基于LINUX系统的嵌入式LED显示的设计

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1、摘要嵌入式系统是先进的计算机技术、半导体技术、电子技术以及各种具体应用相结合的产物，是技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的新型集成知识系统。本次课程设计的目的是在有C语言基础，掌握在Linux下常用编辑器的使用Makefile 的编写和使用以及Linux下的程序编译与交叉编译过程需要部分数字电路的知识的基础上。学习LED的相关知识, 掌握74HC273芯片的工作原理以及了解SPI接口的相关知识。主要内容是学习LED相关知识，了解74HC273芯片对LED点亮的工作机制，熟练阅读74HC273芯片资料，掌握对它的使用。 关键词：嵌入式系统、LED、点阵目录一、引言1二、嵌入式系统的特点21、

2、概念22、8段LED原理33、点阵式LED原理34、LED数码管电路图45、74HC273在开发板上的连接5四、实验部分61、实验设备及工具62、实验基础63、实验环境连接7五、 实验步骤121、阅读理解源码122、编译应用程序123、下载调试13六、心得体会15七、参考文献16附录：17一、引言目前，嵌入式技术已成为通信和消费类产品的共同发展方向。嵌入式系统几乎包括了生活中的所有电器设备，如掌上、移动计算设备、电视机顶盒、手机上网、数字电视、多媒体、汽车、微波炉、数字相机、家庭自动化系统、电梯、空调、安全系统、自动售货机、蜂窝式电话、消费电子设备、工业自动化仪表与医疗仪器等。嵌入式系统是先进

3、的计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业的具体应用相结合的产物，这就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度分散、不断创新的知识集成系统。嵌入式系统一般指非系统。它是以应用为中心、软硬件可裁减的、能适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性要求的专用计算机系统。简单地说，嵌入式系统是集系统的应用软件与硬件于一体，类似于中的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，因此特别适合于要求实时和多任务的系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成。二、嵌入式系统的特点嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可剪裁，适应引

4、用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的计算机系统。）嵌入式系统通常是面向特定应用的，嵌入式与通用型的最大不同就是，嵌入式大多工作在为特定用户群设计的系统中，它通常都具有低功耗、小体积、高集成度等特点，能够把通用中许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，因此，器件的移动能力大大增强，同时跟网络的耦合也越来越紧密。）嵌入式系统的硬件和软件都必须高效地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用中对处理器的选择更具有竞争力。）因为嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也和具体产品同步进行，所以，嵌入式系统产品

5、一旦进入市场，一般都具有较长的生命周期。）为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的软件一般都固化在存储器芯片或单片机之中，而不是存贮于磁盘等载体中。嵌入式系统本身不具备自举开发能力，即使在设计完成后，用户也不能对其中的程序进行修改，而是必须有一套开发工具和环境才能进行开发。三、LED基本原理1、概念 在某些半导体材料的 PN 结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会 把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN 结加反 向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制 作的二极管叫发光二极管，通称 LED。LED 的发光颜色和发光效率与制作 LED 的

6、材料和工艺有关，目前广泛使用 的有红、绿、蓝三种。由于 LED 工作电压低（仅 1.5-3V），能主动发光且有 一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命 长（10 万小时），所以在大型的显示设备中，目前尚无其他的显示方式与 LED 显示方式匹敌。 把红色和绿色的 LED 放在一起作为一个像素制作的显示屏叫双基色屏或 伪彩色屏；把红、绿、蓝三种 LED 管放在一起作为一个像素的显示屏叫三基 色屏或全彩屏。制作室内 LED 屏的像素尺寸一般是 2-10 毫米，常常采用把几 种能产生不同基色的 LED 管芯封装成一体，室外 LED 屏的像素尺寸多为 12-26 毫米，每个像

7、素由若干个各种单色 LED 组成，常见的成品称像素筒或像素模 块。 LED显示屏如果想要显示图象，则需要构成像素的每个 LED 的发光亮度都 必须能调节，其调节的精细程度就是显示屏的灰度等级。灰度等级越高，显 示的图像就越细腻，色彩也越丰富，相应的显示控制系统也越复杂。在当前 的技术水平下，256 级灰度的图像，颜色过渡已十分柔和，图像还原效果比 较令人满意。 资料显示，LED 光源比白炽灯节电 87%、比荧光灯节电 50%，而寿命比白 炽灯长 2030 倍、比荧光灯长 10 倍。LED 光源因具有节能、环保、长寿命、安 全、响应快、体积小、色彩丰富、可控等系列独特优点，被认为是节电降能 耗的

