LPC1100 系列单片机_12.应用案例与项目实践

于 2024-10-31 21:15:19 发布
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分类专栏： LPC1100 文章标签： 单片机 mongodb 嵌入式硬件 架构 开发语言
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12. 应用案例与项目实践

在本节中，我们将通过一系列实际项目来展示如何使用基于 ARM Cortex-M0 的 NXP 系列 LPC1100 单片机。这些项目将涵盖从简单的 LED 控制到复杂的传感器数据处理，旨在帮助读者更好地理解和应用 LPC1100 系列单片机的各类功能和特性。
在这里插入图片描述

12.1 LED 闪烁控制
12.1.1 原理

LED 闪烁控制是最基本的单片机应用之一，它可以帮助初学者理解单片机的基本定时和输出控制功能。通过配置 GPIO（通用输入输出）端口和定时器，可以实现 LED 的周期性闪烁。

12.1.2 内容
12.1.2.1 GPIO 配置

首先，我们需要配置 GPIO 端口。LPC1100 系列单片机的 GPIO 端口可以设置为输入或输出模式。对于 LED 闪烁控制，我们需要将某个 GPIO 端口设置为输出模式。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 初始化 GPIO
void GPIO_Init(void) {
    // 设置 PIO0_0 为输出模式
    LPC_GPIO0->DIR |= (1 << 0);
}

// 控制 LED
void LED_Control(uint8_t state) {
    // 设置 PIO0_0 的状态
    if (state) {
        LPC_GPIO0->DATA |= (1 << 0);  // LED 亮
    } else {
        LPC_GPIO0->DATA &= ~(1 << 0); // LED 灭
    }
}
12.1.2.2 定时器配置

接下来，我们需要配置定时器来实现周期性的闪烁。LPC1100 系列单片机的定时器可以通过编程设置其频率和中断。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 定时器中断处理函数
void TIMER32_0_IRQHandler(void) {
    // 清除定时器中断标志
    LPC_TMR32B0->IR = 1;

    // 切换 LED 状态
    static uint8_t led_state = 0;
    led_state = !led_state;
    LED_Control(led_state);
}

// 初始化定时器
void TIMER_Init(void) {
    // 使能定时器时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 10);

    // 配置定时器
    LPC_TMR32B0->PR = 0;              // 预分频器设置为 0
    LPC_TMR32B0->MR0 = 1000000;       // 设置匹配寄存器 MR0，计数到 1000000 时产生中断
    LPC_TMR32B0->MCR = (1 << 1) | (1 << 0); // 设置匹配控制寄存器 MCR，MR0 时清零计数器并产生中断

    // 使能定时器中断
    NVIC_EnableIRQ(TMR32B0_IRQn);

    // 启动定时器
    LPC_TMR32B0->TCR = (1 << 0);      // 启动计数器
}
12.1.2.3 主程序

将上述函数整合到主程序中，实现 LED 的周期性闪烁。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

int main(void) {
    // 初始化 GPIO
    GPIO_Init();

    // 初始化定时器
    TIMER_Init();

    // 主循环
    while (1) {
        // 在主循环中可以添加其他任务
    }

    return 0;
}
12.2 温度传感器读取与显示
12.2.1 原理

温度传感器读取与显示项目涉及到 ADC（模数转换器）的使用。LPC1100 系列单片机的 ADC 可以将模拟信号转换为数字信号，从而读取温度传感器的输出。通过 UART（通用异步收发传输器）将读取的数据发送到串口终端显示。

12.2.2 内容
12.2.2.1 ADC 配置

首先，我们需要配置 ADC 以读取温度传感器的模拟信号。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 初始化 ADC
void ADC_Init(void) {
    // 使能 ADC 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 12);

    // 选择 ADC 通道
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 3);      // 选择 P0.3 为 ADC 输入通道

    // 配置 ADC
    LPC_ADC->CR = (1 << 24) | (1 << 8); // 选择通道 0，使能 ADC
}

// 读取 ADC 值
uint16_t ADC_Read(void) {
    // 开始一次转换
    LPC_ADC->CR |= (1 << 16);

    // 等待转换完成
    while (!(LPC_ADC->DR[0] & (1 << 31)));

    // 返回转换结果
    return (LPC_ADC->DR[0] & 0xFFF);
}
12.2.2.2 UART 配置

接下来，我们需要配置 UART 以将读取的温度数据发送到串口终端。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 初始化 UART
void UART_Init(void) {
    // 使能 UART 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 12);

