4. 编程模型与工具
在开发基于 NXP LPC1100 系列单片机的项目时，选择合适的编程模型和工具至关重要。本节将详细介绍如何选择和使用这些工具，以及如何构建有效的开发环境。我们将涵盖以下内容：
- 4.1 选择合适的开发工具
- 4.2 设置开发环境
- 4.3 编程模型
- 4.4 代码示例
4.1 选择合适的开发工具
选择合适的开发工具可以显著提高开发效率和代码质量。NXP LPC1100 系列单片机支持多种开发工具，包括但不限于：
- Keil μVision IDE：这是一个非常流行的集成开发环境，支持 ARM Cortex-M0 系列单片机，提供强大的编译器、调试器和仿真器。
- IAR Embedded Workbench：同样是一款成熟且功能丰富的开发工具，支持多种 ARM 单片机，包括 LPC1100 系列。
- GCC (GNU Compiler Collection)：这是一个开源的编译器集合，适用于嵌入式开发，可以通过多个不同的 IDE 或命令行工具使用。
- LPCXpresso：这是 NXP 官方提供的开发工具，集成了 Eclipse IDE 和 GCC 编译器，支持 LPC1100 系列单片机。
选择开发工具时，应考虑以下因素：
- 易用性：选择一个界面友好、易于上手的工具。
- 功能丰富性：工具应提供强大的编译、调试和仿真功能。
- 社区支持：选择一个有活跃社区和丰富资源的工具。
- 成本：考虑工具的费用，开源工具如 GCC 可能是成本敏感项目的首选。
4.2 设置开发环境
设置开发环境是开始任何项目的第一步。我们将以 LPCXpresso 为例，详细介绍如何设置开发环境。
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安装 LPCXpresso
下载并安装 LPCXpresso IDE。可以从 NXP 官方网站或 LPCXpresso 官方网站获取最新版本的安装包。
# 下载 LPCXpresso IDE wget https://www.nxp.com/support/developer-resources/software-development-tools/lpcxpresso/lpcxpresso-ide:SOFTWARE-LPCX # 解压安装包 tar -xvf lpcxpresso-ide*.tar.gz # 运行安装程序 ./lpcxpresso-ide*.sh -
配置硬件
确保您的 LPC1100 开发板连接到计算机，并正确安装了驱动程序。LPCXpresso 通常会自动检测连接的开发板，但您也可以手动配置。
- 连接开发板：使用 USB 线将开发板连接到计算机。
- 安装驱动程序：确保安装了正确的 USB 驱动程序，以便 LPCXpresso 可以识别开发板。
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创建新项目
打开 LPCXpresso IDE，创建一个新的 LPC1100 项目。
# 创建新项目 1. 打开 LPCXpresso IDE。 2. 选择 File -> New -> LPCXpresso Project。 3. 在 New LPCXpresso Project 向导中，选择项目类型（C 或 C++）。 4. 选择您的 LPC1100 系列单片机。 5. 选择 GCC ARM Embedded 作为工具链。 6. 完成项目创建向导。 -
配置项目
配置项目以适应您的开发需求。例如，配置包含路径、库文件和编译选项。
# 配置项目 1. 右键点击项目 -> Properties。 2. 选择 C/C++ Build -> Settings。 3. 在 Tool Settings 选项卡中，配置包含路径和库文件。 4. 在 C/C++ General 选项卡中，配置预处理器宏和编译选项。 -
编写代码
在项目中编写您的代码。LPCXpresso 提供了丰富的代码模板和示例，可以帮助您快速上手。
# 编写代码 1. 在项目中创建一个新的 C 文件。 2. 编写您的代码。 -
编译和下载代码
编译代码并将其下载到开发板上。LPCXpresso 提供了一键编译和下载的功能。
# 编译和下载代码 1. 选择 Project -> Build All。 2. 选择 Run -> Debug。 3. 选择 Debug As -> LPCXpresso Debug。
4.3 编程模型
LPC1100 系列单片机基于 ARM Cortex-M0 核心，其编程模型包括以下几个关键部分：
- 寄存器：LPC1100 系列单片机有多个寄存器，用于控制和监控各种功能。了解这些寄存器的用途和配置方法对于高效编程至关重要。
- 中断：中断是嵌入式系统中常用的一种机制，用于处理外部事件和定时任务。LPC1100 系列单片机支持多种中断源。
- 时钟和定时器：时钟和定时器是单片机系统中的重要组成部分，用于控制系统的运行速度和定时任务。
- 外设：LPC1100 系列单片机集成了多种外设，如 UART、SPI、I2C 等。了解如何配置和使用这些外设是开发项目的必备技能。
4.3.1 寄存器
LPC1100 系列单片机的寄存器可以通过内存映射的方式进行访问。每个外设都有一个对应的基地址，通过读写这些地址可以控制外设的功能。
例如，控制 GPIO 端口的寄存器包括：
- FIO_BASE：GPIO 端口的基地址。
- FIO_DIR：设置 GPIO 端口的方向。
- FIO_SET：设置 GPIO 端口的输出值。
- FIO_CLR：清除 GPIO 端口的输出值。
#include "LPC11xx.h"
// 定义 GPIO 端口的基地址
#define FIO_BASE (LPC_GPIO_PORT)
// 设置 GPIO 端口方向
