ARM波形控制

ARM波形控制

1.1 波形模拟UART

设备间通讯实现可分为串行通信和并行通讯两种。

常用的串行总线协议可分为：

1-wire  单线    一条数据线                                   单工   异步

uart    双线    一条数据输入线，一条数据输出线                 全双工 异步

i2c     双线    一条时钟线，一条数据线                        半双工 同步
  
spi     三线    一条时钟线，一条数据输入线，一条数据输出线      全双工 同步

串口 UART 协议

uart 串口波形

波形实现方法：

CPU 已实现，仅需设置寄存器如：day5 ARM通讯接口种使用的UART通讯
GPIO管脚模拟波形比较老旧的设备型号用此方式传输数据

GPIO管脚模拟波形:

#define GPA1CON		0x11400020
#define ULCON2 		0x13820000
#define UCON2 		0x13820004
#define UBRDIV2 	0x13820028
#define UFRACVAL2 	0x1382002c
#define UTXH2 		0x13820020
#define UTRSTAT2 	0x13820010

#define rGPA1CON 	(*(volatile unsigned int*)GPA1CON)
#define rULCON2 	(*(volatile unsigned int*)ULCON2)
#define rUCON2 		(*(volatile unsigned int*)UCON2)
#define rUBRDIV2 	(*(volatile unsigned int*)UBRDIV2)
#define rUFRACVAL2 	(*(volatile unsigned int*)UFRACVAL2)
#define rUTXH2 		(*(volatile unsigned int*)UTXH2)
#define rUTRSTAT2 	(*(volatile unsigned int*)UTRSTAT2)

void uart_putc(char c);

int main(int argc, const char *argv[])
{
	/* 设置GPA1控制器为UART模式 */
	rGPA1CON &= ~(0xff<<0);   	//把寄存器的bit0~7全部清零
	rGPA1CON |= 0x22<<0; 			//Rx,Tx
	/* 设置串口协议 */
	rULCON2 = 0x03; 			//0校验位 ，8数据位，1停止位
	rUCON2 = 0x05; 				//轮询模式
	/*
	 * 设置波特率：
	 *UART时钟信号源的值为：
	 *100Mhz= 100 000khz = 100 000 000hz
	 *本实验波特率值位115200，DIV_VAL = 100000000/(115200*16) -1 = 54.25 -1 = 53.25
	 *UBRDIVn = 53
	 *UFRACVALn/16 = 0.25 ----> UFRACVALn = 4
	 */
	rUBRDIV2 = 53; 				
	rUFRACVAL2 = 4;
	/* 发送状态判断 */	
	while(1)
	{
		uart_putc('c');
		delay1s();
	}

	return 0;
}


void uart_putc(char c)
{	
	while(!(rUTRSTAT2&0x02));
	rUTXH2 = c;
	return;
}

void uart_tx(void)  //模拟发送
{
    rGPA1CON &= ~(0xf<<0);      //把寄存器的bit0~3全部清零
    rGPA1CON |= (0x1<<0); 		//置为Output模式
    /* 发送0x04 0000 0100      0010 0000*/
    rGPA1DAT &= ~(0x1<<0);      //0
    delay10ms();                
    rGPA1DAT &= ~(0x1<<0);      //0
    delay10ms();
    rGPA1DAT |= (0x1<<0)        //1
    delay10ms();
    rGPA1DAT &= ~(0x1<<0);      //0
    delay10ms();

    rGPA1DAT &= ~(0x1<<0);      //0
    delay10ms();
    rGPA1DAT &= ~(0x1<<0);      //0
    delay10ms();
    rGPA1DAT &= ~(0x1<<0);      //0
    delay10ms();
    rGPA1DAT &= ~(0x1<<0);      //0
    delay10ms();
}

void uart_rx(void)  //模拟接收
{
    unsigned char output=0;

    rGPA1CON &= ~(0xf<<4);      //把寄存器的bit0~3全部清零
    rGPA1CON |= (0x0<<4); 	    //置为Iutput模式

