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毕业设计论文
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十字路口智能交通灯的芯片lpc2132设计,毕业设计论文
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桂林电子科技大学课程设计纸 第 1 页共 13 页 目 录 引言 . 错误 !未定义书签。 1 ARM 概述 . 错误 !未定义书签。 1.1 ARM 微处理器的应用领域及特点 . 3 1.1.1 应用领域 . 3 1.1.2ARM 微处理器特点 . 3 1.2 ARM 微处理器系列 . 3 1.3 LPC2132 芯片介绍 . 4 2 交通灯 系统分析 . 4 2.1 软件系统启动过程 . 5 2.2 方案确定 . 5 2.3 交通灯工作原理 . 5 3 主要函数分析及程序流程 . 6 3.1 主要函数寄存器分析 . 6 3.2 程序流程图 . 7 4 调试 步骤 . 9 5 总结 . 9 谢 辞 . 11 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附 录 . 错误 !未定义书签。 nts 桂林电子科技大学课程设计纸 第 2 页共 13 页 引言 纵观单片机的发展和应用， 51 单片机越来越无法满足用户的需求， ARM 高速 32位单片机的出现，缔造了嵌入式系统的新纪元 . 嵌入式系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件，硬件可裁减，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、和功耗严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统已广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事等各种领域、甚至商业、文化、艺术、及人们日常生活的方方面面。随着国内外各种嵌入式产品的进一步开发和推广，嵌入式技术的重要性日益凸显，使得我们不得不将注意 力转移到它身上。 ARM 的应用已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场 。 本论文就是基于飞利浦 ARM7 利用芯片 LPC2132 设计的十字路口智能交通灯。本文一开始就对 ARM 进行了一个较清晰的介绍，然后对本方案的确定，设计思路，十字路口智能交通灯的原理进行了系统化的阐述，并说明了所用到的主要函数的功能，同时对于本设计中所涉及到的算法也做了一一讲解。 nts 桂林电子科技大学课程设计纸 第 3 页共 13 页 1 ARM 概述 究竟什么是 ARM 呢，他是英国一家电子公司的名字，全名的意思是 Advanced RISC Machine。该公司成 立于 1990年 11月，是苹果电脑， Acorn电脑集团和 VLSI Technology的合资企业。 Acorn曾推出世界上首个商用单芯片 RISC处理器，而苹果电脑当时希望将RISC技术应用于自身系统， ARM微处理器新标准因此应运生 。 1.1 ARM 微处理器的应用领域及特点 1.1.1 应用领域 到目前为止 ,ARM微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域： 1、工业控制领域 2、无线通讯领域 3、网络应用 4、消费类电子产品 5、成像和安全产品 除此以外 ,ARM 微处理器及技术还应用到许多不同的领域 ,并会在将来取得更加 广泛的应用。 1.1.2ARM 微处理器的特点 采用 RISC架构的 ARM微处理器一般具有如下特点： (1)体积小、低功耗、低成本、高性能 ; (2)支持 Thumb（ 16位） /ARM（ 32位）双指令集 ,能很好的兼容 8位 /16 位器件 ; (3)大量使用寄存器 ,指令执行速度更快 ; (4)大多数数据操作都在寄存器中完成 ; (5)寻址方式灵活简单 ,执行效率高 ; (6)指令长度固定 ; 1.2 ARM 微处理器系列 ARM 微处理器目前包括下面几个系列 ,以及其它厂商基于 ARM 体系结构的处理器 ,除了 具 有 ARM 体系结构的共同特点以 外 ,每一个系列的 ARM 微处理器都有各自的特点和应用领域。 ARM7系列 ARM9系列 ARM9E系列 ARM10E系列 SecurCore系列 nts 桂林电子科技大学课程设计纸 第 4 页共 13 页 Inter的 Xscale Inter的 StrongARM ARM7 系列微处理器包括如下几种类型的核： ARM7TDMI、 ARM7TDMI-S、 ARM720T、ARM7EJ。其中 ,ARM7TMDI 是目前使用最广泛的 32 位嵌入式 RISC处理器 ,属低端 ARM处理器核。 TDMI的基本含义为： T：支持 16位 压缩指令集 Thumb; D：支持片上 Debug; M：内 嵌硬件乘法器（ Multiplier） I：嵌入式 ICE,支持片上断点和调试点 ; ARM微处理器的寄存器结构 ： ARM处理器共有 37 个寄存器 ,被分为若干个组（ BANK） ,这些寄存器包括： 31个通用寄存器 ,包括程序计数器（ PC 指针） ,均为 32位的寄存器。 