【正文】 論成立的話，這個(gè)區(qū)域在佛羅伊德心理學(xué)理論中應(yīng)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(guó)倫敦。桿狀細(xì)胞對(duì)黃色的光特別敏感， 三種錐狀細(xì)胞則分別對(duì)紅光、綠光及藍(lán)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(shí)現(xiàn)最佳的交通控制 (即在有重要車輛時(shí)，改變信號(hào)燈的控制，以有利益重要車輛的快速通過(guò) )，同時(shí)系統(tǒng)又不過(guò)于復(fù)雜，這里采用了與人們生活方式密切相關(guān)的時(shí)間作為控制依據(jù)。 DSP 是 電子信息科學(xué)與技術(shù)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(chǔ)要求，而且實(shí)踐性很強(qiáng)。這將是對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行的一次實(shí)踐，使專業(yè)知識(shí)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(gè)交通網(wǎng)絡(luò)最小研究單元的單個(gè)交叉路口，對(duì)于單個(gè)路口的控制方法的研究是整個(gè)交通燈控制網(wǎng)路的研究基礎(chǔ)， 所以本設(shè)計(jì) 對(duì)于整個(gè)交通控制網(wǎng)絡(luò) 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(jié)構(gòu)特別適合各類數(shù)字信號(hào)處理算法的實(shí)現(xiàn)，從而使得產(chǎn)品易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。前者數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字的形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。一個(gè)典型的實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)如圖 21 所示 。最后，經(jīng)過(guò)處理后的信號(hào)經(jīng)過(guò) D／ A 轉(zhuǎn)換、內(nèi)插和平滑濾波得到連續(xù)的模擬信號(hào)。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(hào)處理 領(lǐng)域的專用微處理器， DSP芯片有一些共同的硬件結(jié)構(gòu)，下面詳細(xì)介紹 DSP的通用硬件結(jié)構(gòu) 。哈佛結(jié)構(gòu)允許在單周期可以進(jìn)行多次存儲(chǔ)器訪問(wèn)。即采用多總線結(jié)構(gòu)，它在片內(nèi)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(dāng)于多條指令并行執(zhí)行，從而大大提高了運(yùn)算速度。 在 FFT算法中，經(jīng)常要用到位碼倒序?qū)ぶ?。例如，?duì) FIR濾波器中的每次采樣，濾波系數(shù)的訪問(wèn)是從頭到尾連續(xù)的，然后當(dāng)處理下一次采樣的時(shí)候，再?gòu)南禂?shù)矢量的開(kāi)始進(jìn)行訪問(wèn)。 DSP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程 使用 DSP進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程如圖 23所示，包括硬件設(shè)計(jì)流程和軟件開(kāi)發(fā)步驟。例如，為實(shí)現(xiàn)針對(duì)移動(dòng)通信的視頻顯示，需要在給 定的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)上作算法選擇、模擬和實(shí)現(xiàn)。此階段包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。 3． 硬件和軟件調(diào)試階段。 4． 集成和系統(tǒng)測(cè)試階段?？偟膩?lái)說(shuō)， DSP芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)需要而確定。由此估算出所需 DSP運(yùn)算速度地下限。大多數(shù) DSP芯片可以在一 個(gè)指令周期內(nèi)完成一次 MAC運(yùn)算。則兩個(gè)參數(shù)分別對(duì)應(yīng)于定點(diǎn) DSP和浮點(diǎn) DSP芯片。累加器都為 40位。通過(guò)對(duì)算法程序和應(yīng)用目標(biāo)的仔細(xì)分析可以大致判定對(duì)DSP芯片片內(nèi)資源的要求。芯片價(jià)格是 DSP應(yīng)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(shè)計(jì)方案。 1． 運(yùn)算速度： TMS320VC5509的指令速度可以達(dá)到 200MIPS，完全可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理的要求。 TMS320VC5509的接口能方便地進(jìn)行外圍電路的設(shè)計(jì)，當(dāng)使用低速的片外存儲(chǔ)器時(shí)，可以自動(dòng)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(guò)仿真器和 CCS下載程序進(jìn)行試驗(yàn) 。在該系統(tǒng)中利用定時(shí)器中斷來(lái)控制交通燈的 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 9 亮滅以及間隔時(shí)間，同時(shí)利用了鍵盤中斷來(lái)進(jìn)行模擬突發(fā)事件發(fā)生時(shí)的控制。為使信號(hào)控制器可脫離上位機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，下位機(jī)提供鍵盤和 顯示 屏作為人機(jī)接口設(shè)備，方便現(xiàn)場(chǎng)信息的設(shè)定和修改。 