嵌入式大作业

嵌入式大作业

项目名称：交通指示灯系统设计班级：

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目录

一、前言 (3)

1.1、总体介绍 (3)

1.2、设计要求 (3)

二、设计原理 (3)

2.1、总体原理 (3)

2.2、芯片介绍 (4)

2.3、GPIO简介 (4)

2.4、寄存器介绍 (5)

三、设计步骤 (6)

3.1、整体程序框图 (6)

3.2、程序 (6)

3.3、硬件结构设计 (8)

四、现象结果及分析 (10)

五、设计体会 (11)

六、参考文献 (11)

一、前言

1.1、总体介绍

嵌入式系统（Embedded system），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，嵌入式系统为控制、监视或辅助设备、机器或用于工厂运作的设备。与个人计算机这样的通用计算机系统不同，嵌入式系统通常执行的是带有特定要求的预先定义的任务。由于嵌入式系统只针对一项特殊的任务，设计人员能够对它进行优化，减小尺寸降低成本。嵌入式系统通常进行大量生产，所以单个的成本节约，能够随着产量进行成百上千的放大。

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。

1.2、设计要求

（1）用S3C2410或者其他ARM芯片的GPIO设计相关电路

（2）设计相关的软件并注释

（3）实现十字路口2组红、绿交通灯交替显示。

二、设计原理

2.1、总体原理

一个嵌入式系统装置一般都由嵌入式计算机系统和执行装置组成，嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，由硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层组成。执行装置也称为被控对象，它可以接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。执行装置可以很简单，如手机上的一个微小型的电机，当手机处于震动接收状态时打开；也可以很复杂，如SONY智能机器狗，上面集成了多个微小型控制电机和多种传感器，从而可以执行各种复杂的动作和感受各种状态信息。

2.2、芯片介绍

·本设计中选用的是s3c2410芯片。该处理器是Samsung公司基于ARM公司的ARM920T处理器核，采用FBGA封装，0.18um制造工艺的32位微控制器。该处理器拥有：独立的16KB指令Cache和16KB 数据Cache，MMU，支持TFT的LCD控制器，NAND闪存控制器，3路UART，4路DMA，4路带PWM的Timer ，I/O口，RTC，8路10位ADC，Touch Screen接口，IIC-BUS 接口，IIS-BUS 接口，2个USB主机，1个USB设备，SD主机和MMC接口，2路SPI。S3C2410处理器最高可运行在203MHz。规格：核心板的尺寸仅相当于名片的2/3大小。开发商可以充分发挥想象力，设计制造出小体积，高性能的嵌入式应用产品。

·I/O端口控制寄存器位于s3c2410A内部，有117个多功能输入、输出端口引脚，分为如下八个端口：端口A（GPA）、端口B(GPB)、端口C(GPC)、端口D（GPD）、端口E（GPE）、端口F（GPF）、端口G（GPG）、端口H（GPH）。上述八个端口也称为通用输入输出端口GPIO。

2.3、 GPIO简介

GPIO是通用I/O端口。在嵌入式系统中，经常需要控制许多结构简单的外部设备或者电路，这些设备有的需要通过CPU控制，有的需要CPU提供输入信号。并且，许多设备或电路只要求有开/关两种状体就够了，比如LED的亮与灭。对这些设备的控制，使用传统的

串口或者并口就显得比较复杂，所以，在嵌入式微处理器上通常提供了一种“通用可编程I/O端口”，也就是GPIO。

2.4、寄存器介绍

与配置I/O口相关的寄存器包括：

端口控制寄存器（GPACON--GPHCON）

端口数据寄存器（GPADAT--GPHDAT）

端口上拉寄存器（GPBUP--GPHUP）

杂项控制寄存器以及外部中断控制寄存器（EXTINTN）

· GPBUP

此寄存器控制相关的引脚是否加上拉电阻（默认加）。

置1表示不加上拉电阻。

初始状态：0x0.

· GPXCON 寄存器

用于配置引脚功能。

PORT A 与 PORT B--PORT H/J 在功能选择上有所不同，GPACON 中每一位对应一根引脚，共 23 个引脚。当某位被设为 0 时候，相应引脚为输出引脚。此时我们可以在GPADAT 中相应的写入 1或者0 来让此引脚输出高电平或者低电平；当某位被设为1时，相应引脚为地址线或用于地址控制，此时GPADATA无用。

一般而言 GPACON 通常被设为 1 ，以便访问外部器件。

PORT B--PORT H/J

在寄存器操作方面完全相同，GPXCON 中每两位控制一根引脚，

00 输入 01 输出

10 特殊功能 11 保留不用

· GPXDAT 寄存器

GPxDAT用于读写引脚，当引脚被设为输入时候，读此寄存器可知道相应引脚的电平状态高还是低，当引脚被设为输出时候，写此寄存器的位，可令引脚输出高电平还是低电平。

三、设计步骤

3.1、整体程序框图

3.2、程序

GPIO0 连接红灯

GPB1 连接绿灯

开始

程序寄存器地址初始化 数据寄存器设置，

灯亮置1，灯灭置0 红灯亮灭的寄存器控制 等待

绿灯亮灭的寄存器控制 结束 红灯亮，绿灯灭

绿灯亮。红灯灭

控制寄存器对应端口为输出模式 等待

N

Y

#include

#define GPBCON 0x56000010 //控制寄存器地址#define GPBDAT 0x56000014 //数据寄存器地址void red_led_on( )

