基于ARM的交通燈設(shè)計(jì)終極版

1、成績(jī) _指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)： 審定成績(jī)： 課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 基于arm的交通燈設(shè)計(jì)學(xué) 校： 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè)： 自 動(dòng) 化 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指 導(dǎo) 教 師： 嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)供11級(jí)自動(dòng)化系學(xué)生用引言：嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，既有別于畢業(yè)設(shè)計(jì)，又不同于課堂教學(xué)。它需要學(xué)生統(tǒng)籌運(yùn)用所學(xué)各個(gè)專業(yè)的基本理論、基本方法對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。一、 設(shè)計(jì)題目：基于arm的交通燈設(shè)計(jì)掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，熟悉s3c24x0的開(kāi)發(fā)環(huán)境及軟硬件的調(diào)試過(guò)程，了解s3c24x0芯片各個(gè)引腳功能，工作方式，計(jì)時(shí)/定時(shí)，i/o口，中斷等的相關(guān)原理

2、，根據(jù)控制要求進(jìn)行編程，解決十字路口交通燈控制的問(wèn)題。鞏固和加深對(duì)理論課中知識(shí)的理解，提高對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。二、 系統(tǒng)工作過(guò)程說(shuō)明車輛遇到紅燈停綠燈行的行走情況，紅綠燈時(shí)間均為60s，切換時(shí)間為10s，最后5s為黃燈閃爍。利用s3c24x0 arm芯片實(shí)現(xiàn)單路交通燈的控制： 實(shí)現(xiàn)紅、綠、黃燈的循環(huán)控制。使用紅、黃、綠三種不同顏色的led燈實(shí)現(xiàn)此功能，人行道用紅、綠兩個(gè)燈控制，用軟件控制燈的亮與滅來(lái)控制車輛和行人的通行。 用數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)?？梢岳脛?dòng)態(tài)顯示或靜態(tài)顯示，串行并出或者并行并出實(shí)現(xiàn)。 南北方向控制車輛的綠燈熄滅的同時(shí)，控制蜂鳴器響2秒來(lái)作為警報(bào)。arm9 2440芯片原理圖：

3、交通路口示意圖如下圖：設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）完成s3c24x0最小系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，并用protel dxp設(shè)計(jì)電路原理圖；（2）完成交通指示燈控制程序代碼設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)箱上調(diào)試并且能正常工作。三、 設(shè)計(jì)步驟：（1）對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析；（2）初始化配置（各種寄存器）；（3）編寫(xiě)各種相關(guān)的中斷程序并在主函數(shù)中調(diào)用這些程序；（4）編譯程序；（5）使用仿真器進(jìn)行調(diào)試。摘 要在高度信息化智能化的代，我們的生活中有很多使用到arm嵌入式技術(shù)的地方，比如我們使用的手機(jī)操作系統(tǒng)，如android os、ios等。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其控制芯片的功能越來(lái)越強(qiáng)大。對(duì)于現(xiàn)在社會(huì)車輛的增多，交通問(wèn)題已經(jīng)是現(xiàn)

4、在一些大城市所面臨的嚴(yán)重問(wèn)題，交通信號(hào)燈在這中間起著重要的疏導(dǎo)交通的作用。對(duì)于交通燈的控制，可以有很多種方法。在嵌入式應(yīng)用廣泛的時(shí)代，當(dāng)讓也少不了基于arm嵌入式設(shè)計(jì)的交通燈。關(guān)鍵詞：arm，交通燈，控制 abstractin the highlyintelligent information technologyera,ourlife has a lot ofto use armembedded technologyareas,such aswe usemobile phone operaing system, such as androidos,iosetc.with the develo

5、pmentof microelectronics and computer technology,andthe control chipofthe more powerful features.for nowthe socialincrease of vehicles,the traffic problem has alreadyis a serious problem nowfacingsomebig cities,traffic signal lampplays an importanttraffic rolein the middle.forthe control of traffic

6、lights,can have many kinds of methods.in the embeddedapplication ofpopular era,whenlittle also notbased on the trafficlightsarm embedded design.keywords:arm，traffic light，control 目 錄abstract- 2 -一、緒論- 3 -1.1、設(shè)計(jì)目的- 3 -1.2、設(shè)計(jì)內(nèi)容- 3 -1.3、要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)- 3 -二、系統(tǒng)分析及硬件設(shè)計(jì)- 4 -2.1、s3c2440芯片介紹- 4 -2.2、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)- 6 -2.3、

