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1、ARM嵌入式系統(tǒng)原理 課程設計指導,設計內(nèi)容：交通燈控制系統(tǒng) 上海師范大學天華學院電子與信息工程系 2012年6月,目 錄,一、設計內(nèi)容 二、進度安排 三、基本要求 四、設計過程 1、設計要求 2、設計要點 3、硬件設計 4、軟件設計 5、調(diào)試與仿真 五、設計報告 六、考核方法,一、設計內(nèi)容,十字路口交通燈控制系統(tǒng)的設計 利用ARM嵌入式芯片的定時器產(chǎn)生秒信號，控制十字路口的紅綠黃燈交替點亮和熄滅，并且用4只LED數(shù)碼管顯示十字路口兩個方向的剩余時間。要求能用按鍵設置兩個方向的通行時間（綠燈點亮的時間）和暫緩通行時間（黃燈點亮的時間），系統(tǒng)的工作符合一般交通燈控制要求。,回目錄,二、進度安排,

2、ARM課程設計共安排4周，合計100學時，具體分配如下： 實習動員及準備工作： 2學時 總體方案設計： 8學時 硬件設計： 20學時 軟件設計： 20學時 軟件調(diào)試： 15學時 系統(tǒng)實現(xiàn)： 15學時 撰寫設計報告： 14學時 答辯與總結(jié)： 6學時,回目錄,三、基本要求,1、課程設計的基本要求 ARM課程設計的主要內(nèi)容包括：理論設計、調(diào)試與仿真、撰寫設計報告等。其中理論設計又包括選擇總體方案，硬件系統(tǒng)設計、軟件系統(tǒng)設計；硬件設計包括單元電路，選擇元器件及計算參數(shù)等；軟件設計包括模塊化層次結(jié)構(gòu)圖，程序流程圖。程序設計是課程設計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過調(diào)試進一步完善程序設計，使之達到課題所要求的指標，使理論

3、設計更接近于實際產(chǎn)品。課程設計的最后要求是寫出設計總結(jié)報告，把理論設計內(nèi)容，調(diào)試的過程及性能指標的測試結(jié)果進行全面的總結(jié)，把實踐內(nèi)容上升到理論高度。,回目錄,2、課程設計的教學要求 ARM課程設計的教學采用相對集中的方式進行，以班為單位全班學生集中到機房進行實訓，每人配備一臺PC機、一套LM3S2110開發(fā)板、相關(guān)的軟件及電子元器件等器材設備。做到實訓教學課堂化，嚴格考勤制度，在實訓期間（四周）累計曠課達到6節(jié)以上，或者遲到、早退累計達到8次以上的學生，該課程考核按不及格處理。在實訓期間需要外出查找資料等時，必須向指導老師請假，經(jīng)同意后方可外出。,回目錄,課程設計的任務相對分散，每2名學生組成

4、一個小組，完成一個課題的設計。小組成員既有分工、又要協(xié)作，同一小組的成員之間可以相互探討、協(xié)商，可以互相借鑒或參考別人的設計方法和經(jīng)驗。但每個學生必須單獨完成設計任務，要有完整的設計資料，獨立撰寫設計報告，設計報告雷同率超過50%的課程設計考核按不及格處理。,回目錄,四、設計過程 1、設計要求,十字交叉路口的 交通燈控制系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)如圖1.1所示。,南,北,東,西,圖1.1 十字路口交通燈控制示意圖,回目錄,往南和往北的信號一致，即紅燈（綠燈或黃燈）同時亮或同時熄滅。用兩個數(shù)碼管來顯示被點亮的指示燈還將點亮多久。 往東和往西方向的信號一致，其工作方式與南北方向一樣，也采用兩個數(shù)碼管來倒計時。當

5、南北方向為綠燈和黃燈時，東西向的紅燈點亮禁止通行；而東西方向為綠燈和黃燈時，南北向的紅燈點亮禁止通行。,回目錄,假設南北方向為主干道，通行時間為60秒，東西方向是次干道，通行時間為30秒，黃燈點亮的時間均為4秒，則其工作方式如表1.1所示循環(huán)點亮信號燈。,表1.1 交通信號燈工作模式,綠燈亮60秒,黃燈亮4秒,紅燈亮64秒,紅燈亮34秒,綠燈亮30秒,黃燈亮4秒,回目錄,具體設計要求如下： 1、設計一交通燈控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，工作方式滿足上述要求。 2、主干道和次干道的通行時間及黃燈點亮的時間可以手動設置。 3、在沒有手動設置通行時間時，系統(tǒng)自動按表1.1的模式進行工作。,回目錄,2、

