交通灯设计正文

目录

1 选题背景 (1)

2 相关内容及原理 (1)

3 设计方案 (1)

3.1 设计思路 (1)

3.2 总体设计框图 (2)

4 硬件设计 (2)

4.1 LPC2103芯片介绍及设计 (2)

4.2 LPC2103芯片最小系统硬件设计 (3)

4.3 系统电源电路设计 (4)

4.4 晶振与复位电路 (4)

4.5 LED循环显示设计 (5)

4.6 数码管倒计时显示硬件设计 (6)

4.7 蜂鸣器设计 (7)

5软件设计 (7)

5.1 交通灯控制软件流程图 (7)

5.2 ARM交通灯模拟控制程序设计 (9)

6 运行测试结果 (9)

7 设计心得体会及总结 (10)

参考文献 (12)

附录........................................................... - 13 -

1 选题背景

交通信号灯指挥着人和各种车辆的安全运行，实现红、黄、绿灯的自动指挥是城乡交通管理现代化的重要课题。在城乡街道的十字交叉路口，为了保证交通秩序和行人安全，在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯，其中红灯亮，表示该条道路禁止通行；黄灯亮，表示该条道路上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行；绿灯亮，表示该条道路允许通行。交通灯控制电路自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换，指挥各种车辆和行人安全通行，实现十字路口城乡交通管理自动化。

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要求。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降低。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，可以是嵌入式的Linux，WINCE等等。

本文为了实现交通道路的管理，力求交通管理先进性、科学化。分析应用了嵌入式实现智能交通灯管制的控制系统，以及该系统软、硬件设计方法，实验证明该系统实现简单、经济，能够有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。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。本设计采用了32位ARM微处理器LPC2103作为核心处理器。

2 相关内容及原理

通过设计，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。

利用ARM芯片模拟实现交通灯控制。自行选择所需ARM芯片，查阅相关文献资料，熟悉所选ARM芯片，了解所选ARM芯片各个引脚功能，工作方式，计数/定时，I/O口，中断等相关原理，通过软硬件设计实现利用ARM芯片完成交通灯的模拟控制。

3 设计方案

3.1 设计思路

利用LPC2103ARM芯片实现单路交通灯的控制：a 实现红、绿、黄灯的循环控制。使用红、黄、绿三种不同颜色的LED灯实现此功能，由南往北方向红、黄、绿三个灯依次接在P1.18、P1.19、P1.20上，由北往南方向的红、黄、绿三个灯依次接在P1.21、P1.22、P1.23上，人行道用红、绿两个灯控制，依次接在P1.24、P1.25上，用软件控制灯的亮与

灭来控制车辆和行人的通行。b用数码管显示倒计时。可以利用动态显示或静态显示，串行并出或者并行并出实现。c 南北方向控制车辆的绿灯熄灭的同时，控制蜂鸣器响2秒来作为警报。蜂鸣器接P0.7引脚。

交通路口示意图如图3-1车辆遇到红灯停绿灯行的行走情况，红绿灯时间均为60s，切换时间为10s，最后5s为黄灯闪烁。

图3-1 交通路口示意图

3.2 总体设计框图

用ARM7系列芯片LPC2103作为系统的主控芯片，控制交通灯的循环点亮并显示灯亮时间（采用倒计时显示），当定时时间到的时候控制蜂鸣器响来提醒人们注意红绿灯的状态。

图3-2 交通灯总体设计框图

4 硬件设计

根据设计任务要求，自行选择电子元件，画出电气原理图，并调试。一个完整的系统除了主控芯片以外，还需配上电源系统、时钟电路、复位电路等。独立的芯片是不能工作的。

4.1 LPC2103芯片介绍及设计

LPC2103是基于一个支持实时仿真的32位ARM7 TDMI-SCPU的微控制器，并带有32kB 嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。对中断服务程序和DSP算法中性能要求严格的应用，这增加的性能

比在Thumb模式下的性能超出多达30%。对代码规模有严格控制的应用，使用16位Thumb 模式将代码规模降低超过30%，而性能的损失却很小。较小的封装和很低的功耗使LPC2103特别适用于访问控制和POS机等小型应用中；由于内置了宽范围的串行通信接口（范围从多个UART、SPI和SSP到两条I2C总线）和8kB的片内SRAM，它们也非常适合于通信网关和协议转换器。高级性能还使这些器件适合用作数学协处理器。多个32位和16位定时器、1个改良的10位ADC、所有定时器上输出匹配的PWM特性、以及具有多达13个边沿或电平触发的外部中断管脚的32条高速GPIO线，使这些微控制器特别适用于工业控制和医疗系统中。

其中用到lcp2103特性，LPC2103特性如下所示：

* 32位ARM7 TDMI-S微控制器，超小LQFP48封装。

* 8kB的片内静态RAM和32kB的片内Flash程序存储器。128位宽度接口/加速器可实现高达70 MHz工作频率。

* 通过片内boot装载程序实现在系统/在应用编程（ISP/IAP）。单个Flash扇区或整片擦除时间为100ms。256字节编程时间为1ms。

* 嵌入式ICERT通过片内RealMonitor软件提供实时调试。

* 10位A/D转换器提供8路模拟输入（每个通道的转换时间低至2.44us），以及特定的结果寄存器来最大限度地减少中断开销。

* 2个32位定时器/外部事件计数器（带7路捕获和7路比较通道）。

* 2个16位定时器/外部事件计数器（带3路捕获和7路比较通道）。

* 低功耗实时时钟(RTC)具有独立的电源和特定的32kHz时钟输入。

* 多个串行接口，包括2个UART(16C550)、2个高速I2C总线(400 kbit/s)、SPI和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP。

* 向量中断控制器(VIC)，可配置优先级和向量地址。

* 多达32个通用I/O口（可承受5V电压）。

* 多达13个边沿或电平触发的外部中断管脚。

* 通过一个可编程的片内PLL（100us的设置时间）可实现最大为70MHz的CPU操作频率，其具有10MHz-25MHz的输入频率。

* 片内集成振荡器与外部晶体的操作频率范围为1-25MHz。

* 低功耗模式包括空闲模式、掉电模式和带有效RTC的掉电模式。

* 通过外部中断或RTC将处理器从掉电模式中唤醒。

* 通过外设功能的单独功能/禁止和调节外设时钟来实现功能最优化。

4.2 LPC2103芯片最小系统硬件设计

图4-1为LPC2103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。