【正文】 的話，這個區(qū)域在佛羅伊德心理學理論中應該是屬于超我 （ supere go） 而非本能（ id）的范疇。 最早的交通燈出現(xiàn)于一八六八年英國倫敦。桿狀細胞對黃色的光特別敏感， 三種錐狀細胞則分別對紅光、綠光及藍光最敏感。綠色則有較冷及平靜的含意。 本課題的研究目的和意義 為了使交通燈的控制更加靈活，適合各種突發(fā)情況，實現(xiàn)最佳的交通控制 (即在有重要車輛時，改變信號燈的控制，以有利益重要車輛的快速通過 )，同時系統(tǒng)又不過于復雜，這里采用了與人們生活方式密切相關的時間作為控制依據(jù)。 DSP 是 電子信息科學與技術專業(yè)的 一門重要的專業(yè)課，該課程不但有較高的理論基礎要求，而且實踐性很強。這將是對所學知識進行的一次實踐，使專業(yè)知識得到鞏固和加深。所以，路口交通燈的控制規(guī)律是以是否有緊急情況而發(fā)生改變。作為整個交通網(wǎng)絡最小研究單元的單個交叉路口，對于單個路口的控制方法的研究是整個交通燈控制網(wǎng)路的研究基礎， 所以本設計 對于整個交通控制網(wǎng)絡 有 著 非常重要的意義。和普通的微處理器相比，它們具有特殊的硬件結構特別適合各類數(shù)字信號處理算法的實現(xiàn)，從而使得產(chǎn)品易于實現(xiàn)和維護。前者數(shù)字信號處理是利用計算機或專用處理設備，以數(shù)字的形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。一個典型的實時信號處理系統(tǒng)如圖 21 所示 。最后，經(jīng)過處理后的信號經(jīng)過 D／ A 轉換、內插和平滑濾波得到連續(xù)的模擬信號。各廠家生產(chǎn)的芯片的具體功能有所不同，但是一般而言 DSP作為數(shù)字信號處理 領域的專用微處理器， DSP芯片有一些共同的硬件結構，下面詳細介紹 DSP的通用硬件結構 。哈佛結構允許在單周期可以進行多次存儲器訪問。即采用多總線結構，它在片內至少有四套總線：程序地址總線、程序數(shù)據(jù)總線、數(shù)據(jù)的地址總線和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線 [2]。則相當于多條指令并行執(zhí)行，從而大大提高了運算速度。 在 FFT算法中，經(jīng)常要用到位碼倒序尋址。例如，對 FIR濾波器中的每次采樣，濾波系數(shù)的訪問是從頭到尾連續(xù)的，然后當處理下一次采樣的時候，再從系數(shù)矢量的開始進行訪問。 DSP系統(tǒng)的設計流程 使用 DSP進行系統(tǒng)設計的一般流程如圖 23所示，包括硬件設計流程和軟件開發(fā)步驟。例如，為實現(xiàn)針對移動通信的視頻顯示，需要在給 定的實現(xiàn)目標上作算法選擇、模擬和實現(xiàn)。此階段包括硬件設計和軟件設計兩個方面。 3． 硬件和軟件調試階段。 4． 集成和系統(tǒng)測試階段。總的來說， DSP芯片的選擇應根據(jù)實際的應用系統(tǒng)需要而確定。由此估算出所需 DSP運算速度地下限。大多數(shù) DSP芯片可以在一 個指令周期內完成一次 MAC運算。則兩個參數(shù)分別對應于定點 DSP和浮點 DSP芯片。累加器都為 40位。通過對算法程序和應用目標的仔細分析可以大致判定對DSP芯片片內資源的要求。芯片價格是 DSP應用產(chǎn)品民用化的重要決定因素。 本系統(tǒng)所用 DSP 介紹 DSP芯片選擇原因 該系統(tǒng)選用 DSP設計方案。 1． 運算速度： TMS320VC5509的指令速度可以達到 200MIPS，完全可以實現(xiàn)實時處理的要求。 TMS320VC5509的接口能方便地進行外圍電路的設計，當使用低速的片外存儲器時，可以自動插入等待周期，以解決速 度的匹配。該片上的 資源有 16Mbit flash 、 196k*16bit SRAM 、 2500gate CPLD 模版上留有 JTAG插口， 用戶可以通過仿真器和 CCS下載程序進行試驗 。在該系統(tǒng)中利用定時器中斷來控制交通燈的 哈爾濱理工大學學士學位論文 9 亮滅以及間隔時間，同時利用了鍵盤中斷來進行模擬突發(fā)事件發(fā)生時的控制。為使信號控制器可脫離上位機單獨運行，下位機提供鍵盤和 顯示 屏作為人機接口設備，方便現(xiàn)場信息的設定和修改。 由于東西和南北分別是對稱的，所以在設計時只需考慮西路口和北路口情況，在正常情況下路口燈的變化將按照下列順序進行正常 的 變換。 4． 南北方向紅燈，東西方向黃燈。 8． 返回 “ 1” 循環(huán)控制。 在緊急情況處理完畢后再回到正常順序。 