由于東西和南北分別是對(duì)稱的，所以在設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)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(shù)語(yǔ) [10]及解釋只是對(duì)于本文的設(shè)計(jì)所列，以方便描述，對(duì)于本論文所描述的信號(hào)燈控制系統(tǒng)，路口配時(shí)信息的來(lái)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(lái)定。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 4． 紅黃過(guò)渡 [9]：由紅燈變?yōu)榫G燈時(shí)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(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖 23 硬件結(jié)構(gòu)框圖 1． 核心處理器 DSP 本系統(tǒng)以 TMS320VC5509作為核心處理器，它負(fù)責(zé)控制、管理整個(gè)信號(hào) 控制器的運(yùn)行，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間及時(shí)段設(shè)置方案確定當(dāng)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(fù)責(zé)各種時(shí)序轉(zhuǎn)換和片選譯碼。本設(shè)計(jì) 提供了鍵盤和陣列顯示電路作為人機(jī)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(shè)計(jì)方案、硬件設(shè)計(jì)方案和軟件設(shè)計(jì)，更細(xì)致的問(wèn)題，諸如與 DSP相關(guān)部分的設(shè)計(jì)將在以下章節(jié)中逐一進(jìn)行討論。波特率設(shè)定為 9600bps，無(wú)奇偶 校 驗(yàn)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(hào)燈，模擬信號(hào)燈的狀態(tài)輸出。 下面給出采 用 MAX708S[4]構(gòu)建的 DSP 復(fù)位電路，該復(fù)位電路可以提供低輸入電壓保護(hù)、復(fù)位時(shí)間延遲和手工復(fù)位等功能。對(duì)應(yīng)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(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 為 DSP 芯片提供 的 時(shí)鐘一般有兩種方法 ： 一種是利用 DSP 芯片內(nèi)部的晶振器構(gòu)成時(shí)鐘 電路， 即 在 DSP 芯片的 X1 和 X2/CLKIN 引腳之間接 入 一 個(gè) 晶體 ，用于 啟動(dòng)內(nèi)部振蕩器 。傳統(tǒng)方式采用的 2 分頻或 4 分頻，勢(shì)必要求 時(shí)鐘 頻率很高，在這里采用了更加靈活的可 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 編程鎖相環(huán) (PLL)， 在此模式下輸出時(shí)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(hào)的頻率是輸入信號(hào)的頻率乘上一個(gè)倍數(shù)，正是 PLL[1]把外 部基準(zhǔn)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(yīng)用的需要。 DSP（ TMS320VC5509）的外圍電路連線如圖 36 所示： CPLD及相關(guān)電路設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)所選用的 CPLD 是 Xilinx 公司的 XC95144 芯片，它有 144 個(gè)宏單元， 3200 個(gè)可用邏輯門， 100 個(gè)輸入輸出引腳 (81 個(gè)可用 I／ O 引腳 )。按照邏輯關(guān)系，編寫出邏輯控制方程，通過(guò) JTAG 接口的在線動(dòng)態(tài)可編程用專用電纜下載后，即可實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 DSP 與 CPLD 之間的連接圖如圖 38 所示： 本章小結(jié) 本章主要討論了基于 DSP 的交通等控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，對(duì)幾個(gè)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(shè)計(jì)，包括電源電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路及 JTAG 接口電路等都進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)和分析。它于這些電路的連接如圖 37 所示： 其中 MAX232 實(shí)現(xiàn)電平邏輯轉(zhuǎn)換后通過(guò) 8250 升級(jí)串口（該串口受 CPLD 的控制）將數(shù)據(jù)送入總線驅(qū)動(dòng)器中，之后由總線驅(qū)動(dòng)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入到 DSP 芯片中。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)所需的邏輯控制信號(hào)數(shù)目的分析，調(diào)試硬件時(shí)更改邏輯控制信號(hào)。 JTAG 電路設(shè)計(jì) JTAG 接口是 DSP 的調(diào)試接口，用戶可以利用 JTAG 接口完成程序的下載、調(diào)試和調(diào)試信息輸出，通過(guò)該接口可以查看 DSP 的存儲(chǔ)器、寄存器等的內(nèi)容，如果 DSP 連接了非易失存儲(chǔ)器，如 Flash 存儲(chǔ)器，還可以通過(guò) JTAG 接口 [4]完成芯片的燒錄。 