《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)》基于STM32單片機(jī)的交通燈控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)二

-0《嵌入式系統(tǒng)原理及應(yīng)用綜合設(shè)計(jì)》1．設(shè)計(jì)題目基于STM32單片機(jī)的交通燈控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2．設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)選題基于單片機(jī)的交通燈控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，每班學(xué)生原則上3或4人一組，每組有分工協(xié)作地完成下述任務(wù)：單片機(jī)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)完成主體功能。指示燈模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)完成紅綠燈跳轉(zhuǎn)功能。倒計(jì)時(shí)顯示模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)完成倒計(jì)時(shí)顯示功能。數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)完成數(shù)碼管顯示功能。3．設(shè)計(jì)目的通過本實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，一方面使學(xué)生對局部電路測試、應(yīng)用程序開發(fā)以及硬軟件聯(lián)調(diào)有一個(gè)全面的，系統(tǒng)的訓(xùn)練；另一方面，能提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)，提高學(xué)生組織分工、協(xié)作協(xié)同能力。培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)及動(dòng)手能力，為畢業(yè)實(shí)習(xí)、設(shè)計(jì)，以及畢業(yè)后從事嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)打下基礎(chǔ)，積累初步的經(jīng)驗(yàn)。

4．設(shè)計(jì)材料和工具（實(shí)習(xí)用到的工具、軟件等）STM32F103實(shí)驗(yàn)箱及其周邊電路。Proteus仿真軟件、Keil5編程軟件。5．設(shè)計(jì)詳細(xì)說明總體設(shè)計(jì)思路及算法描述1）概述本交通燈控制系統(tǒng)利用單片機(jī)STM32F103C6作為核心元件，實(shí)現(xiàn)了通過信號(hào)燈對路面狀況的智能控制。從一定程度上解決了交通路口堵塞、車輛停車等待時(shí)間不合理、急車強(qiáng)通等問題。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、實(shí)時(shí)性好、安裝維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。軟件設(shè)計(jì)軟件流程圖1、功能需求①實(shí)現(xiàn)紅綠黃LED燈轉(zhuǎn)換功能；②能夠?qū)崿F(xiàn)倒計(jì)時(shí)顯示功能；③實(shí)現(xiàn)不同情況下倒計(jì)時(shí)數(shù)值切換；開始系統(tǒng)功能圖如下：開始南北方向綠燈，東西禁止通行。如圖5.2南北方向綠燈，東西禁止通行。如圖5.2主道通行倒計(jì)時(shí)到黃燈閃爍.如圖主道通行倒計(jì)時(shí)到黃燈閃爍.如圖5.3東西方向綠燈，南北禁止通行。如圖5東西方向綠燈，南北禁止通行。如圖5.4主道通行倒計(jì)時(shí)到黃燈閃爍。如圖5.5主道通行倒計(jì)時(shí)到黃燈閃爍。如圖5.5緊急情況，四向禁止通行緊急情況，四向禁止通行如圖5.6所示圖1軟件結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)研究的是基于STM32F103C6單片機(jī)的交通燈智能控制系統(tǒng)。根據(jù)交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，闡述了硬件和軟件方面開發(fā)的整個(gè)過程。主控系統(tǒng)采用STM32F103C6單片機(jī)作為控制器，控制通行倒計(jì)時(shí)及右拐、右拐、直行，占用端口少，耗電也最小。有各種成熟電路可供選用，使此方案可靠穩(wěn)定。該設(shè)計(jì)可直接在I/O口上接按鍵開關(guān)，精簡并優(yōu)化了電路。結(jié)合實(shí)際情況，顯示界面采用LED提示和數(shù)碼管計(jì)時(shí)的方法，滿足了倒計(jì)時(shí)的時(shí)間顯示輸出和狀態(tài)燈提示信息輸出的要求，減少系統(tǒng)的復(fù)雜度。3）硬件設(shè)計(jì)圖2系統(tǒng)原理框圖圖3系統(tǒng)總體電路圖其中：單片機(jī)模塊2、指示燈模塊3、倒計(jì)時(shí)顯示模塊4、數(shù)碼管顯示模塊任務(wù)分配：耿相東：單片機(jī)模塊葛從雨：指示燈模塊楊洋：倒計(jì)時(shí)顯示模塊李玉坤：數(shù)碼管顯示模塊單片機(jī)模塊方案選擇方案一：利用PLC實(shí)現(xiàn)對交通燈控制，其可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。對于交通燈這種特殊裝置，其可靠性是至關(guān)重要的，因?yàn)榻煌艨刂葡到y(tǒng)中途若發(fā)生什么意外，其后果是不堪設(shè)想。而且PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造工作量小，維護(hù)方便，體積小、重量輕、能耗低，還可以進(jìn)行智能化控制以更有效、合理地控制交通。但是使用PLC控制也有缺點(diǎn)，因?yàn)镻LC比起其它控制系統(tǒng)，其價(jià)格較貴，一般一臺(tái)小型的PLC價(jià)格最便宜的也在二三千元以上。

