嵌入式系统设计专题实践交通灯控制系统专业：电子信息工程班级：电子 1102 班学生姓名： 王石岩 学号： 1110910213指导教师：高 华 / 目录一、方案设计与论证31.1系统任务描述31.2系统方案设计41.3系统框图5二、硬件电路设计52.1K60P144M100SF2RM最小系统设计52.2数码管显示模块设计72.3交通灯指示模块设计8三、系统软件设计83.1系统软件流程图83.2 500ms定时器子程序设计93.3 计数显示子程序设计10四、系统调试124.1硬件调试114.2软件调试114.3 综合调试12五、总结12六、心得体会12七、附录137.1系统实物图137.2程序代码147.3参考文献19摘要当前伴随着信息化社会的快速开展，国家不断走向繁荣兴盛与此同时，快节奏也成为当代人们在各大城市的主要特征当今社会上汽车越来越多，为了减少城市交通阻塞和维持良好稳定的交通次序、加强对道路的管理力度因此合理设计交通灯控制系统对维护道路平安和社会交通次序有着不可替代的作用本文主要阐述交通灯控制系统的设计原理和过程，采用飞思卡尔K60作为系统的控制芯片，对系统的软件和硬件进展模块化设计，最终实现了基于飞思卡尔K60芯片的交通灯控制系统。
该系统用红、黄、绿三种颜色的发光二极管来代替三种实际中的交通灯，在控制器的驱动下来形象化的演示实际通灯的运行模式和工作过程最终该系统实现了对车辆直行、左转、停止等待等根本功能能够有效地对城市中的车辆产生明确的指导和控制关键词：交通灯 K60P144M100SF2RM 数码管定时显示一、方案设计与论证1.1 系统任务描述本次设计中根据实际需要，结合嵌入式系统的特点，完成对交通灯的控制系统设计系统功能包括实现对车辆的直行，左拐、停止等待等功能基于飞思卡尔K60P144M100SF2RM控制器，实现对车辆进展指导控制本系统中主要由控制器最小系统、数码管显示模块、交通灯模块等相关模块构成系统任务包括三个环节 假设十字路口南北方向为主干车道，东西方向为支干道 状态一：南北方向、东西方向均设有红、黄、绿三个指示灯首先南北方向绿灯亮一分钟、东西方向红灯亮一分钟此时处于向北方向的车辆处于绿灯状态，可以直行通过十字路口，而处于向向的车辆由于是红灯等待那么不能前行，需外等待向向的绿灯降临才能前行 状态二：一分钟之后，北方向的绿灯变为黄灯亮，且亮十秒钟而在向向的红灯还没转变状态，红灯此时会连续闪烁10秒钟，作为东西方向将变成绿灯通行状态的提示。
与此同时，向西方向的左转指示灯会变亮，也是亮10秒钟，车辆可以左转状态三：10秒钟过后，北方向的黄灯灭，红灯亮60秒，处于主干道上的车辆不能直行通过与此同时向的红灯会灭，绿灯亮60秒，处于干道上的车辆可以直行向北方向的车辆不能左转左转指示灯会熄灭状态三执行完毕重新进入状态一开场执行，整过过程在K60控制器上电以后就进入工作状态，无需人工干预图1—1为系统的工作状态图：状态二10秒状态三60秒状态一60秒K60上电：图1—1 系统的工作状态图图1—2系统的工作方式图1.2系统方案设计本系统基于K60P144M100SF2RM控制器设计的交通灯控制系统设计过程主要采用自上向下的设计思路和模块化设计的设计思想，对软件和各个硬件模块进展独立设计，综合调试软件包括显示、定时器、GPIO、时钟等设置硬件电路包括由三极管驱动的数码管显示电路以及交通灯显示电路1.3系统框图电源交通灯指示模块数码管显示计时模块K60P144M100SF2RM 控制器最小系统图1—3 系统框图二、硬件电路设计本系统中硬件系统包括K60P144M100SF2RM最小系统设计、数码管显示模块、交通灯显示模块采用模块化设计的思想对以上模块进展设计。
2.1 K60P144M100SF2RM最小系统设计Kinetis是低功耗可扩展和在工业上使用混合信号ARM Cortex-M4系列MCU的最好的组合Kinetis系列MCU结合了最新的低功耗革新技术和高性能，高精细混合信号功能与连通，人机界面，平安及外设广泛Kinetis MCUs使用了飞思卡尔和ARM第三方合作伙伴的市场领先的捆绑模式所有Kinetis系列都包涵强大的逻辑、通信和时序阵列和带有伴随着闪存大小和I/O数量的集成度等级的控制外围部件Kinetis 产品组合核具有以下特点：ARM Cortex-M4 核带DSP 指令，性能可达 1.25 DMIPS/MHz ( 局部Kinetis 系列提供浮点单元)；32 通道的DMA 可用于外设和存储器数据传输并减少CPU 干预；提供不同级别的CPU 频率50 MHz、72 MHz 和100 MHz 〔局部Kinetis 系列提供120 MHz 和150 MHz )；10 种低功耗操作模式用于优化外设活动和唤醒时间以延长电池的寿命；行业领先的快速唤醒时间正是由于K60控制器在性能上有较多的优点和较低的功耗，因而适合用来开发交通灯控制系统。
