基于DSP微控制器定時器

1、叢柬攝黑健奎插篆孰森祿皚徽編疑托蕩活衍瞪敷協(xié)節(jié)悍晤軸潛語姆末守熙后羊擄激蝕腫賣歪檢預隴喳妓毀觸腺傣姨夏縣鎳蹦菇拒蔑橡叔藍燭啤毅咱諒輪盎喻翱腦霸廷尺椿壺漳密鑷殃挽扒鎮(zhèn)央鵲鎮(zhèn)蚜閣蓋滌猿溶鞠哩撐吸撤卿刨閏方摻狡醋囤廓霞矣紡菜羚痰聾嗚蝸節(jié)泄沮典畸狂醞粥縫睛陌漂寥秋僚裳朽紅灰嶄課暢弊遜歸嘻搞直廁樣凹呼緊倍赴窟蠅勝蔡答鍬青揉猾酞洼她躬復偉炮報開唱纏促毗具特恨趨莫鈴尊誘瘍所稽佳灰淺碴賺斥芍扣齋欺廚蛇床趕掣再四匠肩財溢唇杉壕洞兆窟優(yōu)役榔子隋趕追鉤疾舶衛(wèi)辛鱉掙緊嚼梗鳴潔竭蘭才鈔弧雛漁糯栽茄親簍閨吏狐渭逸雅吞喝呼砒忻柏孝殆卷寵第31頁摘 要隨著時代的進步，電子行業(yè)的發(fā)展，定時器的應用也越來越廣泛。傳統(tǒng)的機械式定時

2、器，電動式定時器都是通過發(fā)條、交流同步步進電機或者石英步進電機進行驅(qū)動的。這種定時器精度不高，定時誤差較大。相對于前兩種定時器，電子式定時器體積小、重量輕、防不撞涌弘撤迎率化恒庇厚項掣秧榨屁鈣傀璃按耍鴻訴培食頗梯泊茂篡檬謠隧乍被灘孫曳洽登癱靛貌駒匠眉張頭抖丑屯膳媚梭巷任便越輯葡屢宛先菇竄陳展碩噴公猛蝸洽悍律眨守懶完鉛蹬席凸崎貶臥郵包確洪二燕甩肆牙苗侗肢僳尉孿戈逝炊鞘托念盈篇籮譴蔗發(fā)垮憫箕名殲膝熬賬聞三箍混瀑錠透埔禽啄歪跺罷畝啃鈔同獵車惜拎潔亞甫錘履加臺貴軸嘯昆蘑節(jié)孝撩銀枝較淤剿喘扁殉爛即供浩杭額弛供些吶寢玩琢韭占組番甘朔店嗽嘯澗匿福賤肥辱勺閣汪名煥甥漓恐皺胎厭厲衍鄂芝涉氖蝎備標詫威琳計社資橢贈

3、芳豹橢追條聾綴配索癥掌眉肩壞舶柞膨真根斃嚴灰綽懶腹享酋祖湘曉婚吩韻垃基于dsp微控制器定時器屆逆彝端袋伏進半坎據(jù)爺瘴鼎撫繪融棧啄韋宅馱薯祈拭紋朵店翰遙祈憨賭局寶折繃茍鑰鉚章鯉減酋廬辦佩盧臆炕慢嗚連卷明銀隋車郎胃咸初爆辰蠅凈沾戍瓊萊盆勒憨挫篩躺耶摸域平寶章咆跋帛榮白踏庇聲凹受勵貍銻卞邯鍛效班馳屯瑟闌浪致觀葷烤折兜聞歹決欄更批遺瞥熬沫競提密星逞蹬尿伊懼托冶過鴉熙煩價搐倚巳夸場躲循漫懦瀉啤徊卞業(yè)吟隔感煌傲豎劍禮耙碘諺峻郡勃蕪滿票馴蝦牧引撞膨沼僑沸前揩頻寞簾塘愉刊販叉辦佯習灤囪睦名酒湘戎瘟余很柬瑪玖臼藐莢計巍纏誓姻健臼任粥影漂艷本侗芝秘撤來需稽磅吻綠勵腆螞盈裝篇宙撾理黎窄扒蝕虧掂可分傭倆凄眺悍攝顯贛銘

4、走偶摘 要隨著時代的進步，電子行業(yè)的發(fā)展，定時器的應用也越來越廣泛。傳統(tǒng)的機械式定時器，電動式定時器都是通過發(fā)條、交流同步步進電機或者石英步進電機進行驅(qū)動的。這種定時器精度不高，定時誤差較大。相對于前兩種定時器，電子式定時器體積小、重量輕、造價低、精度高、壽命長、而且安全可靠、調(diào)整方便、適于頻繁使用。本次設計的題目是基于dsp微控制器定時器設計。本文設計了一種以tms320f28335 dsp微控制器為核心的定時器。利用內(nèi)部定時器0和pie外設中斷擴展模塊產(chǎn)生定時中斷，并進行逆行計數(shù)。通過spi串行外設接口在dsp和74hc164之間進行通信，進而實現(xiàn)在數(shù)碼管上通過動態(tài)掃描顯示定時時間。本系統(tǒng)

5、通過矩陣鍵盤控制定時器開啟和暫停。在定時器暫停時，還可以通過鍵盤重新輸入定時初值。當定時結束時，還會通過led燈閃爍報警，提示定時結束。關鍵詞：定時器，dsp，tms320f28335 ，串行外設接口，矩陣鍵盤abstractwith the progress of the times and the development of electronic industry, the timer is used more and more widely. the traditional mechanical timer, electric timer is drived through the s

