智能汽车道闸控制系统的研发Word文档下载推荐.docx
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LM3S6965它包括所有的16位Thumb指令集和基本的32位Thumb-2指令集架构,Cortex-M3处理器不能执行ARM指令集。
Thumb-2在Thumb指令集架构（ISA）上进行了大量的改进,它与Thumb相比,具有更高的代码密度并提供16/32位指令的更高性能。
非常适用于那些对存储器有限制或者需要较高代码密度的大批量生产的应用。
LM3S6965内部包含了技术需求中常用的接口。
LM3S6965主要特点如下:
（1）32位ARMCortexTM-M3v7M架构;
（2）50MHz操作频率;
（3）含有256KBFlash和64KBSRAM内部存储器;
（4）lO/lOOMbps以太网控制器,由完全集成的媒体访问控制（MAC）和网络物理（PHY）接口器件组成;
（5）4个通用定时器模块,每个提供2个16位定时器;
（6）看门狗定时器;
（7）通用DMA控制器;
（8）2个内部集成电路（I2C）模块、1个同步串行端口（SPI/SSP）模块以及3个通用异步收发（UART）模块;
（9）1个正交编码接口（QEI）、模数转化器、模拟比较器以及脉宽调试器（PWM）。
4.2.2LM3S6965的内部结构
LM3S6965一款基于ARMCortex-M3的微控制器,该微控制器包念了lO/lOOMbps以太网控制器、3个UART、4路模拟输入通道、1个同步串行端口（SPI/SSP）、2个I2C接口、1个QEI接口和6个脉宽调试输出端口。
4.3主控制器的硬件设计
4..3.1、LM3S6965基本系统设计
LM3S6965包括有4个时钟源可供使用,它们分别为主振荡器、内部振荡器、内部30KHz振荡器和外部实时振荡器。
内部振荡器频率是12MHz±
30%,在上电复位过程中和上电复位之后使用的时钟源,软件以后可切换为另一种可用的时钟源。
主振荡器在1MHz?
8.192MHz的频率下操作,本系统使用外部6MHz的晶振,微处理器的工作频率可通过内部PLL单元提高。
内部30KHZ振荡器与内部振荡器类似,它提供30KHz±
30%的工作频率,主要用在深度睡眠的节电模式中。
外部实时振荡器是提供一个低频率、精确的时钟基准,是休眠模块的一部分。
LM3S6965有5个复位源:
RESET管脚复位、看门狗复位、上电复位（POR）、内部掉电复位（BOR）和软件启动复位。
任何复位源可使芯片复位有效,一旦操作电压到达一个可使用的级别,则启动唤醒定时器。
复位将保持有效直至外部的复位被撤除,振荡器开始运行。
当计数经过了固定的时钟个数后,Flash控制器已完成其初始化。
本次设计采用了上电复位和手动复位相结合的方案,基本系统如图3-3所示。
主要标明LM3S6%5的各种类型电源和地线管脚的连接方式。
需要注意的是,对于不同类型的电源和地,处理方式应有所不同,具体描述如表3-1所示。
图3-3中主要标明LM3S6965内部各类外设接口与具体功能电路间的引脚连接,包括SPI通信、调试接口、UART通信、以太网通信、LCD接口、按键等功能电路。
表3-1LM3S6965电源/地管脚描述
管脚
描述
VDD
GND
数字电源和地。
为IO口提供3.3V数字供电电压和0V数字地
VDDA
GNDA
模拟屯源和地。
它们应当与LM3S6965的数字电源电压相同,但为了降低噪声和出错儿率,该电源应当与LM3S6965的数字电源隔离。
VDD25
内核电源电压
LDO
低压差稳压器输出电压。
它可以被用来给控制器的大部份内部逻辑提供电源。
在设计时,需与VDD25管脚相违,输出电压在2.25V～2.75V之内,可通过LDO功率控制器调节
VCCPHY
GNDPHY
以太网PHY电压和低
VBAT
RTC外设3.3V供电电压,由3.3V电源及外置电池供电
3.3.2人机交互模块设计
a、LCD液晶显示
LM1095R液晶显示模块同LM3S6965的硬件连接如图3-3、图3-4所示。
图3-4液晶显示模块与LM3S6965硬件迎接图
LM1095R是一款192X128点阵中文/图形液晶显示模块,内置RA8803控制器。
模块不仅可以显示单一的文本,还能显示图形。
在文本模式下能够实现大小字体的混编（最大字体为64X64）,在连续输入数据时,模块能够自动调节行距。
使显示画面更加美观,大大节省用户的开发是时间。
他的主要特点有:
（1）单电源供电,内置升压电路；
（2）白色LED背光；
（3）高对比度,FSTN型LCD屏；
（4）双图层内存（2X9.6K显示存储器）；
（5）内嵌简体中文字库（7602个汉字）；
