基于Cortex-M3的STM32的嵌入式十字路口交通灯系统设计.doc

基于Cortex-M3的STM32的嵌入式十字路口交通灯系统设计.doc

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xx大学

嵌入式系统课程设计报告

十字路口交通灯控制系统

学院：

电子与信息工程学院

专业班级：

电子班

姓名：

学号：

时间：

2014年11月30号

指导教师：

xx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Linux，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ARM32位的Cortex-M3CPU的内核的STM32作为核心处理器。

关键词：

嵌入式交通灯STM32f103ARM

Abstract

Withthepopularityanddevelopmentofmobiledevices,embeddedsystemhasbecomeahotspot.Itisnotanewtechniqueappearedrecently,onlywiththedevelopmentofmicroelectronicsandcomputertechnology,microchipcontrolfunctionsmoreandmore,moreandmoreequipmentandsystemsandembeddedmicrocontrolchip,makingthetechnologymoreattractsb.'sattention.Hardwareandsoftwareofitssize,cost,powerconsumptionandreliabilityhavemadestringentrequirements.Thefunctionofembeddedsystemismoreandmorepowerful,andmoreandmorecomplicated,thereliabilityappearsisgreatlyreduced.Arecenttrendisapowerfulembeddedsystemsusuallyrequireanoperatingsystemtosupport,theoperatingsystemisalreadymatureandstable,canbeembeddedLinux,WINCEandsoon.ThispaperistostudythedesignandRealizationofthetrafficlightsystembasedonARMembeddedsystem.ThisdesignusestheARM32bitCortex-M3CPUkernelSTM32asthecoreprocessor.

Keywords:

embeddedSTM32f103trafficlightsARM

目录

一引言 1

二相关内容和原理 1

三作品设计要求 1

四作品方案设计 2

4.1 设计思路 2

4.2 总体设计框图 3

4.3 总体方案设计参数计算 4

五系统硬件电路设计及分析 4

5.1 STM32f103芯片介绍及选用 4

5.2 单片机电路原理图及分析 4

5.3 电源电路模块原理图及分析 5

5.4 晶振与复位电路模块原理图 5

5.5 LED交通灯电路原理图及分析 6

六系统软件设计及其分析 7

6.1 软件设计流程图 8

6.2 ARM交通灯控制软件设计 8

七系统软件代码 9

7.1软件设计流程图…………………………………………………………………………9

7.2部分程序代码……………………………………………………………………………10

八Keil软件的运用与调试……………………………………………………………………16

九实物演示照片…………………………………………………………………………………17

十作品电路的PCB图…………………………………………………………………………19

十一设计心得及体会……………………………………………………………………………20

十二参考文献…………………………………………………………………………………21

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。

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。

3作品设计要求

要求基于Cortex系列单片机设计一具有模拟道路路口交通灯相应功能的交通灯模拟系统。

具体要求如下：

（1）具有三种颜色显示：

红色、绿色和黄色，分别代表路口交通灯的三种颜色。

（2）所设计的系统应至少能够模拟两个路口的功能，具有直行和左转的功能。

（3）如果能力和时间允许，可以加入操作系统。

（4）适当加入一些其他元素，使其更加具有人性化设计。

4作品方案设计

4.1设计思路

利用STM32F103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，主干道正前方方向的LED灯，编号分别为1、2、3，分别接在单片机的PB8、PB6、PB9的引脚上；主干道右方的LED灯，编号分别为4、5、6，分别接在单片机的PA14、PA10、PA8的引脚上；主干道后侧的LED灯，编号分别为7、8、9，分别接在单片机的PD10、PD12、PD14引脚上。

主干道左方的LED灯，编号分别为10、11、12，分别接在单片机的PE7、PE11、PE15引脚上。

以此实现四个路口的交通灯模拟系统。

用软件控制灯的亮与灭来控制车辆和行人的通行。

交通路口示意图如图4.1车辆遇到红灯停绿灯行的行走情况，红绿灯时间均为2000ms，切换时间为2000ms，最后2000ms为黄灯闪烁。

道路

道路

图4.1交通路口示意图

4.2总体设计框图

用ARM系列芯片STM32F103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通过灯的状态来提醒人们注意红绿灯的状态。

交通灯循环

态状换切

STM32F103

倒计时显示

图4.2交通灯总体设计框图

5硬件电路模块设计及其分析

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。

5.1STM32F103芯片介绍

STM32F103是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位CPU的微控制器，STM32F1系列属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。

该系列芯片按片内Flash的大小可分为三大类：

小容量（16K和32K）、中容量（64K和128K）、大容量（256K、384K和512K）。

芯片集成定时器，CAN，ADC，SPI，I2C，USB，UART，等多种功能。

具有以下一些特性：

·ARM32位的Cortex-M3

·最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHZ（DhrystONe2.1），从32K到512K字节的闪存程序存储器，最大64K字节SRAM

·2.0-3.6V供电和I/O引脚

·上电/断电复位（POR/PDR）、可编程电压监测器（PVD）

·4-16MHZ晶振振荡器

·内嵌经出厂调教的8MHz的RC振荡器

·2个12位模数转换器，1us转换时间（多达16个输入通道），转换范围：

0至3.6V，双采样和保持功能

·2个DMA控制器，共12个DMA通道：

DMA1有7个通道，DMA2有5个通道

·片内晶振频率范围：

1～30MHz。

·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

·支持的外设：

定时器、ADC、SPI、USB、IIC和UART

·多达112个快速I/O端口（仅Z系列有超过100个引脚）

·3个16位定时器，每个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入

·1个16位带死区控制和紧急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器

·ECOPACK封装

5.2STM32F103主电路原理图

图5.1为STM32F103芯片的原理图，多达100个引脚，采用3.3V或者5V电源供电，设计所需外接器件的网络名已经标出。

图5.1STM32F103芯片的原理图

5.3系统电源电路设计

本电源运用5V的直流电源（图5.2所示）。

通过LM78系列芯片将5V电压转换为电压，为STM32F103芯片供电，STM32F103芯片所能承受的电压范围是2V~3.6V。

　　　　　图5.2直流电源电路设计

5.4晶振与复位电路模块

系统的晶振电路如图5.4所示STM32f103芯片采用8MHz的晶振作为振荡时钟源，外部是倍频72MHz晶振。

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5.5所示，STM32F103芯片的14号引脚连接到主控芯片的复位引脚（nRST）上，按下复位