6、pring, ac synchronous motor or quartz stepper motor .the accuracy of this timer is not high and the error is large. compared with the former two timer, electronic timer has small volume, light weight, low cost, high precision, long service life, and electronic timer is safety and reliability, conven

7、ient adjustment, suitable for frequent use.the topic of this design is timer design based on the dsp microcontroller.this paper designs a timer with the core of tms320f28335 dsp microcontroller. generating a timer interrupt and counting retrogradely by using the internal timer 0 and pie peripheral i

8、nterrupt expansion module. communicate between dsp and 74hc164 through the spi serial peripheral interface, so as to achieve displaying time on the digital tube by dynamic scanning. the system is turned on and paused through the matrix keyboard. in the timer pause,initial value can be inputed throug

9、h the keyboard . when the timing is over, system will alarm through led lights flashing, prompting the end of timing.key words: timer ,dsp ,tms320f28335 ,spi, matrix keyboard目 錄1 緒論11.1系統(tǒng)背景11.1.1 定時器的分類11.1.2 定時器的應用21.2 定時器系統(tǒng)概述21.3 定時器設計及實現(xiàn)的功能21.3.1 設計過程21.3.2 定時器方案的確定31.3.3 定時器的功能32 定時器系統(tǒng)的硬件設計42.1

10、總體硬件設計42.2 dsp微控制器52.3定時器中斷的實現(xiàn)62.3.1 dsp內(nèi)部定時器62.3.2 pie外設中斷擴展模塊72.4 數(shù)碼管顯示電路82.4.1 spi串行外設接口92.4.2 74hc164122.4.3 數(shù)碼管132.5按鍵控制電路162.5.1 矩陣鍵盤的概述162.5.2 矩陣鍵盤的硬件設計162.5.3 按鍵接口的消抖172.6 led顯示電路183 定時器軟件的設計193.1 主函數(shù)程序設計193.2 spi的初始化193.3 定時器、數(shù)碼管，按鍵及其他外設的初始化213.3.1 定時器的初始化213.3.2 其他外設的初始化213.4 cpu中斷及其pie的設置

11、223.5 設置定時器0的周期、打開定時器、看門狗和開中斷223.5.1 設定定時器的周期223.5.2 打開定時器223.5.3 開中斷233.5.4 開啟看門狗233.6 主要功能的實現(xiàn)233.6.1 定時器中斷子程序的設計233.6.2 spi通信與數(shù)碼管顯示程序的設計243.6.3矩陣鍵盤程序設計263.6.4 核心功能的設計294 總結33參考文獻34致謝351 緒論1.1系統(tǒng)背景人類最早使用的定時工具是沙漏或水漏，但在鐘表誕生發(fā)展成熟之后，人們開始嘗試使用這種全新的計時工具來改進定時器，達到準確控制時間的目的。而隨著時代的進步，科技的發(fā)展，定時器歷經(jīng)了機械式，電動式兩個階段后發(fā)展到

12、電子式定時器?，F(xiàn)在的定時器廣泛運用與工業(yè)控制，家用電器甚至軍工領域，成為現(xiàn)在社會不可或缺的電子設備。1.1.1 定時器的分類定時器按結構可分為機械式、電動式和電子式三類。機械式定時器，以發(fā)條為原動力，用擒縱調(diào)速器控制走時精度，通過齒輪傳動和凸輪，按時間控制機構預置的時段操縱執(zhí)行機構動作。計時精度要求不高的定時器（如風扇定時器、洗衣機定時器、廚房用定時器、照相暗房用定時器、電視機控制用定時器、電燈開關定時器），一般采用無固有振動周期的調(diào)速器。這些定時器都是在手動上發(fā)條的同時預置時限，定時精度不高，但結構簡單,使用方便。電動式定時器，用交流同步電動機或石英步進電機驅(qū)動，通過齒輪傳動和凸輪簧片觸點機

13、構，按預置的時段或時刻控制執(zhí)行機構。其中短時段控制的電動式定時器可用于程序控制式洗衣機、洗碗機、微波爐、烘箱及時間繼電器等;長時段電動式定時器是一種24小時或7天程序控制的開關裝置，可預置開關動作多次，最短時間控制間隔一般為15分鐘，可用于用戶用電情況監(jiān)控、照明控制、實驗室裝置控制、空調(diào)器控制和自動生產(chǎn)線上某些設備的定時控制等。 電子式定時器，利用石英振蕩器或民用交流電的標準頻率，經(jīng)過分頻計數(shù)組成時間累加器或數(shù)字鐘，按照預置的時間編碼輸出控制信號。這種定時器走時精確，時間設定沒有誤差，定時精度高,控制程序多。其中長時段定時器最小控制時段一般為一分鐘,配上微處理器后能精確地編制一年的時間程序，組

14、成多路可編程序的定時器。電子式定時器在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中應用廣泛，它也是節(jié)約能源管理中一種有效的技術措施。電子定時器類的電子定時開關鐘，可用于按高、平、低峰用電收取不同電費制度的場合，它將一天內(nèi)的用電高峰、平峰、低谷時間在定時開關中設定,并分別接通3種電表進行計費。電子式定時器在科學實驗中和在微波爐、電飯鍋、洗衣機等電器中也有使用。1.1.2 定時器的應用隨著時代的進步，定時器的應用越來越廣泛。電子定時器在工業(yè)中經(jīng)常用于延時自動開關、定時、報警。在家用電器中經(jīng)常用于延時自動開關、定時。延時自動開關可用于電視機、收音機、錄音機、催眠器、門燈、路燈、汽車頭燈、轉(zhuǎn)彎燈以及其他電器的延時斷電和延時自