7、電路原理圖- 7 -三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 8 -3.1、系統(tǒng)流程圖- 8 -3.2、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)- 9 -四、系統(tǒng)調(diào)試- 11 -4.1軟件調(diào)試- 11 -4.2硬件調(diào)試- 11 -總結(jié)- 12 -參考文獻(xiàn)- 13 -附錄- 14 -1、源程序- 14 -2、實(shí)物圖- 17 -一、緒 論1.1、設(shè)計(jì)目的嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)是自動(dòng)化專業(yè)的一個(gè)重要教學(xué)環(huán)節(jié)，為了使我們能夠熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，掌握嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法，熟悉s3c24x0的開(kāi)發(fā)環(huán)境及軟硬件的調(diào)試過(guò)程，了解s3c24x0芯片各個(gè)引腳功能，工作方式，計(jì)時(shí)/定時(shí)，i/o口，中斷等的相關(guān)原理，根據(jù)控制要求進(jìn)行編程，解決十字路口交通燈控制的問(wèn)題。

8、鞏固和加深對(duì)理論課中知識(shí)的理解，提高對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。1.2、設(shè)計(jì)內(nèi)容（1）完成s3c24x0最小系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)，并用protel dxp設(shè)計(jì)電路原理圖；（2）完成交通指示燈控制程序代碼設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)箱上調(diào)試并且能正常工作。1.3、要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)利用s3c24x0 arm芯片實(shí)現(xiàn)單路交通燈的控制： 實(shí)現(xiàn)紅、綠、黃燈的循環(huán)控制。使用紅、黃、綠三種不同顏色的led燈實(shí)現(xiàn)此功能，人行道用紅、綠兩個(gè)燈控制，用軟件控制燈的亮與滅來(lái)控制車輛和行人的通行。 用數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)?？梢岳脛?dòng)態(tài)顯示或靜態(tài)顯示，串行并出或者并行并出實(shí)現(xiàn)。 南北方向控制車輛的綠燈熄滅的同時(shí)，控制蜂鳴器響2秒來(lái)作為警報(bào)。二、系

9、統(tǒng)分析及硬件設(shè)計(jì)2.1、s3c2440芯片介紹s3c2440a基于arm920t核心，0.13m的cmos標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)器單元。低功耗，簡(jiǎn)單，精致，且全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合于對(duì)成本和功率敏感型的應(yīng)用。它采用了新的總線架構(gòu)如先進(jìn)微控制總線構(gòu)架（amba）。s3c2440a的突出特點(diǎn)是處理器核心，是一個(gè)由advanced risc machines（arm）公司設(shè)計(jì)的16/32位arm920t的risc處理器。arm920t實(shí)現(xiàn)了mmu，amba總線和哈佛結(jié)構(gòu)高速緩沖體系結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立的16kb指令高速緩存和16kb數(shù)據(jù)高速緩存。每個(gè)都是由具有8字長(zhǎng)的行(line)組成。通過(guò)提供一套完整的通

10、用系統(tǒng)外設(shè)，s3c2440a減少整體系統(tǒng)成本和無(wú)需配置額外的組件。綜合對(duì)芯片的功能描述, s3c2440a集成的以下片上功能： 1.2v內(nèi)核供電, 1.8v/2.5v/3.3v儲(chǔ)存器供電, 3.3v外部i/o供電，具備16kb的指令緩存和16kb的數(shù)據(jù)緩存和mmu的微處理器 外部存儲(chǔ)控制器（sdram控制和片選邏輯） lcd控制器（最大支持4k色stn和256k色tft）提供1通道lcd專用dma 4通道dma并有外部請(qǐng)求引腳 3通道uart（irda1.0,64字節(jié)發(fā)送fifo和64字節(jié)接收f(shuō)ifo） 2通道spi 1通道iic總線接口（支持多主機(jī)） 1通道iis總線音頻編碼器接口 ac97

11、編解碼器接口 兼容sd主接口協(xié)議1.0版和mmc卡協(xié)議2.11兼容版 2通道usb主機(jī)/1通道usb設(shè)備（1.1版） 4通道pwm定時(shí)器和1通道內(nèi)部定時(shí)器/看門(mén)狗定時(shí)器 8通道10位adc和觸摸屏接口 具有日歷功能的rtc 攝像頭接口（最大支持40964096像素輸入；20482048像素輸入支持縮放） 130個(gè)通用i/o口和24通道外部中斷源 具有普通，慢速，空閑和掉電模式 具有pll片上時(shí)鐘發(fā)生器2.1.1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由兩大部分構(gòu)成：arm920t內(nèi)核及片內(nèi)外設(shè)。（1）arm920t內(nèi)核由三部分：arm9內(nèi)核arm9tdmi、32kb的cache、mmu。圖2-1 arm920t內(nèi)核（2

