畢業(yè)設(shè)計(jì)--利用芯片lpc2132設(shè)計(jì)的十字路口智能交通燈

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言2</b></p><p>　　1 ARM概述3</p><p>　　1.1 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn)3</p><p>　　1.1.1應(yīng)用領(lǐng)域3</p><p>　　1.1.

2、2ARM微處理器特點(diǎn)3</p><p>　　1.2 ARM微處理器系列3</p><p>　　1.3 LPC2132芯片介紹4</p><p>　　2 交通燈系統(tǒng)分析4</p><p>　　2.1 軟件系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程5</p><p>　　2.2 方案確定5</p><p>　　2.

3、3 交通燈工作原理5</p><p>　　3 主要函數(shù)分析及程序流程6</p><p>　　3.1 主要函數(shù)寄存器分析6</p><p>　　3.2 程序流程圖7</p><p><b>　　4 調(diào)試步驟9</b></p><p><b>　　5 總結(jié)9</b&g

4、t;</p><p><b>　　謝 辭11</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)12</b></p><p><b>　　附 錄13</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　更多資料

5、請(qǐng)見論文最后。</p><p>　　縱觀單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用， 51 單片機(jī)越來(lái)越無(wú)法滿足用戶的需求， ARM 高速 32位單片機(jī)的出現(xiàn)，締造了嵌入式系統(tǒng)的新紀(jì)元.</p><p>　　嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件，硬件可裁減，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、和功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)已廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事等各種領(lǐng)域、甚至商業(yè)、

6、文化、藝術(shù)、及人們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。隨著國(guó)內(nèi)外各種嵌入式產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)和推廣，嵌入式技術(shù)的重要性日益凸顯，使得我們不得不將注意力轉(zhuǎn)移到它身上。ARM的應(yīng)用已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)。</p><p>　　本論文就是基于飛利浦ARM7利用芯片LPC2132設(shè)計(jì)的十字路口智能交通燈。本文一開始就對(duì)ARM進(jìn)行了一個(gè)較清晰的介紹，然后對(duì)本方案的確定，設(shè)計(jì)思路，十字路口智

7、能交通燈的原理進(jìn)行了系統(tǒng)化的闡述，并說(shuō)明了所用到的主要函數(shù)的功能，同時(shí)對(duì)于本設(shè)計(jì)中所涉及到的算法也做了一一講解。</p><p><b>　　1 ARM概述</b></p><p>　　究竟什么是ARM呢，他是英國(guó)一家電子公司的名字，全名的意思是Advanced RISC Machine。該公司成立于1990年11月，是蘋果電腦，Acorn電腦集團(tuán)和VLSI Tec

8、hnology的合資企業(yè)。Acorn曾推出世界上首個(gè)商用單芯片RISC處理器，而蘋果電腦當(dāng)時(shí)希望將RISC技術(shù)應(yīng)用于自身系統(tǒng)，ARM微處理器新標(biāo)準(zhǔn)因此應(yīng)運(yùn)生。</p><p>　　ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn)</p><p><b>　　1.1.1應(yīng)用領(lǐng)域</b></p><p>　　到目前為止,ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)

9、域：</p><p><b>　　1、工業(yè)控制領(lǐng)域</b></p><p><b>　　2、無(wú)線通訊領(lǐng)域</b></p><p><b>　　3、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用</b></p><p><b>　　4、消費(fèi)類電子產(chǎn)品</b></p><p&g

10、t;<b>　　5、成像和安全產(chǎn)品</b></p><p>　　除此以外,ARM微處理器及技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域,并會(huì)在將來(lái)取得更加廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.1.2ARM微處理器的特點(diǎn)</p><p>　　采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　(1)體積小、低功耗、低成本

11、、高性能;</p><p>　　(2)支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集,能很好的兼容8位/16位器件;</p><p>　　(3)大量使用寄存器,指令執(zhí)行速度更快;</p><p>　　(4)大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成;</p><p>　　(5)尋址方式靈活簡(jiǎn)單,執(zhí)行效率高;</p><p>　