6 个状态寄存器 ,用以标识 CPU 的工作状态及程序的运行状态 ,均为 32 位 ,目前只使用了其中的一部分。 同时 ,ARM 处理器又有 7 种不同的处理器模式 ,在每一种处理器模式下均有一组相应的寄存器与之对应。即在任意一种处理器模式下 ,可访问的寄存器包括 15个通用寄存器（ R0 R14）、一至二个状态寄存器和程序计数器。在所有的寄存器中 ,有些是在 7 种处理器模式下共用的同一个物理寄存器 ,而有些寄存器则是在不同的处理器模式下有不同的物理寄存器。 1.3 LPC2132 芯片 介绍 LPC2132 微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的 16/32 位 ARM7TDMI-S CPU，并带有 32kB、 64kB、 128kB、 256kB 和 512kB 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模式将代码规模降低超过 30%，而性能的损失却很小。 LPC2132 包含一个支持仿真的 ARM7TDMI-SCPU、与片内存储器控制器接口的 ARM7局部总线、与中断控制器接口的 AMBA 高性能总线（ AHB）和连接片内外设功能的 VLSI外设总线（ VPB， ARMAMBA 总线的兼容超集）。 LPC2131/2132/2138 将 ARM7TDMI-S 配置为小端（ little-endian）字节顺序 。 2 交通灯 系统 分析 本组成员用了 3天的时间 分析了 桂林市 交通控制与管理问题的现状，结合交通的实际情况阐述了交通灯控制 系统的工作原理，给出了一种简单实用的城市交通灯控制系统的硬件电路设计方案。随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制nts 桂林电子科技大学课程设计纸 第 5 页共 13 页 系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。 2.1 软件系统 启动过程 ARM的有一特别之处在于其启动过程与众不同， 启动程序 的 流程如下： (1)设置入口指针 (2)设置中断向量 (3)初始化堆栈和寄存器 (4)初始化存储器系 统 (5)如果有必要改变处理器模式、状态可在此处将系统改为用户模式并初始化用户的堆栈指针。 (6)初始化 C语言所需要的存储器空间 (7)呼叫 C语言 2.2 方案确定 电源方案： 因为本次实训是将 LPCEB2000-I 实验板的子板取下插到我们所做的交通灯电路板中，所以我们所用的电源是 LPCEB2000-I实验板本身的电源。 显示方案： 十字路口交通灯是面向四个方向的，然而每个方向需要 2个单个的数码管来显示倒计时，所有我们用了 8 个单个的数码管来分别显示倒计时的各位和十位。 LED控制方案： 我们在四个方向 都设 置了红、绿、黄色信号灯。 由于我们没有找到四种不同颜色的LED，所以每个路口用了两盏红灯表示两种功能。一种是 红灯亮表示禁止通行， 另一种是红灯亮表示左转 通行， 绿色灯亮表示直行通行， 在绿灯变红灯时先要求 绿 灯 闪烁 几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。 黄灯表示行人可以通行。 2.3 交通灯 工作 原理： 有一个主干道和一个支干道的十字路口，每边都设置了红、绿、黄色信号灯。红灯亮表示禁止通行，绿灯亮表示可以通行，在绿灯变红灯时先要求黄灯亮几秒钟，以便让停车线以外的车辆停止运行。主干道上绿灯亮时，支干道上红灯亮， 20 秒后主干道上黄灯亮，支干道仍为红灯， 3秒后主干道上变红灯，支干道上变绿灯， 20 秒后主干道上仍为红灯，支干道上变黄灯， 3秒后主干道上又变回绿灯，支干道上变回红灯 ，如此反复。用计数器实现状态的变换，用减法计数器实现时间的倒计 。 要实现上述交通信号灯的 控制，则要求 电源电路， LED 显示电路，数码管电路及nts 桂林电子科技大学课程设计纸 第 6 页共 13 页 LPCEB2000-I的子板 等几部分组成 。 3 主要函数分析及程序流程 3.1 主要函数 寄存器 分析 IOPIN GPIO管脚值寄存器。不管方向和模式如何设定，管脚的当前状态都可从该寄存器中读出。 只读，复位值： NA PORT0 地址 &名称 ： 0xE0028000 IO0PIN PORT1 地址 &名称 ： 0xE0028010 IO1PIN IOSET 是 GPIO输出置位寄存器。该寄存器和 IOCLR寄存器一起控制输出管脚的状态。写入 1使对应管脚输出高电平。写入 0无效。 可用于读 /写，复位值： 0x0000 0000 PORT0 地址 &名称 ： 0xE0028004 IO0SET PORT1 地址 &名称 ： 0xE0028014 IO1SET IODIR GPIO方向控制寄存器。该寄存器单独控制每个 I/O口的方向。 可用于读 /写， 复位值： 0x0000 0000 PORT0 地址 &名称 ： 0xE0028008 IO0DIR PORT1 地址 &名称 ： 0xE0028018 IO1DIR IOCLR GPIO输出清零寄存器。该寄存器控制输出管脚的状态。