    while(1)
    {
    	 if(GPA1DAT&0x02==0)
    	 	break;
      delay10ms();
    }

    if(GPADAT&0x02==0)
        output &= ~(1<<0);
    else
        output |= (1<<0);
    delay10ms();    
    if(GPADAT&0x02==0)
        output &= ~(1<<1);
    else
        output |= (1<<1);
    delay10ms();        
    if(GPADAT&0x02==0)
        output &= ~(1<<2);
    else
        output |= (1<<2);
    delay10ms();        
    if(GPADAT&0x02==0)
        output &= ~(1<<3);
    else
        output |= (1<<3);
    delay10ms();    

    if(GPADAT&0x02==0)
        output &= ~(1<<4);
    else
        output |= (1<<4);
    delay10ms();    
    if(GPADAT&0x02==0)
        output &= ~(1<<5);
    else
        output |= (1<<5);
    delay10ms();       
    if(GPADAT&0x02==0)
        output &= ~(1<<6);
    else
        output |= (1<<6);
    delay10ms();        
    if(GPADAT&0x02==0)
        output &= ~(1<<7);
    else
        output |= (1<<7);
    
}

void delay10ms(voidvoid)    //延迟x ms 根据波特率计算出具体数值，这里不做具体讨论 
{
    for(i=0;i<100000<i++);
}

1.2 I2C波形

1.2.1 I2C串行总线的组成及工作原理

1.I2C总线是PHLIPS公司推出的一种串行总线，它只有两根双向信号线。一根是数据线SDA（serial data I/O），另一根是时钟线SCL（serial clock）。
2.如下图所示，IIC一条总线上可以挂多个器件，而每个器件都有唯一的地址，这样可以标识通信目标。数据的通信的方式采用主从方式，主机负责主动联系从机，而从机则被动回应数据并及时响应。

1.2.2 I2C总线传输协议

数据位的有效性规定
SCL为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有SCL信号为低电平期间，SDA状态才允许变化。如图所示
I2C的起始和终止信号
SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；
SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号；
响应信号（ ACK ）：接收器在接收到8位数据后，在第9个时钟周期，拉低SDA电平。即接收数据的IC在接收到8bit数据后，向发送数据的IC发出特定的低电平脉冲，表示已收到数据。
CPU向受控单元发出一个信号后，等待受控单元发出一个应答信号，CPU接收到应答信号后，根据实际情况作出是否继续传递信号的判断。若未收到应答信号，由此可判断为受控单元出现故障；如图所示：

下列三种情况不会有ACK信号：
A、当从机不能响应从机地址时（从机忙于其他事无法响应IIC总线操作或这个地址没有对应从机），在第9个SCL周期内SDA线没有被拉低，即没有ACK信号。这时，主机发送一个P信号终止传输或者重新发送一个S信号开始新的传输
B、从机接收器在传输过程中不能接收更多的数据时，也不会发出ACK信号。主机意识到这点，从而发出一个P信号终止传输或者从新发送一个S信号开始新的传输
C、主机接收器在接收到最后一个字节时，也不会发出ACK信号，于是，从机发送器释放SDA线，允许主机发送P信号结束传输

I2C字节的传送与应答
每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答位（即一帧共有9位）.如图所示
应答位的作用
主机在发送数据时，每次发送一字节数据，都需要读取从机应答位，当从机空闲可以接收该字节数据时，从机会发出应答（一帧数据的第9位为“0”），当从机正忙于其他工作的处理来不及接收主机发送的数据时，从机会发出非应答（一帧数据的第9位为“1”）主机则应发出终止信号以结束数据的继续传送，主机通过从机发出的应答位来判断从机是否成功接收数据.

当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号是由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA线，以允许主机产生终止信号。
贴个IIC总线在传送数据过程中信号时序图.好好研究好时序图，一切都可以轻松解决.

