毕业设计论文利用芯片LPC2132设计的十字路口智能交通灯.docx
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毕业设计论文利用芯片LPC2132设计的十字路口智能交通灯
目录
引言2
1ARM概述3
1.1ARM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
1.2ARM微处理器系列3
1.3LPC2132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12
附录13
引言
更多资料请见论文最后。
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。
1ARM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AdvancedRISCMachine。
该公司成立于1990年11月,是苹果电脑,Acorn电脑集团和VLSITechnology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。
1.1ARM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;
1.2ARM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
-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。
1.3LPC2132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-SCPU,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:
0xE0028000IO0PIN
PORT1地址&名称:
0xE0028010IO1PIN
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:
0x00000000
PORT0地址&名称:
0xE0028004IO0SET
PORT1地址&名称:
0xE0028014IO1SET
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:
0x00000000
PORT0地址&名称:
0xE0028008IO0DIR
PORT1地址&名称:
0xE0028018IO1DIR
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:
0x00000000
PORT0地址&名称:
0xE002800CIO0DIR
PORT1地址&名称:
0xE002801CIO1DIR
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:
IO0DIR=0x00000080;P0.7配置用作输出
IO0CLR=0x00000080;P0.7输出为低
IO0SET=0x00000080;P0.7输出为高
IO0CLR=0x00000080;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:
4调试步骤
这次实训我们用的是KeiluVision3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KeiluVision3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“ReadDeviceID”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“Fileuploadsuccessfullycompleted”后,输入编译文件的路径,点击“Uploadtoflash”,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,一共有七个步骤;我们是用C语言编写程序的,因为它的灵活性比较大,而且比汇编更加容易;对与LPC2132的各个寄存器,I/O口,我都有了更明确的理解。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
某个人的离群都可能导致整项工作的失败。
实训中只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次实训也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
对我们而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次实训必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!
谢辞
在这次实训中,我得到了卜老师和各位老师的大力指导,得以按时成功完成作品,从中也学到了大量的实践知识,对嵌入式的认识从感性上升到理性,在今后的日子里,我将会再接再厉,努力充实自己。
最后,我在此衷心向各位帮助过我的老师和同学们致谢!
参考文献
[1]田泽.嵌入式开发与应用[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2005:
92~96.
[2]孙红波.ARM与嵌入式技术[M].北京:
电子工业出版社,2007:
50~53.
[3]周立功等.深入浅出ARM7——LPC213x/214x.[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2006:
80~99.
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附录
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- 毕业设计 论文 利用 芯片 LPC2132 设计 十字路口 智能 交通灯