方案二：運(yùn)用單片機(jī)對交通燈系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn),使用51單片機(jī)為主控核心,通過軟件來控制過往車輛的正常運(yùn)作。同時(shí)它也具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)單片機(jī)體積小巧、使用靈活、成本低，易于真正產(chǎn)品化。組裝各種智能式控制設(shè)備和儀器，能做到機(jī)電儀一體化。

(2)面向控制。能有針對性地解決各種從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價(jià)格比。

(3)抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠的工作。這是其它微機(jī)集中無法比擬的。

(4)可以方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)、分布式的集散控制，使整個(gè)控制系統(tǒng)的效率大大地提高。

(5)單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品的研制周期短，所開發(fā)出來的樣機(jī)就是以后批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，可以避免不必要的二次開發(fā)過程。

綜上所述，比較5種交通燈控制裝置的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，根據(jù)交通燈所工作的特殊環(huán)境，體積小巧、使用靈活、成本低，易于真正產(chǎn)品化面向控制抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍寬可以方便的實(shí)現(xiàn)多機(jī)、分布式的集散控制便等特點(diǎn)，現(xiàn)在擬采用單片機(jī)來控制交通燈。本設(shè)計(jì)研究的是基于STM32F103C6單片機(jī)的交通燈智能控制系統(tǒng)。根據(jù)交通控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，闡述了硬件和軟件方面開發(fā)的整個(gè)過程。主控系統(tǒng)采用STM32F103C6單片機(jī)作為控制器，控制通行倒計(jì)時(shí)及右拐、右拐、直行，占用端口少，耗電也最小。，有各種成熟電路可供選用，使此方案可靠穩(wěn)定。該設(shè)計(jì)可直接在I/O口上接按鍵開關(guān)，精簡并優(yōu)化了電路。結(jié)合實(shí)際情況，顯示界面采用LED提示和數(shù)碼管計(jì)時(shí)的方法，滿足了倒計(jì)時(shí)的時(shí)間顯示輸出和狀態(tài)燈提示信息輸出的要求，減少系統(tǒng)的復(fù)雜度。設(shè)計(jì)原理開機(jī)上電便處于正常運(yùn)行狀態(tài)，南北方向通行9秒后變?yōu)闁|西方向通行12秒，如此循環(huán)一次，使得東西方向和南北方向交替通行。

顯示系統(tǒng)則顯示到下一次改變通行方向所剩的時(shí)間，利于司機(jī)調(diào)整車輛狀況。每到通行方向轉(zhuǎn)換時(shí)，正在通行的方向綠燈熄滅，變?yōu)辄S燈常亮，提醒司機(jī)注意通行方向的改變，避免不必要的危險(xiǎn)。

延時(shí)方法可以有兩種，一種是利用內(nèi)部定時(shí)器才生溢出中斷來確定1秒的時(shí)間，另一種是采用軟延時(shí)的方法。本程序的倒計(jì)時(shí)采用軟件延時(shí)。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主控芯片采用STM32F103C6單片機(jī)，其管腳圖下圖所示。