后一種方法中外部時(shí)鐘源可以采用頻率穩(wěn)定的晶體振蕩器，使用方便，價(jià)格便宜， 但是設(shè)計(jì)較為繁瑣，而且本設(shè)計(jì)采用前一種方法完全可以很好的實(shí)現(xiàn)功能，并且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 。 電源電路設(shè)計(jì) C55x 芯片電源包括內(nèi)核電源和外部接口電源，器外部接口電源為 ，內(nèi)核則根據(jù)型號(hào)不同而采用不同的電壓。 硬件各模塊的具體設(shè)計(jì) 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)上電過(guò)程中，如果電源電壓還沒(méi)有穩(wěn)定，這時(shí) DSP 進(jìn)入工作狀態(tài)可能造成不可預(yù)知的后果，甚至引起硬件損壞，解決這個(gè)問(wèn)題的方法是 DSP 在上電過(guò)程中保持復(fù)位狀態(tài)，因此有必要在系統(tǒng)中加入上電復(fù)位電路。 4．儲(chǔ)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(jié)構(gòu)圖如圖 31所示 ,從圖可以看出 ,系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部份組 成： 圖 31 硬件結(jié)構(gòu)圖 1．電源和復(fù)位模塊 為整個(gè)信號(hào) 控制器 提供電源， 并且在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行復(fù)位，對(duì)系統(tǒng)起到保護(hù)作用。由于 DSP的速度較快，所以存儲(chǔ)器的讀寫時(shí)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(zhuǎn)換芯片，把 RS232電平轉(zhuǎn)換成。另一種方法是使用外部時(shí)鐘源的時(shí)鐘信號(hào)，即將外部時(shí)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(dāng)前計(jì)數(shù)值就可以確定當(dāng)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(shí)間，并可做相應(yīng)的處理， 對(duì)于計(jì)數(shù)顯示，當(dāng)處于狀態(tài) *中時(shí)需要進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，需要計(jì)算在此裝態(tài)中的計(jì)數(shù)值增量，根據(jù)增 量判斷是否更新計(jì)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(huì)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(dòng)變換與手動(dòng)給出緊急信號(hào)。 2．激活燈態(tài)設(shè)置：開(kāi)機(jī)后信號(hào)控制器立即執(zhí)行的燈色狀態(tài) (狀態(tài)：全紅，時(shí)間范圍 :5~20秒 )。 全紅狀態(tài)：所有信號(hào)燈的燈色均顯示為紅色的信 號(hào)狀態(tài)（初始或復(fù)位后如此，也用于在緊急處理完成時(shí)短暫過(guò)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(yùn)行狀態(tài)如下：由于東西和南北分別是對(duì)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 第 3章 交通燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 從結(jié)構(gòu)上講，交通信號(hào)控制器包括上位機(jī)設(shè)計(jì)和下位機(jī)設(shè)計(jì)兩部分。片內(nèi)存儲(chǔ)空間 128*16Bit；大容量 SDRAM設(shè)計(jì) ： 4M*16Bit； 2路 10bit片上 A/D接口； 8M bit擴(kuò)展 FLASH,存儲(chǔ)大量固化程序和數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)有用戶可以測(cè)試指示燈； DSP擴(kuò)展總線，包括數(shù)據(jù)、地址 、 I/O控制；控制； 4組標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展連接器，為用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)提供條件；具有 ，該電路僅用于測(cè)試和仿真； +5v電源輸入，內(nèi)部 +、 +；高保真語(yǔ)音接口設(shè)計(jì)，雙路語(yǔ)音采集，每路 48K／ s； ； 4層板設(shè)計(jì) 工 藝，穩(wěn)定可靠。 TI公司還為用戶提供了硬件平臺(tái)，有各種類型的硬件仿真器，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)軟硬件調(diào)試和硬件仿真。TMS320VC5509片 上 外設(shè)也很豐富，有 一個(gè)看門狗定時(shí)器 、 2個(gè) 20位的定時(shí)器 、 6通道直接存儲(chǔ)器存取控制器（ DMA） 、 外部存儲(chǔ)器接口（ EMIF） 等，可以滿足該系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。?yīng)從芯片的運(yùn)算速度、片上資源、功耗、開(kāi)發(fā)工具以及價(jià)格封裝等方面來(lái)考慮。在本圖像處理系統(tǒng)中，需要用到處理速度非常快的 DSP設(shè)計(jì)需要規(guī)范 確定設(shè)計(jì)目標(biāo) 算法研 究與系統(tǒng)模擬實(shí)現(xiàn) 定義系統(tǒng)性能指標(biāo) DSP 芯片選擇 硬件設(shè)計(jì) 硬件調(diào)試 軟件編程 軟件調(diào)試 系統(tǒng)集成和測(cè)試 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 芯片。用戶需要參考廠家推薦 DSP芯片典型應(yīng)用來(lái)考慮此項(xiàng)要求。 所以運(yùn)算精度要求是個(gè)折中問(wèn)題，需要在算法確定階段予以認(rèn)真考慮。一般地浮點(diǎn) DSP精度高于定