基于ARM嵌入式系统的交通灯设计.doc

1、 基于 ARM 交通灯的设计 第 - 1 -页 共 26 页 基于 ARM 嵌入式系统的交通灯设计 姓名： 指导老师： 摘要： 随着移动设备的流行和发展，嵌入式系统已经成为一个热点。它并不是最近出现的新技术，只是随着微电子技术和计算机技术的发展，微控制芯片功能越来越大，而嵌入微控制芯片的设备和系统越来越多，从而使得这种技术越来越引人注目。它对软硬件的体积大小、成本、功耗和可靠性都提出了严格的要求。嵌入式系统的功能越来越强大，实现也越来越复杂，随之出现的就是可靠性大大降低。最近的一种趋势是一个功能强大的嵌入式系统通常需要一种操作系统来给予支持，这种操作系 统是已经成熟并且稳定的，可以是嵌入式的L

2、inux， WINCE 等等。本文所要研究的就是基于 ARM 嵌入式系统的交通灯系统的设计与实现。本设计采用了飞利浦的 32 位 ARM 微处理器 LPC2138 作为核心处理器 关键词 ： 嵌入式系统 ， ARM， LPC2138， 交通灯 基于 ARM 交通灯的设计 第 - 2 -页 共 26 页 Traffic Lights System based on the ARM Embedded System Student： Guide Teacher： Abstract： With the prevalence of mobile devices and development of em

3、bedded systems has become a hot spot. It is not a recent emergence of new technology, just as micro-electronics technology and the development of computer technology, micro-chip control functions more and more, and control of micro-chips embedded in the equipment and systems more and more, making th

4、e technology more Reply People attention. Hardware and software of its size, cost, power consumption and reliability have made stringent requirements. Embedded systems function more powerful, and more and more complicated, then there is the reliability greatly reduced. A recent trend is a powerful e

5、mbedded systems usually need a operating system to support the operating system is already mature and stable, can be embedded Linux, WINCE, and so on. This paper is to study under the ARM embedded systems the system of traffic lights design and implementation. This design uses Philipss 32 as the LPC

6、2138 ARM microprocessor core processors. Keywords： Embedded Systems， ARM， LPC2138， traffic lights 基于 ARM 交通灯的设计 第 - 3 -页 共 26 页 目录 1 引言 - 4 - 2 相关内容及原理 错误 !未定义书签。 3 设计方案 - 6 - 3.1 设计思路 - 6 - 3.2 总体设计框图 - 6 - 4 硬件设计 - 8 - 4.1 LPC2138 芯片介绍及设计 - 8 - 4.2 LPC2138 芯片最小系统硬件设计 - 9 - 4.3 系统电源电路设计 - 10 - 4.4

7、晶振与复位电路 - 10 - 4.5 LED 循环显示设计 - 10 - 4.6 数码 管倒计时显示硬件设计 - 11 - 4.7 蜂鸣器设计 - 12 - 5 软件设计 - 14 - 5.1 交通灯控制软件流程图 - 14 - 5.2 ARM 交通灯模拟控制程序设计 - 15 - 6 运行测试结果 16 7 设计心得体会及总结 - 16 - 参考文献 - 19 - 附录 - 19 - 基于 ARM 交通灯的设计 第 - 4 -页 共 26 页 1 引言 交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行 ,实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题 .在城乡街道的十字交叉路口 ,为了保证交

8、通秩序和行人安全 ,一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯 ,其中红灯亮 ,表示该条道路禁止通行 ; 黄灯亮 ,表示该条道路 上未过停车线的车辆停止通行 ,已过停车线的车辆继续通行 ; 绿灯亮 ,表示该条道路允许通行 .交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换 ,指挥各种车辆和行人安全通行 ,实现十字路口城乡交通管理自动化 . 本文 为了实现交通道路的管理 ,力求交通管理先进性、科学化 . 分析应用了 单片机 实现 智能 交通灯管制的控制系统 ,以及该系统软、硬件设计方法 ,实验证明该系统实现简单、经济 ,能够有效地疏导交通 ,提高交通路口的通行能力 。 基于 ARM

9、 交通灯的设计 第 - 5 -页 共 26 页 2 相关内容及原理 通过设计，培养自己 综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练，加深对 ARM 芯片的了解；熟悉 ARM 芯片各个引脚的功能，工作方式，计数 /定时， I/O 口，中断等相关原理，巩固学习嵌入式的相关内容知识。 利用 ARM 芯片模拟实现交通灯控制。自行选择所需 ARM 芯片，查阅相关文献资料，熟悉所选 ARM 芯片，了解所选 ARM 芯片各个引脚功能，工作方式，计数 /定时， I/O 口，中断等相关原理，通过软硬件设计实现利用 ARM芯片完成交通灯的模拟控制。 基于 AR

10、M 交通灯的设计 第 - 6 -页 共 26 页 3 设计方案 3.1 设计思路 利用 LPC2131ARM 芯片实现单路交通灯的控制： a 实现红、绿、黄灯的循环控制。使用红、黄、绿 三种不同颜色的 LED 灯实现此功能 ，由南往北方向红、黄、绿三个灯依次接在 P1.18、 P1.19、 P1.20 上，由北往南方向的红、黄、绿三个灯依次接在 P1.21、 P1.22、 P1.23 上，人行道用红、绿两个灯控制，依次接在 P1.24、 P1.25 上，用软件控制灯的亮与灭来控制车辆和行人的通行 。 b 用数码管显示倒计时。可以利用动态显示或静态显示，串行并出或者并行并出实现。 c 南北方向控