（6）可自定义16个字符。
LM1095R液晶显示器的结构框图如图3-5,管脚功能如表3-2所示。
图3-5LM1095R结构框图
表3-2LM1095R管脚描述
Vout
电压调节输出管脚
V0
液晶参考电压管脚
数字电压5V管脚
VSS
数字电源地
/CS
片选信号管脚，低电平时，使能数据传输总线
RS
寄存器选择管脚
/WR
写入使能管脚、低电平有效
/RD
读出使能管脚、低电平有效
DB0～DB7
数据传输总线
/RST
复位管脚
VBLA
背光供电管脚
b、按键设计
键盘模块采用了5个独立按键来实现其功能,键盘操作是依据按键按下时引起信号的电平变化来判断具体哪个按键按下,然后执行相应的操作。
这5个按键设计如图3七所示。
tu按键设计
按键功能如表3-3所示
按键
功能描述
KEY1（ENTER键）
进入菜单
KEY2（UP键）
向上移动光标
KEY3（RIGHT键）
向右移动光标
KEY4（DO键）
确认或修改参数
KEY5（ESC键）
返回上级菜单或跳出菜单
3.3.3网络模块设计
LM3S6965内置以太网控制器。
以太网控制器由一个完全集成的媒体访问控制器（MAC）和网络物理（PHY）接口器件组成[I9],完全支持10BASE-T和100BASE-TX标准,只需要一个双路1:
1隔离变压器[2"
】就能与线路相连。
网络通信模块框图如图3-7所示。
图3-7网络通信模块框图
以太网控制器中的物理层（PHY）主要包括扰码器、解扰器、集成的编码解码器、全功能自协商功能和双速时钟恢复。
发送器包含一个线路驱动器和一个片内脉冲整形器。
接收器有一个自适应均衡器和一个校准时钟及恢复数据所需的基线恢复电路。
PHY有一个片内晶体振荡器,这个振荡器也可由一个外部振荡器驱动。
当由外振荡器驱动时,XTALNPHY和XTALPPHY管脚之间应接一个25MHz的晶体。
同时,LM3S6965为PHY配置了2个LED信号,用来指示以太网控制器操作的各种状态。
网络通信模块的设计如图3-3、3-8所示。
图3-8网络通信模块设计
3.3.5数据存数模块硬件设计
数据存数模块包括两部分:
时钟电路设计和SD卡接口设计
1、时钟模块电路设计
时钟模块现在越来越多得被应用到各种电路设计中,它能提供给系统准确的实时时钟。
DS1302是DALLAS公司推出的一款高性能、低功耗的涓流充电时钟芯片,内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿功能。
时钟模块电路设计如图3-10所示
DS1302具有双电源管脚,供主电源和备份电源供电,同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。
如图3-10所示,3V为DS1302的后备电源,由3V的纽扣电池供电,防止其主电源掉电时,内部数据丢失。
DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信,仅需用到3根信号线:
（1）RES（复位/片选线）,
（2）I/O（数据线）,（3）SCLK（串行时钟）。
DS1302管脚的功能如表3-5所示。
表3-5DS1302管脚功能
引脚号
引脚名称
引脚功能
1
VCC2
主电源
2、3
X1，X2
振荡源,外接32.768KHZ晶振
4
地线
5
RES
复位/片选线
6
I/O
串行数据输入/输出端（双向）
7
SCLK
串行时钟输入端
8
VCC1
后备电源
2、SD卡与LM3S6965硬件接口设计
SD卡（SecureDigitalMemoryCard）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备,重量只有2克,但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。
目前在嵌入式系统中已取得越来越广泛的应用。
对SD卡进行软硬件设计首先要选择SD卡的总线模式。
SD卡有两种总线模式:
SD总线模式和SPI总线模式[23]。
本设计采用SPI模式。
SD卡引脚共有9个。
在SPI模式下,SD卡1-7号引脚依次为片选引脚SSEL,数据输入MOSI,电源地,电源引脚VDD,时钟信号SCK,电源地,数据输出MISO,8脚与9脚在SPI模式下保留。
根据SPI总线通信的协议规定,要求SPI总线在空闲时应置于高电平状态,因此SSEL、MISO、MOSI、SCK引脚应外接10K上拉电阻。
SD卡与LM3S6965的硬件接口如图3-11所示。
3.3.6其他接口及电路
1、道闸控制开关电路
系统控制道闸关的电路设计如图3-12所示,其中Y1为道闸的开启管脚,Y2为关闭管脚,COM1和COM2为道闸的公共信号管脚。