I2C是如何通信的
s3C4412发送或接受数据是如何区分多个子设备？可以看下图：开始通信以后，主设备首先会发送7bit位的slave device地址，和1bit位的read或者write命令，
(1)如果为write命令，则主设备free SDA通信线(If the I2C-bus is free, both SDA and SCL lines should be both at High level.如果I2C-bus是空闲的，那么SDA和SCL线都应该处于高电平。)，即SDA为高位。然后从设备先ACK主设备（拉低SDA）表示收到命令(S)。然后主设备在发送8bit数据，从设备在ACK(A)。然然后结束(P)。
(2)如果为read命令，则从设备先ACK主设备（拉低SDA），然后发送8bit数据，主设备ACK从设备(拉低SDA)，从设备在发送，直到主设备停止接收。
如下图所以，白色bit位为主设备发送，灰色bit位为从设备发送。
栗子

Watchdog 看门狗

工作原理：在系统运行以后也就启动了看门狗的计数器，看门狗就开始自动计数，如果到了一定的时间还不去清看门狗，那么看门狗计数器就会溢出从而引起看门狗中断，造成系统复位

1.4 PWM控制（Pulse Width Modulation 脉宽调制（PWM）定时器）

PWM（Pulse Width Modulation）：脉冲宽度调制。常见应用有：电机控制，DAC输出等

1.4.1 占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间与该PWM的时钟周期的时间之比

1.4.2 PWM 蜂鸣器

1.4.2 PWM 控制框图

1.4.3 PWM控制代码及手册分析

查询手册，找到PWM外设引脚为：MOTOR_PWM
查询手册，找到芯片端引脚为：GPD0_0
查询手册 GPIO章节，找到GPD0CON
查询手册 PWM章节，找到章节简介，可知有4个寄存器对应三级分频。

Exynos 4412 SCP有5个32位脉宽调制（PWM）定时器。这些定时器为ARM子系统产生内部中断。此外，定时器0、1、2和3包括一个驱动外部I/O信号的PWM功能。

定时器0中的PWM具有可选的死区发生器功能，以支持大电流器件。
定时器4是一个没有输出引脚的内部定时器.定时器使用APB-PCLK作为源时钟。
定时器0和1共享一个可编程的8位预分频器，为PCLK提供第一级分频。
定时器2、3和4共享一个不同的8位预分频器。
每个定时器都有自己的私有时钟分割器，提供第二级时钟分割（预分频器除以2、4、8或16）。
每个定时器都有自己的32位向下计数器；定时器时钟驱动这个计数器。定时器计数缓冲器寄存器(TCNTBn)加载了向下计数器的初始值。
如果向下计数器达到零，则产生定时器中断请求，通知CPU定时器操作完成。
如果定时器向下计数达到零，则相应的TCNTBn的值自动重新加载到向下计数器中，开始下一个周期。
但是，如果定时器停止，例如，在定时器运行模式下通过清除TCONn的定时器使能位，该值为 TCNTBn的值不会重新加载到计数器中。
PWM功能使用TCMPBn寄存器的值。定时器控制逻辑在以下情况下改变输出电平。的值与定时器控制逻辑中比较寄存器的值相匹配。
因此，比较寄存器决定PWM输出的开启时间或关闭时间。
每个定时器都是双缓冲结构，TCCNTBn和TCMPBn寄存器允许定时器参数的在一个周期的中间更新。新值在当前定时器周期结束前不会生效。

找到寄存器描述查表可知对应的3个寄存器分别为：第一分频:TCFG0 第二分频：TCFG1 第三分频：TCNTB0

设置一级分频 TCFG0
设置二级分频 TCFG1
设置三级分频 TCNTB0
TCMPB0 占空比
占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率
TCNTBn是脉冲总宽度，TCMPBn是高电平宽度，占空比 = TCNTBn/TCNTBn
TCON

Timer 0 auto reload on/off: 1 = Interval mode (auto-reload) 自动载入 TCMPB0，TCNTB0
Timer 0 output inverter on/off : 0 = Inverter Off 禁止逆变器（波形不翻转）
Timer 0 manual update: 1 = Updates TCNTB0 andTCMPB0 自动更新TCNTB0 和TCMPB0
0 = No operation 停止更新CNTB0 和TCMPB0
Timer 0 start/stop: 1 = Starts Timer 0 计时器0开始计时
0 = Stops Timer 0 计时器0停止计时

//PWM timer
//#define GPX2CON 	0x11000C40
//#define rGPX2CON 	(*(volatile unsigned int*)GPX2CON)

