仝晓庆025嵌入式大作业

伊犁师范学院电信学院 嵌 入 式 系 统 大 作 业 题  目：基于ARM7（LPC2138）的交通灯设计 班  级：计科09-2 学  号： 姓  名： 日  期：2013年4月25日 一、 背景 1、产品介绍 当今时代是一个新技术层出不穷的时代，在电子领域尤其是自动化智能控制领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以前所未见的速度被单片机智能控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广等优点，可以说，智能控制与自动控制的核心就是单片机。目前，一个学习与应用单片机的高潮正在工厂、学校及企事业单位大规模地兴起。生活中十字路口红绿灯我们再熟悉不过，数字交通灯帮我们解决了很多的交通问题，而学习单片机的最有效就是理论与实践并重，本文用LPC2138处理器自制了一款数字交通灯，重点介绍了其软件编程方法，在根据老师的要求下，开始设计。 2、设计的原因 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。嵌入式系统的功能越来越强大，实现也越来越复杂，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。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，综合考虑了它的可靠性以及可实施性，满足了嵌入式系统要求本。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 二、 需求分析 1、设计的目的和意义 通过软硬件设计实现利用ARM芯片完成交通灯控制功能，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、硬件组成 (1) CPU 处理器（LPC2138）：最大速度可达66MHz，为相关的嵌入式产品提供一个低成本、高性能的解决。并且价格相对比较便宜，可靠性高，安全性好，可移植性也好。 (2) 存储器：NOR FLASH（SST39VF160）随机读取速度快，主要用于程序代码和只读数据的存储，支持在线内容更新。SDARM（HY57V561620） 拥有特殊内存控制器的支持，使用方式简单，运行代码时可读写数据，功能相对完全，并且价格便宜。 （3）以太网接口芯片：RTL8019AS本系统使用Realtek公司RTL8019AS网络控制芯片来实现系统的网络功能。它是一款与NE2000类型兼容的网络芯片，可以兼容诸如DP83901A等的其它网络芯片，而且软件的意志性能也比较好。使用该芯片可以使系统拥有较高的叔叔速度，这比串口115200bit/s的串口速度要快的多。 （4）LCD控制器：（FDC6321）支持多种色彩模式，使用独立的DMA，由仲裁总线自动显示，编成很方便，低耗电、体积小等特性，被广泛应用于嵌入式系统中。 （5）电源(AS1117）与复位电路（IMP811T）：本电源运用5V的直流电源通过两个三端稳压器转换成我们所设计的最小系统所需要的两个电压，分别是3.3V和1.8V，3.3V的给VDDMOP，VDDIO，VDDADC等供电，而1.8V的给VDDi和RTC供电，另外复位电路与晶振的频率有关，考虑到这点固选择了IMP811T。 （6）USB串口：（RS232）非常实用的通信接口，易实现USB主机与设备接口互联。 出于综合考虑，采用以上硬件设备搭配可实施性最强、效果最佳。 3、设计内容 （1）完成PLC2138最小系统的硬件电路设计，并用Protel DXP设计原理路图； （2）最小系统包括电源、时钟、复位、存储器、JTAG接口 （3）JTAG接口选择20针插头 （4）存储器容量要求至少2MB的NorFlash和64MB的SDRAM。 （5）完成交通指示灯的电路设计以及控制程序代码，在试验箱上进行调试并且能正常工作。 三、 硬件设计 1、 硬件组成框图（结构图） 图1最小系统整体框图 说明：由最小系统整体框图可以以看出，一个最小系统至少应该由CPU(LPC2138)、系统电源、复位电路、系统时钟、JTAG电路、存储器以及外围扩展电路组成。 2、各硬件引脚图 （1）图2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2 LPC2138引脚图 （2）图3整体电路原理图 图3整体电路原理图 （3）图4 Nor Flash（SST39VF160）电路原理图 图4 Nor Flash原理图 SST39VF160 引脚功能描述 A19-A0 20根地址总线与CPU的地址总线连接 DQ15-DQ0 16根数据总线与CPU的数据总线连接 OE/WE 与CPU的OE/WE连接 功能分别为读写使能 CE 片选信号与nGCS连接     (4)图5 存贮器电路原理图 图5 SDRAM存储器原理图 说明：此32位总线的存储器由两片16位的SDRAM（HY57V561620）组成，使用s3c2410a的nGCS6片选信号，用U4与数据总线的低16相连，U5与数据总线的高16位相连。 （5）图6 JTAG电路原理图 说明：用20脚的JATG仿真调试接口，JTAG信号的定义与s3c2410a的链接如上图。JTAG接口J29上的信号nTRST连到s3c2410a芯片的TRST（低电平有效）引脚，达到控制LPC2138内部JTAG接口电路复位的目的。为了能够使用Multi-ICE仿真器，设置了一个0欧电阻R1（在整体电路原理图中）将JTAG接口的PIN3与PIN15短接。 (6) 如图7 功能流程图 图7 功能流程图 四、 软件设计 选择以LINUX为操作系统，主要包括了代码生成，管理，版本测试，调试这几个部分。在开发工具中，代码生成是必不可少的部分，用来生成嵌入式的可执行程序。其余工具起到嵌入式开发的作用，可以使开发过程更迅速。在嵌入式Linus的开发中，主要是指目标机使用Linus作为操作系统，并在操作系统上构造不同的应用。整个系统的软件主要实现系统初始化、串口配置、红绿灯自动切换等。 软件编程交通灯的应用系统由硬件和软件组成，上述硬件原理图搭建完成上电之后，交通灯的设计还没有完成，我们还需要告诉单片机怎么来进行工作，即编写程序控制单片机实现交通信号灯的亮暗闪烁和数码管倒计时的显示。软件编程是单片机应用系统中的一个重要的组成部分，是研究设计学习交通灯的重点和难点。  1、初始化程序 初始化程序主要完成内存划，定时器的工作模式，中断方式等的设定。 定时器（T0、T1）设为16位定时模式，主频为12MHZ的晶振，定时时间为50ms，20次为一秒 2、主程序 主程序要负责总体程序管理功能，实现人机交换设定。在主程序中做了变量的赋值、定时中断、还有不同时段的交通信号灯的变化程序。        3、软件设计 1）定时中断：1秒（50ms定时，20次为1秒） 2）绿灯闪烁：周期500ms（ 50ms定时，5次为一个翻转） 3）状态字：FLAG（东西还是南北）FLAG0（是否绿灯闪烁阶段） 五、仿真及测试 1、 预测结果: 为了对交通灯系统进行精确控制，采用FPGA实验板，在QuartusⅡ软件环境下，分别实现脉冲发生模块、状态定时模块、交通灯显示模块、时间显示模块，进行仿真实验和硬件下载，获得的测试结果满足交通灯的设计要求。 2、产品优点: 1)随着网络技术和嵌入式技术的高速发展，该设计具有很好的市场应用前景和科研价值。2)系统实时性好，软硬件扩展易扩展，移植性好。 3)系统易操作，既能够通过键盘和触摸屏控制，也可以通过以太网远程控制。 4)采用数字控制的方式，提高了整个控制系统的稳定性及可靠性。 六、 结束语 通过这次交通灯设计，本人在多方面都有所提高。不仅培养了综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，而且培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练。了解所选择的ARM芯片各个引脚功能，工作方式，计数/定时，I/O口，中断等的相关原理，并巩固学习嵌入式的相关内容知识。通过软硬件设计实现利用ARM芯片完成交通灯控制功能。首先查阅相关文献资料，熟悉所选ARM芯片。系统硬件设计方面，熟悉IO接口，定时器计数器工作原理。最后系统软件设计，绘制交通信号灯的工作流程软件实现。提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。 在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此感谢我们的孙老师，由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师多多指教，我十分乐意接受您的批评与指正，本人将万分感谢。 七、 参考文献（不少于5篇） 【1】.周立功主编；ARM嵌入式系统基础教程[M]（第2版）；北京：北京航空航天大学出版社2008. 【2】.张崙编著；32位嵌入式系统硬件设计；北京：机械工业出版社2005. 【3】.马洪连，等编著；嵌入式系统设计教程[M]；北京：电子工业出版社2006. 【4】.王田苗主编；嵌入式系统设计与实例开发[M]；北京：清华大学出版社2003. 【5】.符意德编著；嵌入式系统设计原理及应用[M]；北京：清华大学出版社2004. 【6】.沈文斌主编；嵌入式硬件系统设计与开发实例详解[M]；北京：电子工业出版社2005. 【7】.罗蕾主编；嵌入式实时操作系统及应用开发[M]；北京：北京航空航天大学出版社2005. 【8】田泽.嵌入式系统开发与应用[M]；.北京：北京航空航天大学出版社2005. 【9】马忠梅，英惠.ARM嵌入式处理器结构与应用基础(第2版)[M].；北京：北京航空航天大学出版社2007. 【10】 王宇行.ARM程序分析与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社2008.