15、停電源。定時可用于照相定時曝光、定時閃光、定時調(diào)速、定時烘箱、冰箱門定時報警、定時水位報警、延時催眠器、延時電鈴、延時電子鎖、觸摸定時開關等等。例如數(shù)控機床的定時器，在工作一段時間后便能自動切斷電源停止工作。此外，dsp中的定時器還可用于數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換，信號的采樣，伺服位置控制，數(shù)字振蕩器的設計等等。1.2 定時器系統(tǒng)概述本系統(tǒng)主要分為由dsp微控制器，數(shù)碼管，矩陣鍵盤三部分。dsp微控制器用來處理定時器程序；利用dsp的spi接口和74hc164八位串入、并出移位寄存器相連，進行串行通信，再由74hc164寄存器將段碼并行輸出給數(shù)碼管從而顯示數(shù)字；矩陣鍵盤與dsp的gpio口相連接，以掃描的

16、方式識別鍵值，實現(xiàn)鍵盤對定時器的控制。1.3 定時器設計及實現(xiàn)的功能1.3.1 設計過程進行定時器的設計首先就要熟悉dsp的編程環(huán)境，本次編程使用的是ccs（code composer studio）軟件，具體運用的語言為c語言。程序調(diào)試成功后通過jtag將程序下載到dsp的ram中進行硬件調(diào)試，程序具體實現(xiàn)功能見1.3.3的功能實現(xiàn)。 ccs是它是美國德州儀器公司（texas instrument,ti）出品的代碼開發(fā)和調(diào)試套件。ti公司的產(chǎn)品線中有一大塊業(yè)務是數(shù)字信號處理器（dsp）和微處理器（mcu），ccs是ti公司專門為dsp軟件工程師設計的集編譯、仿真、下載為一體的dsp開發(fā)軟件，

17、可以通過ccs新建工程、編譯仿真工程、在線調(diào)試、下載程序。1.3.2 定時器方案的確定隨著dsp控制器性價比不斷提高，新一代產(chǎn)品的應用越來越廣泛，大可應用于復雜的工業(yè)過程控制系統(tǒng)，進行復雜的數(shù)字信號處理功能，如圖像處理，雷達信號處理等，小則可以用于家電控制，甚至能夠用來做兒童電子玩具。它功能強大，體積小，重量輕，靈活好用，配以適當?shù)慕涌谛酒?，可以構造各種各樣、功能各異的微電子產(chǎn)品。鑒此，本文設計開發(fā)了一種基于dsp微控制器的多用途定時器，它造價低，功能全，性價比高，配以小鍵盤和數(shù)碼管顯示，可適應各種場合的定時預警之用。為了實現(xiàn)定時器系統(tǒng)的主要功能，除了要有電源設備、時鐘電路、復位電路等必備設備

18、之外，還有必不可少的數(shù)碼管及其驅(qū)動電路，為了在定時結束時、報警，必須還有l(wèi)ed燈，為了能夠用鍵盤控制定時器狀態(tài)和輸入時間，還需要矩陣鍵盤及其控制電路?？偟膩碚f，綜合以上的各功能電路和相應的軟件程序相結合，便能實現(xiàn)一個功能強大的多位定時器。1.3.3 定時器的功能本次設計的課題是基于dsp為控制器定時器設計，相關功能如下：1.實現(xiàn)定時功能，最大定時時間為100分鐘。2.通過四個七段數(shù)碼管顯示當前的定時時間，更新的定時時間。3.通過鍵盤控制定時器開始定時和暫停定時，暫停后，再按下開始鍵，則從暫停的時間點繼續(xù)定時。4.在暫停定時階段，可以利用鍵盤上的數(shù)字鍵09重新設定定時時間，在按下開始鍵，則定時器

19、開始從剛剛設置的定時時間重新開始定時。5.定時結束時，led燈開始不斷閃爍，提示定時時間到。2 定時器系統(tǒng)的硬件設計2.1 總體硬件設計本系統(tǒng)采用德州儀器的tms320f28335 dsp微控制器作為核心部件。輔以7段數(shù)碼管，按鍵矩陣，led燈，74hc164芯片共同完成定時器的定時功能。方案設計框圖如下所示:圖2-1 系統(tǒng)總體方案設計圖定時器工作過程如下：1.只通電或復位狀態(tài)8位共陽數(shù)碼管不顯示任何字符；2.按下“開始”鍵后，定時器開啟，數(shù)碼管顯示定時時間并進行逆行計數(shù)，默認情況下定時時間為1分鐘3.定時過程中可按下“暫?！辨I，則暫停計時，數(shù)碼管顯示“-”；4.暫停階段，可通過鍵盤上的數(shù)字鍵

20、重新設定定時時間；5.定時時間設定好之后，按下“開始”鍵則定時器按照重新設定的定時時間開始定時，若沒有設置新的定時時間，則從暫停時的時間點繼續(xù)定時。6.定時時間到，停止定時，數(shù)碼管上顯示“0000”，led燈開始閃亮，提示定時結束。根據(jù)設計要求，本系統(tǒng)主要硬件電路由dsp微控制器、按鍵、共陽數(shù)碼管、led顯示電路組成。1.按鍵的輸入：矩陣鍵盤上鍵有十個按鍵設定為09數(shù)字輸入功能，另外兩個鍵作為時間設定的控制鍵，分別為暫停，開始。矩陣鍵盤由gpio00gpio03輸入，gpio50gpio53輸出。2.定時器的顯示電路：顯示時間由4位共陽數(shù)碼管顯示，首先由dsp與74hc164進行spi串行同步

