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文檔簡介
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)啟動過程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12</b></p><p><b> 附 錄13</b></p><p><b> 引言</b></p><p> 更多資料
5、請見論文最后。</p><p> 縱觀單片機的發(fā)展和應(yīng)用, 51 單片機越來越無法滿足用戶的需求, ARM 高速 32位單片機的出現(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,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),軟件,硬件可裁減,適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、和功耗嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)已廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計、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?。隨著國內(nèi)外各種嵌入式產(chǎn)品的進一步開發(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、消費類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。</p><p> 本論文就是基于飛利浦ARM7利用芯片LPC2132設(shè)計的十字路口智能交通燈。本文一開始就對ARM進行了一個較清晰的介紹,然后對本方案的確定,設(shè)計思路,十字路口智
7、能交通燈的原理進行了系統(tǒng)化的闡述,并說明了所用到的主要函數(shù)的功能,同時對于本設(shè)計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電腦集團和VLSI Tec
8、hnology的合資企業(yè)。Acorn曾推出世界上首個商用單芯片RISC處理器,而蘋果電腦當(dāng)時希望將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)運生。</p><p> ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域及特點</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)深入到各個領(lǐng)
9、域:</p><p><b> 1、工業(yè)控制領(lǐng)域</b></p><p><b> 2、無線通訊領(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,并會在將來取得更加廣泛的應(yīng)用。</p><p> 1.1.2ARM微處理器的特點</p><p> 采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點:</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)尋址方式靈活簡單,執(zhí)行效率高;</p><p>
12、 (6)指令長度固定;</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)的共同特點以外,每一個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應(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、> -Inter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、,支持片上斷點和調(diào)試點;</p><p> ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu):</p><p> ARM處理器共有37個寄存器,被分為若干個組(BANK),這些寄存器包括:</p><p> ?。?1個通用寄存器,包括程序計數(shù)器(PC指針),均為32位的寄存器。</p><p> ?。?個狀態(tài)寄存器,用以標(biāo)識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài),均
16、為32位,目前只使用了其中的一部分。</p><p> 同時,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)的寄存器與之對應(yīng)。即在任意一種處理器模式下,可訪問的寄存器包括15個通用寄存器(R0~R14)、一至二個狀態(tài)寄存器和程序計數(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支持實時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存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(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30%,而性能
18、的損失卻很小。LPC2132包含一個支持仿真的ARM7TDMI-SCPU、與片內(nèi)存儲器控制器接口的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天的時間分析了桂林市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀,結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理,給出了一種簡單實用的城市交通燈控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計方案。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,城市交通問題越來越引起人們的關(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、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(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)啟動過程</p><p> ARM的有一特別之處在于其啟動過程與眾不同,啟動程序的流程如下:</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語言所需要的存儲器空間</p><p><b> (7)呼叫C語言</b></p><p>
22、;<b> 2.2 方案確定</b></p><p><b> 電源方案:</b></p><p> 因為本次實訓(xùn)是將LPCEB2000-I實驗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實驗板本身的電源。</p><p><b> 顯示方案:</b>&