上面的術語 [10]及解釋只是對于本文的設計所列，以方便描述，對于本論文所描述的信號燈控制系統(tǒng)，路口配時信息的來源，依靠在路口處的交警根據(jù)是否有重要車輛或突發(fā)情況來定。 哈爾濱理工大學學士學位論文 12 4． 紅黃過渡 [9]：由紅燈變?yōu)榫G燈時的燈態(tài) (A：常態(tài)， B：紅黃同亮 )。所以共形成下列 6組 。 2. 南北方向綠燈閃爍 ， 東西 方向 紅燈 亮 。 6. 南北方向紅燈 亮， 東西方向綠燈閃爍。對于突發(fā)情況，可以采用在正常順序中插入特殊控制序列方法來實現(xiàn)。 圖 23 硬件結構框圖 1． 核心處理器 DSP 本系統(tǒng)以 TMS320VC5509作為核心處理器，它負責控制、管理整個信號 控制器的運行，根據(jù)當前時間及時段設置方案確定當前的 狀態(tài) 方案 或處理 方案，從而控制路口的交通燈按照 先前 配要求指示路口的放 行狀況。主要負責各種時序轉換和片選譯碼。本設計 提供了鍵盤和陣列顯示電路作為人機接口。主要從系統(tǒng)的總體出發(fā)，分別介紹了系統(tǒng)總體設計方案、硬件設計方案和軟件設計，更細致的問題，諸如與 DSP相關部分的設計將在以下章節(jié)中逐一進行討論。波特率設定為 9600bps，無奇偶 校 驗位，數(shù)據(jù)位為 8位。 6．輸出燈模塊 以發(fā)光二極管代替信號燈，模擬信號燈的狀態(tài)輸出。 下面給出采 用 MAX708S[4]構建的 DSP 復位電路，該復位電路可以提供低輸入電壓保護、復位時間延遲和手工復位等功能。對應的電路連線如 圖 33所示： NC1NC2I G N D3/ E N 14I N I5I N I6NC7NC82 G N D9/ N E 210I N 211I N 212NC13NC14NC15NC16O U T 217O U T 218S E N S E 219NC20NC21/ R S T 222O U T 223O U T 124F B I / S E25NC26NC27R S T 128Y8T P S 7 3 H D 3 0 1C 1 41 04C 1 51 04C 1 61 04C 1 91 0UC 1 71 0UC 1 8C A PR 4 22 50 K3 R S TV C CV C C3 R S TR 4 32 10 KR 4 47 5K1 .6 V3 .3 V 圖 33 電源電路 時鐘電路設計 為 DSP 芯片提供 的 時鐘一般有兩種方法 ： 一種是利用 DSP 芯片內部的晶振器構成時鐘 電路， 即 在 DSP 芯片的 X1 和 X2/CLKIN 引腳之間接 入 一 個 晶體 ，用于 啟動內部振蕩器 。傳統(tǒng)方式采用的 2 分頻或 4 分頻，勢必要求 時鐘 頻率很高，在這里采用了更加靈活的可 哈爾濱理工大學學士學位論文 18 編程鎖相環(huán) (PLL)， 在此模式下輸出時鐘頻率可以由以下公式確定： 輸出頻率 /輸入頻率 =PLL MULT/(PLL DIV+1) PLL 具有倍頻 和分頻 的功能，其輸出信號的頻率是輸入信號的頻率乘上一個倍數(shù)，正是 PLL[1]把外 部基準頻率變成多種頻率提供給不同的 具 體系統(tǒng)， 以滿足各種應用的需要。 DSP（ TMS320VC5509）的外圍電路連線如圖 36 所示： CPLD 及相關電路設計 本文設計所選用的 CPLD 是 Xilinx 公司的 XC95144 芯片，它有 144 個宏單元， 3200 個可用邏輯門， 100 個輸入輸出引腳 (81 個可用 I／ O 引腳 )。按照邏輯關系，編寫出邏輯控制方程，通過 JTAG 接口的在線動態(tài)可編程用專用電纜下載后，即可實現(xiàn)邏輯控制。 DSP 與 CPLD 之間的連接圖如圖 38 所示： 本章小結 本章主要討論了基于 DSP 的交通等控制系統(tǒng)的硬件設計，對幾個主要部分的硬件電路，包括 TMS320VC540 XC95144 和它們之間的接口電路以及 DSP硬件系統(tǒng)的基本設計，包括電源電路、復位電路、時鐘電路及 JTAG 接口電路等都進行了詳細的設計和分析。它于這些電路的連接如圖 37 所示： 其中 MAX232 實現(xiàn)電平邏輯轉換后通過 8250 升級串口（該串口受 CPLD 的控制）將數(shù)據(jù)送入總線驅動器中，之后由總線驅動器將數(shù)據(jù)轉入到 DSP 芯片中。通過對系統(tǒng)所需的邏輯控制信號數(shù)目的分析，調試硬件時更改邏輯控制信號。 