8、最佳实现途径。2、8段LED原理 LED的7个字段分别称为a、b、c、d、e、f、g，有时还有一个小数点段h，图1(a)所示。通过7个（或8个）发光段的不同组合，显示09和AF共16个字母数字，从而实现十六进制的显示。为使7段显示器显示数字或字符，就需点亮相应的段，每个段分别由数据线进行控制，通常数据线D0D7顺序控制ah段，如图11-34(b)所示，所需的控制信号称为段码。由于数字与段码之间没有规律性，因此必须进行数字与段码之间的转换以便显示数字。常用的转换方法是将要显示字形的段码列成一个表，称为段码表。显示时，根据字符查段码表，取出其对应的段码送到数据线上来控制显示。3、点阵式LED原理点

9、阵式LED的显示单元一般由8行8列LED组成，其外形及内部连接如图3所示，可以再由这8行8列的LED拼成更大的LED阵列。点阵式LED显示器能显示各种字符、汉字及图形、图像，并具有色彩。点阵式LED中，每个LED表示一个像素，通过每个LED的亮与灭来构造出所需的图形，各种字符及汉字也是通过图形方式来显示的。对于单色点阵式LED，每个像素需要1位二进制数表示，1表示亮，0表示灭。对于彩色点阵式LED，则每个像素需要更多的二进制位表示，通常需要一个字节。点阵式LED显示器的显示控制采用扫描方式，在数据存储器中开辟若干个存储单元作为显示缓冲区，缓冲区中存有所需显示图形的控制信息。显示时依次通过列信号

10、驱动器输出一行所需所有列的信号，然后再驱动对应的行信号，控制该行显示。只要扫描速度适当，显示的图形就不会出现闪烁4、LED数码管电路图 其中各个引脚的功能在下面都有描述。 图1.LED数码管电路图5、74HC273在开发板上的连接74HC273 在 8 字数码管中开发板中的连接如下图所示： 图2. 开发板上的7段LED的连接 开发板设置2 个数码管，由74HC273 控制。74HC273是同步串行转并行的锁存器，在此通过SPI 总线和CPU 连接，锁存数据后驱动数码管发光。 图3. 开发板上点阵式LED的连接四、实验部分1、实验设备及工具 硬件：UP-TECH S2410/P270 DVP 嵌

11、入式实验平台、PC 机 Pentium 500 以 上, 硬盘 10G 以上。 软件：PC 机操作系统 REDHAT LINUX 9.0MINICOMARM-LINUX 开发环境 2、实验基础 目的是为后续实验搭建好软、硬件环境，配置好相关的协议、服务，并 通过编写最简单的HelloWorld程序进行测试。由于实验都要依靠前面的配 置，本段只着重叙述实验的具体实现。3、实验环境连接（1）、建立工作目录 rootzxt smile# mkdir hello rootzxt smile# cd hello（2）、编写程序源代码 用下面的命令来编写 hello.c 的源代码，进入 hello 目录使

12、用 vi 命令来编辑代码： rootzxt hello# vi hello.c按“i ” 或者“a ” 进入编辑模式，将上面的代码录入进去，完成后按 Esc 键进入命令状态，再用命令“：wq” 保存并退出。这样我们便在当前目录下建立了一个名为 hello.c 的文件。进入/arm2410cl/exp/basic/10_led 目录，使用 vi 编辑器或其他编辑器阅读理解源代码 （3）、编译应用程序 运行 make 产生 test_led 可执行文件 test_led（4）、编写Makefile（5）、编译应用程序 在 hello 目录下运行“make” 来编译我们的程序了。如果进行了修改，重