#define TCMPB0      0x139D0010
#define TCON        0x139D0008


#define rTCMPB0     (*(volatile unsigned int*)TCMPB0)
#define rTCON       (*(volatile unsigned int*)TCON)



void do_pwm(void)
{
    rTCMPB0 = 100;      //占空比 = 100/200 = 0.5

    rTCON &= ~(0xF);    //先用TCON 更新定时器timer0的 TCMPB0和TCMPB0值
    rTCON |= 0xA;
    rTCON &= ~(0xF);    //再用TCON开启 定时器timer 0
    rTCON |= 0x9; 
}

PWM蜂鸣器示例代码

//uart
#define GPA1CON 	0x11400020
#define ULCON2 		0x13820000
#define UCON2 		0x13820004
#define UBRDIV2 	0x13820028
#define UFRACVAL2  	0x1382002c
#define UTXH2 		0x13820020
#define UTRSTAT2 	0x13820010

#define rGPA1CON 	(*(volatile unsigned int*)GPA1CON)
#define rULCON2 	(*(volatile unsigned int*)ULCON2)
#define rUCON2 		(*(volatile unsigned int*)UCON2)
#define rUBRDIV2 	(*(volatile unsigned int*)UBRDIV2)
#define rUFBRACVAL2 (*(volatile unsigned int*)UFRACVAL2)
#define rUTXH2 		(*(volatile unsigned int*)UTXH2)
#define rUTRSTAT2 	(*(volatile unsigned int*)UTRSTAT2)


//interrupt
#define GPX1CON 		0x11000c20
#define EXT_INT41CON 	0x11000E04
#define EXT_INT41_MASK 	0x11000F04
#define ICDISER1_CPU0 	0x10490104
#define ICDDCR 			0x10490000
#define ICCPMR_CPU0 	0x10480004
#define ICCICR_CPU0 	0x10480000
#define ICCIAR_CPU0 	0x1048000C
#define EXT_INT41_PEND 	0X11000F44
#define ICDICPR1_CPU0 	0x10490284
#define ICCEOIR_CPU0 	0x10480010
#define ICDIPTR14_CPU0 	0x10490838

#define rGPX1CON 		(*(volatile unsigned int*)GPX1CON)
#define rEXT_INT41CON 	(*(volatile unsigned int*)EXT_INT41CON)
#define rEXT_INT41_MASK (*(volatile unsigned int*)EXT_INT41_MASK)
#define rICDISER1_CPU0 	(*(volatile unsigned int*)ICDISER1_CPU0)
#define rICDDCR 		(*(volatile unsigned int*)ICDDCR)
#define rICCPMR_CPU0 	(*(volatile unsigned int*)ICCPMR_CPU0)
#define rICCICR_CPU0 	(*(volatile unsigned int*)ICCICR_CPU0)
#define rICCIAR_CPU0 	(*(volatile unsigned int*)ICCIAR_CPU0)
#define rEXT_INT41_PEND (*(volatile unsigned int*)EXT_INT41_PEND)
#define rICDICPR1_CPU0 	(*(volatile unsigned int*)ICDICPR1_CPU0)
#define rICCEOIR_CPU0 	(*(volatile unsigned int*)ICCEOIR_CPU0)
#define rICDIPTR14_CPU0 (*(volatile unsigned int*)ICDIPTR14_CPU0)


//PWM
#define GPD0CON 		0x114000A0
#define TCFG0 			0x139D0000
#define TCFG1 			0x139D0004
#define TCNTB0 			0x139D000C
#define TCMPB0      	0x139D0010
#define TCON        	0x139D0008

