Cortex-M4实验指导书-TM4C1294资料

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1、 Cortex-M4 实验实验 指导书指导书 陈朋 编写 浙江工业大学信息工程学院 2014.9 i 前前 言言 本系列实验适用于单片机初学者。通过系列实验的训练，学习者可以对单片 机程序开发的过程有初步了解，能使用集成开发环境 Code Composer Studio 进行 简单的单片机系统应用开发。如果想精通单片机，仅仅靠这些实验是不够的，需 要在更多的项目实践中训练提高。 实验内容按照由浅入深的顺序组织。其中实验一和实验二为 CCS 环境的熟 悉与基本使用， 实验三至实验六为验证性实验， 实验七至实验十二为设计性实验， 实验十三为综合性实验。教师可以根据课时进行全部实验或者选做其中部分。

2、 指导书中所使用的实验扩展板是浙江工业大学设计的，核心板为 TI 公司制 造的，型号为 EK-TM4C1294XL。开发软件环境为 Code Composer Studio IDE 6.0 以上。 ii 实验注意事项实验注意事项 1、 实验前请做好预习，熟悉实验任务，了解所用仪器的使用方法和注意事项。 2、 实验过程中，设备接通电源前，必须确认接线无误。如实验中需更改接线， 必须切断相关设备的电源后才能操作。 3、 做实验时若发生异常现象（例如，元件发烫、有异味或冒烟等） ，应立即关断 电源，保持现场，报告指导老师。排除故障后，须经指导老师同意，才能继 续实验。 4、 实验操作完成后请关闭仪器

3、设备电源，并将仪器设备按放回规定位置。报告 指导老师，经同意后可以离开。 5、 实验后按照实验要求提交电子稿或者纸质实验报告。抄袭者不得分。 iii 目目 录录 前 言 i 实验注意事项 . ii 目 录 iii 实验一 GPIO 接口实验 4 实验二 矩阵按键操作实验 . 14 实验三 PWM 呼吸灯实验 . 18 实验四 中断实验 . 23 实验五 I2C 编程及应用 . 26 实验六 ADC 操作实验 . 32 实验七 并行 ADC 与 DAC 36 实验八 三轴加速度传感器实验 . 42 实验九 MicroSD 卡操作实验 49 实验十 TFT 液晶显示实验 55 实验十一 TFT L

4、CD 触摸控制实验 . 62 实验十二 红外遥控接收编程实验 . 67 实验十三 综合操作实验 . 70 附录 A TM4C1294 管脚定义 71 附录 B EKTM4C1294XL 核心板原理图 . 75 附录 C AYSCMP Kit 开发板原理图 . 81 附录 D AYSCMP Kit 开发板模块接口资源 . 91 Cortex-M4 实验指导书 4 实验一实验一 GPIO 接口实验接口实验 一、一、 实验目的实验目的 1. 掌握 Code Composer Studio 6.0（以下简称 CCS）的安装和配置步骤过程。 2. 了解 Cortex-M4 开发系统和计算机与目标系统的连

5、接方法。 3. 了解 CCS 软件的操作环境和基本功能，了解 TM4C1294 软件开发过程。 1) 学习创建工程和管理工程的方法； 2) 了解基本的编译和调试功能； 3) 学会设置断点，注入和提取数据文件； 4) 学习使用观察窗口； 5) 了解图形功能的使用方法。 二、二、 实验设备实验设备 1. 计算机一台，操作系统为 Windows XP 或 Windows 7，装有 CCSv6.0 软件。 2. EK-TM4C1294XL 实验开发板一块。 3. USB 连接线一条。 三、三、 实验原理实验原理 1. TM4C1294 Cortex-M4 开发基于 TM4C1294 Cortex-M4

6、 的应用系统一般需要以下几个调试工具来完成： 1) 软件集成开发环境(如 CCSv6.0) 完成系统的软件开发，进行软件和硬件仿真调试。它提供一整套的程序编制、维护、编 译、调试环境，能将汇编语言和 C 语言程序编译链接生成 COFF(公共目标文件)格式的可执 行文件，并能将程序下载到目标 Cortex-M4 上运行调试。它也是硬件调试的辅助手段。 2) 仿真器 实现硬件仿真调试时与硬件系统的通信，控制和读取硬件系统的状态和数据。EK- TM4C1294XL 核心板上已经集成了仿真器模块 3) 目标板或评估模块(如 EK-TM4C1294XL) 提供软件运行和调试的平台和用户系统开发的参照。

7、2. CCS 工程工程 用户系统的软件部分可以由 CCS 建立的工程文件进行管理，工程一般包含以下几种文 件： 1) 源程序文件：C 语言文件(*.c)或汇编语言文件(*.asm) 2) 头文件(*.h) Cortex-M4 实验指导书 5 3) 链接命令文件(*.cmd) 4) 库文件(*.lib, *.obj) 3. GPIO 初始化配置初始化配置 要使用 GPIO 端口的引脚， 必须通过给 RCGC2 寄存器(相应的位置位来使能该端口的时 钟信号。复位时，所有的 GPIO 引脚都被配置为非驱动状态(三态)：GPIOAFSEL=0， GPIODEN=0，GPIOPDR=0，GPIOPUR=

8、0。GPIO 端口的各种配置方法如表 1-1 所示。 表 1-1 GPIO 端口配置 配置配置 寄存器位的值寄存器位的值(GPIO) GPIOSFSEL GPIODIR GPIOODR GPIODEN GPIOPUR GPIOPDR GPIODR2R GPIODR4R GPIODR8R GPIODR12R GPIOSLR 数字输入（GPIO） 0 0 0 1 ？X X X X X 数字输出（GPIO） 0 1 0 1 ？ ？ ？ ？ 开漏输出（GPIO） 0 1 1 1 X X ？ ？ ？ ？ 开漏输入/输出（I2CSDA） 1 X 1 1 X X ？ ？ ？ ？ 数字输入（定时器 CCP）