13、新编译则运行:rootzxt hello# make cleanrootzxt hello# make（6）、下载调试 在宿主 PC 计算机上启动 NFS 服务，并设置好共享的目录，在建立好 NFS 共享目录以后，我们就可以进入 MINICOM 中建立开发板与宿主 PC 机之间的通讯了。其步骤如下： 服务器设置，输入命令”setup”分别进行对系统服务及防火墙配置。 图1 服务器配置 为宿主PC机配置了NFS服务 NFS(Network File System)指网络文件系统，它实现了文件在不同的系统间使用。当我们想用远端档案时，只需调用“mount”就可以远端系统挂接在自己的档案系统之下。每

14、次重启宿主PC机时，先输入命令”service portmap restart”和”service nfs restart”，以启动nfs服务。 启动vi编辑器查看网段 输入命令”Vi /etc/exports”查看网段为”192.168.0.*”,按键”ESC”,输入”: wp”存盘退出。 重新启动NFS服务，输入”ifconfig eth0 192.168.0.110”完成主机IP地址设置。 图2 NFS服务器配置 进入共享文件”cd /root/share/exp/basic/10_led”,输入”ls”查看10_led 下的两个.c文件。 输入”make clean”,”make”生成

15、两个.0文件。转入超级终端硬件连接：连接宿主机和UP-TECH S2410/P270 DVP 嵌入式实验平台。打开宿主PC 机电源，进入 Linux操作系统。（7）、启动实验平台 硬件连接： 连接电源，将12V电源线的连到UP-NETARM2410-CL的电源接口;连接串口线，一端连接PC的串口，另一端连接到UP-NETARM2410-CL的串口（RS232-0）；连接网线，将随机附带的交叉网线把UP-NETARM2410-CL靠近于电源接口的网口和PC机的网口连接好。 建立超级终端：运行Windows系统下（以WindowsXP为例）开始所有程序附件通讯超级终端（HyperTerminal）

16、。 新建一个通信终端。如果要求输入区号、电话号码等信息请随意输入，出现如图所示对话框时，为所建超级终端取名为arm，可以为其选一个图标。单击“确定”按钮 图3 新建超级终端 在接下来的对话框中选择ARM开发平台实际连接的PC机串口（如COM1），按确定后出现如图所示的属性对话框，设置通信的格式和协议。这里波特率为115200，数据位8，无奇偶校验，停止位1，无数据流控制。按确定完成设置。完成新建超级终端的设置以后，可以选择超级终端文件菜单中的另存为，把设置好的超级终端保存在桌面上，以备后用。用串口线将PC机串口和平台UART0正确连接后，就可以在超级终端上看到程序输出的信息了。 图4 超级终端

17、端口设置 启动实验平台 ：:打开电源开关，系统会由VIVI开始引导。正常启动时会显示启动信息到“Press Return to start the LINUX now, any other key for vivi”，按除回车键外的其它键则进入vivi控制台。 图5 启动超级终端平台 图6 超级终端命令输入 输入”ping192.168.0.122”和”192.168.0.121”查看是否连通，若成功连接，”Ctrl+C”结束，在进行挂载后，查找根目录下的文件”cd /host/exp/basic/10_led”，通过“ls”查看文件,然后使用“insmod s3c2410-led.o ”命令

18、完成将一个可动态加载的模块加载到内核中。输入” lsmod” 显示当前内核加载的模块，输入命令”./test_led”进行程序测试。 图7 下位机运行五、实验步骤 1、阅读理解源码 进入/arm2410cl/exp/basic/10_led 目录，使用 vi 编辑器或其他编辑器阅读理解源代码 2、编译应用程序 运行 make 产生 test_led 可执行文件 test_led rootBC exp/basic# cd 10_led rootBC 10_led# make armv4l-unknown-linux-gcc -c -I. -Wall -O -D_KERNEL_ -DMODULE

19、-I/home/kernel/linux-2.4.18-2410cl/include s3c2410-led.c -o s3c2410-led.o armv4l-unknown-linux-gcc -I. -Wall -O -D_KERNEL_ -DMODULE -I/home/kernel/linux-2.4.18-2410cl/include -c -o test_led.o test_led.c rootBC 2410-Classics LED# ls Makefile readme s3c2410-led.c s3c2410-led.o test_led test_led.c test