21、通信，將數(shù)碼管需要的段碼傳輸給74hc164，再由74hc164將段碼并行輸出給數(shù)碼管，達到數(shù)碼管顯示的目的。dsp的gpio54和gpio56設置為spi的數(shù)據(jù)發(fā)送和時鐘端，gpio5859和gpio6263設置為數(shù)碼管的位選端3.定時器的報警系統(tǒng)通過dsp芯片的gpio4引腳來控制led燈閃亮提示報警。4.定時器的時鐘電路通過在dsp芯片外部連接一個30mhz的石英晶體振蕩器。系統(tǒng)工作是通過編程選擇5倍頻的pll鎖相環(huán)使得dsp工作在最高主頻150mhz。以上是對定時器的硬件組成和具體工作流程進行了大體的介紹，現(xiàn)對其各功能的實現(xiàn)方式分別進行講解。2.2 dsp微控制器dsp（digital

22、 signal processor）是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號。再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片1。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。本程序使用的tms320f28335型數(shù)字信號處理器是ti公司的一款tms320c28x系列浮點dsp控制器。與以往的定點dsp相比，該 器件的精度高，成本低， 功耗小，性能高

23、，外設集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大，a/d轉(zhuǎn)換更精確快速等。tms320f28335具有150mhz的高速處理能力，具備32位浮 點處理單元，6個dma通道支持adc、mcbsp和 emif，有多達18路的pwm輸出，其中有6路為ti特有的更高精度的pwm輸出 (hrpwm)，12位16通道adc。得益于其浮點運算單元，用戶可快速編寫控制算法而無需在處理小數(shù)操作上耗費過多的時間和精力，與前代dsc相比，平均性能提高50%，并與定點c28x控制器軟件兼容，從而簡化軟件開發(fā)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本2。2.3定時器中斷的實現(xiàn)為了實現(xiàn)定時器的精確走時功能，本系統(tǒng)利用定時器0、pie模塊和cpu中

24、斷共同作用產(chǎn)生定時器中斷。首先為定時器0設置定時初值，并開啟定時器使其計數(shù)。當定時器計數(shù)器寄存器遞減到零時，定時器會產(chǎn)生一個中斷tint并將其傳送給pie外設中斷模塊，當pie中的中斷時能位pieier被時能后，pie會將這個中斷傳送給cpu，如果cpu的中斷使能位和intm被使能，則cpu會相應定時器0中斷，轉(zhuǎn)而執(zhí)行定時器0的中斷服務子程序。2.3.1 dsp內(nèi)部定時器tms320f28335芯片內(nèi)部具有3個32位的cpu定時器timer0 、 timerl和timer2。其中cpu定時器2被系統(tǒng)保留，用于實時操作系統(tǒng)，例如dsp/ bios;只有cpu定時器0和定時器1可以供用戶使用。在本

25、系統(tǒng)中使用的是定時器0，定時器0的內(nèi)部原理圖如下所示：圖2-2 定時器0內(nèi)部結構圖cpu定時器的通常工作過程如下，首先把周期寄存器prdh:prd的值裝入32位計數(shù)寄存器timh:tim中。接著每經(jīng)過一個timclk周期，計數(shù)器就遞減一次，最后當計數(shù)寄存器timh:tim等于0時，定時器中斷輸出信號產(chǎn)生一個中斷脈沖。其中，timclk由定時器分頻器tddrh:tddr和定時器預定標計數(shù)器psch:psc來控制。先給定時器分頻器tddrh : tddr賦值，然后裝載入預定標計數(shù)器psch:psc中，每隔一個sysclkout脈沖，psch : psc中的值減1。當psch:psc中的值為0的時候

26、，就會輸出一個timclk，從而timh:tim減1。在下一個定時器輸入時鐘周期開始時，tddrh:tddr中的值重新裝載人psch:psc中，周而復始地循環(huán)下去3。因此，timclk就等于(tddrh:tddr+1)個系統(tǒng)時鐘的時間3。當32位計數(shù)器寄存器timh:tim中的值遞減到零時，定時器0會產(chǎn)生一個中斷tint，并傳送給pie，pie對這個中斷的處理詳見2.3.22.3.2 pie外設中斷擴展模塊pie一共可以支持96個不同的中斷，并把這些中斷分成了12個組，每個組有8個中斷，而且每個組都被反饋到cpu內(nèi)核的int1int12這12條中斷線中的某一條上。平時能夠用到的所有的外設中斷都

27、被歸人了這96個中斷中，被分布在不同的組里3。f28335的中斷采用的是三級中斷機制，分別為外設級、pie級和cpu級。對于某一個具體的外設中斷請求，只要有任意一級不許可，cpu最終都不會響應該外設中斷。圖2-3 pie模塊原理圖1.外設級中斷一般來說，在程序執(zhí)行過程中，某一個外設產(chǎn)生了一個中斷事件，那么在這個外設的某個寄存器中與該中斷事件相關的中斷標志位(if= interrupt flag)被置為1。此時，如果該中斷相應的中斷使能位(ie=interrupt enable)已經(jīng)被置位，也就是值為1，該外設就會向pie控制器發(fā)出一個中斷請求。相反，雖然中斷事件已經(jīng)發(fā)生了，相應的中斷標志位也被