12、　(6)指令長(zhǎng)度固定;</p><p>　　1.2 ARM微處理器系列</p><p>　　ARM微處理器目前包括下面幾個(gè)系列,以及其它廠商基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器,除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外,每一個(gè)系列的ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p><b>　?。瑼RM7系列</b></p><p&

13、gt;<b>　　－ARM9系列</b></p><p><b>　?。瑼RM9E系列</b></p><p><b>　?。瑼RM10E系列</b></p><p>　?。璖ecurCore系列</p><p>　　－Inter的Xscale</p><p

14、>　?。璉nter的StrongARM</p><p>　　ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中,ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器,屬低端ARM處理器核。TDMI的基本含義為：T：支持16位壓縮指令集Thumb;D：支持片上Debug;M：內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier）I：嵌入式ICE

15、,支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn);</p><p>　　ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)：</p><p>　　ARM處理器共有37個(gè)寄存器,被分為若干個(gè)組（BANK）,這些寄存器包括：</p><p>　　－31個(gè)通用寄存器,包括程序計(jì)數(shù)器（PC指針）,均為32位的寄存器。</p><p>　　－6個(gè)狀態(tài)寄存器,用以標(biāo)識(shí)CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài),均

16、為32位,目前只使用了其中的一部分。</p><p>　　同時(shí),ARM處理器又有7種不同的處理器模式,在每一種處理器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與之對(duì)應(yīng)。即在任意一種處理器模式下,可訪問(wèn)的寄存器包括15個(gè)通用寄存器（R0～R14）、一至二個(gè)狀態(tài)寄存器和程序計(jì)數(shù)器。在所有的寄存器中,有些是在7種處理器模式下共用的同一個(gè)物理寄存器,而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。</p><

17、p>　　1.3 LPC2132芯片介紹</p><p>　　LPC2132微控制器是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S CPU，并帶有32kB、64kB、128kB、256kB和512kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能

18、的損失卻很小。LPC2132包含一個(gè)支持仿真的ARM7TDMI-SCPU、與片內(nèi)存儲(chǔ)器控制器接口的ARM7局部總線、與中斷控制器接口的AMBA 高性能總線（AHB）和連接片內(nèi)外設(shè)功能的VLSI外設(shè)總線（VPB，ARMAMBA總線的兼容超集）。LPC2131/2132/2138將ARM7TDMI-S配置為小端（little-endian）字節(jié)順序。</p><p>　　2 交通燈系統(tǒng)分析</p>&

19、lt;p>　　本組成員用了3天的時(shí)間分析了桂林市交通控制與管理問(wèn)題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實(shí)際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)方案。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要問(wèn)題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部

20、分。</p><p>　　2.1 軟件系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程</p><p>　　ARM的有一特別之處在于其啟動(dòng)過(guò)程與眾不同，啟動(dòng)程序的流程如下：</p><p><b>　　(1)設(shè)置入口指針</b></p><p><b>　　(2)設(shè)置中斷向量</b></p><p>　　(3)

21、初始化堆棧和寄存器</p><p>　　(4)初始化存儲(chǔ)器系統(tǒng)</p><p>　　(5)如果有必要改變處理器模式、狀態(tài)可在此處將系統(tǒng)改為用戶模式并初始化用戶的堆棧指針。</p><p>　　(6)初始化C語(yǔ)言所需要的存儲(chǔ)器空間</p><p><b>　　(7)呼叫C語(yǔ)言</b></p><p>

22、;<b>　　2.2 方案確定</b></p><p><b>　　電源方案：</b></p><p>　　因?yàn)楸敬螌?shí)訓(xùn)是將LPCEB2000-I實(shí)驗(yàn)板的子板取下插到我們所做的交通燈電路板中，所以我們所用的電源是LPCEB2000-I實(shí)驗(yàn)板本身的電源。</p><p><b>　　顯示方案：</b>&

