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1、.嵌入式系统原理与应用综合设计模拟交通信号灯控制器设计系 部：电子与信息工程系专业班级：通信工程10秋1班姓 名：学 号：小组成员：指导教师：完 成 日 期 2013年 6月目录1. 绪论12.课程设计要求及实验设备与器材22.1课程设计题目22.2课程设计目的22.3设计要求22.4实验设备与器材43.硬件系统设计53.1设计系统介绍及原理框图53.2ARMLM3S2110开发板63.3液晶屏显示系统93.4 通用输入/输出端口（GPIO）123.5管脚图134.软件设计方案144.1程序流程图144.2方案论证154.3调试过程154.4运行结果174.4.1结果分析174.4.2体会与收
2、获19参考文献20附录21嵌入式系统原理与应用综合设计1. 绪论嵌入式计算机系统的出现，是现代计算机发展历史山的里程碑。嵌入式系统诞生于微型计算机时代，与通用计算机的发展道路完全不同，形成了独立的单芯片的技术发展道路。由于嵌入式系统的诞生，现代计算机领域出现了通用计算机与嵌入式计算机两大分支。不可兼顾的技术发展道路，形成了两大分支的独立发展：通用计算机按照高速、海量的技术发展；嵌入式计算机系统则为满足对象系统按照嵌入式智能化控制要求发展。由于独立的分工发展，20世纪末，现代计算机的两大分支都得到了迅猛的发展。近些年，城市的车流量日益增加，给城市交通带来了巨大的压力，特别是十字路口的通行能力不足
3、的问题，导致了交通拥堵严重，交通事故频发等诸多问题，影响到了人们的日常生活和城市的经济发展。与此同时，交通灯信号控制器作为一种交通控制工具，在疏导车辆，提高道路导通能力方面的作用也越来越显著。但是，现行的交通灯信号控制器却存在或多或少的问题，诸如交通灯信号控制器的功能不足、交通灯信号控制信号控制器的智能化程度不足、不能满足日益增长的车流量控制等问题，其中交通灯信号控制器的智能化程度则是最为重要的问题，其程度主要取决于交通信号指挥控制系统的选择，所以如提高交通灯信号控制器的智能化的关键就在于对交通灯信号指挥系统的选择上，即不同的对信号控制器功能进行定义设计的电子装置的选择。2.课程设计要求及实验
4、设备与器材2.1课程设计题目模拟交通信号灯控制器设计2.2课程设计目的通过本次综合设计，运用已学的课程知识，根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试，对嵌入式系统原理与应用课程中涉及的芯片结构、控制原理、硬件和编程等方面有一定的感性认识和实践操作能力，从而加深对本课程知识点的理解，使学生应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等方面有显著提高。2.3设计要求 利用实验系统的资源来设计一个“模拟交通灯控制器”。控制面板包括：液晶屏、2组交通灯（每组交通灯包括红和绿2个灯）、电源按键、电源指示灯和一个运行键。工作流程如下：(1) 按下电源键，电源指示灯亮；(2) 按运行键，模拟交通灯控制器工
5、作；(3) LED实时显示当前的交通灯状态；(4) 红灯和绿灯的工作顺序如下：图2.1 红灯工作顺序图图2.2 绿灯工作顺序图(5) 用2位数码管实时倒计时间，倒计时流程如下：图2.3 LED等结合数码管工作顺序图(6) 运行过程中，若再按下电源键，则控制器停止工作，电源指示灯灭。2.4实验设备与器材(1) 电源模块(2) ARM开发板LM3S2110(3) 1602液晶显示(4) LED灯3.硬件系统设计3.1设计系统介绍及原理框图（1）接通电源时或系统复位后，系统按程序给定的时间工作，即南北向通行50秒，东西向通行10秒，工作模式如表1.1所示。首先南北向通行，然后东西向通行，如此循环。（
6、2）通行时间的设置：当需要更改主、次干道的通行时间时，可以用“设置键、增加键、减少键”进行设置。第一次按“设置键”时，南北向的绿灯亮，南北向的数码管显示当前南北向的通行时间，并且按每秒2次的频率闪烁（每秒亮2次暗2次），其余的信号指示灯和东西向的数码管熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变南北向的通行时间。按一次“增加键”或“减少键”，数码管的显示增加一秒或减小一秒，长按“增加键”或“减少键”（按下的时间超过一秒钟以上）则数码管显示的时间按每秒钟增加或减少10的速度快速变化。第二次按“设置键”时，南北向的红灯亮，南北向的数码管显示当前南北向红灯点亮时间，并且按每秒2次的频率闪烁每秒亮2次
7、暗2次），其余的信号指示灯和东西向的数码管熄灭，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变南北向黄灯的点亮时间。第三次按“设置键”时，东西向的绿灯亮，东西向的数码管显示当前东西向的通行时间，并且按每秒2次频率闪烁，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变东西向的通行时间。第四次按“设置键”时，东西向的红灯亮，东西向的数码管显示当前东西向红灯的点亮时间，并且按每秒2次频率闪烁，此时可以用“增加键”和“减少键”来改变东西向黄灯的点亮时间。第五次按“设置键”时，系统退出设置状态，回到交通信号灯状态，并且南北向先通行，东西向后通行。“设置键”的功能表图1.2所示。表1.1设置键的功能按“设置键”的次数第1次