20、_led.o3、下载调试 切换到 minicom 终端窗口，使用 NFS mount 开发主机的/arm2410cl 到/host 目录,然后进入/host/exp/basic/10_led 目录，用 insmod s3c2410-led.o 命令插入 led 驱动，并用 lsmod命令查看是否已经插入。/mnt/yaffsmount -t nfs -o nolock 192.168.0.189:/arm2410cl /host /host/exp/basiccd 10_led/ /host/exp/10_ledls Makefile readme s3c2410-led.c s3c2410-

21、led.o test_led test_led.c test_led.o /host/exp/10_ledinsmod s3c2410-led.o Using s3c2410-led.o 0-numeric tube : Dprintk device open s3c2410-hc273 initializedUsing exio.o /host/exp/10_ledlsmod Module Size Used by Tainted: P s3c2410-led 2048 0 (unused) /host/exp/10_led./test_led 即可以看到8字数码管和点阵数码管工作。六、 结

22、果分析七、心得体会通过做这次ARM嵌入式课程设计我深深的体会到，专心投入去完成一件事情是多么让人激动不已的，当某个环节的问题被你解决后，那种成就感能带给自己更大的信心和激发你对学习的热情，可能这是大学最后一个课程设计的原因，我把大量的精力和激情都投入到这次课程设计中，所以在整个学习过程中，我解决了一些平时没有碰到的问题，这更让我对技术这个行业产生强烈的兴趣,下面是我这两周的课程设计心得。这次课程设计我们做的是在ARM嵌入式平台上通过LED显示不同的符号，这是一个具有挑战性的功课，我们组分完每个人的任务后，接下来查资料，设计，分析，和同学讨论，在电脑上用软件仿真，这几天，紧张而又充实。这次课程设

23、计是对我所学知识的全面检验。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对实际的设计是一个值得我们思考的问题，又如何把我们学的书本内容运用到实际中呢？我想做本次课程设计就给我们提供了良好的实践平台。在本次课程设计中我感触很深的就是要查阅很多指导书籍。在此次设计中，我学会了自上而下的系统设计思想，掌握了综合应用所学理论的能力，而且对我的毅力是个考验，我是连续将近两周周做下来的。对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。此次课程设计将对我今后的进步产生积极影响。最后由衷感谢老师的指导，同学的帮助。八、参考文献 【1】赵宏,曹洁.Linux系统指南.成都：西

24、南交通大学出版社，2008【2】张晓林，崔迎炜.嵌入式系统设计与实现。北京：北京航空航天大学出版社，2006【3】杨刚.嵌入式基础实验教程.北京：北京大学出版社，2007【4】陈文智.嵌入式系统开发原理与实践 .北京：清华大学出版社，2005【5】杜春雷.ARM体系结构与编程.清华大学出版社，2007【6】博创公司.2410经典实验指导书3.2.北京博创兴业科技有限公司，2007【7】郑慕德.嵌入式微型计算机系统实例教程.北京：科学出版社，2006【8】刘洪涛，孙天泽.嵌入式技术与设计.北京：人民邮电出版社，2009【9】【10】,2009.8.6【11】http:/wwww.broadex-

25、,2009.1.2附录：#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include /* debug macros */#undef DEBUG#define DEBUG#ifdef DEBUG#define DPRINTK( x. )printk(s3c2410-led: x)#else#define DPRINTK( x. )#endif#defi

26、ne DEVICE_NAME s3c2410 led#define LED_TUBE_PHY_START 0x08000110#define LED_DIG_PHY_START 0x08000100#define LED_TUBE_IOCTRL 0x11#define LED_DIG_IOCTRL 0x12static int ledMajor = 0;#define LED_MINOR 1#ifdef CONFIG_DEVFS_FSstatic devfs_handle_t devfs_led_dir,devfs_led;#endifstatic u32 s3c2410_led_tube_a

27、ddr = IDE_BASE + 0x100;static u32 s3c2410_led_dig_vaddr = IDE_BASE + 0x110;static int s3c2410_led_ioctl (struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned int arg)/printk(DOT buffer is %xn ,arg8 ); switch(cmd) case LED_DIG_IOCTRL: return *(volatile unsigned long *)s3c2410_led_dig_va