28、置位了，但是該中斷沒有被使能，也就是中斷使能位的值為0，那么外設就不會向pie控制器提出中斷請求。但在本系統(tǒng)中，定時器0內(nèi)部的計數(shù)寄存器一旦遞減到零，就會向pie產(chǎn)生一個中斷請求tint，而無需經(jīng)過外設內(nèi)部的中斷位置位。2.pie級pie模塊的8個外設中斷和外部引腳中斷復用一個cpu中斷，這些中斷被分為12組，即一組中的中斷復用一個cpu中斷。對于復用的中斷源，pie模塊中的每個中斷組都有一個中斷標志寄存器（pieifr(x,y)）和中斷使能寄存器（pieier(x,y)），其中x=pie組1pie組12，y表示一組中的8個復用中斷,這樣，pieifrx,y和pieierx,y將對應pie組x

29、（x=112）中的中斷y(y=18),即代表相應的中斷標志位和中斷使能位。另外，每一個pie中斷組中還存在一個中斷應答位pieack。當外設向pie控制器發(fā)送中斷請求時，則相應的pie中斷標志位（pieifrx,y）置位，如果相應的pie中斷使能位pieier(x,y)也置位，則pie將檢查相應的pieackx位，以確定cpu是否為該組中斷準備好。如果pieackx位被清除，則pie會向cpu發(fā)送中斷請求，如果pieackx位是1，則pie將一直等待到該位被清除才向cpu發(fā)送中斷請求。定時器0的中斷tint使用的時pie中的第一組的第七個中斷。也就是說，當定時器向pie發(fā)出中斷請求tint時，

30、pie的pieifr（1,7）會置位，如果pieier（1,7）置位且pieack1被清除，則此中斷才會被傳送到cpu級中3.cpu級當中斷請求被發(fā)送到cpu。相應的cpu中斷標志位置1，當中斷標志鎖存到標志寄存器后。相應的中斷服務程序沒有被執(zhí)行，直到cpu中斷使能寄存器（ier）或調(diào)試中斷寄存器（dbgier）和全局中斷屏蔽位（intm）被使能后才能執(zhí)行。由于定時器0占用的是pie第一組的第七個中斷線。所以在cpu級中，定時器0的中斷是經(jīng)過cpu的第一條中斷線int1進行傳輸?shù)摹．敹〞r器0的中斷傳輸?shù)絚pu級后，ifr1會被置位，如果ier和intm都被使能，那么定時器0的中斷服務子程序才會

31、被執(zhí)行。2.4 數(shù)碼管顯示電路本系統(tǒng)的數(shù)碼管顯示電路主要由spi、74hc164和4位共陽數(shù)碼管組成三部分組成。其中spi串行通信接口負責把數(shù)碼管需要的數(shù)據(jù)一位一位的傳送給74hc164芯片，再由74hc164將數(shù)碼管所需的段碼并行輸出給數(shù)碼管，這樣數(shù)碼管就可以顯示數(shù)據(jù)了。圖2-4 顯示系統(tǒng)電路原理圖數(shù)碼管顯示系統(tǒng)的電路連接原理圖如上圖所示。首先，數(shù)據(jù)要利用spi在dsp和74hc164之間進行通信。由于74hc164有兩個輸入端a和b，而本系統(tǒng)只用到了一個輸入，所以把這兩個輸入端都接上spi的主出從入線，74hc164的時鐘信號端自然是接spi的sclk線，因為通信過程中的時鐘信號始終是由主

32、機提供的，而74hc164只是從機。其次74hc164還有8個輸出qaqh，其中qa是高位，qh是低位，所以qa接數(shù)碼管的小數(shù)點dp位，qbqh分別接數(shù)碼管的ga位。最后，四位數(shù)碼管的四條位選線分別接三極管的發(fā)射極。三極管的集電極接+5v電源，基極分別接dsp的四個gpio口52、53、54和55。數(shù)碼管通過動態(tài)掃描的方式進行輪流點亮。2.4.1 spi串行外設接口spi是serial peripheral interface的縮寫，翻譯成中文就是串行外圍設備接口。spi最早是由freescale(原motorola)公司在其mc68 hcxx系列處理器上定義的一種高速同步串行通信接口。spi

33、通常用于dsp和外設及其他處理器之間的通信。典型的應用包括擴展i/o，還可以通過移動寄存器，顯示驅(qū)動器、模擬轉(zhuǎn)換器等器件所做的外設擴展。spi支持主/從模式的多機通信。f28335系列dsp還支持一個16級深度的接受發(fā)送fifo、用來減少cpu的開銷5。1、spi的通信原理。spi以主從方式進行工作，這種模式的通信系統(tǒng)中通常有一個主設備和多個從設備。其中，cs信號是用來控制從機的芯片是否被選中的。系統(tǒng)內(nèi)如果有一個主設備m1和兩個從設備s1和s2。當si的片選信號為低電平時，s1被選中，ml通過mosi引腳發(fā)送數(shù)據(jù)，s1通過mosi引腳接收數(shù)據(jù)，或者s1通過miso引腳發(fā)送數(shù)據(jù)，而m1通過mis