STM32F103C6引腳圖STM32F103C6是STM32系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，STM32單片機(jī)有很多個(gè)系列，其中包括基本型、USB基本型、增強(qiáng)型以及互聯(lián)型幾大系列，這寫系列的STM32單片機(jī)都是具有性能高、功耗低、成本低等特點(diǎn)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如REF_Ref7026758\h圖3.2所示：STM32內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖本課題采用的是STM32F103C6單片機(jī)芯片，這是是一款A(yù)RMM3內(nèi)核的增強(qiáng)型微控制器，這款內(nèi)核的工作頻率是能夠達(dá)到72MHz的，它擁有著128K字節(jié)的閃存和極其豐富的外設(shè)，如GPIO口，串口，定時(shí)器，中斷，數(shù)模轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，看門狗，SPI，IIC，CAN總線等部分組成。STM32F103系列單片機(jī)的性能在同一個(gè)類別的產(chǎn)品中是最高的，它能夠在-40°C-85°C溫度下正常地進(jìn)行工作，工作的電壓范圍為2V-3.6V，具有低功耗的節(jié)能工作模式，閃存存儲(chǔ)器的容量為64K字節(jié)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖電源電路：本課題電源由USB接口提供5V直流電。復(fù)位電路：按鍵SW1接入高電平到STM32內(nèi)部NRST引腳，NRST上脈沖只要持續(xù)大于300ns的即可觸發(fā)單片機(jī)復(fù)位。晶振電路：外接8M晶振，通過倍頻產(chǎn)生最高72MHz工作頻率。下載電路：本課題選用SWD下載電路，只需要引出SWDIO、SWCLK、VCC3.3V、GND，在MDK下載選項(xiàng)中選擇SWD即可下載程序到單片機(jī)上。調(diào)試說明1.調(diào)試電路要分模塊進(jìn)行，分順序的進(jìn)行。2.每連接一個(gè)模塊都要進(jìn)行檢查，看是否有沒有連接錯(cuò)誤，能不能出結(jié)果。3.電路連接好后，無確顯示的時(shí)候，可進(jìn)行通電調(diào)試過程中檢查電源、底線有沒有接好，有沒有接錯(cuò)的問題，還是沒有現(xiàn)象的話在通電狀態(tài)下用外用表測量電路中有些節(jié)點(diǎn)的點(diǎn)位，是不是和理論的有出入。4.如果實(shí)在還是有問題，那么就要去檢查一下自己的電路的原理徒有沒有問如果說電路原理圖有大的錯(cuò)誤，那么再怎么搞都是不會(huì)出結(jié)果的!圖5.2軟件預(yù)覽頁面圖5.2交通控制系統(tǒng)運(yùn)行（南北通行）圖5.3交通控制系統(tǒng)運(yùn)行（南北等待）圖5.4交通控制系統(tǒng)運(yùn)行（東西通行）圖5.5交通控制系統(tǒng)運(yùn)行（東西等待）圖5.6交通控制系統(tǒng)運(yùn)行（緊急情況，四方向黃燈閃）6．程序代碼（只描述核心代碼）main.c#include<stdlib.h>#include<string.h>#include"main.h"#include"smg.h"#include"ds18b20.h"#include"beep.h"#include"key.h"#include"timer.h"#include"delay.h"#defineSPEED 101//因電腦配置不同，導(dǎo)致仿真速度有區(qū)別，如果需要實(shí)時(shí)倒計(jì)時(shí)趨于1秒，修改這個(gè)值#defineYELLOW_TIME 3 //黃燈時(shí)間（秒）voidSystemClock_Config(void);uint8_tdata_table[4]={10,10,10,10};//顯示緩存數(shù)組uint8_tbei_nan_time=10;//南北方向默認(rèn)時(shí)間（秒）uint8_txi_dong_time=15;//東西方向默認(rèn)時(shí)間（秒）uint8_ttemp_bei=10;//南北倒計(jì)時(shí)，顯示臨時(shí)緩存變量uint8_ttemp_xi=15+YELLOW_TIME;//東西倒計(jì)時(shí)，顯示臨時(shí)緩存變量uint8_tmode=1;/*mode=1，南北方向；mode=0，東西方向*/uint8_temg_mode=0;/*emg_mode=0，正常；emg_mode=1，緊急停止，時(shí)間為0，所有方向亮紅燈*/uint8_tset_mode=0;/*set_mode=0，不設(shè)置；set_mode=1，設(shè)置南北方向時(shí)間；set_mode=2，設(shè)置東西方向時(shí)間*/uint16_ttime_update=101;//1秒計(jì)時(shí)變量intmain(void){ /*Resetofallperipherals,InitializestheFlashinterfaceandtheSystick.