以下为本控制器的最小系统原理图：(1)(2)(3)图2—1 最小系统原理图2.2数码管显示模块设计数码管分为七段和八段两种根据极性也可分为共阴和共阳两种类别其原理是根据发光二极管的组合成显示0~9，还包括字母A,B,C,D,E,F等共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮图2—2 数码管工作原理图 分别对三个状态进展计时，个位和十位分别用一个数码管显示，每次计时加一的时间是1s以下是本模块的原理图：图2—3 数码管显示模块原理图 其中由数码管的位选端和段选端进展控制数码管的显示程序根据PNP三极管的导通原理，当位选端为低电平时，三极管导通，根据共阳极编码进展合理设置即可此外用三极管驱动数码管的原因是三极管显示更明亮一些用数码管显示效果比拟直观2.3交通灯指示模块设计 本模块用红、黄、绿三种颜色的发光二极管来代替实际中的交通指示灯红灯亮那么表示车辆停止等待，黄灯亮那么表示绿灯在向红灯的跳变过程中允许已经越过规定线的车辆继续前行。
绿灯那么表示车辆可以直行通过在此系统中，一共有7个指示灯图2—4交通灯指示模块原理图三、系统软件设计 3.1系统软件流程图在系统的软件设计时，需要对系统时钟进展设计，以满足对本次系统的功能需求还需对GPIO端口进展初始化设置，500ms定时延迟设置然后需要考虑交通灯的三个工作状态，合理安排显示与计数的时序关系开场系统初始化程序 交通指示灯交替亮灭时钟设置500ms定时器设置计数完毕？ N 计数程序 数码管显示 Y完毕图3—1 系统软件流程图3.2 500ms定时器子程序设计开场 本模块是将产生500ms定时器，让在计数器计数时提供计时间隔，同时也可作为数码管个位和十位的刷新时间，即每次数码管显示更新递增一个数字经过的时间是1s以下是本模块的子程序软件流程图：设置LPTMR定时器设置count_val比拟值 触发输出1KHz LPO时钟计数去除标志位Reach count_v值？完毕Y N图3—2定时器子程序软件流程图3.3 计数显示子程序设计计数显示是在定时器运行前提下进展工作的数码管每刷新一个数时，时间是1s这样的好处是显示与指示灯状态同步起来。
同时也能做到效果比拟直观以下是此局部模块的流程图：开场dis_0=0 dis_1=0dis_2=0初始化 1000ms定时器数码管译码指示灯亮dis_0++dis_0<60Y1000ms定时器数码管译码指示灯亮1000ms定时器数码管译码指示灯亮 Ndis_2++dis_2<60?dis_1++dis_1<10? YY N完毕N图3—3 计数显示模块流程图四、系统调试4.1硬件调试 在硬件调试时，K60最小系统的调试就是用集成Mini核心板进展调试，当系统上电后，将系统示例程序下载到开发板中，用一个示例LED等进展测试能否正常运行在GPIO端口进展初始化后，应对端口进展合理设置在对核心板程序下载成功后，在程序能正确运行时，可以根据共阳数码管的特点进展测试，对显示电路能否正常工作进展测试验看数码管计数时是否与预想的一样，假设不一样营及时修正程序最终使结果出现与预期一样4.2软件调试 在软件调试时，在IAR for ARM 6.30版本平台上进展编程下载，通过J—LinkJI进展下载到K60核心板中。
在调试时可以用单步调试，全速运行，设置断点等方式与此同时观看存放器和变量的值在调试中常常发挥着重要作用在修改和完善程序后，最终下载到核心板中运行以下是IAR 开发界面：图4—1IAR 开发界面图4.3 综合调试在综合调试时，首先应确保硬件和软件都调试完毕，将程序下载到硬件系统中后，首先应注意以下事项; 在上电之前应用数字万用表检测硬件电路的电源VCC和地是否导通，假设导通，应及时检查后确保不能让电源和地短路；同时检测电路是否有虚焊现象，应及时解决这些可能对结果造成不良影响的问题，然后才能上电 上电之后，观看实验效果，看数码管刷新时间和交通指示灯亮灭是否和预期一样，假设时序不符合要求，应及时调整硬件或者软件在与核心板连接线时，应防止与IO口短接，造成数码管显示乱码或者显示效果不佳五、总结本次基于飞思卡尔K60P144M100SF2RM控制器设计的交通灯控制系统，通过合理的软件设计和硬件设计，实现了交通灯绿灯亮60秒，黄灯亮10秒，红灯亮60秒，对南北主干道方向和东西支干道车辆进展直行和左转控制用红、绿、黄LED发光二极管代替实际中的交通指示灯，用数码管对亮灭时间进展计时，使结果直观六、心得体会本次关于嵌入式系统设计专题实践，通过用基于Cortex-M4核的K60P144M100SF2RM控制器，我对嵌入式系统设计有了进一步的认识。
在本次系统设计过程中，主要采用的是模块化设计的思想和自顶向下的设计原那么，将功能细化，每一功能对应一个功能子程序在软件设计时我进一步体会到了画流程图的重要性。