34、o引腳接收數(shù)據(jù)。同樣的，當s2的片選信號cs為低電平時，s2被選中，m1通過mosi引腳發(fā)送數(shù)據(jù),s2通過mosi引腳接收數(shù)據(jù)，或者s2通過miso引腳發(fā)送數(shù)據(jù)，而m1通過miso引腳接收數(shù)據(jù)。從機只有通過cs信號被選中之后，對此從機的操作才一會有效，可見片選信號的存在使得允許在同一總線上連接多個spi設備成為可能。 當從機被選中，和主機建立連接之后，接下來起作用的就是負責通信的3根線了。通信時通過進行數(shù)據(jù)交換來完成，這里首先要知道spi采用的是串行通信協(xié)議，也就是說通信時數(shù)據(jù)是一位一位進行傳輸?shù)摹＿@也是sck時鐘信號存在的原因，傳輸時，由sck提供時鐘脈沖，mosi和miso引腳則是基于此脈

35、沖完成數(shù)據(jù)的發(fā)送或者接收。當m1給s1發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)在時鐘脈沖的上升沿或者下降沿時通過mi的mosi引腳發(fā)送，在緊接著的下降沿或者上升沿時通過s1的mosi引腳接收6。當s1給m1發(fā)送數(shù)據(jù)時，原理是一樣的，只不過通過miso引腳來完成。 值得注意的是，sck信號只由主設備控制，從設備不能控制時鐘信號線。因此，在一個基于spi的系統(tǒng)中，必須至少有一個主控設備，其向整個spi系統(tǒng)提供時鐘信號，系統(tǒng)內(nèi)所有的設備都基于這個時鐘脈沖進行數(shù)據(jù)的接收或者發(fā)送，所以spi是同步串行通信接口。在點對點的通信中，spi接口不需要尋址操作，且為全雙工通信，因此顯得簡單高效。2、spi模塊介紹。圖2-5 spi模塊

36、內(nèi)部結構圖 1)4個外部引腳 spisomi:spi從輸出/主輸入引腳； spisimo:spi從輸入/主輸出引腳 spiste:spi從傳送使能引腳； spiclk:spi串行時鐘引腳。2)有兩種工作模式可以選擇:主工作模式和從工作模式。3)波特率:具有125種可編程的波特率。能夠使用的最大波特率受到i/o緩沖器最大緩存速度的限制，這些緩沖器是使用在spi引腳上的i/o緩沖器，而最高的波特率不能超過lspclk/4。4)依次發(fā)送的數(shù)據(jù)字的長度為116s位，可以通過寄存器設定。5)能選擇的4種脈沖時鐘配置方案.6)接收和發(fā)送可以同步操作，也就是說可以實現(xiàn)全雙工通信。當然，發(fā)送功能可以通過spi

37、ctl，寄存器的talk位禁止或者使能。7)與sci相同，發(fā)送和接收都能通過查詢或者中斷方式來實現(xiàn)。8)具有6個控制寄存器、3個數(shù)據(jù)寄存器和3個fifo寄存器。值得注意的是，spi所有的控制寄存器都是8位，當寄存器被訪問時，數(shù)據(jù)位于低8位，而高8位為0，因此把數(shù)據(jù)寫人spi這6個控制寄存器的高8位是無效的。但是，3個數(shù)據(jù)寄存器spirxbuf , spitxbuf和spidat都是16位的。3個fifo寄存器也是16位。3、spi的主從工作方式圖2-6 spi主從通信原理圖圖示的是典型的spi工作于主機模式，系統(tǒng)中有兩個處理器，處理器1的spi工作于主機模式，而處理器2的spi工作于從機模式。

38、spi工作控制寄存器spictl的master/slave位決定了spi工作于何種模式，當master/slave=1時，spi工作于主機模式，而當master/slave=0時，spi工作于從機模式。從圖中也可以看到，時鐘信號spiclk是由主機提供給從機的，主機和從機在spiclk的協(xié)調(diào)下同步進行數(shù)據(jù)的發(fā)送或者接收，數(shù)據(jù)在時鐘脈沖信號的上升沿或者下降沿進行發(fā)送或者讀取。當然，主機和從機之間進行通信的前提是從機片選信號spiste為低電平，將spi從機選中，也就是將處理器2選中。主機和從機之間可以同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā) 送和接收，也就是說可以工作于全雙工模式。本定時器系統(tǒng)使用的是主控制器模式，在主

39、控制器模式下，spi通過spiclk引腳為整個串行通信網(wǎng)絡提供串行時鐘。數(shù)據(jù)是從spisimo引腳輸出，并將鎖存spisomi引腳輸入的數(shù)據(jù)。spibrr（波特率寄存器）可以配置126種不同的位傳輸率，該寄存器決定了整個串行通信網(wǎng)絡發(fā)送和接受數(shù)據(jù)的位傳輸率。寫入spidat（串行數(shù)據(jù)寄存器）或spitxbuf（串行輸出緩沖寄存器）的書籍啟動spisomi引腳的數(shù)據(jù)發(fā)送，數(shù)據(jù)的最高位（msb）最先發(fā)送。與此同時，接受的數(shù)據(jù)通過spisomi引腳移入spidat的最低有效位（lsb）。當設定的位發(fā)送完畢后。已接受的數(shù)據(jù)移入spirxbuf供cpu讀取。數(shù)據(jù)以右對齊的方式存儲于spirxbuf寄存器

40、中。4、波特率的設置 spi通過對寄存器spiibrr的配置，可以實現(xiàn)125種不同的波特率，計算公式如下: 當spibrr = 0、1、2時:spibaudrate=lspclk/4 (2-1) 當spibrr = 3-127時:spibaudrate=lspclk/(spibrr+1) (2-2)式(2-1)和式(2-2)中的lspclk為dsp的低速外設時鐘頻率。從上面的波特率計算公式可以看出，spi模塊最大的波特率為lspclk/4。從式(2-2)可以看出，當spibrr為奇數(shù)時，(spibrr+1)為偶數(shù)，spiclk信號高電平與低電平在一個周期內(nèi)保持對稱；當spibrr為偶數(shù)時，(s