#define rGPD0CON 		(*(volatile unsigned int*)GPD0CON)
#define rTCFG0 			(*(volatile unsigned int*)TCFG0)
#define rTCFG1 			(*(volatile unsigned int*)TCFG1)
#define rTCNTB0 		(*(volatile unsigned int*)TCNTB0)
#define rTCMPB0     	(*(volatile unsigned int*)TCMPB0)
#define rTCON       	(*(volatile unsigned int*)TCON)

void uart_putc(char c);
void do_irq(void);
void do_pwm(void);
void do_key3(void);
void do_int(void);

int main(int argc, const char *argv[])
{
	//key3
	do_key3();
	//pwm
	do_pwm();
	//int
	do_int();


	return 0;
}


void uart_putc(char c)
{	
	while(!(rUTRSTAT2&0X02));
	rUTXH2 = c;
	return;
}

void do_key3(void)
{
	//KEY3
	/* 设置GPA1控制器为UART模式 */
	rGPA1CON &= ~(0xff<<0);   	//把寄存器的bit0~7全部清零
	rGPA1CON |= 0X22<<0; 			//Rx,Tx
	/* 设置串口协议 */
	rULCON2 = 0x03; 			//0校验位 ，8数据位，1停止位
	rUCON2 = 0x05; 				//轮询模式
	/*
	 * 设置波特率：
	 *UART时钟信号源的值为：
	 *100Mhz= 100 000khz = 100 000 000hz
	 *本实验波特率值位115200，DIV_VAL = 100000000/(115200*16) -1 = 54.25 -1 = 53.25
	 *UBRDIVn = 53
	 *UFRACVALn/16 = 0.25 ----> UFRACVALn = 4
	 */
	rUBRDIV2 = 53; 				
	rUFBRACVAL2 = 4;
}	

void do_int(void)
{
	//INT
	/* 外设层次上，配置管脚工作模式 */
	rGPX1CON &= ~(0xf<<4); 	//设置为中断模式
	rGPX1CON |= (0xF<<4);

	rEXT_INT41CON &= ~(0X7<<4);
	rEXT_INT41CON |= (0X02<<4); 	//设置为下降沿触发

	rEXT_INT41_MASK &= ~(1<<1); 	//外设引脚使能中断，可以让中断发生
	/* GIC(通用中断控制器)层次上 */
	rICDISER1_CPU0 = rICDISER1_CPU0 | (1<<25); 	//使能当前中断
	rICDDCR |= (1<<0); 			//全局使能GIC 让所有中断可以通过GIC到达CPU
	rICCPMR_CPU0 |= (0xFF<<0); 	//设置中断优先级掩码级别为255
	/* CPU内核层次上 */
	rICCICR_CPU0 |= (1<<0); 		//CPU0的全局使能中断，所有中断都可以通过CPU接口到达内核
	
	rICDIPTR14_CPU0 = 0x01010101; //照抄，意义不明

	/* 发送状态判断 */	
	while(1)
	{
		uart_putc('c');
		delay1s();
	}
}

void do_irq(void) //参数中的void表示该函数不允许接受参数，理论上不写也可以，为了方便编译器通过，处于严谨考虑，还是要写上
{	
	int irq_num;
	irq_num = rICCIAR_CPU0&0x3FF; 	//获取中断号
	switch(irq_num) 
	{
	case 57:
		uart_putc('k');
		uart_putc('2');
		rEXT_INT41_PEND |= 1<<1; 	//清GPX1_1中断位
		rICDICPR1_CPU0 	|= 1<<25; 	//清GIC GPX1_1中断位
		break;
	default:
		uart_putc('x');
		break;
	}
	
	rICCEOIR_CPU0 &= (~0x3FF);
	rICCEOIR_CPU0 |= irq_num; 	//结束中断 将处理完成的中断ID号写入该寄存器 表示相应的中断处理完成
}

void do_pwm(void)
{
	rGPD0CON &= ~(0xF); 	//GPD0_0设置为PWM模式
	rGPD0CON |= 0x02;

	rTCFG0 &= ~(0xFF); 		//TCFG0[7:0] 设置1分频为100
	rTCFG0 |= 0x64;

	rTCFG1 &= ~(0xF); 		//TCFG1[3:0]设置2分频为8
	rTCFG1 |= 0x3; 			

	rTCNTB0 = 200; 			//TCNTB0 设置3分频为200
	rTCMPB0 = 100;      	//占空比 = 100/200 = 0.5

    rTCON &= ~(0xF);    	//先用TCON 更新定时器timer0的 TCMPB0和TCMPB0值
    rTCON |= 0xA;
    rTCON &= ~(0xF);    	//再用TCON开启 定时器timer 0
    rTCON |= 0x9; 	
}