基于ARM的交通灯设计教材.docx
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基于ARM的交通灯设计教材
成绩_______
重庆邮电大学移通学院
嵌入式系统课程
设计报告
题目交通灯设计
系别自动化
专业名称自动化
班级
学号
姓名
指导教师
重庆邮电大学移通学院实训中心制
二〇一四年十二月
《嵌入式系统》课程设计任务书
——供11级自动化系学生用
引言：
嵌入式系统课程设计是自动化专业的一个重要教学环节，既有别于毕业设计，又不同于课堂教学。
它需要学生统筹运用所学各个专业的基本理论、基本方法对现实生活中的实际问题进行设计和调试。
一、设计题目：
基于ARM的交通灯设计
掌握嵌入式系统设计的基本方法，熟悉S3C24X0的开发环境及软硬件的调试过程，了解S3C24X0芯片各个引脚功能，工作方式，计时/定时，I/O口，中断等的相关原理，根据控制要求进行编程，解决十字路口交通灯控制的问题。
巩固和加深对理论课中知识的理解，提高对所学知识的综合运用能力。
二、系统工作过程说明
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。
利用S3C24X0ARM芯片实现单路交通灯的控制：
①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，人行道用红、绿两个灯控制，用软件控制灯的亮与灭来控制车辆和行人的通行。
②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。
③南北方向控制车辆的绿灯熄灭的同时，控制蜂鸣器响2秒来作为警报。
ARM92440芯片原理图：
交通路口示意图如下图：
设计内容：
（1）完成S3C24X0最小系统的硬件电路设计，并用ProtelDXP设计电路原理图；
（2）完成交通指示灯控制程序代码设计，在实验箱上调试并且能正常工作。
三、设计步骤：
（1）对系统进行需求分析；
（2）初始化配置（各种寄存器）；
（3）编写各种相关的中断程序并在主函数中调用这些程序；
（4）编译程序；
（5）使用仿真器进行调试。
摘要
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。
随着嵌入式系统的飞速发展，通过嵌入式的设计解决了交通的拥堵问题。
关键词：
ARM交通灯控制
Withthedevelopmentofsocietyandeconomy, city trafficproblemhasattractedmoreandmoreattention. Coordinationofhuman,vehicle, road, therelationshipbetweenthethree, hasbecomeoneoftheimportant problemsoftraffic management departmentstosolvethe. City trafficcontrolsystemfor city trafficdata monitoring,trafficsignalcontrol and trafficmanagementcomputersystem, it isthemostimportantpartof themodern citytrafficcontrolsystem.Withtherapiddevelopmentofembeddedsystem, the embeddeddesign tosolvethe trafficcongestionproblems.
Keywords:
ARM;Trafficlight;Control
一、绪论
1、设计目的
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。
2、设计内容
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。
3、要实现的目标
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。
利用S3C24X0ARM芯片实现单路交通灯的控制：
①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，人行道用红、绿两个灯控制，用软件控制灯的亮与灭来控制车辆和行人的通行。
②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。
③南北方向控制车辆的绿灯熄灭的同时，控制蜂鸣器响2秒来作为警报。
二、系统分析及硬件设计
1、S3C24X0芯片介绍
（1）S3C2410X概述
S3C2410X是韩国三星公司推出的16/32位RISC微控制器，其CPU采用的是ARM920T内核，加上丰富的片内外设，为手持设备和其它应用，提供了低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方案。
（2）主要特性
·具有16KB指令Cache、16KB数据Cache和存储器管理单元MMU。
·外部存储器控制器，可扩展8组，每组128MB，总容量达1GB；支持从Nandflash存储器启动。
56（60）个中断源。
4通道的DMA，并且有外部请求引脚。
·3个通道的UART，带有16（64）字节的TX/RXFIFO，支持IrDA1.0功能。
·具有2通道的SPI、1个通道的IIC串行总线接口和1个通道的IIS音频总线接口。
·有2个USB主机总线的端口，1个USB设备总线的端口。
·有4个具有PWM功能的16位定时器和1个16位内部定时器。
·8通道的10位A/D转换器，最高速率可达500kB/s；提供有触摸屏接口。
·2440有一个AC97音频解码器接口，一个数字摄像头接口。
·具有117（130）个通用I/O口和24通道的外部中断源。
·兼容MMC的SD卡接口（2410于2440的SD卡的波特率计算公式不同）。
·具有电源管理功能，可以使系统以普通方式、慢速方式、空闲方式和掉电方式工作。
·看门狗定时器。
·具有日历功能的RTC。
·有LCD控制器，支持4K色的STN和256K色的TFT，配置有DMA通道。
·具有PLL功能的时钟发生器，2410时钟频率高达203MHz，2440正常时钟平率为400MHz。
双电源系统：
·2410电源管理：
1.8/2.0V内核供电，3.3V存储器和I/O供电。
·2440电源管理：
1.2V内核供电。
·1.8V/2.5V/3.3V存储器和3.3VI/O供电。
（3）系统结构
主要由两大部分构成：
ARM920T内核及片内外设。
图2-1ARM920T内核及片内外设
ARM920T内核
由三部分：
ARM9内核ARM9TDMI、32KB的Cache、MMU。
图2-2ARM920T内核
片内外设
分为高速外设和低速外设，分别用AHB总线和APB总线。
图2-3片内外设
2、系统电路设计
（1）总体设计框图
用ARM9系列S3C24X0芯片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。
交通灯循环
S3C24X0
最小系统
蜂鸣器
图2-4最小系统
（2）系统电源电路：
图2-5系统电源电路
（3）蜂鸣器设计：
将蜂鸣器正极端接电源，负极端通过三极管接地，三极管基极通过电阻接到芯片的引脚上。
图2-6蜂鸣器
3、电路原理图
图2-7电路原理图
三、系统软件设计
1、
系统流程图中断服务程序流程图
开始系统保护现场
Y
定时器0初始化0<=Flag<50车道红灯计数-1
N
初始化中断，开Y
中断50<=Flag<<55车道红灯闪烁-1
N
交通灯显示倒计时55N
NFlag==120
60<=flag<110Y车道绿灯计数-1
Flag=0，清零计数变量N
N110<=flag<115Y绿灯闪烁计数-1
Flag==55or115N
Y115<=flag<120Y黄灯闪烁计数-1
N
控制蜂鸣器2S
中断返回
2、系统程序设计
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3-1所示。
50s
5s
5s
50s
5s
5s
南北通道
红灯亮
黄灯亮
黄灯闪
绿灯亮
黄灯亮
黄灯闪
人行道
绿灯亮
绿灯亮
绿灯亮
红灯亮
红灯亮
红灯亮
表3-1时间分配表
由于试验箱没有红黄绿三色LED灯，只有一组8个红色LED灯，所有就用如下LED灯来模拟交通信号灯。
图3-2实验箱LED灯
LED18、LED17分别为人行道红灯、绿灯；
LED16、LED15、LED14分别为南向北的一组红灯、黄灯、绿灯；
LED13、LED12、LED11分别为北向南的一组绿灯、黄灯、红灯；
图3-3LED灯模拟交通灯
根据红绿灯是时间分配表可以看出，红绿灯有六个状态：
状态
人行道
南向北马路
北向南马路
16进制
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0x61
2
0
1
0
1
0
0
1
0
0x52
3
0
1
0
0
0
0
0
0
0x40
0
0
0
1
0
0
1
0
0x12
4
1
0
0
0
1
1
0
0
0x8c
5
1
0
0
1
0
0
1
0
0x92
6
1
0
0
0
0
0
0
0
0x80
0
0
0
1
0
0
1
0
0x12
表2信号灯16进制模拟
状态1：
马路红灯亮，人行道绿灯亮；
状态2：
马路黄灯亮，人行道绿灯亮；
状态3：
马路黄灯闪，人行道绿灯亮；
状态4：
马路绿灯亮，人行道红灯亮；
状态5：
马路黄灯亮，人行道红灯亮；
状态6：
马路黄灯闪，人行道红灯亮。
由于本本实验系统采用的是动态显示接口，其中数码管扫描控制地址为0x20006000，位0-位5位分别对应一个数码管，将其中某位清0来选择相应的数码管，地址0x20007000,为数码管的数据寄存器。
数码管采用共阳方式，向该地址写一个数据就可以控制数码管的显示。
所有我用如下代码来显示数码管的倒计时。
for（j=0;j<10;j++）{
for（n=0;n<150;n++）{
*（（U8*）0x20007000）=0xfd;
*（（U8*）0x20006000）=num1[i];
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20007000）=0xfe;
*（（U8*）0x20006000）=num2[j];
Delay
（1）;
}
}
四、系统调试
1、硬件调试
检查实验箱电路连接是否出错，LED是否完好。
2、程序调试
使用软件ADTIDE对程序进行检测语法错误。
3、软硬联调
当确认程序无误后下载到试验箱中进行仿真模拟，看实验箱上的LED灯是否按要求闪烁。
总结
着眼于目前普遍应用在城市道路上的交通灯控制系统，从课程设计的题目要求出发，设计了一个交通灯控制电路。
这让我们接触到了生活实际，也让我看到了嵌入式这么学科的现实应用，也让我在学校中学到的知识得到了相应的应用。
在设计的过程遇到了各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，通过这次课程设计，把以前所学过的知识重新温故，巩固了所学的知识。
参考文献
[1]．朱恺主编．嵌入式系统基础．北京：
机械工业出版社，2012．4
[2]．何立民.单片机高级教程[M].北京:
航空航天大学出版社，2000
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华中理工大学学报， 1997
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兵工自动化出版社，2003
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高等教育出版社，2000
[9]．胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京:
清华大学出版社，2000
附录
一、源程序
#defineU8unsignedchar
unsignedcharnum1[6]={0x92,0x99,0xb0,0xa4,0xf9,0xc0};//5--0
unsignedcharnum2[10]={0x90,0x80,0xf8,0x82,0x92,
0x99,0xb0,0xa4,0xf9,0xc0};//9--0