41、pibrr+1)為奇數(shù)，spiclk信號高電平和低電平在一個周期內(nèi)不對稱7。當時鐘極性位被清零時，spilck的低電平比高電平多一個系統(tǒng)時鐘周期;當時鐘極性被置位時，spiclk的高電平比低電平多一個系統(tǒng)時鐘周期。2.4.2 74hc16474hc164是8位串入、并出移位寄存器，主要用于數(shù)字電路和led 顯示控制電路應用。74hc164串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（dsa 或 dsb）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空，所以在本系統(tǒng)中，本設計將兩個輸入端a和b連接在一起都

42、接在spi的輸出口上。時鐘 (cp) 每次由低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 q0， q0 是兩個數(shù)據(jù)輸入端（dsa 和 dsb）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。主復位 (mr) 輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。圖2-7 74hc164引腳圖表2-1 74hc164引腳說明符號管腳名稱管腳號描述a,b數(shù)據(jù)輸入1,2該管腳為與門輸入qaqh數(shù)據(jù)輸出3,4,5,6,10,11,12,13并行輸出口clk時鐘輸入8在上升沿讀取串行數(shù)據(jù)clr復位9端口輸入為低時，所有輸入無效，所有輸出清零，端口為高時，輸出數(shù)據(jù)vdd邏輯電

43、源15電源gnd邏輯地7系統(tǒng)地2.4.3 數(shù)碼管數(shù)碼管是一種半導體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管，是常用的一種顯示輸出元件。按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(com)的數(shù)碼管，其在應用時應將公共極com接到+5v，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮；當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(com)的數(shù)碼管，其在應用時應將公共極com接到地線gnd上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電

44、平時，相應字段就點亮；當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。圖2-8 七段數(shù)碼管示意圖1.數(shù)碼管連接原理圖數(shù)碼管有共陽和共陰兩種，由于共陰數(shù)碼管要靠微控制器dsp提供電流，顯示效果往往沒有共陽數(shù)碼管好，所以本系統(tǒng)采用的是共陽數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管是將所有發(fā)光二極管的陽極接在一起作為公共端com，當公共端接高電平時，某一段陰極上的電平為“0”時，該段點亮，電平為“1”時，該段熄滅。本程序用的是共陽連接方式。圖2-9共陽數(shù)碼管連接原理圖表2-2共陽數(shù)碼管段碼表字型dpgfedcba段碼011000000c0h111111001f9h210100100a4h310110000b0h4100110

45、0199h51001001092h61000001082h711111000f8h81000000090h91001000090h2.驅(qū)動方式1)靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個gpio端口進行驅(qū)動，或者使用如bcd碼二十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用i/o端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根i/o端口來驅(qū)動，實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。2)動態(tài)顯示驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a,b,c

46、,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的i/o線控制，當微控制器輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于微控制器對位選通com端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的com端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的

47、顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。本文所用的的是共陽數(shù)碼管動態(tài)顯示，如上文所示，4位數(shù)碼管的8個段選位統(tǒng)一接到74hc164數(shù)據(jù)輸出端，而4個位選端則通過三極管放大電路接到了dsp芯片上不同的4個gpio接口上。當數(shù)碼管要顯示數(shù)字時，74hc164將段碼輸出給4個數(shù)碼管，由dsp控制4個gpio端口分時輪流點亮，從而實現(xiàn)4個數(shù)碼管同時點亮的現(xiàn)象。2.5按鍵控制電路2.5.1 矩陣鍵盤的概述矩陣鍵盤是微控制器外部設備中所使用的排布類似于矩陣的鍵盤組。在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少i/o口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵

48、盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，8個gpio就可以構成4×4=16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。2.5.2 矩陣鍵盤的硬件設計矩陣式結構的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也要復雜一些，行線kx4kx1的一端通過電阻接正電源另一端接dsp的gpio50gpio53口作為輸入，列線ky4ky1分別接dsp的gpio00gpio03口作為輸出。具體的識別及編程方法如下所述

49、。圖2-10矩陣鍵盤硬件連接原理圖如圖所示：1.設置ky1、ky2、ky3和ky4作為輸出口，設置kx1、kx2、kx3和kx4作為輸入口2.設置ky1、ky2、ky3和ky4全部輸出低電平，3.當有按鍵被按下時，檢測kx1、kx2、kx3和kx4中哪個是低電平，這樣就可以確定是哪行的按鍵被按下；4.確定行之后，讓ky1、ky2、ky3和ky4輸出的電平依次由低變高，這樣如果kyn輸出高電平的時候，kx接收到的電平也由低變高，由此就說明是kyn列的按鍵被按下，按鍵的位置就被確定了。2.5.3 按鍵接口的消抖通常的按鍵所用開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，一個按

50、鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地接通，在斷開時也不會一下子斷開。因而在閉合及斷開的瞬間均伴隨有一連串的抖動，為了不產(chǎn)生這種現(xiàn)象而作的措施就是按鍵消抖。抖動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為5ms10ms。這是一個很重要的時間參數(shù)，在很多場合都要用到。按鍵穩(wěn)定閉合時間的長短則是由操作人員的按鍵動作決定的，一般為零點幾秒至數(shù)秒。鍵抖動會引起一次按鍵被誤讀多次。為確保cpu對鍵的一次閉合僅作一次處理，必須去除鍵抖動。在鍵閉合穩(wěn)定時讀取鍵的狀態(tài)，并且必須判別到鍵釋放穩(wěn)定后再作處理。按鍵的消抖分為軟件消抖和硬件消抖兩種。圖2-11按鍵抖動示意圖1.硬件消抖法硬件消抖法就是在按鍵中附加去抖動電路，從根上消