23、lt;/p><p>　　十字路口交通燈是面向四個(gè)方向的，然而每個(gè)方向需要2個(gè)單個(gè)的數(shù)碼管來(lái)顯示倒計(jì)時(shí)，所有我們用了8個(gè)單個(gè)的數(shù)碼管來(lái)分別顯示倒計(jì)時(shí)的各位和十位。</p><p><b>　　LED控制方案：</b></p><p>　　我們?cè)谒膫€(gè)方向都設(shè)置了紅、綠、黃色信號(hào)燈。由于我們沒(méi)有找到四種不同顏色的LED，所以每個(gè)路口用了兩盞紅燈表示兩種功

24、能。一種是紅燈亮表示禁止通行，另一種是紅燈亮表示左轉(zhuǎn)通行，綠色燈亮表示直行通行，在綠燈變紅燈時(shí)先要求綠燈閃爍幾秒鐘，以便讓停車線以外的車輛停止運(yùn)行。黃燈表示行人可以通行。</p><p>　　2.3 交通燈工作原理：</p><p>　　有一個(gè)主干道和一個(gè)支干道的十字路口，每邊都設(shè)置了紅、綠、黃色信號(hào)燈。紅燈亮表示禁止通行，綠燈亮表示可以通行，在綠燈變紅燈時(shí)先要求黃燈亮幾秒鐘，以便讓停車線

25、以外的車輛停止運(yùn)行。主干道上綠燈亮?xí)r，支干道上紅燈亮，20秒后主干道上黃燈亮，支干道仍為紅燈，3秒后主干道上變紅燈，支干道上變綠燈，20秒后主干道上仍為紅燈，支干道上變黃燈，3秒后主干道上又變回綠燈，支干道上變回紅燈，如此反復(fù)。用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的變換，用減法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)時(shí)間的倒計(jì)。</p><p>　　要實(shí)現(xiàn)上述交通信號(hào)燈的控制，則要求電源電路，LED顯示電路，數(shù)碼管電路及LPCEB2000-I的子板等幾部分組成。

26、</p><p>　　3 主要函數(shù)分析及程序流程</p><p>　　3.1 主要函數(shù)寄存器分析</p><p><b>　　IOPIN</b></p><p>　　GPIO管腳值寄存器。不管方向和模式如何設(shè)定，管腳的當(dāng)前狀態(tài)都可從該寄存器中讀出。</p><p><b>　　只讀，復(fù)

27、位值：NA</b></p><p>　　PORT0 地址&名稱：0xE0028000 IO0PIN</p><p>　　PORT1 地址&名稱：0xE0028010 IO1PIN</p><p><b>　　IOSET</b></p><p>　　是GPIO輸出置位寄存器。該寄存器和IOCLR

28、寄存器一起控制輸出管腳的狀態(tài)。寫入1使對(duì)應(yīng)管腳輸出高電平。寫入0無(wú)效。</p><p>　　可用于讀/寫，復(fù)位值：0x0000 0000</p><p>　　PORT0 地址&名稱：0xE0028004 IO0SET</p><p>　　PORT1 地址&名稱：0xE0028014 IO1SET</p><p><b&g

29、t;　　IODIR</b></p><p>　　GPIO方向控制寄存器。該寄存器單獨(dú)控制每個(gè)I/O口的方向。</p><p>　　可用于讀/寫，復(fù)位值：0x0000 0000</p><p>　　PORT0 地址&名稱：0xE0028008 IO0DIR</p><p>　　PORT1 地址&名稱：0xE00280

30、18 IO1DIR</p><p><b>　　IOCLR</b></p><p>　　GPIO輸出清零寄存器。該寄存器控制輸出管腳的狀態(tài)。寫入1使對(duì)應(yīng)管腳輸出低電平并清零IOSET寄存器中的對(duì)應(yīng)位。寫入0無(wú)效。</p><p>　　只讀，復(fù)位值：0x0000 0000</p><p>　　PORT0 地址&名稱

