基于ARM的交通灯设计

\\\\\\\\\\\sfe攀枝花学院本科课程设计基于ARM的交通灯设计学生姓名：学生学号：院（系）：电气信息工程学院年级专业：指导教师：二〇一四年十二月攀枝花学院本科课程设计论文第1页摘要本设计是基于STM32微控制器进行的交通灯设计，STM32是意法半导体以ARM为核心的微控制器。交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。交通灯的硬件设计主要由三部分组成：微控制器最小系统，交通灯的信号灯，显示时间的数码管。软件部分由三部分组成：数码管显示函数，交通灯切换函数，时间计时函数。交通灯工作的流程是计数器每秒钟减一，减到零时切换信号灯，在主函数中调用数码管显示函数，以便快速扫描显示。交通灯设计的关键问题是实现信号灯切换、计数器自减、数码管扫描显示等功能。同时该设计具有设计方法合理，简单易行，成本低，安全实用等特点，具有推广价值。关键词微控制器，交通灯，数码管，STM32，ARM攀枝花学院本科课程设计论文第2页目录摘要...............................................................................................................................11绪论...............................................................................................................................31.1本课题研究的背景及意义.................................................................................31.2国内外研究现状、水平.....................................................................................31.3本课题的发展趋势.............................................................................................31.4本课题的研究内容.............................................................................................32方案设计.....................................................................................................................52.1微控制器选择.....................................................................................................52.2显示设备的选择.................................................................................................52.3信号灯的选择.....................................................................................................52.4系统设计思路.....................................................................................................52.5方案框图.............................................................................................................62.6方案论证.............................................................................................................63硬件设计与实现...........................................................................................................63.1电路设计框图.....................................................................................................63.2最小系统设计.....................................................................................................73.3LED模块............................................................................................................73.4数码管模块.........................................................................................................73.5系统总电路图.....................................................................................................84软件设计.......................................................................................................................94.1软件的设计架构.................................................................................................94.2软件设计过程.....................................................................................................94.3MDK工程建立及配置.....................................................................................104.4主要函数代码...................................................................................................115系统仿真与调试.........................................................................................................13体会.................................................................................................................................14参考文献...................................................................................................................15攀枝花学院本科课程设计论文第3页1绪论1.1本课题研究的背景及意义随着社会的发展，人们不断地从农村涌入城市，城市人口越来越多，现在中国的千万级人口的城市越来越多。人口多伴随的是车辆越来越多，而且我们的生活越来越好，私家车越来越多，如果没有一个良好的交通规则，那么城市的交通系统必然会瘫痪。交通警察是有限的，这种情况下永不下岗的“交通警察”交通灯就派上大用场了。现在的交通灯已经是城市中不可缺少的基础设施。交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。1.2国内外研究现状、水平目前设计交通灯的方案有很多，西方国家已经有应用CPLD设计实现交通信号灯控制器方法；有应用PLC实现对交通灯控制系统的设计；有应用单片机实现对交通信号灯设计的方法。目前，国内的交通灯一般设在十字路门，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯。加上一个倒计时的显示计时器来控制行车。对于一般情况下的安全行车，车辆分流尚能发挥作用，但根据实际行车过程中出现的情况，还存在以下缺点：1．两车道的车辆轮流放行时间相同，在十字路口，经常一个车道为主干道，车辆较多，放行时间应该长些；另一车道为副干道，车辆较少，放行时间应该短些。2．两条干道的红绿时间不能随时间的改变而修改。1.3本课题的发展趋势随着智能时代的到来，让交通灯也智能的想法已经不是难事，智能的表现方式主要是拥有自动调整亮灯时间长短的功能。譬如说，它能自动感应该地区的交通情况，如果塞车的话该交通灯能自行控制红、黄与绿等的亮灯时间长短。而这个检测道路车辆数量的方案有很多种，技术上比较难施工上比较容易的是在交通的上加上摄像头，运用数字图像处理技术来识别车辆的数量。另一种方法是可以在公路下面埋上压力传感器，这种方法技术上没什么难度，但施工比较麻烦。1.4本课题的研究内容本设计是基于STM32F407的交通灯设计，交通灯的硬件设计主要由三部分组成：微控制器最小系统，最小系统的构建有主控芯片STM32，晶振，滤波电攀枝花学院本科课程设计论文第4页容，复位电路；交通灯的信号灯，信号灯由超低功耗的LED组成，LED的正极接电源正极，负极连接STM32I/O口，并且要串联一个限流电阻；显示时间的数码管数码管用以显示倒计时，倒计时只有几十秒，所以只用2个数码管就够了，数码管采用动态扫描显示方式，所以在程序中需要不断的刷新显示，给程序增加了难度。软件部分由三部分组成：数码管显示函数，函数输入一个数字，数码管就可以显示该数字；交通灯切换函数，倒计时为0时，就要执行该函数，实现红绿灯的切换；时间计时函数，该函数实现倒计时，是本设计的核心。交通灯工作的流程是计数器每秒钟减一，减到零时切换信号灯，在主函数中调用数码管显示函数，以便快速扫描显示。ARM处理器是Acorn计算机有限公司面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器。更早称作AcornRISCMachine。ARM处理器本身是32位设计，但也配备16位指令集，一般来讲比等价32位代码节省达35%，却能保留32位系统的所有优势。早期的ARM以ARM7、ARM9等命名，在推出了ARM11之后的ARM核心采用了不同的命名方式，这就是新型的Cortex内核，分为三个系列，A系主打高端市场，R系用于实时性要求很高的领域，M系是面向控制的内核，与单片机一样，Cortex-M核目前有M0、M3、M4，前不久ARM推出了最新的ARM7，为可穿戴设备设计。STM3