，熟练掌握ARM 微处理器的指令系统，以及嵌入式系统软硬件设计基本方法，进而加强学生独立设计能力和创新能力的培养。

1.2实验项目及学时安排

本课程的实验目的是使学生掌握ARM指令系统及基于C语言和驱动程序库的程序设计方法，掌握ARM微处理器各组成部分工作原理及应用，培养学生对ARM微处理器的应用程序与硬件电路的设计能力，提高学生分析和解决实际问题的能力，从而为学生今后走向工作岗位、从事相关专业领域的科学研究和技术开发打下扎实的基础。所以安排了验证性、设计性和综合性不同属性的实验项目。

注：实验项目根据实验教学安排选取。

2 实验仪器仪表设备简介

2.1嵌入式系统实验箱

EL-EMCU-I型教学实验系统是属于一种综合的教学实验系统，该系统支持8位的8051 / C8051F021等型号、16位的MSP430系列/ A VR系列以及基于Cortex-M3内核的32位群星系列ARM处理器，实现了多模块的应用实验。在实验板上有丰富的外围扩展资源，可以完成基于CPU硬件资源的基础性实验、多种串行总线类实验以及CAN总线实验等等。实验箱底板的平面框图如下图2.1所示：

2.2 其它实验设备

微型计算机Aspire T135、数字万用表、数字示波器。

3嵌入式系统技术及应用课程实验

3.1 实验1 系统认识实验

一、实验目的

1.了解Cortex-M3的GPIO使用及其相关的API函数；

2.掌握Cortex-M3读取GPIO引脚状态的方法。

3.掌握Cortex-M3的GPIO引脚输出控制的方法。

二、实验原理、内容及步骤

实验原理

1、GPIO开关量输入

将GPIO连接数字开关量对应的管脚设置在输入状态；然后，写一个循环，不停地去检测输入引脚的状态。

2、GPIO输出驱动继电器（或光电隔离器）

将相关的GPIO设置成输出状态，并且要注意配置输出的驱动电流大小；然后，写一个循环，依次输出变化的高低电平，从而控制继电器及光电隔离器的关断与打开。

实验内容：

1.编程实现读取GPIO引脚上对应的开关量状态，改变开关量，观察能否成功读回；

2.编程实现Cortex-M3的GPIO引脚驱动继电器及光电隔离器，观察继电器的动作以及发光管的亮灭变化；

实验步骤：1）在PC机上打开IAR环境，并打开“源程序”文件夹GPIO_INandOUT 的工程文件GPIO_In_Out.ewp，并按图3.1至图3.8完成环境设置，并完善程序，然后编译程序，并生成可执行文件GPIO_In_Out.elf。

2）打开PC机上的Proteus环境，并打开“仿真电路”文件夹中的设计文件“实验1.DSN”。双击MCU图标，按图3.9所示，指定程序文件GPIO_In_Out.ewp后，开始仿真。然后拨动开关，观察输入高低电平时继电器、光耦以及其他GPIO的状态变化。

图3.1

图3.1中，在Workspace窗口中一定要先选中工程名，然后再选择Project->Options。

图3.2

因为在Proteus中，提供的Luminary Cortex-M3芯片型号有限，结合实验要实现的功能，此处选择LM3S317。

图3.3

图3.4

图3.5

图3.6

图3.7

图3.8

图3.9

三、实验仪器设备及实验注意事项

1.实验设备：计算机。

2.实验前必须做好预习，并做出必要的计算和记录用的表格；

3.实验开始前先检查仪器设备是否完好；

4.实验中如发现异常（如冒烟、异味、冒火等非正常现象），应立即切断电源，并报告指导教师，仔细查找原因，问题解决后，方可继续进行实验；

5.实验完毕应先关掉电源，将所用仪器设备恢复原貌，并清理卫生后方可离开。

四、实验报告要求

1.GPIO的工作原理；

2.写出创建新工程的步骤；

3.写出采用API函数和驱动库，进行GPIO输入输出驱动的步骤；

4.实验中存在的问题及其处理方法；

5.收获和体会。

五、预习要求及思考题

预习要求

1.GPIO的工作原理；

2.GPIO库函数；

思考题

1.GPIO的推挽输出和开漏输出在应用上有何区别？

2.如何解决开漏模式下上拉电压不足的问题？

3.施密特触发输入有何作用？