12、）片內(nèi)外設(shè)圖2-2 arm920t內(nèi)核分為高速外設(shè)和低速外設(shè)，分別用ahb總線和apb總線。圖2-2 s3c2440外設(shè)2.2、系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)2.2.1總體設(shè)計(jì)框圖用arm9系列s3c24x0芯片作為系統(tǒng)的主控芯片，控制交通燈的循環(huán)點(diǎn)亮并顯示燈亮?xí)r間（采用倒計(jì)時(shí)顯示），當(dāng)定時(shí)時(shí)間到的時(shí)候控制蜂鳴器響來(lái)提醒人們注意紅綠燈的狀態(tài)。s3c2440最小系統(tǒng)倒 計(jì) 時(shí) 顯 示交 通 燈 循 環(huán)蜂鳴器圖2-3 s3c2440最小系統(tǒng) 2.2.2系統(tǒng)電源電路：本電源運(yùn)用5v的直流電源（圖4.2所示）。通過(guò)電源管理芯片將5v電壓轉(zhuǎn)換為3.3v電壓，為s3c2440芯片供電，s3c2440芯片所能承受的電壓范圍是

13、3v3.6v。圖2-4 直流電源電路設(shè)計(jì)2.2.3蜂鳴器設(shè)計(jì)：將蜂鳴器正極端接電源，負(fù)極端通過(guò)三極管接地，三極管基極通過(guò)電阻接到芯片的引腳上。圖2-5 蜂鳴器電路連接圖2.3、電路原理圖圖2-6 s3c2440芯片原理圖三、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1、系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖 中斷服務(wù)程序流程圖 開(kāi)始 系統(tǒng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) y 定時(shí)器delay初始化 10=flag60 車道紅燈50s n 初始化中斷，開(kāi) y 中斷 5=flag10 車道黃燈亮5s n 交通燈顯示倒計(jì)時(shí) 0flag5 y 黃燈閃爍5s nn flag=60 10=flag60 y 車道綠燈60s 信號(hào)燈變換 n n 5=flag10 y 黃燈亮

14、5s flag=5 n y 0=flag5 y 黃燈閃爍5s n 控制蜂鳴器 中斷返回 圖3-1 系統(tǒng)流程圖3.2、系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)由南向北和由北向南車道各用一組紅、綠、黃三色的指示燈，指揮車輛通行。綠燈是通行信號(hào)，面對(duì)綠燈的車輛可以直行，紅燈是禁止通行信號(hào)，面對(duì)紅燈的車輛必須在路口的停車線后停車。黃燈是警告信號(hào)，面對(duì)黃燈的車輛不能越過(guò)停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時(shí)可以繼續(xù)行進(jìn)。具體紅綠燈時(shí)間分配時(shí)間如表3-1所示。50s5s5s50s5s5s南北通道紅燈亮黃燈亮黃燈閃綠燈亮黃燈亮黃燈閃人行道綠燈亮綠燈亮綠燈亮紅燈亮紅燈亮紅燈亮表3-1 時(shí)間分配表由于試驗(yàn)箱沒(méi)有紅黃綠三色led燈，

15、只有一組8個(gè)紅色led燈，所有就用如下led燈來(lái)模擬交通信號(hào)燈。圖3-2 實(shí)驗(yàn)箱led燈led18、led17分別為人行道紅燈、綠燈；led16、led15、led14分別為南向北的一組紅燈、黃燈、綠燈；led13、led12、led11分別為北向南的一組綠燈、黃燈、紅燈；北向南馬路南向北馬路人行道圖3-3 led燈模擬交通燈根據(jù)紅綠燈是時(shí)間分配表可以看出，紅綠燈有六個(gè)狀態(tài)：狀態(tài)人行道南向北馬路北向南馬路16進(jìn)制1011000010x612010100100x523010000000x40000100100x124100011000x8c5100100100x926100000000x8000

16、0100100x12表2 信號(hào)燈16進(jìn)制模擬狀態(tài)1：馬路紅燈亮，人行道綠燈亮；狀態(tài)2：馬路黃燈亮，人行道綠燈亮；狀態(tài)3：馬路黃燈閃，人行道綠燈亮；狀態(tài)4：馬路綠燈亮，人行道紅燈亮；狀態(tài)5：馬路黃燈亮，人行道紅燈亮；狀態(tài)6：馬路黃燈閃，人行道紅燈亮。由于本本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的是動(dòng)態(tài)顯示接口，其中數(shù)碼管掃描控制地址為0x20006000，位0-位5位分別對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)碼管，將其中某位清0來(lái)選擇相應(yīng)的數(shù)碼管，地址0x20007000,為數(shù)碼管的數(shù)據(jù)寄存器。數(shù)碼管采用共陽(yáng)方式，向該地址寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)就可以控制數(shù)碼管的顯示。所有我用如下代碼來(lái)顯示數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)。for(j=0;j10;j+)for(n=0;n150