31、：0xE002800C IO0DIR</p><p>　　PORT1 地址&名稱：0xE002801C IO1DIR</p><p>　　GPIO使用注意事項(xiàng):</p><p>　　例：順序訪問(wèn)IOSET和IOCLR寄存器對(duì)同一個(gè)GPIO 管腳/位的影響。</p><p>　　GPIO管腳配置的輸出狀態(tài)由寫入IOSET 和IOCLR

32、寄存器的值決定。IOSET/IOCLR兩者中后訪問(wèn)的寄存器將決定管腳的最終輸出狀態(tài)。</p><p><b>　　代碼如下：</b></p><p>　　IO0DIR = 0x0000 0080 ; P0.7 配置用作輸出</p><p>　　IO0CLR = 0x0000 0080 ; P0.7 輸出為低</p><p&g

33、t;　　IO0SET = 0x0000 0080 ; P0.7 輸出為高</p><p>　　IO0CLR = 0x0000 0080 ; P0.7 輸出為低</p><p>　　先將P0.7設(shè)置成輸出（寫IO0DIR寄存器）；然后，P0.7輸出設(shè)為低電平（先寫IO0CLR寄存器）；接著，P0.7管腳上出現(xiàn)短高電平脈沖（寫IO0SET）；最后，寫IO0CLR寄存器又將P0.7輸出設(shè)置成低電

34、平。</p><p><b>　　3.2 程序流程圖</b></p><p><b>　　主函數(shù)流程：</b></p><p>　　軟件計(jì)數(shù)賦值→指示燈初始化→顯示初始化→顯示掃描→1秒到→秒計(jì)數(shù)清零→軟件計(jì)數(shù)減1→熄滅數(shù)碼管→調(diào)用十字路口1程序→調(diào)用十字路口1程序</p><p><b>

35、;　　十字路口子程序：</b></p><p><b>　　4 調(diào)試步驟</b></p><p>　　這次實(shí)訓(xùn)我們用的是Keil uVision3來(lái)編寫程序，而且不是用匯編，是用的C語(yǔ)言來(lái)編寫的，其目的就是可讀性比較好，靈活性好，便于調(diào)試軟件的時(shí)候好及時(shí)修改，同時(shí)也利于本組成員理解程序。</p><p>　　我們所用的LPC213

36、2芯片是基于LPCEB2000-I實(shí)驗(yàn)板的子板，調(diào)試的時(shí)候，我們就將子板插入到所做的十字路口智能交通燈的系統(tǒng)板中，然后通過(guò)飛利浦的燒錄軟件LPC210x_ISP將程序?qū)戇M(jìn)板中。</p><p>　　首先十字路口電路板的電源，然后打開Keil uVision3軟件，把寫好的程序輸入進(jìn)去，編譯成功后，打開燒錄軟件LPC210x_ISP，點(diǎn)擊“Read Device ID”在彈出的對(duì)話框后點(diǎn)“確定”，燒錄軟件就會(huì)自動(dòng)識(shí)

37、別電路板了。在左下角顯示“File upload successfully completed”后，輸入編譯文件的路徑，點(diǎn)擊“Upload to flash”，就可以成功將程序?qū)懭腚娐钒辶恕?lt;/p><p>　　第一次燒錄程序后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管出現(xiàn)的代碼不對(duì)，有點(diǎn)亂，于是我們組的成員聚集起來(lái)一起研究原理圖，后來(lái)發(fā)現(xiàn)少了一個(gè)10K的電阻和一個(gè)燒錄程序的開關(guān)。我們立即修改電路，然后上電燒錄，之前的情況就沒(méi)有出現(xiàn)了。但是LE

38、D卻顯示不正常，我們?yōu)l臨絕望，身心都極其疲憊，但還好我們堅(jiān)持不懈，繼續(xù)研究原理圖，對(duì)照LPC2132資料上的原理圖一步一步檢查，思考路線。最終檢查發(fā)現(xiàn)是P0口的線路接錯(cuò)了，更正電路之后再調(diào)試，我們的電路板終于成功了。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　短短三周的實(shí)訓(xùn)眨眼就過(guò)去了，回想起第一天拿到課題時(shí)的那份茫然已全然消失了，如今只有收

