嵌入式交通灯设计

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 姓名XXX 学号XXXXXXXX 同组人XXX 指导教师XXX 目录 一、方案设计与论证1 1.1系统任务描述1 1.2系统方案设计4 1.3系统框图4 二、硬件电路设计4 2.1控制器最小系统设计4 2.2数码管显示模块设计6 2.3交通灯指示模块设计8 三、系统软件设计8 3.1系统软件流程图8 3.2 500ms定期器子程序设计9 3.3 计数显示子程序设计10 四、系统调试11 4.1硬件调试11 4.2软件调试11 4.3 综合调试11 五、结论12 六、心得体会13 七、附录15 7.1实物图..............................................................15 7.1参考文献16 7.2示例代码16 摘要 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。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规定。嵌入式系统的功能越来越强大，实现也越来越复杂，随之出现的就是可靠性大大减少。最近的一种趋势是一个功能强大的嵌入式系统通常需要一种操作系统来给予支持，这种操作系统是已经成熟并且稳定的，本文将介绍一种基于飞思卡尔K60P144M100SF2RM控制的交通信号灯的自动指挥系统。交通信号灯控制方式很多。本系统采用嵌入式系统，本系统性能稳定，功能完善，实用性强。 关键词交通灯 K60P144M100SF2RM 嵌入式系统 定期显示 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，完毕对交通灯的控制系统设计。系统功能涉及实现对车辆的直行，左拐、停止等待等功能。基于飞思卡尔K60P144M100SF2RM控制器，实现对车辆进行指导控制。本系统中重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。系统任务涉及三个环节。 假设十字路口南北方向为主干车道，东西方向为支干道。 1）完毕交通灯的变化规律，就是一个十字路口分别为东西向和南北向，四个路口均有红黄绿三灯和两位LED数码显示管，及每个路口有一个人行道交通灯。 2）交通灯上电后进入初始状态即东西红灯常亮60s，南北绿灯常亮60s，第一种状态南北绿灯亮通车，东西红灯亮严禁通行，当东西红灯亮时，东西方向的人行道为绿灯，连续60s后转第二个状态南北绿灯灭转黄灯闪亮10次，延时10s,东西仍然红灯，东西方向人行道仍为绿灯；10s后转第三个状态东西绿灯亮通车60s，南北转红灯严禁通行60s，南北方向人行道为绿灯连续60s;60s后转第四个状态东西绿灯灭转黄灯闪亮10次，延时10s，南北仍然红灯，南北方向人行道仍为绿灯。最后循环至第一种状态。 3）用4个两位一体LED数码管（各个方向均有1个两位一体LED数码管，分别表达个位和十位）显示倒计时。倒计时用于提醒驾驶员和行人信号灯发生变化的时间，以便他们在“停止”和“通行”两者作出合适的选择。 以下为系统的工作状态图 状态2 10s 状态3 60s 状态1 60s 图1-1工作状态图 下为本系统的工作方式图 图1-2工作方式图（1） 图1-2工作方式图（2） 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。设计过程重要采用自上向下的设计思绪和模块化设计的设计思想，对软件和各个硬件模块进行独立设计，综合调试。软件涉及显示、定期器、GPIO、时钟等设立。硬件电路涉及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 K60P144M100SF2RM 控制器 最小系统 数码管显示计时模块 图1-3系统框图 二、硬件电路设计 本系统中硬件系统涉及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行设计。 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系列的 最佳的组合。KinetisMCUs使用了飞思卡尔的新的90nm带有独特FlexMemory的薄膜存储器（TFS）闪存技术。Kinetis系列MCU结合了最新的低功耗革新技术和高性能，高精密混合信号功能与连通，人机界面，安全及外设广泛。KinetisMCUs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随着着闪存大小和I/O数量的集成度等级的控制外围部件。Kinetis 产品组合内核具有以下特点ARM Cortex-M4 内核带DSP 指令，性能可达1.25 DMIPS/MHz 部分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 （部分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 图2-1最小系统原理图 2.2数码管显示模块设计 LED显示器采用发光二极管显示字段。单片机糸统中经常采用的是八段显示器，即LED显示器中有8个发光二极管，每段LED的笔画分别称为a、b、c、d、e、f、g，代表“a.b.c.d.e.f.g.”七个字段和一个小数点“dp”。它有共阴和共阳两种结构。七段LED的阳极连在一起称为共阳极接法，而阴极接在一起的称为共阴极接法。 图2-2数码管 图2-2 七段LED的段代码 数码管的驱动分为静态和动态驱动。在本系统中采用两个共阳数码管进行动态显示。分别对三个状态进行计时，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2-3四位共阳数码管 其中由数码管的位选端和段选端进行控制数码管的显示程序