ARM课程设计指导交通灯控制系统.ppt

ARM嵌入式系统原理 课程设计指导,设计内容：交通灯控制系统 上海师范大学天华学院电子与信息工程系 2012年6月,目 录,一、设计内容 二、进度安排 三、基本要求 四、设计过程 1、设计要求 2、设计要点 3、硬件设计 4、软件设计 5、调试与仿真 五、设计报告 六、考核方法,一、设计内容,十字路口交通灯控制系统的设计 利用ARM嵌入式芯片的定时器产生秒信号，控制十字路口的红绿黄灯交替点亮和熄灭，并且用4只LED数码管显示十字路口两个方向的剩余时间。要求能用按键设置两个方向的通行时间（绿灯点亮的时间）和暂缓通行时间（黄灯点亮的时间），系统的工作符合一般交通灯控制要求。,回目录,二、进度安排,ARM课程设计共安排4周，合计100学时，具体分配如下： 实习动员及准备工作： 2学时 总体方案设计： 8学时 硬件设计： 20学时 软件设计： 20学时 软件调试： 15学时 系统实现： 15学时 撰写设计报告： 14学时 答辩与总结： 6学时,回目录,三、基本要求,1、课程设计的基本要求 ARM课程设计的主要内容包括：理论设计、调试与仿真、撰写设计报告等。其中理论设计又包括选择总体方案，硬件系统设计、软件系统设计；硬件设计包括单元电路，选择元器件及计算参数等；软件设计包括模块化层次结构图，程序流程图。程序设计是课程设计的关键环节，通过调试进一步完善程序设计，使之达到课题所要求的指标，使理论设计更接近于实际产品。课程设计的最后要求是写出设计总结报告，把理论设计内容，调试的过程及性能指标的测试结果进行全面的总结，把实践内容上升到理论高度。,回目录,2、课程设计的教学要求 ARM课程设计的教学采用相对集中的方式进行，以班为单位全班学生集中到机房进行实训，每人配备一台PC机、一套LM3S2110开发板、相关的软件及电子元器件等器材设备。做到实训教学课堂化，严格考勤制度，在实训期间（四周）累计旷课达到6节以上，或者迟到、早退累计达到8次以上的学生，该课程考核按不及格处理。在实训期间需要外出查找资料等时，必须向指导老师请假，经同意后方可外出。,回目录,课程设计的任务相对分散，每2名学生组成一个小组，完成一个课题的设计。小组成员既有分工、又要协作，同一小组的成员之间可以相互探讨、协商，可以互相借鉴或参考别人的设计方法和经验。但每个学生必须单独完成设计任务，要有完整的设计资料，独立撰写设计报告，设计报告雷同率超过50%的课程设计考核按不及格处理。,回目录,四、设计过程 1、设计要求,十字交叉路口的 交通灯控制系统的结 构如图1.1所示。,南,北,东,西,图1.1 十字路口交通灯控制示意图,回目录,往南和往北的信号一致，即红灯（绿灯或黄灯）同时亮或同时熄灭。用两个数码管来显示被点亮的指示灯还将点亮多久。 往东和往西方向的信号一致，其工作方式与南北方向一样，也采用两个数码管来倒计时。当南北方向为绿灯和黄灯时，东西向的红灯点亮禁止通行；而东西方向为绿灯和黄灯时，南北向的红灯点亮禁止通行。,回目录,假设南北方向为主干道，通行时间为60秒，东西方向是次干道，通行时间为30秒，黄灯点亮的时间均为4秒，则其工作方式如表1.1所示循环点亮信号灯。,表1.1 交通信号灯工作模式,绿灯亮60秒,黄灯亮4秒,红灯亮64秒,红灯亮34秒,绿灯亮30秒,黄灯亮4秒,回目录,具体设计要求如下： 1、设计一交通灯控制系统，其结构如图1所示，工作方式满足上述要求。 2、主干道和次干道的通行时间及黄灯点亮的时间可以手动设置。 3、在没有手动设置通行时间时，系统自动按表1.1的模式进行工作。,回目录,2、设计要点,(1) 硬件设计： 1）建议选用TI LM3S2110芯片，便于设计和调试。 2）LED显示系统：南北向和东西向各采用2个数码管计时，对该方向的指示灯的点亮时间进行倒计时，最长计时范围为99秒。设计时可利用芯片的PD口和PA口作为字段和位选信号输出，经驱动芯片后驱动数码管显示倒计时时间，数码管采用动态扫描方式显示。,回目录,3）键盘系统：设置3个程序按键：设置键、增加键、减少键，因键盘使用频率很小，建议采用查询方式来读取键盘。另需配置一个非程序按键：系统复位键。 4）电源供电系统：本系统采用220V电源供电，应设计相应的稳压电源电路。但课程设计受时间限制，也可采用现成的5V直流稳压电源供电，这样可以节约设计时间、简化设计过程。,回目录,(2) 本系统的工作流程： 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60秒，东西向通行30秒，黄灯亮4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。 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3次的频率闪烁（每秒钟亮3次暗3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,回目录,改变南北向的通行时间。按一次“增加键”或“减少键”，数码管的显示时间增加1秒或减小1秒，长按“增加键”或“减少键”（按下的时间超过1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，南北向的黄灯亮，南北向的数码管显示当前南北向黄灯的点亮时间，并且按每秒3次的频率闪烁（每秒钟亮3次暗3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。,回目录,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3次的频率闪烁，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，东西向的黄灯亮，东西向的数码管显示当前东西向黄灯的点亮时间，并且按每秒3次的频率闪烁，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”的功能如表1.2所示。