JTAG 電路設計 JTAG 接口是 DSP 的調試接口，用戶可以利用 JTAG 接口完成程序的下載、調試和調試信息輸出，通過該接口可以查看 DSP 的存儲器、寄存器等的內容，如果 DSP 連接了非易失存儲器，如 Flash 存儲器，還可以通過 JTAG 接口 [4]完成芯片的燒錄。 后一種方法中外部時鐘源可以采用頻率穩(wěn)定的晶體振蕩器，使用方便，價格便宜， 但是設計較為繁瑣，而且本設計采用前一種方法完全可以很好的實現(xiàn)功能，并且設計簡單 。 電源電路設計 C55x 芯片電源包括內核電源和外部接口電源，器外部接口電源為 ，內核則根據(jù)型號不同而采用不同的電壓。 硬件各模塊的具體設計 復位電路設計 在系統(tǒng)上電過程中，如果電源電壓還沒有穩(wěn)定，這時 DSP 進入工作狀態(tài)可能造成不可預知的后果，甚至引起硬件損壞，解決這個問題的方法是 DSP 在上電過程中保持復位狀態(tài)，因此有必要在系統(tǒng)中加入上電復位電路。 4．儲存器模塊 為能記憶配置信息，這里采用了 EPROMAM29LV800。 硬件組成 硬件結構圖如圖 31所示 ,從圖可以看出 ,系統(tǒng)主要由以下幾個部份組 成： 圖 31 硬件結構圖 1．電源和復位模塊 為整個信號 控制器 提供電源， 并且在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時進行復位，對系統(tǒng)起到保護作用。由于 DSP的速度較快，所以存儲器的讀寫時序由 CPLD配合 DSP完成。由于 DSP的邏輯電平為 ，所以采用 MAX3232作為電平轉換芯片，把 RS232電平轉換成。另一種方法是使用外部時鐘源的時鐘信號，即將外部時鐘源加到 DSP芯片的 X2/CLKIN引腳， 而 X1引腳懸空 。 這樣，只要根據(jù)當前計數(shù)值就可以確定當前的狀態(tài)，根據(jù)此狀態(tài)給出等組的狀態(tài)以及顯示時間，并可做相應的處理， 對于計數(shù)顯示，當處于狀態(tài) *中時需要進行倒計時，需要計算在此裝態(tài)中的計數(shù)值增量，根據(jù)增 量判斷是否更新計數(shù)顯示。 8. 南北方向紅燈 亮， 東兩方向 紅 燈 亮 。 4. 南北方向紅燈 亮 ， 東西方向黃燈 亮 。是不會出現(xiàn)東西南北都是綠色的等 的。 6． 交通燈控制系統(tǒng) 自動變換與手動給出緊急信號。 2．激活燈態(tài)設置：開機后信號控制器立即執(zhí)行的燈色狀態(tài) (狀態(tài)：全紅，時間范圍 :5~20秒 )。 全紅狀態(tài)：所有信號燈的燈色均顯示為紅色的信 號狀態(tài)（初始或復位后如此，也用于在緊急處理完成時短暫過度）。 2． 正常變換到四面紅燈 (20秒 )。 6． 東西方向綠燈閃爍。 2． 南北方向綠燈閃爍。它的運行狀態(tài)如下：由于東西和南北分別是對稱的，所以這里只給出西路口和 南 路口情況，在正常情況下路口燈 的變化將按照下列順序 。 哈爾濱理工大學學士學位論文 10 第 3章 交通燈控制系統(tǒng)的總體設計 從結構上講，交通信號控制器包括上位機設計和下位機設計兩部分。片內存儲空間 128*16Bit；大容量 SDRAM設計 ： 4M*16Bit； 2路 10bit片上 A/D接口； 8M bit擴展 FLASH,存儲大量固化程序和數(shù)據(jù)；設計有用戶可以測試指示燈； DSP擴展總線，包括數(shù)據(jù)、地址 、 I/O控制；控制； 4組標準擴展連接器，為用戶進行二次開發(fā)提供條件；具有 ，該電路僅用于測試和仿真； +5v電源輸入，內部 +、 +；高保真語音接口設計，雙路語音采集，每路 48K／ s； ； 4層板設計 工 藝，穩(wěn)定可靠。 TI公司還為用戶提供了硬件平臺，有各種類型的硬件仿真器，可對系統(tǒng)進行實時軟硬件調試和硬件仿真。TMS320VC5509片 上 外設也很豐富，有 一個看門狗定時器 、 2個 20位的定時器 、 6通道直接存儲器存取控制器（ DMA） 、 外部存儲器接口（ EMIF） 等，可以滿足該系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。應從芯片的運算速度、片上資源、功耗、開發(fā)工具以及價格封裝等方面來考慮。在本圖像處理系統(tǒng)中，需要用到處理速度非?？斓?DSP設計需要規(guī)范 確定設計目標 算法研 究與系統(tǒng)模擬實現(xiàn) 定義系統(tǒng)性能指標 DSP 芯片選擇 硬件設計 硬件調試 軟件編程 軟件調試 系統(tǒng)集成和測試 哈爾濱理工大學學士學位論文 8 芯片。用戶需要參考廠家推薦 DSP芯片典型應用來考慮此項要求。 所以運算精度要求是個折中問題，需要在算法確定階段予以認真考慮。一般地浮點 DSP精度高于定點 DS