void set_gpio_direction(uint8_t port, uint8_t pin, uint8_t direction) {
if (direction == 1) {
FIO_BASE->DIR[port] |= (1 << pin); // 设置为输出
} else {
FIO_BASE->DIR[port] &= ~(1 << pin); // 设置为输入
}
}
// 设置 GPIO 端口输出值
void set_gpio_output(uint8_t port, uint8_t pin, uint8_t value) {
if (value == 1) {
FIO_BASE->SET[port] = (1 << pin); // 设置输出为高电平
} else {
FIO_BASE->CLR[port] = (1 << pin); // 设置输出为低电平
}
}
// 读取 GPIO 端口输入值
uint8_t get_gpio_input(uint8_t port, uint8_t pin) {
return (FIO_BASE->PIN[port] & (1 << pin)) ? 1 : 0;
}
4.3.2 中断
LPC1100 系列单片机支持多种中断源，包括定时器中断、GPIO 中断等。配置中断通常涉及以下几个步骤：
- 使能中断：在 NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）中使能特定的中断。
- 编写中断服务例程 (ISR)：定义处理中断的函数。
- 配置中断优先级：设置中断的优先级，以确保中断按预期顺序处理。
#include "LPC11xx.h"
// 定义定时器中断服务例程
void TIMER1_IRQHandler(void) {
// 清除中断标志
LPC_TMR16B1->IR = 1;
// 处理中断
// 例如，切换 LED 状态
static uint8_t led_state = 0;
if (led_state == 0) {
set_gpio_output(0, 1, 1); // LED 高电平
led_state = 1;
} else {
set_gpio_output(0, 1, 0); // LED 低电平
led_state = 0;
}
}
// 配置定时器中断
void configure_timer_interrupt(void) {
// 使能定时器中断
NVIC_EnableIRQ(TIMER16_1_IRQn);
// 配置定时器
LPC_TMR16B1->PR = 0; // 分频比
LPC_TMR16B1->MR0 = 10000; // 10000 个时钟周期
LPC_TMR16B1->MCR = (1 << 1) | (1 << 2); // 中断和复位
LPC_TMR16B1->TCR = (1 << 0); // 使能定时器
}
4.3.3 时钟和定时器
LPC1100 系列单片机的时钟和定时器是系统中的重要组成部分。配置时钟通常涉及设置系统时钟频率和时钟源。配置定时器则包括设置定时器的分频比、匹配寄存器和控制寄存器。
#include "LPC11xx.h"
// 配置系统时钟
void configure_system_clock(void) {
// 设置系统时钟为外部晶振
LPC_SYSCTL->CLKSRCSEL = 0; // 选择外部晶振
// 设置 PLL
LPC_SYSCTL->PLL0CTRL = 0x24; // 设置 PLL 倍频
LPC_SYSCTL->PLL0STAT = 0x24; // 确认 PLL 设置
LPC_SYSCTL->PLL0FEED = 0xAA; // 喂狗
LPC_SYSCTL->PLL0FEED = 0x55; // 喂狗
// 使能 PLL
LPC_SYSCTL->PLL0STAT |= (1 << 24); // 使能 PLL
LPC_SYSCTL->PLL0FEED = 0xAA; // 喂狗
LPC_SYSCTL->PLL0FEED = 0x55; // 喂狗
// 选择 PLL 作为系统时钟源
LPC_SYSCTL->CLKSEL = 1; // 选择 PLL 作为时钟源
}
// 配置定时器
void configure_timer(void) {
// 选择定时器时钟源
LPC_SYSCTL->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 9); // 使能定时器时钟
LPC_TMR16B1->CTCR = 0x00; // 选择上升沿计数
// 设置分频比
LPC_TMR16B1->PR = 0; // 分频比为 1
// 设置匹配寄存器
LPC_TMR16B1->MR0 = 10000; // 10000 个时钟周期
// 设置控制寄存器
LPC_TMR16B1->MCR = (1 << 1) | (1 << 2); // 中断和复位
LPC_TMR16B1->TCR = (1 << 0); // 使能定时器
}
4.3.4 外设
LPC1100 系列单片机集成了多种外设，如 UART、SPI、I2C 等。配置和使用这些外设通常涉及设置相应的寄存器和编写相应的驱动代码。
4.3.4.1 UART
UART（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter）是一种常用的串行通信接口。配置 UART 通常涉及设置波特率、数据位、停止位和校验位。
#include "LPC11xx.h"
// 配置 UART
void configure_uart(void) {
// 使能 UART 时钟
LPC_SYSCTL->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 12); // 使能 UART 时钟
// 设置波特率