9、1 X 0 1 ？X X X X X 数字输入（QEI） 1 X 0 1 ？X X X X X 数字输出（PWM） 1 X 0 1 ？ ？ ？ ？ 数字输出（定时器 PWM） 1 X 0 1 ？ ？ ？ ？ 数字输入输出（SSI） 1 X 0 1 ？ ？ ？ ？ 数字输入输出（UART） 1 X 0 1 ？ ？ ？ ？ 模拟输入（比较器） 0 0 0 0 0 0 X X X X X 数字输出（比较器） 1 X 0 1 ？ ？ ？ ？ 表格中 X 代表可以忽略，可为任意值（0/1）;？代表 0 或 1 由具体情况决定，取决于配 置； 四、四、 实验程序流程图实验程序流程图 图 1-1 实验流程图

10、 本实验通过多种方法来控制 GPIO 端口的读写，通过 GPIO 端口的读写来控制主板上两 个独立的 LED 灯， D1、 D2 的点亮和熄灭。 主板上 D1、 D2 、 D3 对应的 GPIO 口分别为 PF1、 PF2、PF3。 Cortex-M4 实验指导书 6 五、五、 实验步骤实验步骤 1. 实验准备实验准备 搭建实验环境，启动 CCS，进入如图 1-1 所示画面： 图 1-2 CCS 主界面 2. 新建工程新建工程 1) 点击菜单“File”“New CCS Project”进入新建CCS工程对话框，如图1-3、1-4所示。 图 1-3 新建 CCS 工程对话框（1） Cortex

11、-M4 实验指导书 7 图 1-4 新建 CCS 工程对话框（2） 2) 在对话框中进行如下操作： 在“Target”第二栏中下拉选择“Tiva TM4C1294NCPDT”芯片。 在“Connetction”中选择“Stellaris In-Circuit Debug Interface”。 在“Project name”中填入工程名。 在“Output type”中选择“Excutable”（可执行） ，会生成一套完整的可执行程序。如果 选择“Static Library”（静态库） ，则会生成一套供其它工程使用的函数集合。 “Project templates and Examples”

12、部分包括标准的 C 和程序集工程。是一些使用 DSP/BIOS、SYSBIOS、IPC 等特殊应用的工程可能会需要的模板以及样例程序， 一般选择“Empty Project”即可。此例中我们选择“Empty Project（main.c）”。 点击“Finish”即可完成新 CCS 工程的建立。 新建完成之后，在刚新建的工程中会包含一个 tm4c1294ncpdt_startup_ccs.c 文件以及 tm4c1294ncpdt.cmd 文件。tm4c1294ncpdt_startup_ccs.c 文件中主要定义了中断向量表，以及 一些默认中断的声明，如错误中断、复位中断等等。当我们在工程中要

13、用到中断时，需要在 中断向量表中注册对应中断， 并声明中断服务程序。 如我们要用到 SysTick 中断， SysTick 中 断的中断编号是 15，我们需要在对应地方将 IntDefaultHandler 修改为 SysTickIntHandler，如 下图 1-5 所示， 并声明中断服务程序 extern void SysTickIntHandler （void） 。 tm4c1294ncpdt.cmd 文件主要用于分配 Flash 和 SRAM 空间， 它告诉链接程序怎样计算地址和分配空间。 分两部 分MEMORY和SECTIONS。 MEMORY定义了Flash和SRAM的起始位置和长

14、度， SECTIONS 定义了段的归属，如数据段，堆栈段定义在 SRAM 中。 Cortex-M4 实验指导书 8 图 1-5 中断向量表中注册中断 3) 对CCS操作路径进行设置： 点中所新建的工程，点击“Project”“Properties”（也可鼠标右键点出） ，进入工程属性设 置对话框，如图 1-6 所示。 图 1-6 CCS 工程属性设置对话框（1） 首先点击“General”看看之前创建工程时选项是否正确，如图 1-7 所示。 Cortex-M4 实验指导书 9 图 1-7 CCS 工程属性设置对话框（2） 点击“Build”“ARM Compiler”“Include Opti

15、ons”，如图 1-8 所示。 图 1-8 CCS 工程属性设置对话框（3） 点 击添 加 路 径 ， 选 择 “File system” ， 找 到 TivaWare 文 件 夹 ， 如 ： “tiTivaWare_C_Series-2.1.0.12573“， 具体路径根据安装路径设置， 如果工程中要 用到的文件在其他文件，则还需要将使用到的文件夹添加进来。如图 1-9 所示。 Cortex-M4 实验指导书 10 图 1-9 添加路径 有些库文件需要预先定义 CPU 型号才能正常调用（如常用的 pin_map.h，rom.h 等 等） ，因此，在有需要时，我们要为工程添加预定义。点击“Ad

16、vanced Options” “Predefined Symbols”，点击添加按钮，添加 CPU 型号等信息，如图 1-10 所示。 图 1-10 CCS 工程属性设置对话框（4） 点击 ARM Linker 选项卡，再单击 File Search Path 添加 lib 文件，如图 1-11 所示。 通常情况下，我们常用到的 driverlib.lib 的文件路径为：“tiTivaWare_C_Series- 2.1.0.12573driverlibccsDebugdriverlib.lib“， 如果用到了其他库函数， 如 IQmathLib 下的函数，我们也需要找到 IQmathLib.lib 并添加进工程，同样根据自己的安装路 径设置。 Cortex-M4 实验指导书 11 图 1-11 CCS 工程属性设置对话框（5） 4) 在“main.c”中编写如下程序： 寄存器直接操作寄存器直接操作 GPIO 实验实验 #include