*/HAL_Init();/*Configurethesystemclock*/SystemClock_Config();// delay_init(10);//初始化延時(shí)函數(shù) TIM3_Init(1800-1,18-1);//10ms，數(shù)碼管刷新用 Key_Init();//按鍵中斷初始化 Led_Init();//指示燈的初始化 SEG_Init();//數(shù)碼管引腳初始化 while(1){ if(time_update>SPEED&&set_mode==0)//計(jì)時(shí)達(dá)到1秒且未進(jìn)入設(shè)置模式 { time_update=0;//重置1秒鐘倒計(jì)時(shí)時(shí)間 if(mode)//mode=0，表示進(jìn)入南北通行模式(南北綠燈+南北黃燈) { LED_NBR_OF();LED_NBY_OF();LED_NBG_ON();//南北方向，亮綠燈 LED_DXR_ON();LED_DXY_OF();LED_DXG_OF();//東西方向，亮紅燈 if(temp_bei==0)//南北方向，倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí) { if(temp_xi==0)//多出來3秒的東西方向，也倒計(jì)時(shí)結(jié)束了 { mode=0;//進(jìn)入東西方向綠燈模式 temp_xi=xi_dong_time;//提前更新東西方向的倒計(jì)時(shí)時(shí)間 temp_bei=temp_xi+YELLOW_TIME;//更新南北方向的時(shí)間，為東西方向+3秒 LED_NBR_ON();LED_NBY_OF();LED_NBG_OF();//南北方向，亮紅燈 LED_DXR_OF();LED_DXY_OF();LED_DXG_ON();//東西方向，亮綠燈 } else//南北方向已經(jīng)結(jié)束，但是東西方向多出來的3秒未結(jié)束（3秒黃燈時(shí)間） { temp_xi--;//剩余的3秒，倒計(jì)時(shí)-1秒// temp_bei=temp_xi;//南北方向黃燈時(shí)間 LED_NBR_OF();LED_NBY_ON();LED_NBG_OF();//南北亮黃燈 LED_DXR_ON();LED_DXY_OF();LED_DXG_OF(); //東西亮紅燈 } } else { temp_bei--;//南北方向。計(jì)時(shí)為-1秒 temp_xi=temp_bei+YELLOW_TIME;//更新東西方向的倒計(jì)時(shí)時(shí)間 } } else//mode=0，表示進(jìn)入東西通行模式(東西綠燈+東西黃燈) { LED_NBR_ON();LED_NBY_OF();LED_NBG_OF();//南北方向，亮紅燈 LED_DXR_OF();LED_DXY_OF();LED_DXG_ON();//東西方向，亮綠燈 if(temp_xi==0)//東西方向，倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí) { if(temp_bei==0)//多出來3秒的南北方向，也倒計(jì)時(shí)結(jié)束了 { mode=1;//進(jìn)入南北方向綠燈模式 temp_bei=bei_nan_time;//提前更新南北方向的倒計(jì)時(shí)時(shí)間 temp_xi=temp_bei+YELLOW_TIME;//更新東西方向的時(shí)間，為南北方向+3秒 LED_NBR_OF();LED_NBY_OF();LED_NBG_ON();//南北方向，亮綠燈 LED_DXR_ON();LED_DXY_OF();LED_DXG_OF();//東西方向，亮紅燈 } else//東西方向已經(jīng)結(jié)束，但是南北方向多出來的3秒未結(jié)束（3秒黃燈時(shí)間） { temp_bei--;//南北方向，剩余的3秒，倒計(jì)時(shí)-1秒// temp_xi=temp_bei; LED_NBR_ON();LED_NBY_OF();LED_NBG_OF();//南北亮紅燈 LED_DXR_OF();LED_DXY_ON();LED_DXG_OF(); //東西亮黃燈 } } else { temp_xi--;//東西方向。計(jì)時(shí)為-1秒 temp_bei=temp_xi+YELLOW_TIME;//更新南北方向的倒計(jì)時(shí)時(shí)間 } } } }}//定時(shí)器3中斷服務(wù)函數(shù)uint8_tled_temp=0;voidTIM3_IRQHandler(void){ if(emg_mode)//判斷是緊急模式 { data_table[0]=0;//倒計(jì)時(shí)全顯示0000 data_table[1]=0; data_table[2]=0; data_table[3]=0; LED_NBR_ON();LED_NBY_OF();LED_NBG_OF();//亮起所有紅燈 LED_DXR_ON();LED_DXY_OF();LED_DXG_OF(); } else//判斷不是緊急模式 { if(set_mode!