LPC_USART->DLM = 0; // 波特率除数高位
LPC_USART->DLL = 138; // 波特率除数低位
LPC_USART->FDR = 0x01; // 波特率分频器
// 设置数据位、停止位和校验位
LPC_USART->LCR = (1 << 0) | (1 << 1); // 8 数据位，1 停止位
LPC_USART->LCR |= (1 << 7); // 使能 DLAB
// 使能 UART
LPC_USART->LCR &= ~(1 << 7); // 禁用 DLAB
LPC_USART->IER |= (1 << 1); // 使能接收中断
LPC_USART->TCR = 0x01; // 使能发送
LPC_USART->FCR = 0x07; // 使能 FIFO
}
// 发送数据
void uart_send_char(char data) {
while (!(LPC_USART->LSR & (1 << 5))); // 等待发送缓冲区为空
LPC_USART->THR = data; // 发送数据
}
// 接收数据
char uart_receive_char(void) {
while (!(LPC_USART->LSR & (1 << 0))); // 等待接收缓冲区有数据
return LPC_USART->RBR; // 读取数据
}
4.3.4.2 SPI
SPI（Serial Peripheral Interface）是一种同步串行通信协议，常用于连接外设。配置 SPI 通常涉及设置时钟频率、数据格式和通信模式。
#include "LPC11xx.h"
// 配置 SPI
void configure_spi(void) {
// 使能 SPI 时钟
LPC_SYSCTL->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 10); // 使能 SPI 时钟
// 设置 SPI 模式
LPC_SSP0->CR0 = (0x7 << 4) | (8 << 0); // 8 位数据，主模式
LPC_SSP0->CPSR = 4; // 时钟分频比
LPC_SSP0->CR1 = (1 << 2) | (1 << 0); // 使能 SPI，主模式
}
// 发送数据
void spi_send_char(char data) {
LPC_SSP0->DR = data; // 发送数据
while (!(LPC_SSP0->SR & (1 << 3))); // 等待发送完成
}
// 接收数据
char spi_receive_char(void) {
while (!(LPC_SSP0->SR & (1 << 2))); // 等待接收完成
return LPC_SSP0->DR; // 读取数据
}
4.3.4.3 I2C
I2C（Inter-Integrated Circuit）是一种常用的两线串行通信协议。配置 I2C 通常涉及设置时钟频率、通信模式和中断。
#include "LPC11xx.h"
// 配置 I2C
void configure_i2c(void) {
// 使能 I2C 时钟
LPC_SYSCTL->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 7); // 使能 I2C 时钟
// 设置 I2C 时钟频率
LPC_I2C->SCLH = 0x20; // SCL 高时间
LPC_I2C->SCLL = 0x20; // SCL 低时间
// 使能 I2C
LPC_I2C->CONSET = (1 << 0); // 使能 I2C
LPC_I2C->CONSET |= (1 << 2); // 使能主模式
}
// 发送数据
void i2c_send_char(uint8_t slave_addr, uint8_t reg_addr, char data) {
// 发送起始信号
LPC_I2C->CONSET |= (1 << 1); // 发送起始信号
// 等待总线空闲
while (!(LPC_I2C->STAT & (1 << 5)));
// 发送从地址和写操作
LPC_I2C->DAT = (slave_addr << 1) | 0; // 从地址和写操作
while (!(LPC_I2C->STAT & (1 << 4))); // 等待从地址发送完成
// 发送寄存器地址
LPC_I2C->DAT = reg_addr;
while (!(LPC_I2C->STAT & (1 << 4))); // 等待寄存器地址发送完成
// 发送数据
LPC_I2C->DAT = data;
while (!(LPC_I2C->STAT & (1 << 4))); // 等待数据发送完成
// 发送停止信号
LPC_I2C->CONCLR = (1 << 1); // 清除起始信号
LPC_I2C->CONSET |= (1 << 2); // 发送停止信号
}
// 接收数据
char i2c_receive_char(uint8_t slave_addr, uint8_t reg_addr) {
// 发送起始信号
LPC_I2C->CONSET |= (1 << 1); // 发送起始信号
// 等待总线空闲
while (!(LPC_I2C->STAT & (1 << 5)));
// 发送从地址和读操作
LPC_I2C->DAT = (slave_addr << 1) | 1; // 从地址和读操作
while (!(LPC_I2C->STAT & (1 << 4))); // 等待从地址发送完成
// 发送寄
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