,回目录,第1次,南北向的绿灯点亮时间,099秒,表1.2 设置键的功能,第2次,南北向的黄灯点亮时间,09秒,第3次,东西向的绿灯点亮时间,099秒,第4次,东西向的黄灯点亮时间,09秒,第5次,恢复交通灯工作状态,回目录,(3) 软件设计： 1）系统资源分配：为了便于程序的设计、阅读及修改，需要先对系统的存储器资源进行分配和说明。 2）软件模块：根据上述工作流程和设计要求，软件设计可以分为以下几个功能模块： 主程序：初始化及键盘监控。 计时程序模块：为定时器的中断服务子程序，完成0.1秒和1秒的时间定时。,回目录,显示程序模块：完成12个发光二极管（实际上只需驱动6个）和4个LED数码管的显示驱动。 键盘扫描程序模块：判断是否有键按下，并求取键号。 键处理程序模块：分别是“设置键”“增加键”“减少键”的处理子程序。,回目录,3、硬件设计,根据设计要求，交通灯控制系统的硬件由32位ARM芯片、4个数码管及其驱动电路、12个三色LED指示灯及其 驱动电路、键盘（3个程序键）、电源电路等组成。可 以参照图1.2所示的方框图进行设计。 硬件设计的要求：,回目录,（1）确定元器件的型号及参数。,（2）用PROTEL画出完整的原理图。,（3）列出元器件清单。,回目录,3色LED 指示灯,图1.2 交通灯控制系统组成方框图,4、软件设计,根据设计要点，软件设计首先应对系统资源进行进行分配和说明。 为了增加程序的可读性，理清程序的编写思路，建 议程序采用模块化结构，可按以下9个模块编写程序：,回目录, 主程序模块：主要完成RAM清零，T0定时器的设置，绿、黄灯的初值设定，键盘查询以及各子程序的调用。, 定时中断服务程序模块：产生0.1秒和1秒的定时信号，每到了1秒钟，使南北绿灯(20H)，南北黄灯(21H)，东西绿灯(22H)，东西黄灯(23H)进行递减计数。 扫描显示子程序：为4位LED动态显示提供驱动信号。PD口和PA25口为数码管提供驱动信号，PD口为字段口，低电平有效，PA25口为字位码输出口，高电平有效。,回目录, 键扫描子程序：检测PC47端口，判断是否有键按下，如果有键按下，则进行延时去抖动并读取键值。 键值处理子程序：根据键值，转相应键处理子程序。 设置键处理子程序：设置键是一个多功能键，需要对其所按的次数进行计数，然后转到相应的程序段。 加1键处理子程序：在按键标志位有效的情况下，每按一次加1键，对应的数据作加1处理。长按该键（时间超过1秒），则对应的数据快速增加。,回目录, 减1键处理子程序：在按键标志位有效的情况下，每按一次减1键，对应的数据作减1处理。长按该键（时间超过1秒），则对应的数据快速减小。 恢复通行显示子程序：在设置通行时间的状态下（此时键处理标志位0F2H=1），如在30秒钟内没有按任何按键，则自动恢复到正常工作状态，所作的设置时间无效。,回目录,软件设计的要求： （1）用汇编语言或C语言进行程序设计。 （2）在编程平台上进行编辑，并完成编译。 附：参考程序。,回目录,5、调试与仿真,程序设计完毕后，再进行硬件仿真和系统调试。仿真和调试在配套的实验箱上完成。 系统调试按以下步骤进行：,回目录,(1) ARM2110开发板的硬件连接。,(2) 程序烧录： 如ARM采用LM3S2110，可以用JTAG固化程序。用USB数据线将PC机的USB串口与开发板连接。,(4) 长时间通电试机，检测系统的稳定性和抗干扰能力。,回目录,开发板接连，打开相应的程序烧录软件，按要求操作即可。,(3) 测试系统的性能，不能达到设计要求时，重新调整或修改程序，进一步调试，直到满足设计要求。,五、设计报告,设计完成后，必须撰写课程设计报告。设计报 告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、 程序）不少于3000字，图形绘制规范。设计报告的 格式如下：,回目录,1、封面 2、内容提要 3、目录 4、正文,(1) 所作题目的意义、本人所做的工作及系统的 主要功能； (2) 硬件电路设计及描述； (3) 软件设计流程及描述； (4) 源程序代码（要有注释）； 5、心得体会 6、参考文献,回目录,六、考核方法,课程设计的考核分三个方面进行：设计与硬件制作 20%；程序编制与调试 30%；功能与报告 25%；答辩与平时表现 25%。 表1.3是ARM课程设计的考核成绩记录表。,回目录,表1.3 ARM课程设计考核成绩记录表,回目录,1、设计制作：50分,回目录,（1）创新设计：50% 包括总体设计方案、硬件系统的设计、软件系统的设计、程序的调试等。考核时要查看原始设计资料和相关记录，分段进行考核。,（2）设计质量：50% 包括硬件的连接、程序固化、硬件调试与仿真。要求元器件布局合理，连线规范、整洁、牢固，硬件仿真符合设计要求，系统运行稳定可靠。,2、设计报告：25分,回目录,设计报告的完成质量 设计报告必须独立完成，格式符合要求，文字（不含图形、程序）不少于3000字，图形绘制规范。,3、课题答辩：25分 （1）答辩：40% 主要回答老师和同学提出的问题，要求思路清晰，语言准确、精练。对于课程设计中的基本问题、相关的基本知识能够进行解答。其中对课题内容的熟练程度占80%，答辩中的个人素质占20%。,回目录,（2）平时成绩：60% 主要考核学生在实训期间的表现，包括考勤、课堂纪律、学习态度、工作作风等方面。,有下列情形之一者，课程设计考核按不及格处理：,回目录,、实训期间累计旷课达6节；,、实训期间累计迟到、早退达8次；,、设计报告雷同率超过50%；,、不能完成设计任务，达不到设计要求；,