以 TM4C123GH6PM 芯片为例的综合实验

实验目的

1. 熟悉 TM4C123GH6PM 芯片的 GPIO、ADC 采样、定时器中断功能；2. 掌握使用 Keil 软件进行编程的方法；3. 实现一个综合性实验，包括 GPIO 控制 LED 灯亮灭、ADC 采样与显示、定时器中断控制蜂鸣器发声。

实验材料

1. TM4C123GH6PM 开发板；2. USB 数据线；3. 杜邦线；4. LED 灯；5. 10K 电位器；6. 蜂鸣器。

实验原理

1. GPIO 控制 LED 灯亮灭

TM4C123GH6PM 芯片有三个 GPIO 端口，分别为 PortA、PortB 和 PortF。其中 PortF 可以控制板载 LED 灯的亮灭，具体原理是通过控制 PF1 引脚输出高电平或低电平来控制 LED 灯的亮灭。

2. ADC 采样与显示

TM4C123GH6PM 芯片有一个 12 位 ADC 模块，可以进行模拟信号的采样并转换为数字信号。在本实验中，我们将通过 ADC 模块采样一个 10K 电位器所接的模拟信号，并将采样结果通过串口发送到 PC 端，最终在 PC 端上实时显示。

3. 定时器中断控制蜂鸣器发声

TM4C123GH6PM 芯片有多个定时器模块，可以通过设置定时器的计数周期和中断时间来实现定时中断功能。在本实验中，我们将通过定时器模块控制蜂鸣器发声，具体原理是在定时器中断服务函数中控制 PB5 引脚输出高电平或低电平。

实验步骤

1. 硬件连接

将 10K 电位器的三个引脚分别连接到开发板的 VCC、GND 和 PE3 引脚上；将 LED 灯的正极连接到 PF1 引脚，负极连接到 GND 上；将蜂鸣器的正极连接到 PB5 引脚，负极连接到 GND 上。

2. 编写程序

2.1 初始化模块

首先，需要初始化 GPIO、ADC 和定时器模块，并设置相应的引脚方向、中断时间等参数。具体代码如下：c#include 'tm4c123gh6pm.h'

void GPIO_Init(void){ SYSCTL_RCGCGPIO_R |= 0x20; // 使能 PortF 时钟 while((SYSCTL_PRGPIO_R & 0x20) == 0); // 等待 PortF 时钟稳定

GPIO_PORTF_LOCK_R = 0x4C4F434B;  // 解锁 PortF 引脚    GPIO_PORTF_CR_R |= 0x02;         // 使能 PF1 引脚控制

GPIO_PORTF_DIR_R |= 0x02;        // PF1 引脚输出方向    GPIO_PORTF_DEN_R |= 0x02;        // PF1 引脚数字功能使能}

void ADC_Init(void){ SYSCTL_RCGCADC_R |= 0x01; // 使能 ADC0 时钟 SYSCTL_RCGCGPIO_R |= 0x10; // 使能 PortE 时钟 while((SYSCTL_PRGPIO_R & 0x10) == 0); // 等待 PortE 时钟稳定

GPIO_PORTE_AFSEL_R |= 0x08;      // PE3 引脚选择 ADC 模式    GPIO_PORTE_DEN_R &= ~0x08;       // PE3 引脚数字功能禁用    GPIO_PORTE_AMSEL_R |= 0x08;      // PE3 引脚模拟功能使能

ADC0_ACTSS_R &= ~0x0008;         // 禁用 ADC0 的第 3 个采样序列    ADC0_EMUX_R &= ~0xF000;          // 定时器触发模式    ADC0_SSMUX3_R = 0x00;            // 采样通道为 AIN0    ADC0_SSCTL3_R |= 0x06;           // 启用内部参考电压和采样结束后自动断开转换    ADC0_IM_R |= 0x08;               // 使能 ADC0 的第 3 个采样序列中断    NVIC_EN0_R |= 0x00000018;        // 使能 ADC0 中断

ADC0_ACTSS_R |= 0x0008;          // 启用 ADC0 的第 3 个采样序列}

void Timer_Init(void){ SYSCTL_RCGCTIMER_R |= 0x01; // 使能 Timer0 时钟 while((SYSCTL_PRTIMER_R & 0x01) == 0); // 等待 Timer0 时钟稳定

TIMER0_CTL_R &= ~0x01;           // 禁用 Timer0    TIMER0_CFG_R = 0x00;             // 32 位定时器模式    TIMER0_TAMR_R = 0x02;            // 周期模式    TIMER0_TAPR_R = 0xFF;            // 分频系数    TIMER0_TAILR_R = 0x4C4B400;      // 计数周期    TIMER0_IMR_R |= 0x01;            // 使能 Timer0 中断    NVIC_EN0_R |= 0x00080000;        // 使能 Timer0 中断

TIMER0_CTL_R |= 0x01;            // 启用 Timer0}

2.2 编写中断服务函数

然后，需要编写 GPIO、ADC 和定时器的中断服务函数，具体代码如下：cvoid PortF_Handler(void){ GPIO_PORTF_ICR_R |= 0x02; // 清除 PF1 引脚中断标志 GPIO_PORTF_DATA_R ^= 0x02; // LED 灯亮灭翻转}

void ADC0Seq3_Handler(void){ ADC0_ISC_R = 0x08; // 清除 ADC0 第 3 个采样序列中断标志 uint32_t adc_value = ADC0_SSFIFO3_R & 0xFFF; // 读取 ADC 采样结果 UART0_OutUDec(adc_value); // 通过串口发送 ADC 采样结果 UART0_OutChar(' '); UART0_OutChar(' ');}

void Timer0_Handler(void){ TIMER0_ICR_R |= 0x01; // 清除 Timer0 中断标志 GPIO_PORTB_DATA_R ^= 0x20; // PB5 引脚输出高低电平翻转，控制蜂鸣器发声}

2.3 初始化 UART 模块并启用全局中断

最后，需要在主函数中初始化 UART 模块，并启用全局中断，具体代码如下：cvoid UART0_Init(void){ SYSCTL_RCGCUART_R |= 0x01; // 使能 UART0 时钟 SYSCTL_RCGCGPIO_R |= 0x01; // 使能 PortA 时钟 while((SYSCTL_PRGPIO_R & 0x01) == 0); // 等待 PortA 时钟稳定

UART0_CTL_R &= ~0x01;            // 禁用 UART0    UART0_IBRD_R = 104;              // 波特率为 9600    UART0_FBRD_R = 11;    UART0_LCRH_R = 0x70;             // 数据位 8 位，无校验位，1 个停止位    UART0_CC_R = 0x00;               // 选择系统时钟    UART0_CTL_R |= 0x301;            // 启用 UART0、接收和发送功能}

int main(void){ GPIO_Init(); ADC_Init(); Timer_Init(); UART0_Init();

__enable_irq();                 // 启用全局中断

while(1);}

3. 烧录程序

将编写好的程序烧录到 TM4C123GH6PM 开发板中。

4. 实验效果

将 10K 电位器旋转，可以看到 ADC 采样结果在串口上实时变化；按下开发板上的 SW1 键，可以控制 LED 灯亮灭；定时器中断周期性触发，可以听到蜂鸣器发出的声音