    // 选择 UART 波特率
    LPC_UART0->LCR = 0x83;            // 8 位数据，无奇偶校验，1 位停止位，允许 DLAB 访问
    LPC_UART0->DLL = 12;              // 波特率 9600
    LPC_UART0->DLM = 0;               // 波特率 9600
    LPC_UART0->LCR = 0x03;            // 关闭 DLAB 访问

    // 配置 FIFO
    LPC_UART0->FCR = 0x07;            // 清除 FIFO，使能 FIFO，设置触发水平为 1 字节

    // 使能 UART 中断
    NVIC_EnableIRQ(UART0_IRQn);
}

// 发送一个字符
void UART_SendChar(char ch) {
    while (!(LPC_UART0->LSR & 0x20)); // 等待发送缓冲区为空
    LPC_UART0->THR = ch;              // 发送字符
}

// 发送一个字符串
void UART_SendString(const char *str) {
    while (*str) {
        UART_SendChar(*str++);
    }
}

// UART 中断处理函数
void UART0_IRQHandler(void) {
    // 清除 UART 中断标志
    LPC_UART0->LSR;
}
12.2.2.3 温度计算与显示

将读取的 ADC 值转换为温度值，并通过 UART 发送。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"
#include <stdio.h>

// 将 ADC 值转换为温度值
float ADC_to_Temperature(uint16_t adc_value) {
    // 假设温度传感器的输出范围为 0-3.3V，ADC 分辨率为 12 位
    float voltage = (adc_value * 3.3) / 4095.0;
    return voltage * 100.0; // 假设 1V 对应 100°C
}

int main(void) {
    // 初始化 GPIO
    GPIO_Init();

    // 初始化 ADC
    ADC_Init();

    // 初始化 UART
    UART_Init();

    // 主循环
    while (1) {
        // 读取 ADC 值
        uint16_t adc_value = ADC_Read();

        // 转换为温度值
        float temperature = ADC_to_Temperature(adc_value);

        // 通过 UART 发送温度值
        char buffer[20];
        sprintf(buffer, "Temperature: %.2f C\r\n", temperature);
        UART_SendString(buffer);

        // 延时 1 秒
        for (int i = 0; i < 1000000; i++);
    }

    return 0;
}
12.3 红外遥控接收与解码
12.3.1 原理

红外遥控接收与解码项目涉及到外部中断和定时器的使用。通过配置外部中断来捕获红外信号的高电平和低电平，然后通过定时器来测量脉冲宽度，从而解码红外信号。

12.3.2 内容
12.3.2.1 外部中断配置

首先，我们需要配置外部中断以捕获红外信号的变化。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 初始化外部中断
void ExternalInterrupt_Init(void) {
    // 使能 GPIO 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 6);

    // 选择 P0.1 为外部中断输入
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 1);      // 选择 P0.1 为 GPIO 输入
    LPC_GPIO0->DIR &= ~(1 << 1);      // 设置 P0.1 为输入模式

    // 使能外部中断
    LPC_GPIOINT->IO0IntEnF |= (1 << 1); // 使能 P0.1 下降沿中断
    LPC_GPIOINT->IO0IntEnR |= (1 << 1); // 使能 P0.1 上升沿中断

    // 使能 GPIO 中断
    NVIC_EnableIRQ(GPIO_IRQn);
}

// 外部中断处理函数
void GPIO_IRQHandler(void) {
    // 检查 P0.1 中断标志
    if (LPC_GPIOINT->IO0IntStatF & (1 << 1)) {
        // 处理下降沿中断
        LPC_GPIOINT->IO0IntStatF = (1 << 1); // 清除中断标志

        // 记录下降沿时间
        static uint32_t start_time;
        start_time = LPC_TMR32B0->TC;
    }

    if (LPC_GPIOINT->IO0IntStatR & (1 << 1)) {
        // 处理上升沿中断
        LPC_GPIOINT->IO0IntStatR = (1 << 1); // 清除中断标志

        // 计算脉冲宽度
        uint32_t end_time = LPC_TMR32B0->TC;
        uint32_t pulse_width = end_time - start_time;

        // 解码红外信号
        if (pulse_width > 1000 && pulse_width < 2000) {
            UART_SendString("Button 1 pressed\r\n");
        } else if (pulse_width > 2000 && pulse_width < 3000) {
            UART_SendString("Button 2 pressed\r\n");
        } else {
            UART_SendString("Unknown button\r\n");
        }
    }
}
12.3.2.2 定时器配置

配置定时器以测量脉冲宽度。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 定时器中断处理函数
void TIMER32_0_IRQHandler(void) {
    // 清除定时器中断标志
    LPC_TMR32B0->IR = 1;
}

// 初始化定时器
void TIMER_Init(void) {
    // 使能定时器时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 10);

    // 配置定时器
    LPC_TMR32B0->PR = 0;              // 预分频器设置为 0
    LPC_TMR32B0->MR0 = 1000000;       // 设置匹配寄存器 MR0，计数到 1000000 时产生中断
    LPC_TMR32B0->MCR = (1 << 1) | (1 << 0); // 设置匹配控制寄存器 MCR，MR0 时清零计数器并产生中断

    // 使能定时器中断
    NVIC_EnableIRQ(TMR32B0_IRQn);

    // 启动定时器
    LPC_TMR32B0->TCR = (1 << 0);      // 启动计数器
}
12.3.2.3 主程序

将上述函数整合到主程序中，实现红外遥控的接收与解码。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

int main(void) {
    // 初始化外部中断
    ExternalInterrupt_Init();

    // 初始化定时器
    TIMER_Init();

    // 主循环
    while (1) {
        // 在主循环中可以添加其他任务
    }

    return 0;
}
12.4 按键控制与事件处理
12.4.1 原理

按键控制与事件处理项目涉及到外部中断的使用。通过配置外部中断来检测按键的状态变化，并在按键按下时触发相应的事件处理函数。

12.4.2 内容
12.4.2.1 按键外部中断配置

首先，我们需要配置外部中断以检测按键的状态变化。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 初始化按键外部中断
void Key_Init(void) {
    // 使能 GPIO 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 6);

    // 选择 P0.2 为按键输入
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 2);      // 选择 P0.2 为 GPIO 输入
    LPC_GPIO0->DIR &= ~(1 << 2);      // 设置 P0.2 为输入模式

    // 使能外部中断
    LPC_GPIOINT->IO0IntEnF |= (1 << 2); // 使能 P0.2 下降沿中断
    LPC_GPIOINT->IO0IntEnR |= (1 << 2); // 使能 P0.2 上升沿中断

    // 使能 GPIO 中断
    NVIC_EnableIRQ(GPIO_IRQn);
}

// 按键中断处理函数
void GPIO_IRQHandler(void) {
    // 检查 P0.2 中断标志
    if (LPC_GPIOINT->IO0IntStatF & (1 << 2)) {
        // 处理下降沿中断
        LPC_GPIOINT->IO0IntStatF = (1 << 2); // 清除中断标志

        // 按键按下事件处理
        UART_SendString("Key pressed\r\n");
    }

    if (LPC_GPIOINT->IO0IntStatR & (1 << 2)) {
        // 处理上升沿中断
        LPC_GPIOINT->IO0IntStatR = (1 << 2); // 清除中断标志

        // 按键释放事件处理
        UART_SendString("Key released\r\n");
    }
}
12.4.2.2 主程序

将上述函数整合到主程序中，实现按键的控制与事件处理。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

int main(void) {
    // 初始化按键外部中断
    Key_Init();

    // 初始化 UART
    UART_Init();

    // 主循环
    while (1) {
        // 在主循环中可以添加其他任务
    }

    return 0;
}
12.5 电机控制与速度反馈
12.5.1 原理

电机控制与速度反馈项目涉及到 PWM（脉宽调制）和外部中断的使用。通过配置 PWM 生成控制信号，外部中断用于检测电机的转速反馈信号。

12.5.2 内容
12.5.2.1 PWM 配置

首先，我们需要配置 PWM 以生成控制信号。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 初始化 PWM
void PWM_Init(void) {
    // 使能 PWM 时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 8);

    // 选择 P0.7 为 PWM 输出
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 7);      // 选择 P0.7 为 PWM 输出
    LPC_GPIO0->DIR |= (1 << 7);       // 设置 P0.7 为输出模式

    // 配置 PWM
    LPC_PWM1->PR = 0;                // 预分频器设置为 0
    LPC_PWM1->MR0 = 20000;           // 设置匹配寄存器 MR0，计数到 20000 时产生中断
    LPC_PWM1->MR1 = 10000;           // 设置匹配寄存器 MR1，控制 PWM 占空比
    LPC_PWM1->MCR = (1 << 1) | (1 << 0); // 设置匹配控制寄存器 MCR，MR0 和 MR1 时清零计数器并产生中断

    // 使能 PWM 中断
    NVIC_EnableIRQ(PWM1_IRQn);

    // 启动 PWM
    LPC_PWM1->TCR = (1 << 0) | (1 << 1); // 启动计数器和 PWM
}

// 设置 PWM 占空比
void PWM_SetDutyCycle(uint16_t duty_cycle) {
    LPC_PWM1->### 12. 应用案例与项目实践

在本节中，我们将通过一系列实际项目来展示如何使用基于 ARM Cortex-M0的NXP系列LPC1100单片机。这些项目将涵盖从简单的LED控制到复杂的传感器数据处理，旨在帮助读者更好地理解和应用LPC1100系列单片机的各类功能和特性。

#### 12.5 电机控制与速度反馈

#### 12.5.1 原理

电机控制与速度反馈项目涉及到PWM（脉宽调制）和外部中断的使用。通过配置PWM生成控制信号，外部中断用于检测电机的转速反馈信号。PWM信号可以通过改变占空比来控制电机的速度，而外部中断可以用于测量电机的转速，从而实现速度反馈。

#### 12.5.2 内容

##### 12.5.2.1 PWM配置

首先，我们需要配置PWM以生成控制信号。

```c
// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 初始化PWM
void PWM_Init(void) {
    // 使能PWM时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 8);

    // 选择P0.7为PWM输出
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 7);      // 选择P0.7为PWM输出
    LPC_GPIO0->DIR |= (1 << 7);       // 设置P0.7为输出模式

    // 配置PWM
    LPC_PWM1->PR = 0;                // 预分频器设置为0
    LPC_PWM1->MR0 = 20000;           // 设置匹配寄存器MR0，计数到20000时产生中断
    LPC_PWM1->MR1 = 10000;           // 设置匹配寄存器MR1，控制PWM占空比
    LPC_PWM1->MCR = (1 << 1) | (1 << 0); // 设置匹配控制寄存器MCR，MR0和MR1时清零计数器并产生中断

    // 使能PWM中断
    NVIC_EnableIRQ(PWM1_IRQn);

    // 启动PWM
    LPC_PWM1->TCR = (1 << 0) | (1 << 1); // 启动计数器和PWM
}

// 设置PWM占空比
void PWM_SetDutyCycle(uint16_t duty_cycle) {
    LPC_PWM1->MR1 = (LPC_PWM1->MR0 * duty_cycle) / 100; // 计算占空比
}
12.5.2.2 外部中断配置

接下来，我们需要配置外部中断以检测电机的转速反馈信号。假设使用P0.5作为转速反馈信号的输入。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 初始化外部中断
void ExternalInterrupt_Init(void) {
    // 使能GPIO时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 6);

    // 选择P0.5为外部中断输入
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 5);      // 选择P0.5为GPIO输入
    LPC_GPIO0->DIR &= ~(1 << 5);      // 设置P0.5为输入模式

    // 使能外部中断
    LPC_GPIOINT->IO0IntEnF |= (1 << 5); // 使能P0.5下降沿中断
    LPC_GPIOINT->IO0IntEnR |= (1 << 5); // 使能P0.5上升沿中断

    // 使能GPIO中断
    NVIC_EnableIRQ(GPIO_IRQn);
}

// 外部中断处理函数
void GPIO_IRQHandler(void) {
    // 检查P0.5中断标志
    if (LPC_GPIOINT->IO0IntStatF & (1 << 5)) {
        // 处理下降沿中断
        LPC_GPIOINT->IO0IntStatF = (1 << 5); // 清除中断标志

        // 记录下降沿时间
        static uint32_t start_time;
        start_time = LPC_TMR32B0->TC;
    }

    if (LPC_GPIOINT->IO0IntStatR & (1 << 5)) {
        // 处理上升沿中断
        LPC_GPIOINT->IO0IntStatR = (1 << 5); // 清除中断标志

        // 计算脉冲宽度
        uint32_t end_time = LPC_TMR32B0->TC;
        uint32_t pulse_width = end_time - start_time;

        // 计算转速
        float speed = 1000000.0 / pulse_width; // 假设每秒1000000个计数单位
        char buffer[20];
        sprintf(buffer, "Speed: %.2f RPM\r\n", speed);
        UART_SendString(buffer);
    }
}
12.5.2.3 定时器配置

配置定时器以测量脉冲宽度。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 定时器中断处理函数
void TIMER32_0_IRQHandler(void) {
    // 清除定时器中断标志
    LPC_TMR32B0->IR = 1;
}

// 初始化定时器
void TIMER_Init(void) {
    // 使能定时器时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 10);

    // 配置定时器
    LPC_TMR32B0->PR = 0;              // 预分频器设置为0
    LPC_TMR32B0->MR0 = 1000000;       // 设置匹配寄存器MR0，计数到1000000时产生中断
    LPC_TMR32B0->MCR = (1 << 1) | (1 << 0); // 设置匹配控制寄存器MCR，MR0时清零计数器并产生中断

    // 使能定时器中断
    NVIC_EnableIRQ(TMR32B0_IRQn);

    // 启动定时器
    LPC_TMR32B0->TCR = (1 << 0);      // 启动计数器
}
12.5.2.4 主程序

将上述函数整合到主程序中，实现电机的控制与速度反馈。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"
#include <stdio.h>

int main(void) {
    // 初始化GPIO
    GPIO_Init();

    // 初始化PWM
    PWM_Init();

    // 初始化外部中断
    ExternalInterrupt_Init();

    // 初始化定时器
    TIMER_Init();

    // 初始化UART
    UART_Init();

    // 主循环
    while (1) {
        // 设置PWM占空比
        PWM_SetDutyCycle(50); // 50%占空比

        // 在主循环中可以添加其他任务
    }

    return 0;
}

12.6 无线通信模块集成

12.6.1 原理

无线通信模块集成项目涉及到SPI（串行外设接口）或UART（通用异步收发传输器）的使用。通过配置SPI或UART，可以实现单片机与无线通信模块之间的数据传输。常见的无线通信模块包括NRF24L01、ESP8266等。

12.6.2 内容
12.6.2.1 SPI配置

首先，我们需要配置SPI以与无线通信模块进行通信。假设使用NRF24L01模块。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"

// 初始化SPI
void SPI_Init(void) {
    // 使能SPI时钟
    LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 11);

    // 选择P0.10、P0.11、P0.12、P0.13为SPI引脚
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 10);     // 选择P0.10为SCK
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 11);     // 选择P0.11为MISO
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 12);     // 选择P0.12为MOSI
    LPC_SCU->SFPSR0 |= (1 << 13);     // 选择P0.13为SS

    // 配置SPI
    LPC_SPI->DIV = 0x0F;              // 设置SPI时钟分频
    LPC_SPI->CR = 0x03;               // 使能SPI，设置为主模式
    LPC_SPI->CPSR = 0x02;             // 设置波特率
    LPC_SPI->FTR = 0x00;              // 禁用FIFO
    LPC_SPI->IMR = 0x00;              // 禁用中断
    LPC_SPI->DMACR = 0x00;            // 禁用DMA
}

// 发送一个字节
void SPI_SendByte(uint8_t data) {
    LPC_SPI->DR = data;               // 写入数据寄存器
    while (!(LPC_SPI->SR & (1 << 6))); // 等待发送完成
}

// 读取一个字节
uint8_t SPI_ReadByte(void) {
    LPC_SPI->DR = 0x00;               // 写入0x00以触发读取
    while (!(LPC_SPI->SR & (1 << 6))); // 等待读取完成
    return (uint8_t)LPC_SPI->DR;      // 返回读取的数据
}

// 读取NRF24L01状态
uint8_t NRF24L01_ReadStatus(void) {
    // 选通NRF24L01
    LPC_GPIO0->DATA &= ~(1 << 13);    // 设置SS为低

    // 发送读状态命令
    SPI_SendByte(0x07);

    // 读取状态
    uint8_t status = SPI_ReadByte();

    // 释放NRF24L01
    LPC_GPIO0->DATA |= (1 << 13);     // 设置SS为高

    return status;
}
12.6.2.2 主程序

将上述函数整合到主程序中，实现无线通信模块的集成。

// 包含必要的头文件
#include "LPC11xx.h"
#include <stdio.h>

int main(void) {
    // 初始化GPIO
    GPIO_Init();

    // 初始化SPI
    SPI_Init();

    // 初始化UART
    UART_Init();

    // 主循环
    while (1) {
        // 读取NRF24L01状态
        uint8_t status = NRF24L01_ReadStatus();

        // 通过UART发送状态
        char buffer[20];
        sprintf(buffer, "Status: 0x%02X\r\n", status);
        UART_SendString(buffer);

        // 延时1秒
        for (int i = 0; i < 1000000; i++);
    }

    return 0;
}

12.7 总结

通过上述项目实践，读者可以逐步掌握LPC1100系列单片机的基本功能和高级特性。每个项目都涵盖了从硬件配置到软件实现的完整过程，帮助读者更好地理解和应用这些技术。希望这些项目能够为读者在实际开发中提供参考和帮助。

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