6、設計要點,(1) 硬件設計： 1）建議選用TI LM3S2110芯片，便于設計和調(diào)試。 2）LED顯示系統(tǒng)：南北向和東西向各采用2個數(shù)碼管計時，對該方向的指示燈的點亮時間進行倒計時，最長計時范圍為99秒。設計時可利用芯片的PD口和PA口作為字段和位選信號輸出，經(jīng)驅(qū)動芯片后驅(qū)動數(shù)碼管顯示倒計時時間，數(shù)碼管采用動態(tài)掃描方式顯示。,回目錄,3）鍵盤系統(tǒng)：設置3個程序按鍵：設置鍵、增加鍵、減少鍵，因鍵盤使用頻率很小，建議采用查詢方式來讀取鍵盤。另需配置一個非程序按鍵：系統(tǒng)復位鍵。 4）電源供電系統(tǒng)：本系統(tǒng)采用220V電源供電，應設計相應的穩(wěn)壓電源電路。但課程設計受時間限制，也可采用現(xiàn)成的5V直流穩(wěn)壓電

7、源供電，這樣可以節(jié)約設計時間、簡化設計過程。,回目錄,(2) 本系統(tǒng)的工作流程： 1）接通電源時或系統(tǒng)復位后，系統(tǒng)按程序給定的時間工作，即南北向通行60秒，東西向通行30秒，黃燈亮4秒，工作模式如表1.1所示。首先南北向通行，然后東西向通行，如此循環(huán)。 2）通行時間的設置：當需要更改主、次干道的通行時間時，可以用“設置鍵、增加鍵、減少鍵”進行設置。 第一次按“設置鍵”時，南北向的綠燈亮，南北向的數(shù)碼管顯示當前南北向的通行時間，并且按每秒3次的頻率閃爍（每秒鐘亮3次暗3次），其余的信號指示燈和東西向的數(shù)碼管熄滅，此時可以用“增加鍵”和“減少鍵”來,回目錄,改變南北向的通行時間。按一次“增加鍵”或

8、“減少鍵”，數(shù)碼管的顯示時間增加1秒或減小1秒，長按“增加鍵”或“減少鍵”（按下的時間超過1秒鐘以上），則數(shù)碼管顯示的時間按每秒鐘增加或減少10的速度快速變化。 第二次按“設置鍵”時，南北向的黃燈亮，南北向的數(shù)碼管顯示當前南北向黃燈的點亮時間，并且按每秒3次的頻率閃爍（每秒鐘亮3次暗3次），其余的信號指示燈和東西向的數(shù)碼管熄滅，此時可以用“增加鍵”和“減少鍵”來改變南北向黃燈的點亮時間。,回目錄,第三次按“設置鍵”時，東西向的綠燈亮，東西向的數(shù)碼管顯示當前東西向的通行時間，并且按每秒3次的頻率閃爍，此時可以用“增加鍵”和“減少鍵”來改變東西向的通行時間。 第四次按“設置鍵”時，東西向的黃燈亮，

9、東西向的數(shù)碼管顯示當前東西向黃燈的點亮時間，并且按每秒3次的頻率閃爍，此時可以用“增加鍵”和“減少鍵”來改變東西向黃燈的點亮時間。 第五次按“設置鍵”時，系統(tǒng)退出設置狀態(tài)，回到交通信號燈狀態(tài)，并且南北向先通行，東西向后通行。“設置鍵”的功能如表1.2所示。,回目錄,第1次,南北向的綠燈點亮時間,099秒,表1.2 設置鍵的功能,第2次,南北向的黃燈點亮時間,09秒,第3次,東西向的綠燈點亮時間,099秒,第4次,東西向的黃燈點亮時間,09秒,第5次,恢復交通燈工作狀態(tài),回目錄,(3) 軟件設計： 1）系統(tǒng)資源分配：為了便于程序的設計、閱讀及修改，需要先對系統(tǒng)的存儲器資源進行分配和說明。 2）軟

10、件模塊：根據(jù)上述工作流程和設計要求，軟件設計可以分為以下幾個功能模塊： 主程序：初始化及鍵盤監(jiān)控。 計時程序模塊：為定時器的中斷服務子程序，完成0.1秒和1秒的時間定時。,回目錄,顯示程序模塊：完成12個發(fā)光二極管（實際上只需驅(qū)動6個）和4個LED數(shù)碼管的顯示驅(qū)動。 鍵盤掃描程序模塊：判斷是否有鍵按下，并求取鍵號。 鍵處理程序模塊：分別是“設置鍵”“增加鍵”“減少鍵”的處理子程序。,回目錄,3、硬件設計,根據(jù)設計要求，交通燈控制系統(tǒng)的硬件由32位ARM芯片、4個數(shù)碼管及其驅(qū)動電路、12個三色LED指示燈及其 驅(qū)動電路、鍵盤（3個程序鍵）、電源電路等組成?？?以參照圖1.2所示的方框圖進行設計。

11、 硬件設計的要求：,回目錄,（1）確定元器件的型號及參數(shù)。,（2）用PROTEL畫出完整的原理圖。,（3）列出元器件清單。,回目錄,3色LED 指示燈,圖1.2 交通燈控制系統(tǒng)組成方框圖,4、軟件設計,根據(jù)設計要點，軟件設計首先應對系統(tǒng)資源進行進行分配和說明。 為了增加程序的可讀性，理清程序的編寫思路，建 議程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，可按以下9個模塊編寫程序：,回目錄, 主程序模塊：主要完成RAM清零，T0定時器的設置，綠、黃燈的初值設定，鍵盤查詢以及各子程序的調(diào)用。, 定時中斷服務程序模塊：產(chǎn)生0.1秒和1秒的定時信號，每到了1秒鐘，使南北綠燈(20H)，南北黃燈(21H)，東西綠燈(22H)，東

12、西黃燈(23H)進行遞減計數(shù)。 掃描顯示子程序：為4位LED動態(tài)顯示提供驅(qū)動信號。PD口和PA25口為數(shù)碼管提供驅(qū)動信號，PD口為字段口，低電平有效，PA25口為字位碼輸出口，高電平有效。,回目錄, 鍵掃描子程序：檢測PC47端口，判斷是否有鍵按下，如果有鍵按下，則進行延時去抖動并讀取鍵值。 鍵值處理子程序：根據(jù)鍵值，轉(zhuǎn)相應鍵處理子程序。 設置鍵處理子程序：設置鍵是一個多功能鍵，需要對其所按的次數(shù)進行計數(shù)，然后轉(zhuǎn)到相應的程序段。 加1鍵處理子程序：在按鍵標志位有效的情況下，每按一次加1鍵，對應的數(shù)據(jù)作加1處理。長按該鍵（時間超過1秒），則對應的數(shù)據(jù)快速增加。,回目錄, 減1鍵處理子程序：在按鍵

13、標志位有效的情況下，每按一次減1鍵，對應的數(shù)據(jù)作減1處理。長按該鍵（時間超過1秒），則對應的數(shù)據(jù)快速減小。 恢復通行顯示子程序：在設置通行時間的狀態(tài)下（此時鍵處理標志位0F2H=1），如在30秒鐘內(nèi)沒有按任何按鍵，則自動恢復到正常工作狀態(tài)，所作的設置時間無效。,回目錄,軟件設計的要求： （1）用匯編語言或C語言進行程序設計。 （2）在編程平臺上進行編輯，并完成編譯。 附：參考程序。,回目錄,5、調(diào)試與仿真,程序設計完畢后，再進行硬件仿真和系統(tǒng)調(diào)試。仿真和調(diào)試在配套的實驗箱上完成。 系統(tǒng)調(diào)試按以下步驟進行：,回目錄,(1) ARM2110開發(fā)板的硬件連接。,(2) 程序燒錄： 如ARM采用LM3

14、S2110，可以用JTAG固化程序。用USB數(shù)據(jù)線將PC機的USB串口與開發(fā)板連接。,(4) 長時間通電試機，檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。,回目錄,開發(fā)板接連，打開相應的程序燒錄軟件，按要求操作即可。,(3) 測試系統(tǒng)的性能，不能達到設計要求時，重新調(diào)整或修改程序，進一步調(diào)試，直到滿足設計要求。,五、設計報告,設計完成后，必須撰寫課程設計報告。設計報 告必須獨立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、 程序）不少于3000字，圖形繪制規(guī)范。設計報告的 格式如下：,回目錄,1、封面 2、內(nèi)容提要 3、目錄 4、正文,(1) 所作題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的 主要功能； (2) 硬件電路設計及

15、描述； (3) 軟件設計流程及描述； (4) 源程序代碼（要有注釋）； 5、心得體會 6、參考文獻,回目錄,六、考核方法,課程設計的考核分三個方面進行：設計與硬件制作 20%；程序編制與調(diào)試 30%；功能與報告 25%；答辯與平時表現(xiàn) 25%。 表1.3是ARM課程設計的考核成績記錄表。,回目錄,表1.3 ARM課程設計考核成績記錄表,回目錄,1、設計制作：50分,回目錄,（1）創(chuàng)新設計：50% 包括總體設計方案、硬件系統(tǒng)的設計、軟件系統(tǒng)的設計、程序的調(diào)試等?？己藭r要查看原始設計資料和相關(guān)記錄，分段進行考核。,（2）設計質(zhì)量：50% 包括硬件的連接、程序固化、硬件調(diào)試與仿真。要求元器件布局合理

16、，連線規(guī)范、整潔、牢固，硬件仿真符合設計要求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。,2、設計報告：25分,回目錄,設計報告的完成質(zhì)量 設計報告必須獨立完成，格式符合要求，文字（不含圖形、程序）不少于3000字，圖形繪制規(guī)范。,3、課題答辯：25分 （1）答辯：40% 主要回答老師和同學提出的問題，要求思路清晰，語言準確、精練。對于課程設計中的基本問題、相關(guān)的基本知識能夠進行解答。其中對課題內(nèi)容的熟練程度占80%，答辯中的個人素質(zhì)占20%。,回目錄,（2）平時成績：60% 主要考核學生在實訓期間的表現(xiàn)，包括考勤、課堂紀律、學習態(tài)度、工作作風等方面。,有下列情形之一者，課程設計考核按不及格處理：,回目錄,、實訓期間累計曠課達6節(jié)；,、實訓期間累計遲到、早退達8次；,、設計報告雷同率超過50%；,、不能完成設計任務，達不到設計要求；,