=0)//是設(shè)置東西南北時(shí)間的模式 { data_table[0]=bei_nan_time/10;//將倒計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)緩存到數(shù)碼管顯示數(shù)組 data_table[1]=bei_nan_time%10; data_table[2]=xi_dong_time/10; data_table[3]=xi_dong_time%10; if(set_mode==1){ LED_NBR_ON();LED_NBY_ON();LED_NBG_ON();//開啟南北方向指示燈，表示進(jìn)入了南北時(shí)間設(shè)置模式 LED_DXR_OF();LED_DXY_OF();LED_DXG_OF(); }elseif(set_mode==2){ LED_NBR_OF();LED_NBY_OF();LED_NBG_OF(); LED_DXR_ON();LED_DXY_ON();LED_DXG_ON();//開啟東西方向指示燈，表示進(jìn)入了東西時(shí)間設(shè)置模式 } } else//不是設(shè)置東西南北時(shí)間的模式 { time_update++;//累加時(shí)間10ms data_table[0]=temp_bei/10;//將倒計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)緩存到數(shù)碼管顯示數(shù)組 data_table[1]=temp_bei%10; data_table[2]=temp_xi/10; data_table[3]=temp_xi%10; } } switch(led_temp) { case0: SEG_1(0);SEG_2(1);SEG_3(1);SEG_4(1);//打開第一個(gè)數(shù)碼管 Dsg_Display(data_table[0]);//將第一個(gè)數(shù)送至數(shù)碼管 break; case1: SEG_1(1);SEG_2(0);SEG_3(1);SEG_4(1);//打開第二個(gè)數(shù)碼管 Dsg_Display(data_table[1]);//將第二個(gè)數(shù)送至數(shù)碼管 break; case2: SEG_1(1);SEG_2(1);SEG_3(0);SEG_4(1);//打開第三個(gè)數(shù)碼管 Dsg_Display(data_table[2]);//將第三個(gè)數(shù)送至數(shù)碼管 break; case3: SEG_1(1);SEG_2(1);SEG_3(1);SEG_4(0);//打開第四個(gè)數(shù)碼管 Dsg_Display(data_table[3]);//將第四個(gè)數(shù)送至數(shù)碼管 break; } led_temp++; if(led_temp==4) led_temp=0; HAL_TIM_IRQHandler(&TIM3_Handler);}/***@briefSystemClockConfiguration*@retvalNone**/voidSystemClock_Config(void){RCC_OscInitTypeDefRCC_OscInitStruct={0};RCC_ClkInitTypeDefRCC_ClkInitStruct={0};RCC_PeriphCLKInitTypeDefPeriphClkInit={0};/**InitializestheCPU,AHBandAPBbussesclocks*/RCC_OscInitStruct.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSI|RCC_OSCILLATORTYPE_LSI;RCC_OscInitStruct.HSIState=RCC_HSI_ON;RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue=RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;RCC_OscInitStruct.LSIState=RCC_LSI_ON;RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState=RCC_PLL_NONE;if(HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct)!=HAL_OK){} /**InitializestheCPU,AHBandAPBbussesclocks*/RCC_ClkInitStruct.ClockType=RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2;RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV