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1、信信息息工工程程 系系嵌嵌入入式式系系统统设设计计题目: 基于 ARM 嵌入式系统的交通灯设计专 业：电气工程及其自动化班 级：K0309414 学 号：K030941410 学生姓名：蔡泉权 指导教师：徐建 摘摘 要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
2、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。本设计采用了飞利浦的 32 位 ARM 微处理器 LPC2138 作为核心处理器。关键词：关键词：嵌入式系统，ARM，LPC2138，交通灯AbstractAbstractWith the prevalence of mobile devices and development of embedded systems has become a hot spot. It is not a recent emer
3、gence of new technology, just as micro-electronics technology and the development of computer technology, micro-chip control functions more and more, and control of micro-chips embedded in the equipment and systems more and more, making the technology more Reply People attention. Hardware and softwa
4、re of its size, cost, power consumption and reliability have made stringent requirements. Embedded systems function more powerful, and more and more complicated, then there is the reliability greatly reduced. A recent trend is a powerful embedded systems usually need a operating system to support th
5、e operating system is already mature and stable, can be embedded Linux, WINCE, and so on. This paper is to study under the ARM embedded systems the system of traffic lights design and implementation. This design uses Philipss 32 as the LPC2138 ARM microprocessor core processors.Keywords：Embedded Sys
6、tems, ARM, LPC2138, raffic lights目目 录录1 引言- 1 -2 相关内容及原理- 2 -3 设计方案- 3 -3.1 设计思路 - 3 -3.2 总体设计框图 - 3 -4 硬件设计- 4 -4.1 LPC2138 芯片介绍及设计 - 4 -4.2 LPC2138 芯片最小系统硬件设计 - 4 -4.3 系统电源电路设计- 5 -4.4 晶振与复位电路- 5 -4.5 LED 循环显示设计 - 6 -4.6 数码管倒计时显示硬件设计- 7 -4.7 蜂鸣器设计- 8 -5 软件设计- 9 -5.1 交通灯控制软件流程图- 9 -5.2 ARM 交通灯模拟控制程
7、序设计 - 9 -6 运行测试结果 - 10 -7 设计心得体会及总结 - 13 -参考文献- 14 -附录- 15 -1 引言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，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
8、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 A
9、RM 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 设计方案设计方案3.13.1 设计思路设计思路利用 LPC2131ARM 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，由南往北方向红、黄、绿三个灯依次接在P1.18、P1.19、P1.20 上，由北往南方向的红、黄、绿三个灯依次接在P1.21、P1.22、P1.23 上，人行道用红、绿两个灯控制，依次接在 P1.24、P1.25 上，用软件控制灯的亮与灭来控制车辆和行人的通行。b 用数码管显示倒
10、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。c 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。蜂鸣器接 P0.7 引脚。交通路口示意图如图 3.1 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。公 共 场 所公 共 场 所图 3.1 交通路口示意图3.2 总体设计框图总体设计框图用 ARM7 系列芯片 LPC2138 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 环蜂鸣器LPC2131 最小系统倒 计
11、时 显 示图 3.2 交通灯总体设计框图4 4 硬件设计硬件设计根据设计任务要求，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。4.14.1 LPC2138LPC2138 芯片介绍及设计芯片介绍及设计LPC2138 是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的 32 位 ARM7TDMI-STM CPU 的微控制器，并带有 32kB 的嵌入的高速 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
12、将代码规模降低超过 30%，而性能的损失却很小。较小的封装和极低的功耗使 LPC2131 可理想地用于小型系统中，具有以下一些特性：小型 LQFP64 封装8k 的片内静态 RAM 和 32k 的片内 Flash 程序存储器片内 Boot 装载软件实现在系统/在应用中编程（ISP/SAP）单扇区或整片擦除时间为 400ms，256 字节行编程时间为 1ms1 个 10 位 D/A 转换器两个 32 位定时器/计数器（带四路捕获和四路比较通道） 、PWM单元（6 路输出）和看门狗实时时钟具有独立的电源和时钟源，在节电模式下极大地降低了功耗多个串行接口，包括 2 个 16C550 工业标准 UAR
13、T、2 个高速 I/O 接口（400 kbit/s） 、SPITM 和具有缓冲作用和数据长度可变功能的 SSP多达 47 个 5V 的通用 I/O 口；向量中断控制器，可配置优先级和向量地址9 个边沿或电平触发的外部中断引脚片内晶振频率范围：130 MHz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低功耗模式：空闲和掉电可通过个别使能/禁止外部功能和外围时钟分频来优化功耗通过外部中断将处理器从掉电模式中唤醒单电源，具有上电复位（POR）和掉电检测（BOD）电路CPU 操作电压范围：3.0V3.6 V (3.3 V 10)，I/O 口可承受
14、5V 的电压4.24.2 LPC2138LPC2138 芯片最小系统硬件设计芯片最小系统硬件设计图 4.1 为 LPC2138 芯片的原理图，64 个引脚，采用 3.3V 电源供电，设计所需外接器件的网络名已经标出。图 4.1 LPC2138 芯片的原理图4.34.3 系统电源电路设计系统电源电路设计本电源运用 5V 的直流电源（图 4.2 所示） 。通过 DS2434 芯片将 5V 电压转换为 3.3V 电压，为 LPC2138 芯片供电，LPC2138 芯片所能承受的电压范围是 3V3.6V。图 4.2 直流电源电路设计4.44.4 晶振与复位电路晶振与复位电路系统的晶振电路如图 4.3 所示 LPC2138 芯片采用 11.0592MHz 的晶振作为振荡时钟源，1VOUT2VIN3GNDU2DS2434VCC C3VDD3.3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 4.4 所示，SP708S 芯片的 7 号引脚连接到主控芯片的复位引脚（nRST）上,按下复位键 S2 时，系统将会复位到初始的状态。12Y1 11.0592M HzC130pFC230pFXTAL1XTAL2图 4.3 系统的晶振电路图 图 4.4 系统的复位电路图4.54.5 LEDLED 循环显示设计循环显示设计由南向北和由北向南车道各用一组红、绿、黄三色的