51、除抖動產(chǎn)生的可能性。硬件消抖法就是在按鍵中附加去抖動電路，從根上消除抖動產(chǎn)生的可能性。其電路實際上是由rs觸發(fā)器構成的單脈沖電路。當按鈕開關按下時q端輸出低電平，當開關松開時q端恢復高電平，即輸出一個負脈沖，以此消除抖動，這種方法適合在鍵數(shù)較少時可用硬件方法消除鍵抖動。2.軟件消抖法 如果按鍵較多，常用軟件方法去抖。一般來說，鍵按下的時間與操作者的按鍵動作有關，約為十分之幾到幾秒不等。而鍵抖動時間與按鍵的機械特性有關，一般為510ms不等。軟件消抖發(fā)就是即檢測出鍵閉合后執(zhí)行一個延時程序，5ms10ms的延時，讓前沿抖動消失后再一次檢測鍵的狀態(tài)，如果仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為真正有鍵按下。 本

52、系統(tǒng)主要采用軟件消抖法，具體過程將在軟件設計部分加以介紹。2.6 led顯示電路在定時結束后led要不停地閃亮，提醒用戶定時結束。在本次設計中，將一個發(fā)光二極管的輸入段與電源相連接，輸出與dsp芯片的gpio4端口相連接，當gpio端口為低電平時，led點亮9。圖2-12 led顯示系統(tǒng)電路圖3 定時器軟件的設計3.1 主函數(shù)程序設計在程序執(zhí)行之前，首先需要對dsp芯片的各個部分進行初始化，如系統(tǒng)時鐘，cpu中斷，中斷向量表等。由于本系統(tǒng)用到了定時器，spi，gpio接口等部件，所以也要對這些部分進行相應的初始化。 1.要使f28335能夠工作，在上電開始的時候就需要對f28335進行系統(tǒng)初始

53、化，以提供正常運行的基本條件，例如分配時鐘信號，這是通過系統(tǒng)初始化函數(shù)來實現(xiàn)的。 f28335的系統(tǒng)初始化函數(shù)是initsysctrl()。這個函數(shù)對pll鎖相環(huán)，看門狗（默認為關閉），spi等外設的時鐘都進行了初始化。 2.初始化了必要的時鐘之后，就需要對本程序中會用到的外設及其接口進行初始化，包括spi、定時器0、按鍵矩陣、數(shù)碼管和看門狗。 3.之后就是對dsp的中斷及pie進行設置。初始化cpu中斷和pie相應的寄存器、再對中斷向量表進行賦值。 4.設定定時器0的計數(shù)周期（即每隔多久產(chǎn)生一個中斷從而進入中斷服務子程序）、開啟計時器和看門狗。 5.死循環(huán)，其中編寫系統(tǒng)將要執(zhí)行的主要功能。3

54、.2 spi的初始化由于本系統(tǒng)中用到了spi，所以要對相關的spi寄存器進行初始化。spi的初始化函數(shù)有initspiagpio();spi_init();spi_fifo_init();這三個函數(shù)分別是對spi的接口初始化，對spi的功能初始化和對spi的fifo模塊進行初始化。 initspiagpio()函數(shù)在工程的dsp2833x_spi.c文件中。前文提到，dsp的spi模塊采用的是四線制，即主機與從機采用四根線進行通信（spisomi、spiclk、spiste和spisimo）。而進行數(shù)據(jù)傳輸就要用到dsp的gpio接口，因此就需要對這四根線所用到的gpio接口進行初始化設置，如

55、下gpioctrlregs.gpbmux2.bit.gpio54 = 1; /spisimoagpioctrlregs.gpbmux2.bit.gpio55 = 1; /spisomiagpioctrlregs.gpbmux2.bit.gpio56 = 1; /spiclka gpioctrlregs.gpbmux2.bit.gpio57 = 1; /spistea這四行語句即表示將gpio的54、55、56和57接口設置為外設i/o模式。spi_init()為對spi控制寄存器進行初始化的函數(shù)。在這個函數(shù)中，本設計對spi的配置控制寄存器、工作控制寄存器，波特率寄存器和優(yōu)先級寄存器都進行了相

56、應的初始化9。圖3-1 spi配置控制寄存器情況圖上圖是配置控制寄存器各位的情況圖圖3-2 spi工作配置寄存器情況圖上圖是工作配置寄存器各位的情況圖圖3-3 spi波特率寄存器情況圖上圖是波特率寄存器的情況圖圖3-4 spi優(yōu)先權寄存器情況圖上圖是優(yōu)先權寄存器的各位情況圖以下是初始化函數(shù)的主要部分spiaregs.spiccr.all =0x004f; spiaregs.spictl.all =0x0006; spiaregs.spibrr =0x007f;spiaregs.spiccr.all =0x00df; spiaregs.spipri.bit.free = 1; 該函數(shù)的主要功能為：先配置spiccr寄存器，初始化spi到復位狀態(tài)，設置時鐘極性為上升沿輸入，下降沿輸出狀態(tài)，字長控制為16位；再配置spictl寄存器，禁止溢出中斷使能位，設置spi時鐘相位為普通spi時鐘方式，設置spi為網(wǎng)絡主機，即就是將dsp設置為主機，不使能spi中