23、lt;/p><p> 十字路口交通燈是面向四個方向的,然而每個方向需要2個單個的數(shù)碼管來顯示倒計時,所有我們用了8個單個的數(shù)碼管來分別顯示倒計時的各位和十位。</p><p><b> LED控制方案:</b></p><p> 我們在四個方向都設(shè)置了紅、綠、黃色信號燈。由于我們沒有找到四種不同顏色的LED,所以每個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,在綠燈變紅燈時先要求綠燈閃爍幾秒鐘,以便讓停車線以外的車輛停止運行。黃燈表示行人可以通行。</p><p> 2.3 交通燈工作原理:</p><p> 有一個主干道和一個支干道的十字路口,每邊都設(shè)置了紅、綠、黃色信號燈。紅燈亮表示禁止通行,綠燈亮表示可以通行,在綠燈變紅燈時先要求黃燈亮幾秒鐘,以便讓停車線
25、以外的車輛停止運行。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)。用計數(shù)器實現(xiàn)狀態(tài)的變換,用減法計數(shù)器實現(xiàn)時間的倒計。</p><p> 要實現(xiàn)上述交通信號燈的控制,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使對應(yīng)管腳輸出高電平。寫入0無效。</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。該寄存器單獨控制每個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使對應(yīng)管腳輸出低電平并清零IOSET寄存器中的對應(yīng)位。寫入0無效。</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:</p><p> 例:順序訪問IOSET和IOCLR寄存器對同一個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> 軟件計數(shù)賦值→指示燈初始化→顯示初始化→顯示掃描→1秒到→秒計數(shù)清零→軟件計數(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> 這次實訓(xùn)我們用的是Keil uVision3來編寫程序,而且不是用匯編,是用的C語言來編寫的,其目的就是可讀性比較好,靈活性好,便于調(diào)試軟件的時候好及時修改,同時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實驗板的子板,調(diào)試的時候,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,然后通過飛利浦的燒錄軟件LPC210x_ISP將程序?qū)戇M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去,編譯成功后,打開燒錄軟件LPC210x_ISP,點擊“Read Device ID”在彈出的對話框后點“確定”,燒錄軟件就會自動識
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,有點亂,于是我們組的成員聚集起來一起研究原理圖,后來發(fā)現(xiàn)少了一個10K的電阻和一個燒錄程序的開關(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,但還好我們堅持不懈,繼續(xù)研究原理圖,對照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> 短短三周的實訓(xùn)眨眼就過去了,回想起第一天拿到課題時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)過本次實訓(xùn),我深刻體會到了團隊合作的精神時多么的重要。我,鳳萍,燕青,莫玄飛,我們四個一組,在三周內(nèi)所要完成的任務(wù)就是要做一個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候無從下手,百思不得其解,后來來請教了指導(dǎo)老師,老師讓我們實地考察,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)過幾天的構(gòu)思與方案確定,我們決定用4個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。同時用了八個單個的數(shù)碼管顯示四個方向的倒計時。</p><p> 在整個實訓(xùn)期間,我們最困難,最受挑戰(zhàn)的時候就是在畫PCB的時候,因為我們用的是單個的數(shù)碼管,有8個,所有布線非常的繁瑣,也是最耗體力的一項工作,然而這個步驟是鳳萍做的,她費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、的時候又出現(xiàn)了新的問題,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。</p><p> 相對硬件部分而言,我們的軟件步驟沒有那么傷腦筋,不用處處小心翼翼。在編制程序的時候我們組的成員分工進行,燕青和莫玄飛在平房焊電路板,而我和鳳萍就在EDA實驗室編寫程序和收集論文資料。</p><p> 嵌入式是個還正在普及的技術(shù),精通的人并不多,然而我們有這
42、樣的一個實訓(xùn)機會,可真的算得上時寶貴。經(jīng)過這次實訓(xùn),我也學(xué)到了很多嵌入式的知識。比如說,嵌入式的啟動過程,這是它與眾不同的一點,一共有七個步驟;我們是用C語言編寫程序的,因為它的靈活性比較大,而且比匯編更加容易;對與LPC2132的各個寄存器,I/O口,我都有了更明確的理解。</p><p> 同時我認(rèn)為我們的工作是一個團隊的工作,團隊需要個人,個人也離不開團隊,必須發(fā)揚團結(jié)協(xié)作的精神。某個人的離群都可能導(dǎo)致整
43、項工作的失敗。實訓(xùn)中只有一個人知道原理是遠遠不夠的,必須讓每個人都知道,否則一個人的錯誤,就有可能導(dǎo)致整個工作失敗。團結(jié)協(xié)作是我們實習(xí)成功的一項非常重要的保證。而這次實訓(xùn)也正好鍛煉我們這一點,這也是非常寶貴的。對我們而言,知識上的收獲重要,精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財富,經(jīng)歷是一份擁有。這次實訓(xùn)必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶!</p><p><b> 謝 辭</b><
44、;/p><p> 在這次實訓(xùn)中,我得到了卜老師和各位老師的大力指導(dǎo),得以按時成功完成作品,從中也學(xué)到了大量的實踐知識,對嵌入式的認(rèn)識從感性上升到理性,在今后的日子里,我將會再接再厲,努力充實自己。</p><p> 最后,我在此衷心向各位幫助過我的老師和同學(xué)們致謝!</p><p><b> 參考文獻</b></p><p
45、> [1] 田澤.嵌入式開發(fā)與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005:92~96.</p><p> [2] 孫紅波. ARM與嵌入式技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007:50~53.</p><p> [3] 周立功等. 深入淺出ARM7——LPC213x/214x.[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006:80~99.</p>&
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