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《嵌入式系统的软、硬件设计》
实验报告
实验题目:交通灯控制系统
2015年1月
南京理工大学自动化学院
目 录
1、实验设计目的和要求 1
2、实验原理分析 2
3、实验解决方案 6
4、软件具体设计 9
5、调试及结果分析 14
6、个人工作 15
附录 19
Ⅰ软件设计文档………………...……………………………….……..19
Ⅱ.部分重要程序源代码……………..………………………….……..22
1、实验设计目的和要求
1.1实验目的
本实验是基于嵌入式教学实验基础进行再开发,实现交通灯控制系统多项功能。主要的设计目的是:交通灯(LED灯)基本流程控制,时间倒计时显示、行驶方向指示、蜂鸣器报警(响声频率可调)、模拟各方向车辆行驶(南北方向以步进电机转动表示,东西方向以直流电机转动表示)。
1.2实验具体设计要求
led:
⑴ 南北绿灯,东西红灯(20秒) ;
⑵ 南北方向绿灯闪烁(3秒);
⑶ 南北方向黄灯(1.5秒);
⑷ 南北方向红灯,东西绿灯(20秒);
⑸ 东西方向绿灯闪烁(3秒);
⑹ 东西方向黄灯亮(1.5秒)。
⑺ 回到⑴
LCD:
LCD屏幕上显示倒计时,并且显示箭头指示当前可以通行的方向。
蜂鸣器:
当绿灯闪烁时蜂鸣器发声。
电机:
东西方向绿灯亮时直流电机转动,南北方向绿灯亮时步进电机转动。
键盘:
当键2按下后,系统的处于暂停状体(电机和指示灯保持目前状体不变,倒计时暂停保持当前数字)。
当键1按下后,系统退出暂停,继续暂停前状态执行。
当键3按下后,退出系统。
基于以上设计要求,本实验最中完成后实现的功能流程如下图1-1所示:
图1-1 交通灯系统流程图
1.3实验设备
(1)PC 兼容机一台,操作系统为Windows,虚拟机有Linux系统;
(2)ICETEK-OMAPL138-A实验箱。
2、实验原理分析
ICETEK-OMAPL138-A套件是一块以OMAPL138为核心的双核处理器扩展评估板,它通过扩展接口与实验箱的显示/控制模块连接,可以控制其各种外围设备,也可以接受外设发送的各种数据、信息。CTR设备连接在EMIFA的片选4上,所以通过操作以片选4为基础地址(0的空间再加上设备控制寄存器的偏移就可以访问到实验箱上的CTR设备。
⑴ 交通灯控制
CTR上的发光二极管显示阵列的显示是由扩展端口控制,由扩展在EMIFA的地址空间接口的两个寄存器提供具体控制。
在ICETEK-OMAPL138-A 套件的Linux 内核里集成了ICETEK-CTR V6.2 的驱动,驱动中将CTR 上的发光二极管做为一个标准的led 进行挂载,这样在Linux 下对这些led 的操作就可以用通用的Linux 控制和读写函数来完成。
⑵ 步进电机控制
步进电机是由寄存器PWMR 控制。这个寄存器映射在OMAPL138 的CE4 空间,当DSP 向该地址写数据(8 位有效值)时,高两位为‘10’时数据的低4 位将写入PWMR 寄存器(PWM4、PWM3、PWM2、PWM1)。步进电机的起动频率大于500PPS(拍每秒),空载运行频率大于900PPS。如果PWM1-4按照下面拍的顺序给电机的四相输入端送入控制信号,且频率大于900PPS,电机将开始正向转动。如果按照拍的逆序送控制信号,且频率大于900PPS,电机将开始反向转动。
控制的方法是:首先设置全局控制寄存器中的PWME 位为‘1’,再使DSP 以一定的频率改变PWM4-1 各位状态,输出正向或反向的PWM 波。
在ICETEK-OMAPL138-A 套件的Linux 内核里集成了ICETEK-CTR V6.2 的驱动,驱动中给CTR 上的步进电机配置了Linux2.6 下驱动属性接口,通过操作属性文件可实现对电的的起动,转速和转向的控制。
⑶ 直流电机控制
直流电动机使用定频调宽法。
ICETEK-CTR 即显示/控制模块上直流电机部分的原理图如图2-1所示:图中PWM 输入对应ICETEK-OMAPL138-A 板上P4 外扩插座第26 引脚的UHPI_HCNTL1 信号,DSP将此引脚配置成GPIO,并在此引脚上给出PWM 信号用来控制直流电机的转速; 图中的DIR 输入对应ICETEK-OMAPL138-A 板上P4 外扩插座第29 引脚的MMCSD1_D0 信号,DSP 将此引脚配置成GPIO,并在此引脚上给出高电平或低电平来控制直流电机的方向。从DSP 输出的PWM信号和转向信号先经过2个与门和1个非门再与各个开关管的栅极相连。
图1 ICETK-CTR 直流电机模块原理图
当电动机要求正转时,MMC
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