17、;n+ )*(u8*) 0x20007000) = 0xfd;*(u8*) 0x20006000) = num1i;delay (1);*(u8*) 0x20007000) = 0xfe;*(u8*) 0x20006000) = num2j;delay (1); 四、系統(tǒng)調(diào)試4.1軟件調(diào)試打開(kāi)adt tde軟件新建工程文件，輸入源程序，配置環(huán)境變量。步湊如下：（1）編譯源程序，查看編譯是否通過(guò)，不通過(guò)就檢查錯(cuò)誤；（2）使用debug調(diào)試。圖4-1 軟件調(diào)試4.2硬件調(diào)試（1）打開(kāi)cvt-2440實(shí)驗(yàn)箱電源，連接pc。（2）在adt ide上使用遠(yuǎn)端連接cvt-2440實(shí)驗(yàn)箱。（3）連接成功后，

18、下載源程序到實(shí)驗(yàn)箱；運(yùn)行程序。（5）觀察實(shí)驗(yàn)箱，是否實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能，如沒(méi)有，重復(fù)軟件調(diào)試和硬件調(diào)試。圖4-2 硬件調(diào)試總結(jié)通過(guò)兩周的arm嵌入式課程設(shè)計(jì)，使我在理論的基礎(chǔ)上加強(qiáng)了實(shí)踐。從只學(xué)理論的空空的感覺(jué)，到自己親自動(dòng)手設(shè)計(jì)，校驗(yàn)等一系列實(shí)驗(yàn)室操作和各種測(cè)試，夯實(shí)了理論基礎(chǔ)。這一次的課程設(shè)計(jì)使我理論知識(shí)上有了更多的收獲，既復(fù)習(xí)了arm嵌入式課程相關(guān)的有關(guān)理論知識(shí)，又增長(zhǎng)了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力。做到了學(xué)以致用。我覺(jué)得這次的課程設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和落足點(diǎn)都是很好的，讓我們?cè)诎牙碚摳吨T于實(shí)踐的過(guò)程中，復(fù)習(xí)了知識(shí)，又動(dòng)手實(shí)踐一番。課程設(shè)計(jì)鍛煉了我們學(xué)生的能力，包括找資料，獨(dú)立解決問(wèn)題等。這次課程設(shè)計(jì)總之使我

19、受益匪淺的。課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是為我們以后工作打下一個(gè)基礎(chǔ)，讓我們自己獨(dú)立設(shè)計(jì)完成有關(guān)工作，鍛煉個(gè)人能力。學(xué)以致用才是真本事，我們不光要知道為什么，還要知道怎么做，這就是我們學(xué)習(xí)的目的，很明顯，這次課程設(shè)計(jì)就是讓我們知道為什么，怎么做。由于本人的設(shè)計(jì)能力有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤和不足，還請(qǐng)老師們多多指教。參考文獻(xiàn)1 朱愷. 嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)m. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2014.4.2 賴曉晨, 原旭, 等. 嵌入式系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)m. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2009.3 邱鐵. arm嵌入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與編程m. 北京:清華大學(xué)出版社, 2014.12.4 徐端全.

20、 嵌入式系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)m. 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2009.08.5 張晨曦, 韓超, 沈立, 等. 嵌入式系統(tǒng)教程m. 北京:清華大學(xué)出版社, 2012.12.附錄1、源程序#define u8 unsigned charunsigned char num16=0x92,0x99,0xb0,0xa4,0xf9,0xc0;/5-0 unsigned char num210=0x90,0x80,0xf8,0x82,0x92,0x99,0xb0,0xa4,0xf9,0xc0;/9-0void delay(int time);/延時(shí)程序初始化void led(void)while( 1 )

21、int i,j,n;for(i=0;i5 ; i+) /馬路紅燈亮50s*(u8*) 0x20005000) = 0x61;for(j=0;j10;j+)for(n=0;n150;n+ )*(u8*) 0x20007000) = 0xfd;*(u8*) 0x20006000) = num1i;delay (1);*(u8*) 0x20007000) = 0xfe;*(u8*) 0x20006000) = num2j;delay (1);delay (1);*(u8*) 0x20005000) = 0x52;for(j=0;j5 ; j+) /馬路紅燈亮，人行道綠燈 5sfor(n=0;n150;n+ )*(u8*) 0x20007000) = 0xfd;*(u8*) 0x20006000) = 0xc0;delay (1);*(u8*) 0x20007000) = 0xfe;*(u8*) 0x20006000) = num2j;delay (1);for(j=5;j10 ; j+) /馬路