voidDelay（inttime）;//延时程序初始化
voidled（void）{
while
（1）{
inti,j,n;
for（i=0;i<5;i++）{//马路红灯亮50S
*（（U8*）0x20005000）=0x61;
for（j=0;j<10;j++）{
for（n=0;n<150;n++）{
*（（U8*）0x20007000）=0xfd;
*（（U8*）0x20006000）=num1[i];
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20007000）=0xfe;
*（（U8*）0x20006000）=num2[j];
Delay
（1）;
}
}
}
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20005000）=0x52;
for（j=0;j<5;j++）{//马路红灯亮，人行道绿灯5S
for（n=0;n<150;n++）{
*（（U8*）0x20007000）=0xfd;
*（（U8*）0x20006000）=0xc0;
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20007000）=0xfe;
*（（U8*）0x20006000）=num2[j];
Delay
（1）;
}
}
for（j=5;j<10;j++）{//马路黄灯闪5s
Delay
（1）;
for（n=0;n<150;n++）{
*（（U8*）0x20005000）=0x40;
*（（U8*）0x20007000）=0xfd;
*（（U8*）0x20006000）=0xc0;
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20007000）=0xfe;
*（（U8*）0x20006000）=num2[j];
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20005000）=0x52;
}
}
for（i=0;i<2;i++）{//马路绿灯亮50s
*（（U8*）0x20005000）=0x8c;
for（j=0;j<10;j++）{
for（n=0;n<150;n++）{
*（（U8*）0x20007000）=0xfd;
*（（U8*）0x20006000）=num1[i];
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20007000）=0xfe;
*（（U8*）0x20006000）=num2[j];
Delay
（1）;
}
}
}
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20005000）=0x92;
for（j=0;j<5;j++）{//马路黄灯亮，人行道红灯亮5s
for（n=0;n<150;n++）{
*（（U8*）0x20007000）=0xfd;
*（（U8*）0x20006000）=0xc0;
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20007000）=0xfe;
*（（U8*）0x20006000）=num2[j];
Delay
（1）;
}
}
for（j=5;j<10;j++）{//马路黄灯闪5s
Delay
（1）;
for（n=0;n<150;n++）{
*（（U8*）0x20005000）=0x80;
*（（U8*）0x20007000）=0xfd;
*（（U8*）0x20006000）=0xc0;
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20007000）=0xfe;
*（（U8*）0x20006000）=num2[j];
Delay
（1）;
*（（U8*）0x20005000）=0x92;
}
}
}
}
//延时程序
voidDelay（inttime）{
inti;
intdelayLoopCount=100;
for（;time>0;time--）;
for（i=0;i}
四、课程设计报告：
1、报告内容：
本报告内容包括7个部分，具体如下：
（1）封面；
（2）摘要、关键词（摘要要综述性概括设计的任务、过程、结论，200-300字，关键词3-5个）；
（3）课程设计任务书；
（4）正文（设计过程，包括需求分析、硬件设计、软件设计、工作过程描述等）；
（5）总结（包括课程设计过程中的学习体会与收获、对本次课程设计的认识等内容）；
（6）参考文献5-8篇（包括在设计过程中查询过的文献资料）；
（7）附录（包括附图、程序等）。
2、报告格式：
（1）摘要标题——加粗，宋体二号字，居中；
内容——宋体小四号字，1.5倍行距
关键词标题——加粗，宋体小四号字，居左；
内容——宋体小四号字，关键词之间以分号隔开
——分页
（2）正文
正文标题——居中，加粗宋体三号字
内容——宋体小四号字，1.5倍行距
——分页
（3）总结标题——居中，加粗宋体二号字
内容——宋体小四号字，1.5倍行距
——分页
（4）参考文献标题——居中，加粗宋体二号字
内容——宋体小四号字，1.5倍行距
格式：
[序号]作者姓名.书名（不用书名号）.出版社.出版日期
如：
——分页
（5）附录标题——居中，加粗宋体二号字
内容——宋体小四号字，1.5倍行距
3、其他要求：
（1）论文中涉及到的贴图，一律需要在贴图正下方居中位置用宋体五号字体注明序号及名称，如：
图1贴图名称；涉及到的表格，一律需要在表格正上方居中位置用宋体五号字体注明序号及名称，如：
表2数据结构表；
（2）正文部分要求在10页以上；
（3）论文中所有正文中文部分采用小四号宋体字，全角中文标点。
英文和数字一律采用半角，英文采用小四TimesNewRoman字体，半角标点符号。
（5）论文一律用A4纸打印，页边距采用A4默认的页边距，即：
上、下为：
2.54厘米；左、右为：
3.17厘米。
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