写入 1使对应管脚输出低电平并清零 IOSET寄存器中的对应位。写入 0无效。 只读，复位值： 0x0000 0000 PORT0 地址 &名称 ： 0xE002800C IO0DIR PORT1 地址 &名称 ： 0xE002801C IO1DIR GPIO使用注意事项 : 例：顺序访问 IOSET和 IOCLR寄 存器对同一个 GPIO 管脚 /位的影响。 GPIO管脚配置的输出状态由写入 IOSET 和 IOCLR 寄存器的值决定。 IOSET/IOCLR两者中后访问的寄存器将决定管脚的最终输出状态。 代码如下： nts 桂林电子科技大学课程设计纸 第 7 页共 13 页 IO0DIR = 0x0000 0080 ; P0.7 配置用作输出 IO0CLR = 0x0000 0080 ; P0.7 输出为低 IO0SET = 0x0000 0080 ; P0.7 输出为高 IO0CLR = 0x0000 0080 ; P0.7 输出为低 先将 P0.7设置成输出（写 IO0DIR寄存器）； 然后， P0.7输出设为低电平（先写 IO0CLR寄存器）；接着， P0.7管脚上出现短高电平脉冲（写 IO0SET）；最后，写 IO0CLR寄存器又将 P0.7输出设置成低电平。 3.2 程序流程图 主函数流程： 软件计数赋值指示灯初始化显示初始化显示扫描 1 秒到秒计数清零软件计数减 1熄灭数码管调用十字路口 1程序调用十字路口 1程序 十字路口子程序： nts 桂林电子科技大学课程设计纸 第 8 页共 13 页 J=1 softcounter30 数码管显示 20 秒倒计时 1 路口左转灯亮 2 路口的红灯亮 Softcounter=30 Y 数码管显示 30 秒倒计时 左转 1 灯灭 绿灯 1 亮 黄灯 1 亮 Softcounter=1 Y J=0 绿灯 1 灭 红灯 2 灭黄灯 1 灭softcounter=51 END nts 桂林电子科技大学课程设计纸 第 9 页共 13 页 4 调试 步骤 这次实训我们用的是 Keil uVision3 来编写程序，而且不是用汇编， 是用的 C 语言来编写的，其目的就是可读性比较好，灵活性好，便于调试软件的时候好及时修改 ，同时也利于本组成员理解程序。 我们所用的 LPC2132 芯片是基于 LPCEB2000-I 实验板的子板，调试的时候，我们就将子板插入到所做的十字路口智能交通灯的系统板中，然后通过 飞利浦的 烧录软件LPC210x_ISP将程序写进板中。 首先十字路 口电路板的电源，然后打开 Keil uVision3 软件，把写好的程序输入进去，编译成功后， 打开烧录软件 LPC210x_ISP，点击“ Read Device ID”在弹出的对话框后点“确定 ”，烧录软件就会自动识别电路板了 。在左下角显示“ File upload successfully completed”后，输入编译文件的路径，点击“ Upload to flash”，就可以成功将程序写入电路板了。 第一次烧录程序后发现数码管出现的代码不对，有点乱，于是 我们组的成员聚集起来一起研究原理图，后来发现少了一个 10K的电阻和一个烧录程序的开关。我们立即修改电路，然后上电烧录，之前的情况就没有出现了。但是 LED却显示不正常， 我们濒临绝望，身心都极其疲惫，但还好我们坚持不懈，继续研究原理图，对照 LPC2132资料上的原理图一步一步检查，思考路线 。最终 检查 发现是 P0 口的线路接错了，更正电路之后再调试，我们的电路板终于成功了。 5 结论 短短三周的实训眨眼就过去了，回想起第一天拿到课题时的那份茫然已全然消失了，如今只有收获的喜悦。 经过本次实训，我深刻体会到了团队合作的精神时多么的重要。我，凤萍，燕青，莫玄飞，我们四个一组，在三周内所要完成的任务就是要做一个 基于 嵌入式 飞利浦公司的 ARM7的 LPC2132芯片的十字路口智能交通灯控制系统。 前面几天我们拿到课题的时候无从下手，百思不得其解，后来来请教了指导老 师，老师让我们实地考察，带着笔记本电脑去桂林市的十字路口观察交通状况，再分析程序流程。于是经过几天的构思与方案确定，我们决定用 4个 LED发光二极管分别表示车辆的左转，直走，停止 ，行人通行。 同时用了八个单个的数码管显示四个方向的倒计时。 在整个实训期间，我们最困难，最受挑战的时候就是在画 PCB 的时候，因为我们用的是单个的数码管，有 8个，所有布线非常的繁琐 ，也是最耗体力的一项工作，然而这个步骤是凤萍做的，她费了好大的精力才把板布好线，可是我们的板太大了在打印的时候又出现了新的问题，就是一张纸根本打印不下，于是， 我们又连夜修改 PCB排版，布线，最终才得以顺利打印出来。 相对硬件部分而言，我们的软件步骤没有那么伤脑筋，不用处处小心翼翼。在编制nts 桂林电子科技大学课程设计纸 第 10 页共 13 页 程序的时候我们组的成员分工进行，燕青和莫玄飞在平房焊电路板，而我和凤萍就在 EDA实验室编写程序和收集论文资料。 嵌入式是个还正在 普及 的技术，精通的人并不多，然而我们有这样的一个实训机会，可真的算得上时宝贵。经过这次实训，我也学到了很多嵌入式的知识。比如说，嵌入式的启动过程，这是它与众不同的一点，一共有七
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