{

GPBDAT=GPBDAT|(1);

}

void red_led_off( )

{

GPBDAT=GPBDAT&(~(1)); //数据寄存器对应位置1为开，置0为关

}

void green_led_on( )

{

GPBDAT=GPBDAT|(1<<1);

}

void green_led_off( )

{

GPBDAT=GPBDAT&(~(1<<1));

}

main( )

{

GPBCON=GPBCON|(01<<2)|(1); //控制寄存器对应的GPB0，GPB1位置01，对应为输出模式。

While(1)

{

red_led_on( );

green_led_off( );

sleep(5)

red_led_off( );

green_led_on( );

sleep(5) } }

3.3硬件结构设计

本系统中所需的硬件组成部件有：微处理器（作为系统的核心）、

存储器（包括程序存储区和数据存储区）、LED 显示器以及其他辅助电路（如晶振电路、电源电路等）。

1、完成S3C2410最小系统的硬件电路设计，并用Protel 99设计原理电路。S3C2410其中最小系统包括电源、时钟、复位、存储器、JTAG 接口

2、JTAG 接口选择20针插头

3、存储器容量要求至少2MB 的NorFLASH 和64MB 的SDRAM

4、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。

图1.1DeviceARM2410总体框图

1.8V 电源LDD 稳压

SDARM 32MB (use nGC56)

JTAG 接口

REST 电路256

字节E2PROM

E2PROM

UART 串口功能扩展

32768Hz 晶振RTC 时钟源

S3C2410A-20 (ARM920T) (16KB I-Cache,16KB

D-Cache)

SDARM 32MB (use nGC56)

NOR FLASH 2MB (use nGC50)

·交通灯LED

图4.5 硬件电路连接图

交通灯LED的发光和熄灭的控制，是通过控制GPIO寄存器组来完成的，须先将引脚P1.18～P1.25通过引脚功能选择寄存器PINSEL1，设置为GPIO方式；再设置GPIO方向寄存器1（IO1DIR），对应的引脚设置为输出方向。要点亮LED1～LED8需要使用GPIO清零寄存器1（IO1CLR）的对应位设置为1，即在引脚P1.18～P1.25上加逻辑低电平，即可点亮这些灯。与之相反，要熄灭这些灯，则要用GPIO 输出置位寄存器1（IO1SET）将对应的位置位即可。

·系统电源电路设计

本电源运用5V的直流电源，如下图所示。通过芯片将5V电压转换为3.3V电压，为LPC2138芯片供电，芯片所能承受的电压范围是3V~3.6V。

图直流电源电路设计

·晶振与复位信号

系统的晶振电路如下图左图所示，用S3C2410芯片采用11.0592MHz的晶振作为振荡时钟源，通过对芯片的进行软件设计可以将晶体振荡器的频率分频为所需的频率；系统的复位电路如下图右图所示，芯片的7号引脚连接到主控芯片的复位引脚（nRST）上,按下复位键S2时，系统将会复位到初始的状态。

图系统的晶振电路图图系统的复位电路图

四、现象结果及分析

1、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。

2、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。第二步总体设计方案规划，设计红灯亮绿灯灭和红灯灭绿灯亮两种情况，切换时间为5s。接下来系统硬件设计，熟悉I/O接口。最后系统软件设计，包括交通信号灯的工作流程软件实现，用C语言编程。

3、设计需要实现计十字路口两组红灯绿灯的交替闪烁。并且根据常识，车辆通道是红灯时，人行通道为亮，红灯闪5s后，车辆通道转为绿灯亮，绿灯闪5s又回到红灯亮，人行道只在车辆通道红灯时才亮绿灯。就是这样交替闪烁，完成了设计的要求。

五、设计体会

本次设计项目是交通指示灯系统的设计。交通灯是我们生活中必不可少的工具，在设计的时候也比较好理解，因为熟悉所以设计起来相对来说是有思路的。首先我和一个课题的同学讨论了我们各自的想法，然后确定使用我们较熟悉的用S3C2410芯片，根据查找资料了解所选择的芯片的各个引脚的功能和相关中断、工作方式等相关原理，顺便也巩固了嵌入式所学的内容。硬件设计要实现ARM芯片完成交通灯控制功能，硬件设计和软件设计都得做得好才能完成设计要求。然后设计总体方案，红绿灯闪烁和交替需要软件来控制，因此编程时候借助中断来设计。系统硬件设计需要熟悉I/O接口和定时器的工作原理。在设计的时候遇到很多困难，比如对硬件不是很了解，对于C语言掌握的不够好导致设计中断，但是通过复习已学过的知识和翻阅新的资料，慢慢完成了设计，虽然设计出来的控制系统是简单的控制系统，但我还是很开心能设计出来。

在设计过程中，我们明白了学好课本知识是运用的基础，当然单单是学好课本知识远远不够，多看课外书籍、多与所学过的知识联系结合起来、多动手多实践才能做到学以致用、融会贯通。还有在遇到困难自己不能解决的时候应该及时向他人寻求帮助，这样也可能发现自己的不足学习他人的优点。综合运用所学的知识、分析能力和遇到问题的能力，是我这次设计最大的收获。也让我发现自己平时学习有些不好的习惯，希望能在以后的学习生活中改善。

六、参考文献

《嵌入式系统原理及接口技术》符意德徐江编著