8、第2次第3次第4次第5次调整内容南北向的绿灯点亮时间南北向的红灯点亮时间东西向的绿灯点亮时间东西向的红灯点亮时间恢复交通灯工作状态调整范围050秒010秒010秒050秒图3.1交通灯控制系统组成方框图3.2ARMLM3S2110开发板ARM建设选用TI LM3S2110芯片，便于设计和调试。结构概述 非对齐式数据访问，使数据能够更为有效的安置到存储器中 精确的位操作（bit-banding），不仅最大限度的利用了存储器空间而且还改良了对外设的控制（1）内部存储器 64 KB单周期Flash 可由用户管理 对flash块的保护，以2KB为单位 可由用户管理对flash的编程 可由用户定义和管理
9、的flash保护块 16 KB单周期访问的SRAM（2）通用定时器 3个通用定时器模块(GPTM)，每个提供2个16-位定时器。 每个 GPTM 可被独立配置进行操作： 作为一个32位定时器 作为一个32位的实时时钟（RTC）来捕获事件 用于脉宽调解器（PWM） 32位定时器模式 可编程单次触发定时器 可编程周期定时器 当接入32.768-KHz外部时钟输入时可作为实时时钟使用 在调试期间，当控制器发出CPU暂停标志时，在周期和单次触发模式中用户可以使能中止。 16位定时器模式 通用定时器功能，并带一个8位的预分频器 可编程单次触发定时器 可编程周期定时器 在调试的时候，当控制器发出CPU暂停
10、标志时，用户可设定暂停周期或者单次模式下的计数 16位输入捕获模式 提供输入边沿计数捕获功能 提供输入边沿时间捕获功能 16位PWM模式LM3S2110 微控制器 简单的PWM模式，对PWM信号输出的取反可由软件编程决定兼容ARM FiRM的看门狗定时器 32位向下计数器，带可编程的装载寄存器 带使能功能的独立看门狗时钟 带中断屏蔽功能的可编程中断产生逻辑 软件跑飞时可锁定寄存器以提供保护 带使能/禁能的复位产生逻辑 在调试的时候，当控制器发出CPU暂停标志时，用户可以设定暂停定时器的周期（3）CAN 支持CAN协议版本2.0 part A/B 传输位速率可达1Mb/s 32个消息对象，每个都
11、带有独立的标识符屏蔽 可屏蔽的中断 可禁止TTCAN的自动重发模式 可编程设定的自循环自检操作（4）同步串行接口（SSI） 主机或者从机方式运作 可编程控制的时钟位速率和预分频 独立的发送和接收FIFO，8X16位宽的深度 可编程控制的接口，可与Freescale的SPI接口，MICROWIRE或者TI器件的同步串行接口相连 可编程决定数据帧大小，范围为4到16位 内部循环自检模式可用于诊断/调试(5)UART 完全可编程的16C550-type UART，支持IrDA 带有独立的16x8发送（TX）以及16x12接收（RX）FIFO，可减轻CPU中断服务的负担 可编程的波特率产生器，并带有分
12、频器 可编程设置FIFO长度，包括1字节深度的操作，以提供传统的双缓冲接口。 FIFO 触发水平可设为1/8, 1/4, 1/2, 3/4 和 7/8图3.2ARM2110开发板电路图3.3液晶屏显示系统1602字符型LCD模块的应用非常广泛，而各种液晶厂家均有提供几乎都是同样规格的1602模块或兼容模块，尽管各厂家的对其各自的产品命名不尽相同；1602字符型LCD模块最初采用的LCD控制器采用的是HD44780，在各厂家生产的1602模块当中，基本上也都采用了与之兼容的控制IC，所以从特性上基本上是一样的；当然，很多厂商提供了不同的字符颜色、背光色之类的显示模块。1602液晶的基本的操作分为
13、以下四种： 状态字读操作：输入 RS=低、RW=高、EP=高； 输出：DB07读出为状态字； 数据读出操作：输入 RS=高、RW=高、EP=高； 输出：DB07读出为数据； 指令写入操作：输入 RS=低、RW=低、EP=上升沿； 输出：无； 数据写入操作：输入 RS=高、RW=低、EP=上升沿； 输出：无。图3.3LCD模块的结构尺寸示意图图3.4读操作的时序图图3.5写操作的时序图1602 LCD的另外一些特性(1)AC地址指针计数器 地址指针计数器AC是可读可写的，它是DDRAM（显存）和CGRAM区作的地址指针计数器，指示当前DDRAM或CGRAM的地址。而指示着哪种存储器的地址是由MC
14、U对1602最近写入的地址设置指令的标识码决定的。地址指针计数器AC可以设置成自动加一计数器或自动减一计数器。地址指针计数器AC有两个作用，一是指示当前的DDRAM或CGRAM地址；二是为光标和闪烁的位置地址指针，指示当前光标和闪烁的位置地址。(2)显示存储器DDRAM 1602 LCD模块的控制器里拥有80个字节的显示存储器DDRAM。DDRAM用于存储当前所要显示的字符的字符代码。DDRAM的地址由地址指针计数器AC提供，MCU可以对DDRAM进行读写操作。DDRAM各单元对应着显示屏上的各字符位。(3)字符发生器与CGRAM 1602 LCD模块的控制器内部有两种字符发生器，一种是CGROM即已固化好的字模库，见后面附上的字符表。MCU控制1602时，只需要写入某个字符的字符代码，1602将以其作为字模库的地址将该字符输出给驱动器显示。 另一种为CGRAM，即可随时定义的字符字模库，1602提供了64个字节的CGRAM，地址为0x000x3F。它可以生成8个5X8点阵的自定义字符或4个5X11点阵的字模库。由于1602仅使用一行5位数据作为字符点阵，所以作主CGRAM字模库
