嵌入式系统课程设计报告..doc

班级： 电气工程及其自动化
学号：
姓名：
指导教师：

成绩：

嵌入式系统
课程设计报告

设计任务一 十字路口交通灯控制

一、设计目的：
1．了解基于ARM7核的LPC2106的管脚功能和特点，掌握I/O控制寄存器的设置方法；
2．掌握ARM7应用系统编程开发方法，能用C语言编写应用程序；
3．熟练掌握ADS1.2软件的使用以及PROTEUS仿真调试的方法；

二、具体任务：
1．采用PROTEUS完成十字路口交通灯控制的硬件电路设计，要求单片机选型为飞利浦公司的LPC2106，东西南北方向分别设置红黄绿3个指示灯，东西方向和南北方向各用2个数码管显示通行时间；
2．用ADS1.2编写C语言应用程序，完成十字路口交通灯控制；
3．采用PROTEUS将应用程序装载在LPC2106中，进行仿真验证。要求东西方向和南北方向的数码管显示通行时间并倒计时，可以设置成一样，例如都是15秒倒计时；每当倒计时时间到，完成红黄绿指示灯的状态切换，模拟实现十字路口的交通灯管理控制。

三、 硬件电路设计。（参考下图完成硬件电路设计，用屏幕抓图的方式将自己设计的PROTEUS电路图粘贴在下面，并用文字对所设计的电路功能、原理进一步说明）
参考图如下：

1、无左转弯proteus电路图：

2、有左转弯proteus电路图：

硬件电路说明：
1、无左转弯电路图说明：该电路是一个两位数码管显示的十字交通灯控制proteus硬件仿真图。功能介绍如下：启动后首先东西绿灯和南北红灯都亮15秒（第一个状态），然后东西方向绿灯变闪烁黄灯（每0.5秒交替一次）南北方向红灯保持亮态，该状态5秒后，转变为东西向红灯和南北向绿灯同时亮15秒，然后南北方向绿灯变闪烁黄灯（每0.5秒交替一次）,东西方向红灯保持亮态，持续5秒后，再转为第一个状态，如此循环往复。
2、有左转弯电路图说明：该电路在上电路基础上加一个东西与南北方向左转弯灯的控制，功能介绍如下：首先是只有东西方向直行绿灯亮（第一个状态），10秒后开始东西黄灯闪烁，维持5秒后转为东西方向左转绿灯亮，其他均为红灯，10秒后绿灯开始闪烁，持续5秒后转为南北方向直行绿灯亮，其他均红灯，10秒后开始南北直行黄灯闪烁，维持5秒后转为南北左转绿灯亮，其他均转红灯，再过10秒后南北左转绿灯开始闪烁，维持5秒后转为第一个状态，如此往复。
以上两个程序各状态时间均可由程序参数调节，便可改变交通路口的高峰期时段的各方向流通状态，很简洁方便，在此不详述。

四、源程序

1、十字路口无左转弯交通灯控制源程序：

#include "config.h"
#include"LPC2106.h"
void delay(unsigned int x) //延迟0.xMS
{
while(x--)
{
unsigned char j;
for(j=0;j<125;j++) { ; }
}
}
uint8 led[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共阴数码管段选值
void display() //数码管显示
{
uint8 i=15;
while(i)
{
IOSET = (led[ i / 10 ] << 13) | (led[ i % 10 ] << 6);
delay(5000);
IOCLR = (led[ i / 10 ] << 13) | (led[ i % 10 ] << 6);
i--;
}
}
int main(void)
{
uint8 k;
int8 type=1;
PINSEL0=0x00000000; //将管脚设置为通用IO端口GPIO
PINSEL1=0x00000000;
IODIR=0xFFFFFFFF; //将方向寄存器IODIR全设为输出=1
while(1)
{
switch(type)
{
case 1: //东西绿灯亮，南北红灯亮，15秒。
IOSET=0x00000021;
display();
type=2;
break;
case 2: //东西黄灯闪烁，南北红灯亮，5秒。
IOCLR=0xFFFFFFFF;
k=5;
while(k)
{
IOSET=0x00000011;
IOSET = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
IOCLR=0x00000010;
IOCLR = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
k--;
}
type=3;
break;
case 3: //南北绿灯亮，东西红灯亮，15秒。
IOCLR=0x00000001;
IOSET=0x0000000C;
display();
type=4;
break;
case 4: //南北黄灯闪烁，东西红灯亮，5秒。
IOCLR=0xFFFFFFFF;
k=5;
while(k)
{
IOSET=0x0000000A;
IOSET = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
IOCLR=0x00000002;
IOCLR = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
k--;
}
type=1;
IOCLR=0x00000008;
}
}
}

2、十字路口有左转弯交通灯控制源程序：

#include "config.h"
#include"LPC2106.h"
void delay(unsigned int x) //延迟0.xMS
{
while(x--)
{
unsigned char j;
for(j=0;j<125;j++) { ; }
}
}
uint8 led[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,
0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f}; //共阴数码管段选值
void display() //数码管显示
{
uint8 i=15;
while(i-5)
{
IOSET = (led[ i / 10 ] << 13) | (led[ i % 10 ] << 6);
delay(5000);
IOCLR = (led[ i / 10 ] << 13) | (led[ i % 10 ] << 6);
i--;
}
}
int main(void)
{
uint8 k;
int8 type=1;
PINSEL0=0x00000000; //将管脚设置为通用IO端口GPIO
PINSEL1=0x00000000;
IODIR=0xFFFFFFFF; //将方向寄存器IODIR全设为输出=1
while(1)
{
switch(type)
{
case 1: //东西绿灯亮，南北红灯亮
IOSET=0x00600021;
display();
k=5; //东西黄灯闪烁
while(k)
{
IOCLR=0x00000020;
IOSET=0x00000010;
IOSET = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
IOCLR=0x00000010;
IOCLR = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
k--;
}
/*东西左转弯绿灯亮*/
IOCLR=0x00600021;
IOSET=0X00500009;
display();
type=2;
break;
case 2: //东西左转弯绿灯闪烁
k=5;
while(k)
{
IOSET=0x00100000;
IOSET = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
IOCLR=0x00100000;
IOCLR = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
k--;
}
type=3;
break;
case 3: //南北绿灯亮，东西红灯亮
IOCLR=0x00000001;
IOSET=0x0060000C;
display();
k=5;//南北黄灯闪烁
while(k)
{
IOCLR=0x00000004;
IOSET=0x00000002;
IOSET = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
IOCLR=0x00000002;
IOCLR = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
k--;
}
/*南北左转弯绿灯亮*/
IOCLR=0X0060000C;
IOSET=0x00A00009;
display();
type=4;
break;
case 4: //南北左转弯绿灯闪烁
k=5;
while(k)
{
IOSET=0x00800000;
IOSET = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
IOCLR=0x00800000;
IOCLR = (led[ k / 10 ] << 13) | (led[ k % 10 ] << 6);
delay(3000);
k--;
}
type=1;
IOCLR=0xFFFFFFFF; //全部清零
}
}
}

五、仿真效果。（用屏幕抓图的方式将PROTEUS运行仿真效果图粘贴在下面）

1、无左转弯仿真效果图。

2、 有左转弯仿真效果图。

设计任务二 uC/OS-Ⅱ的移植与应用

一、设计目的：
1．了解嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ可移植、可裁剪等性能特点，正确理解实时操作系统中任务、信号、消息、中断等基本概念以及uC/OS-Ⅱ多任务管理的调度算法；
2．掌握uC/OS-Ⅱ在ARM7上移植的方法；
3．能将uC/OS-Ⅱ移植在LPC2106中，并根据具体要求创建用户任务，解决实际问题；

二、具体任务：
1．uC/OS-Ⅱ移植在LPC2106中。
2．编写用户任务程序，完成实时温度的采集控制。硬件电路见参考硬件电路图，图中用滑动变阻器代替温度传感器转换后的电压，用ADC0809完成A/D转换，并用数码管显示出来。

三、参考硬件电路。（用文字对所设计的电路功能、原理做详细说明）

DIY设计图：

硬件电路说明：
该电路是有LPC2106芯片控制的A/D转换实时采集温度并显示的控制，通过创建多用户任务，解决实际问题的装置。工作原理及流程如下：装在hex文件后点击运行，按采样开关按钮后由标号12线的开关信号输入LPC2106芯片后输出启动A/D转换的使能端OE（标号11），使温度采样的模拟信号通过ADC0808转换为数字信号后经标号15至22八线传给控制芯片，控制芯片将接收的数字信号经控制转换后再通过标号0到7八线输出至数码管进行动态显示，显示出相应的温度值。倘若突然改变温度采样值，数码管会迅速实时地显示出相应的变化，这真是程序中的精髓，也是最难之处，本人设计的硬件和软件结合就解决了此问题，实时控制性能好。

四、源程序

#include "config.h"
#define TASK_STK_SIZE 64
#define key 0x00001000 //按键
#define adstart 0x00002000 //AD采样开始
#define adend 0x00004000 //AD结束
const uint32 led_code[16]={ 0x0000003F,0x00000006,0x0000005B,0x0000004F,
0x00000066,0x0000006D,0x0000007D,0x00000007,
0x0000007F,0x0000006F,0x00000077,0x0000007C,
0x00000039,0x0000005E,0x00000079,0x00000071 };

OS_STK Task0Stk[TASK_STK_SIZE];
OS_STK Task1Stk[TASK_STK_SIZE];
OS_STK Task2Stk[TASK_STK_SIZE];
INT32U i;

void Task0(void *data);
void Task1(void *data);
void Task2(void *data);
/*********************************************************************************************************
函数名称: main
功能描述: c语言的主函数，由它启动多任务环境
********************************************************************************************************/
int main (void)
{
OSInit(); //初始化
OSTaskCreate(Task0, (void *)0, &Task0Stk[TASK_STK_SIZE - 1],1);
OSTaskCreate(Task1, (void *)0, &Task1Stk[TASK_STK_SIZE - 1],2);
OSTaskCreate(Task2, (void *)0, &Task2Stk[TASK_STK_SIZE - 1],3);
OSStart();
return 0;
}
void delay(INT32U t) //延时子程序
{
uint32 x,y;
for(x=t;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
void L_Init (void) //初始化
{
PINSEL0=0x00000000;
PINSEL1=0x00000000;
IODIR|= 0x00002fFF;
}
/*********************************************************************************************************
函数名称:Task0
功能描述: 第一个任务，进行初始化目标板和建立其它任务。
********************************************************************************************************/
void Task0(void *p_arg)
{
p_arg = p_arg;
TargetInit();
L_Init();
for(;;) //无限for循环
{
while((IOPIN&key)!=0);//假如按键没有按下，则一直循环在这里
L_Init();
while((IOPIN&key)==0);//按键被按下又弹起，程序顺序执行
IOCLR= 0x0000ffFF; //清零低16位
OSTaskSuspend(OS_PRIO_SELF);
}
}
/****************************************************************************************************
函数名称:Task1
功能描述: 第2个任务，AD转换。
********************************************************************************************************/
void Task1(void *p_arg)
{
p_arg = p_arg;
L_Init();
for(;;)
{
IOCLR=adstart; //输入高低的脉冲电平
delay(100);
IOSET=adstart;
delay(100);
IOCLR=adstart;
delay(100);
L_Init();
while((IOPIN&adend)==0);
IOSET=1<<11; //11位为AD的OE使能端
i=IOPIN;
i=i>>15; //AD的输出OUT8到OUT1分别由15到22位控制
OSTaskSuspend(OS_PRIO_SELF);
}
}
/*************************************************************
函数名称:Task2
功能描述: 第3个任务，LED显示。
*************************************************************/
void Task2(void *p_arg)
{
INT32U gw,sw,bw;
p_arg = p_arg;
L_Init();
//动态循环显示数码管
while((IOPIN&key)!=0) //假如按键再次按下，则推出显示循环
{
gw = i%10; /* 取个位数据 */
sw = i%100/10; /* 取十位数据 */
bw = i/100; /* 取百位数据 */
IOSET=(1<<10)|led_code[gw]; //显示个位
delay(10);
IOCLR=0x00000fff; //消影
IOSET=(1<<9)|led_code[sw]; //显示十位
delay(10);
IOCLR=0x00000fff; //消影
IOSET=(1<<8)|led_code[bw]; //显示百位
delay(10);
IOCLR=0x00000fff; //消影
OSTaskResume(2);
}
}

五、仿真效果。（用屏幕抓图的方式将PROTEUS运行仿真效果图粘贴在下面）

1、最低采样时仿真显示图

2、最高采样时仿真显示图

六、实验心得
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际设计能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在大家一起学习交流下，终于迎刃而解！