11、制车 辆的绿灯熄灭的同时，控制蜂鸣器响 2秒来作为警报。蜂鸣器接 P0.7 引脚。 交通路口示意图如图 3.1 车辆遇到红灯停绿灯行的行走情况，红绿灯时间均为 60s，切换时间为 10s，最后 5s 为黄灯闪烁。 图 3.1 交通路口示意图 3.2 总体设计框图 用 ARM7 系列芯片 LPC2138 作为系统的主控芯片，控制交通灯的循环点亮并显示灯亮时间（采用倒计时显示），当定时时间到的时候控制蜂鸣器响来提醒人们注意红绿灯的状态。 公共场所 公共场所 基于 ARM 交通灯的设计 第 - 7 -页 共 26 页 图 3.2 交通灯总体设计框图 交通灯循环 蜂鸣器 LPC2131最小系统 倒计时

12、显示 基于 ARM 交通灯的设计 第 - 8 -页 共 26 页 4 硬件设计 根据设计任务要求，自行选择电子元件，画出电气原理图，并调试。一个完整的系统除了主控芯片以外，还需配上电源系统、时钟电路、复位电路等。独立的芯片是不能工作的。 4.1 LPC2138 芯片介绍及设计 LPC2138 是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的 32 位 ARM7TDMI-STM CPU 的微控制器，并带有 32kB 的嵌入的高速 Flash 存储器。 128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构，使 32 位代码能 够在最大时钟速率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用 16 位 Thumb.模式将代码规模

13、降低超过 30%，而性能的损失却很小。较小的封装和极低的功耗使 LPC2131 可理想地用于小型系统中 ，具有以下一些 特性： 小型 LQFP64 封装 8k 的片内静态 RAM 和 32k 的片内 Flash 程序存储器。 片内 Boot 装载软件实现在系统 /在应用中编程（ ISP/SAP）单扇 区或整片擦除时间为 400ms。 256 字节行编程时间为 1ms。 1 个 10 位 D/A 转换器 两个 32 位定时器 /计数器（带四路捕获和四路比较通道）、 PWM 单元（ 6 路输出）和看门狗 实时时钟具有独立的电源和时钟源，在节电模式下极大地降低了功耗 多个串行接口，包括 2 个 16

14、C550 工业标准 UART、 2 个高速 I2C 接口 （ 400 kbit/s）、 SPITM 和具有缓冲作用和数据长度可变功能的 SSP。 多达 47 个 5V 的通用 I/O 口；向量中断控制器，可配置优先级和向量 地址 9 个边沿或电平触发的外部中断引脚 片内晶振频率范围： 1 30 MHz。 通过片内 PLL 可实现最大为 60MHz 的 CPU 操作频率， PLL 的稳定时间 为 100us 基于 ARM 交通灯的设计 第 - 9 -页 共 26 页 低功耗模式：空闲和掉电。 可通过 个别使能 /禁止外部功能和外围时钟分频来优化功耗。 通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒。 单电

15、源，具有上电复位（ POR）和掉电检测（ BOD）电路： CPU 操作电压范围： 3.0V 3.6 V (3.3 V 10 )， I/O 口可承受 5V 的电压。 4.2 LPC2138 芯片最小系统硬件设计 图 4.1 为 LPC2138 芯片的原理图， 64 个引脚，采用 3.3V 电源供电，设计所需外接器件的网络名已经标出 。 图 4.1 LPC2138 芯片的原理图 基于 ARM 交通灯的设计 第 - 10 -页 共 26 页 4.3 系统电源电路设计 本电源运用 5V 的直流电源 （图 4.2 所示） 。通过 DS2434 芯片将 5V电压转换为 3.3V 电压，为 LPC2138

16、芯片供电， LPC2138 芯片所能承受的电压范围是 3V3.6V。 图 4.2 直流电源电路设计 4.4 晶振与复位电路 系统的晶振电路如 图 4.3 所示 LPC2138 芯片采用 11.0592MHz 的晶振作为振荡时钟源，通过对芯片的进行软件设计可以将晶体振荡器的频率分频为所需的频率；系统的复位电路如 图 4.4 所示， SP708S 芯片的 7 号引脚连接到主控芯片的复位引脚（ nRST）上 ,按下复位键 S2 时，系统将会复位到初始的状态。 12Y111.0592MHzC130pFC230pFXTAL1XTAL2图 4.3 系 统的晶振电路图 图 4.4 系统的复位电路图 4.5 LED 循环显示设计 由南向北和由北向南车道各用 一组红、绿、黄三色的指示灯，指挥车辆通行。 绿灯是通行信号，面对绿灯的车辆可以直行， 红灯是禁止通行信号，面对红灯的车辆必须在路口的停车线后停车。黄灯是警告信号，面对黄灯的车辆不能越过停车线，但车辆已十分接近停车线而不能安全停车时可以继续行进。具体红绿灯时间分配时间如表 4 1 所示。 MR1Vcc2GND3PFI4PFO5NC6RST7RST8U0SP708SS2GNDGNDVDD3.3nRST1VOUT2VIN3GNDU2DS2434VCCC3VDD3.3