ULN2803是一款反向输出型芯片。
当系统上电稳定后,ULN2803芯片的两个输入管脚为低电平,则对应的输出管脚为高电平,继电器不闭合。
当ULN2803芯片的两个管脚为高电平时,继电器闭合,Yl、Y2管脚分别与其对应的公共信号管脚连接,则系统控制道闸开关。
2、JTAG接口电路
JTAG接口电路,如图3-13所示。
单片机通过JTAG与主机的并口连接,先把程序下载到FLASH内,再进行调试,这样就更为方便地调试程序,节省了时间的同时也降低了成本。
3.4无线通信的硬件设计
3.4.1无线通信激励源硬件设计
无线通信模块主要包括无线通信激励源,无线通信发送标签和无线通信接收标签。
无线通信激励源的作用是通过天线,不断向外发送125KHZ频率的载波信号,使放置在车辆上的无线通信发送标签从睡眠状态转化为正常工作状态。
1、PIC16F690介绍
PIC16F690有许多功能[24],旨在最大限度地提高系统可靠性,通过减少外部元件将成本降至最低,并提供省电工作模式和代码保护功能。
有两个定时器提供必要的上电延时。
一个是振荡器起振定时器（OST）,旨在确保芯片在晶振达到稳定之前始终处于复位状态。
另一个是上电延时定时器（PWRT）'
仅在上电时提供64ms（标称值）的固定延时,用来确保器件在供电电压稳定之前处于复位状态。
还有当器件发生欠压时使器件复位的电路,该电路可使用上电延时定时器,提供至少64ms的复位延时。
有了这三种片上功能,绝大多数应用就无需再外接复位电路了。
PIC16F690包含的技术特点如下:
（1）高性能的CPU,仅需学习35条指令;
（2）精准的内部振荡器;
（3）节能休眠模式、宽电压工作范围（2.0V—5.5V）、工业级和扩展级温度范围;
（4）增强型USART模块一支持RS485、RS-232和LIN2.0,I2C;
（5）17个I/O引脚和1个只用作输入的引脚;
（6）2个模拟比较模块,A/D转换器;
（7）3个时钟定时器;
（8）增强型PWM模块。
PIC16F690的硬件设计如图3-14所示
图3-14PIC16F690硬件电路设计
PIC16F690采用内部晶振,频率为8MHz。
图中SW3为PIC16F690的复位按键,管脚5是向外输125KHZ的PWM载波信息。
2、激励源硬件设计
125KHZ载波信号生成设计如图3-15所示。
为了增加无线唤醒覆盖范围,图3-15设计了3路无线信号发生电路,在实际现场中分别负责3块唤醒区域,确保车上无线通信模块能被唤醒。
图3-15125KHz载波生成设计
PIC16F690管脚产生125KHz的载波信号,即唤醒信号,SN74AC08是与门芯片,CS_OUTPUT_A是信号中断开关信号。
当PIC16F690向外发送125KHz的载波信号时,CS_OUTPUT_A信号置高。
当该次唤醒信号发送完毕,CS_OUTPUT_A信号置低,当下次发送唤醒信号时。
CS_OUTPUT_A信号再次置高。
唤醒信号通过高速MOSFET驱动器TC4422,将信号放大。
3.4.2无线通信模块硬件设计
无线通信模块分为两部分,一个称为无线通信发送标签,一个称为无线通信接收标签。
根据任务需要,需选择一款满足低功耗、可靠性高、稳定性好、精度精确等要求,又带有无线通信功能的芯片作为无线通信模块的微控制器。
所以本文TI公司的CC2530芯片作为无线通信模块的微控制器。
1、CC2530介绍
CC2530使用的8051CPU内核是一个单周期的8051兼容内核。
它有三个不同的存储器访问总线（SFR、DATA禾[1C0DE/XDATA）,以单周期访问SFR、DATA和主SRAM。
它还包括一个调试接口和一个18输入的扩展中断单元。
CC2530包含三个物理存储器:
一个8-KBSRAM,一个闪存存储器和一个
XREG/SFR寄存器。
8-KBSRAM映射到DATA存储空间和XDATA存储空间的一部分。
8-KBSRAM是一个超低功耗的SRAM,当数字部分掉电时（供电模式2和3）能够保留自己的内容。
这对于低功耗应用是一个很重要的功能。
256KB闪存块为设备提供了内电路可编程的非易失性程序存储器,映射到CODE和XDATA存储空间。
除了保存程序代码和常量,非易失性程序存储器允许应用程序保存必须保留的数据,这样在设备重新启动之后可以使用这些数据。
使用这个功能,例如可以利用已经保存的网络具体数据,就不需要经过完整的启动、网络寻找和加入过程。
CC2530的存储映射如图3-16,图3-17,图3-18。
6、系统调试与仿真分析
7、心得体会
8、参考文献
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