es02arm实训开发板设计硬件设计(源码)
ARM技术日益成熟且不断发展，正在逐步渗入到我们生活的方方面面。ARM技术具有高性能、低成本和低功耗等特点。ARM主要应用在工业控制、网络应用、电子消费、无线通讯等方面，行业前景一片光明，发展空间极为深远。本次研究的课题是ARM实训开发板的硬件设计，它对于学生学习ARM知识有着极大的作用，同时本次开发板的硬件设计也是为了解决学校实验室教学仪器缺少的问题。在本实训开发板硬件设计完成后，它能够让老师更加生动的讲解ARM知识以及ARM开发板的组成模块及功能，也能让学生在实习使用过程中达到学习与实践相结合的目的。本次ARM实训开发板所选用的芯片是LPC1768，它采用ARM公司的Cortex-M3系列内核。本次开发板的硬件设计所选用的开发环境是Protel 99 SE。对本次ARM开发板的设计主要包括电源电路、时钟电路、复位电路、存储模块、JTAG接口、USB模块、以太网电路等。通过对本次毕业设计的研究，使我掌握了一些硬件设计的技巧，这不但提高了我的能力还让我找到了以后的发展方向。关键词 ARM，开发板，LPC1768，Protel 99 SE 目 录
l 绪论 1
1.1 选题背景和意义 1
1.2 课题研究内容 1
2 ES-02 ARM实训开发板芯片介绍 2
2.1 ARM简介 2
2.2 Cortex-M3简介 2
2.3 LPC1768管脚介绍 3
3 开发环境简介 5
4 ES-02 ARM实训开发板硬件设计 6
4.1 开发板的原理框图 6
4.2 电源模块 6
4.3 复位电路 8
4.4 时钟电路设计 9
4.5 JTAG接口电路设计 10
4.6 串口电路设计 11
4.7 按键电路设计 12
4.8 LED驱动电路设计 12
4.9 五向按键电路设计 13
4.10 A/D模块设计 13
4.11 音频输出电路设计 14
4.12 USB接口电路 14
4.13 扩展接口 15
4.14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.6 串口电路设计 11
4.7 按键电路设计 12
4.8 LED驱动电路设计 12
4.9 五向按键电路设计 13
4.10 A/D模块设计 13
4.11 音频输出电路设计 14
4.12 USB接口电路 14
4.13 扩展接口 15
4.14 LCD接口模块 16
4.15 EEPROM（带电可擦除可编写只读存储器） 17
4.16 Data Flash模块 17
4.17 CAN模块设计 18
4.18 Ethernet模块 19
4.19 SD卡模块设计 19
4.20 层次原理图 21
5 实训开发板对学生的成长优势 22
6 毕业设计遇到的困难及解决的办法 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
l 绪论
1.1 选题背景和意义
如今我们身处在高速发展的信息时代，ARM嵌入式系统的应用无处不在，所以学好ARM技术已经显得尤为重要了[1]。
本次ARM实训开发板设计的主要目的是为了解决学校实验室的一些设备缺少和破损的问题，同时也是为了能够让学生能够更好的更加真实的学习到书本上的ARM知识以及其他硬件知识，并且能让学生实际体验一下书面知识和实际开发有什么不一样的感受。
通过研究该课题，方便我们理解ARM微处理器的基础知识，有助于我们熟悉ARM硬件知识，并能根据实训板学习嵌入式系统开发的基础知识，进一步了解软硬件协同设计思想[2]。本课题旨在提高我们的科研精神、团队精神，提高我们对科研项目的自主研究兴趣，培养我们创新精神和实践能力，提升我们的动手能力。通过该课题的研究也有助于我们学习Keil的一些基础知识，可以熟练运用C语言，对于开发环境PROTEL有一个基本的了解与运用。
通过编写开发板ARM的学习指导书，能够对硬件LPC1768的引脚、电路有更深刻的了解，对于可以在ARM开发板上实现的实验原理有更深的体会。
在论文中主要介绍了设计开发板电路所使用的开发环境、开发板的主控芯片、开发板接口电路设计及其主要功能、开发板对学生成长的优势，最后介绍了本次实训开发板设计所遇到的困难以及解决的办法。
1.2 课题研究内容
本次毕业设计所要研究的硬件设计主要由CPU、JTAG、存储器、按键、LED、A/D、USB、CAN、SD卡等部分组成。
本课题的主要研究内容如下：
（1）LPC1768微控制器概述及运用；
（2）开发环境Protel 99 SE的使用；
（3）实训开发板的各个功能模块的设计与介绍
2 ES-02 ARM实训开发板芯片介绍
2.1 ARM简介
ARM是一家公司也是一种技术[3]。如今基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位微处理器75%以上的市场份额，借此数据我们也可以看出来ARM处理器和ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面 [4]。
ARM微处理器的应用范围十分的广泛，它涉及无线通讯领域、工业控制领域、消费类电子产品、网络应用等等，相信将来它还会取得更加广泛的应用[5]。
2.2 Cortex-M3简介
ARM微处理器有很多系列，比如ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、SecurCore系列、Inter的XScale系列、Cortex系列[6]。 Cortex-M3的招牌功夫包括性能强劲、功耗低、实时性好、代码密度改善、使用方便、低成本的整体解决方案、开发工具多 [7]。LPC1768采用的就是Cortex-M3系列内核。
ARM公司在Cortex-M3内核中嵌入了新的Thumb-2指令集，它融合了16位和32位指令用于实现密度和性能的最佳平衡 [8]。
Thumb-2指令的优点：
免去Thumb和ARM代码的互相切换从而提高性能；
Thumb-2指令集的设计是专门面向C语言的，且包括If/Then结构、硬件除法以及本地位域操作；
Thumb-2指令集允许用户在C代码层面维护和修改应用程序，C代码部分非常易于重用；
Thumb-2指令集也包含了调用汇编代码的功能。
2.3 LPC1768管脚介绍
本次ES-02 ARM实训开发板所使用的芯片是LPC1768，其管脚如图1所示：
图1LPC1768芯片管脚原理图
LPC1768芯片上有5个端口：P0、P1、P2、P3、P4，且它们都是32位的I/O口。芯片的每个引脚复合多种功能，用户可以通过特殊寄存器选用其中某种功能，从而使之与设备模块相连发挥其作用。其中P0口引脚12、13、14、31不可用；P1口引脚2、3、5、6、7、11、12、13不可用；P2口引脚14~31均不可用；P3口引脚0~24、27~31均不可用；P4口引脚0~27、30、31不可用。它们每个引脚的功能在下面各个分散模块电路中都会介绍到，这里就不再详细解释了。
LPC1768芯片1管脚跟2管脚分别为JTAG接口的测试数据输出跟输入引脚； 3脚为JTAG接口的测试模式选择引脚；4脚为JTAG接口的测试复位引脚；5脚为JTAG接口的测试时钟引脚；100脚为JTAG接口的控制信号引脚；14脚为3.3V的引脚，该引脚上的低电平表示开发板处于复位状态；17脚为外部复位输入引脚，低电平表示将器件复位并使I/O口和外设恢复默认状态；22脚为振荡器电路和内部时钟发生器电路的输入引脚；23脚为振荡放大器的输出引脚；16脚为RTC振荡器电路的输入引脚；18脚为RTC振荡器电路的输出引脚；31、41、55、72、97、83脚均接地为0V参考点；11脚为模拟接地0V参考点，与VSS相同，但应当相互隔离以减少噪声和故障；28、54、71、96脚为3.3V电源是I/O口的电源电压；42、84脚为3.3V调节器电源引脚，这是仅用于片内电压调节器的电源；10脚为模拟3.3V调节器电源引脚，
l 绪论 1
1.1 选题背景和意义 1
1.2 课题研究内容 1
2 ES-02 ARM实训开发板芯片介绍 2
2.1 ARM简介 2
2.2 Cortex-M3简介 2
2.3 LPC1768管脚介绍 3
3 开发环境简介 5
4 ES-02 ARM实训开发板硬件设计 6
4.1 开发板的原理框图 6
4.2 电源模块 6
4.3 复位电路 8
4.4 时钟电路设计 9
4.5 JTAG接口电路设计 10
4.6 串口电路设计 11
4.7 按键电路设计 12
4.8 LED驱动电路设计 12
4.9 五向按键电路设计 13
4.10 A/D模块设计 13
4.11 音频输出电路设计 14
4.12 USB接口电路 14
4.13 扩展接口 15
4.14 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.6 串口电路设计 11
4.7 按键电路设计 12
4.8 LED驱动电路设计 12
4.9 五向按键电路设计 13
4.10 A/D模块设计 13
4.11 音频输出电路设计 14
4.12 USB接口电路 14
4.13 扩展接口 15
4.14 LCD接口模块 16
4.15 EEPROM（带电可擦除可编写只读存储器） 17
4.16 Data Flash模块 17
4.17 CAN模块设计 18
4.18 Ethernet模块 19
4.19 SD卡模块设计 19
4.20 层次原理图 21
5 实训开发板对学生的成长优势 22
6 毕业设计遇到的困难及解决的办法 23
结论 24
致谢 25
参考文献 26
l 绪论
1.1 选题背景和意义
如今我们身处在高速发展的信息时代，ARM嵌入式系统的应用无处不在，所以学好ARM技术已经显得尤为重要了[1]。
本次ARM实训开发板设计的主要目的是为了解决学校实验室的一些设备缺少和破损的问题，同时也是为了能够让学生能够更好的更加真实的学习到书本上的ARM知识以及其他硬件知识，并且能让学生实际体验一下书面知识和实际开发有什么不一样的感受。
通过研究该课题，方便我们理解ARM微处理器的基础知识，有助于我们熟悉ARM硬件知识，并能根据实训板学习嵌入式系统开发的基础知识，进一步了解软硬件协同设计思想[2]。本课题旨在提高我们的科研精神、团队精神，提高我们对科研项目的自主研究兴趣，培养我们创新精神和实践能力，提升我们的动手能力。通过该课题的研究也有助于我们学习Keil的一些基础知识，可以熟练运用C语言，对于开发环境PROTEL有一个基本的了解与运用。
通过编写开发板ARM的学习指导书，能够对硬件LPC1768的引脚、电路有更深刻的了解，对于可以在ARM开发板上实现的实验原理有更深的体会。
在论文中主要介绍了设计开发板电路所使用的开发环境、开发板的主控芯片、开发板接口电路设计及其主要功能、开发板对学生成长的优势，最后介绍了本次实训开发板设计所遇到的困难以及解决的办法。
1.2 课题研究内容
本次毕业设计所要研究的硬件设计主要由CPU、JTAG、存储器、按键、LED、A/D、USB、CAN、SD卡等部分组成。
本课题的主要研究内容如下：
（1）LPC1768微控制器概述及运用；
（2）开发环境Protel 99 SE的使用；
（3）实训开发板的各个功能模块的设计与介绍
2 ES-02 ARM实训开发板芯片介绍
2.1 ARM简介
ARM是一家公司也是一种技术[3]。如今基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位微处理器75%以上的市场份额，借此数据我们也可以看出来ARM处理器和ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面 [4]。
ARM微处理器的应用范围十分的广泛，它涉及无线通讯领域、工业控制领域、消费类电子产品、网络应用等等，相信将来它还会取得更加广泛的应用[5]。
2.2 Cortex-M3简介
ARM微处理器有很多系列，比如ARM7系列、ARM9系列、ARM10系列、SecurCore系列、Inter的XScale系列、Cortex系列[6]。 Cortex-M3的招牌功夫包括性能强劲、功耗低、实时性好、代码密度改善、使用方便、低成本的整体解决方案、开发工具多 [7]。LPC1768采用的就是Cortex-M3系列内核。
ARM公司在Cortex-M3内核中嵌入了新的Thumb-2指令集，它融合了16位和32位指令用于实现密度和性能的最佳平衡 [8]。
Thumb-2指令的优点：
免去Thumb和ARM代码的互相切换从而提高性能；
Thumb-2指令集的设计是专门面向C语言的，且包括If/Then结构、硬件除法以及本地位域操作；
Thumb-2指令集允许用户在C代码层面维护和修改应用程序，C代码部分非常易于重用；
Thumb-2指令集也包含了调用汇编代码的功能。
2.3 LPC1768管脚介绍
本次ES-02 ARM实训开发板所使用的芯片是LPC1768，其管脚如图1所示：
图1LPC1768芯片管脚原理图
LPC1768芯片上有5个端口：P0、P1、P2、P3、P4，且它们都是32位的I/O口。芯片的每个引脚复合多种功能，用户可以通过特殊寄存器选用其中某种功能，从而使之与设备模块相连发挥其作用。其中P0口引脚12、13、14、31不可用；P1口引脚2、3、5、6、7、11、12、13不可用；P2口引脚14~31均不可用；P3口引脚0~24、27~31均不可用；P4口引脚0~27、30、31不可用。它们每个引脚的功能在下面各个分散模块电路中都会介绍到，这里就不再详细解释了。
LPC1768芯片1管脚跟2管脚分别为JTAG接口的测试数据输出跟输入引脚； 3脚为JTAG接口的测试模式选择引脚；4脚为JTAG接口的测试复位引脚；5脚为JTAG接口的测试时钟引脚；100脚为JTAG接口的控制信号引脚；14脚为3.3V的引脚，该引脚上的低电平表示开发板处于复位状态；17脚为外部复位输入引脚，低电平表示将器件复位并使I/O口和外设恢复默认状态；22脚为振荡器电路和内部时钟发生器电路的输入引脚；23脚为振荡放大器的输出引脚；16脚为RTC振荡器电路的输入引脚；18脚为RTC振荡器电路的输出引脚；31、41、55、72、97、83脚均接地为0V参考点；11脚为模拟接地0V参考点，与VSS相同，但应当相互隔离以减少噪声和故障；28、54、71、96脚为3.3V电源是I/O口的电源电压；42、84脚为3.3V调节器电源引脚，这是仅用于片内电压调节器的电源；10脚为模拟3.3V调节器电源引脚，
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