28、ddr=(arg8) | arg 16; ; default : return printk(your command is not exist); return 0;static ssize_t s3c2410_led_write(struct file *filp, const char *buf, size_t count, loff_t * f_pos)int i;unsigned char mdata16;if (copy_from_user(mdata,buf,10) return -EFAULT;for (i=0;i8;i+)/printk(:%d ,mdatai);/*(vol

29、atile unsigned char *)(s3c2410_led_tube_addr+i)=0xff;*(volatile unsigned char *)(s3c2410_led_tube_addr+i*2)=mdatai;/printk(:%x ,*(volatile unsigned short *)(s3c2410_led_tube_addr+i);/printk(n); return 0;static int s3c2410_led_open(struct inode *inode, struct file *filp) MOD_INC_USE_COUNT; printk(led

30、 device open sucess!n); return 0;static int s3c2410_led_release(struct inode *inode, struct file *filp) MOD_DEC_USE_COUNT; printk(led device releasen); return 0;static struct file_operations s3c2410_led_fops = owner:THIS_MODULE, open:s3c2410_led_open, ioctl:s3c2410_led_ioctl, write:s3c2410_led_write

31、, release:s3c2410_led_release,;int _init s3c2410_led_init(void) int ret;BWSCON = (BWSCON & (BWSCON_ST1 | BWSCON_WS1 | BWSCON_DW1) | (BWSCON_ST1 | BWSCON_DW(1, BWSCON_DW_16);BANKCON1= BANKCON_Tacs4 | BANKCON_Tcos4 | BANKCON_Tacc14 |BANKCON_Toch4 | BANKCON_Tcah4 | BANKCON_Tacp6 | BANKCON_PMC1;GPACON|=

32、(112); ret = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &s3c2410_led_fops); if (ret 0) DPRINTK(DEVICE_NAME cant get major numbern); return ret; #ifdef CONFIG_DEVFS_FS devfs_led_dir = devfs_mk_dir(NULL, led, NULL); devfs_led = devfs_register(devfs_led_dir, 0raw, DEVFS_FL_DEFAULT, ledMajor,LED_MINOR, S_IFCHR | S

33、_IRUSR | S_IWUSR, &s3c2410_led_fops, NULL);#endif DPRINTK (DEVICE_NAMEtdevice initializedn); return 0; void _exit s3c2410_led_exit(void)#ifdef CONFIG_DEVFS_FSdevfs_unregister(devfs_led);devfs_unregister(devfs_led_dir);#endifunregister_chrdev(ledMajor, DEVICE_NAME);module_init(s3c2410_led_init);modul

34、e_exit(s3c2410_led_exit);#include #include #include #include #include #include /#include #define TUBE_IOCTROL 0x11#define DOT_IOCTROL 0x12void jmdelay(int n) int i,j,k; for (i=0;in;i+) for (j=0;j100;j+) for (k=0;k100;k+);int main() int fd; int i,j,k; unsigned int LEDWORD; unsigned int MLEDA8; unsign

35、ed char LEDCODE10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; unsigned char dd_data1610=0xff,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0xff,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0xff,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0xff,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0xff,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0xff,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0xff,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0xff,0,0,0x1,0x1,0x1,0x1,0x1,0

36、x1,0x1,0x1,0,0,0x2,0x2,0x2,0x2,0x2,0x2,0x2,0x2,0,0,0x4,0x4,0x4,0x4,0x4,0x4,0x4,0x4,0,0,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0x8,0,0,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0,0,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0,0,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0,0,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0,0,

37、; fd=open(/dev/led/0raw,O_RDWR); if (fd 0) printf(#Led device open fail#n); return (-1); LEDWORD=0xff00; printf(will enter TUBE LED ,please waiting . n); LEDWORD=0xff00; ioctl(fd,0x12,LEDWORD); sleep(1); for (j=0;j2;j+) for (i=0;i10;i+) LEDWORD=(LEDCODEi8)|LEDCODE9-i; ioctl(fd,0x12,LEDWORD); jmdelay(1500); printf(will enter DIG LED ,please waiting . n); sleep(1); for (i=0;i16;i+) write(fd,dd_datai,10);jmdelay(1000); while(1)unsigned char a10; for (i=0;i10;i+)ai = rand() % 255;write(fd,a,10);jmdelay(500); close(fd); return 0;23