39、獲的喜悅。</p><p>　　經(jīng)過(guò)本次實(shí)訓(xùn)，我深刻體會(huì)到了團(tuán)隊(duì)合作的精神時(shí)多么的重要。我，鳳萍，燕青，莫玄飛，我們四個(gè)一組，在三周內(nèi)所要完成的任務(wù)就是要做一個(gè)基于嵌入式飛利浦公司的ARM7的LPC2132芯片的十字路口智能交通燈控制系統(tǒng)。</p><p>　　前面幾天我們拿到課題的時(shí)候無(wú)從下手，百思不得其解，后來(lái)來(lái)請(qǐng)教了指導(dǎo)老師，老師讓我們實(shí)地考察，帶著筆記本電腦去桂林市的十字路口觀察交

40、通狀況，再分析程序流程。于是經(jīng)過(guò)幾天的構(gòu)思與方案確定，我們決定用4個(gè)LED發(fā)光二極管分別表示車輛的左轉(zhuǎn)，直走，停止，行人通行。同時(shí)用了八個(gè)單個(gè)的數(shù)碼管顯示四個(gè)方向的倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　在整個(gè)實(shí)訓(xùn)期間，我們最困難，最受挑戰(zhàn)的時(shí)候就是在畫PCB的時(shí)候，因?yàn)槲覀冇玫氖菃蝹€(gè)的數(shù)碼管，有8個(gè)，所有布線非常的繁瑣，也是最耗體力的一項(xiàng)工作，然而這個(gè)步驟是鳳萍做的，她費(fèi)了好大的精力才把板布好線，可是我們的板太大了在打印

41、的時(shí)候又出現(xiàn)了新的問(wèn)題，就是一張紙根本打印不下，于是，我們又連夜修改PCB排版，布線，最終才得以順利打印出來(lái)。</p><p>　　相對(duì)硬件部分而言，我們的軟件步驟沒(méi)有那么傷腦筋，不用處處小心翼翼。在編制程序的時(shí)候我們組的成員分工進(jìn)行，燕青和莫玄飛在平房焊電路板，而我和鳳萍就在EDA實(shí)驗(yàn)室編寫程序和收集論文資料。</p><p>　　嵌入式是個(gè)還正在普及的技術(shù)，精通的人并不多，然而我們有這

42、樣的一個(gè)實(shí)訓(xùn)機(jī)會(huì)，可真的算得上時(shí)寶貴。經(jīng)過(guò)這次實(shí)訓(xùn)，我也學(xué)到了很多嵌入式的知識(shí)。比如說(shuō)，嵌入式的啟動(dòng)過(guò)程，這是它與眾不同的一點(diǎn)，一共有七個(gè)步驟；我們是用C語(yǔ)言編寫程序的，因?yàn)樗撵`活性比較大，而且比匯編更加容易；對(duì)與LPC2132的各個(gè)寄存器，I/O口，我都有了更明確的理解。</p><p>　　同時(shí)我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。某個(gè)人的離群都可能導(dǎo)致整

43、項(xiàng)工作的失敗。實(shí)訓(xùn)中只有一個(gè)人知道原理是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須讓每個(gè)人都知道，否則一個(gè)人的錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致整個(gè)工作失敗。團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們實(shí)習(xí)成功的一項(xiàng)非常重要的保證。而這次實(shí)訓(xùn)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。對(duì)我們而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次實(shí)訓(xùn)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的回憶！</p><p><b>　　謝 辭</b><

44、;/p><p>　　在這次實(shí)訓(xùn)中，我得到了卜老師和各位老師的大力指導(dǎo)，得以按時(shí)成功完成作品，從中也學(xué)到了大量的實(shí)踐知識(shí)，對(duì)嵌入式的認(rèn)識(shí)從感性上升到理性，在今后的日子里，我將會(huì)再接再厲，努力充實(shí)自己。</p><p>　　最后，我在此衷心向各位幫助過(guò)我的老師和同學(xué)們致謝！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p

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