【正文】 給了我一次獨立設(shè)計的實踐機會，培養(yǎng)了我設(shè)計能力和實際工作能力，提高了我的動手能力。 論文研究內(nèi)容本文介紹了一個智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計。使信號燈能按預(yù)設(shè)的規(guī)律在不同情況下按要求有不同的配置輸出，這就是交通燈信號控制器的基于DSP的設(shè)計與實現(xiàn)。第2章 DSP芯片選擇 DSP的含義及其用途自從20世紀(jì)80年代初期第一片數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor)問世以來，DSP就以數(shù)字器件特有的穩(wěn)定性、可重復(fù)性、可大規(guī)模集成，尤其是可編程性和易于實現(xiàn)自適應(yīng)處理的特點，給數(shù)字信號處理的發(fā)展帶來巨大的機遇，使得信號處理手段更加靈活，功能更加強大。用DSP開發(fā)的產(chǎn)品其成本和風(fēng)險也比定制的IC產(chǎn)品相對要低，特別是對于批量比較少的產(chǎn)品，如果用定制IC來實現(xiàn)開發(fā)成本將難以忍受。后者數(shù)字信號處理器是用來完成數(shù)字信號處理要求的具有特殊結(jié)構(gòu)的一種微處理器，即我們經(jīng)常所說的DSP器件。輸入信號可能是人的語音信號、傳真機信號或在數(shù)字鏈路中傳輸?shù)囊曨l圖像信號。應(yīng)當(dāng)指出，并非所有的DSP系統(tǒng)都具有圖21模型中的部件。 存儲器和總線結(jié)構(gòu)DSP處理器有著更高的存儲器帶寬。哈佛結(jié)構(gòu)最通常的方法就是使用多個存儲器，每個存儲器都有自己的總線，不同的是存儲器在一個周期內(nèi)可以同時讀寫。這種分離的程序和數(shù)據(jù)總線，可允許同時獲得來自程序存儲器的指令字和來自數(shù)據(jù)存儲器的操作數(shù)而互不干擾，這樣使得其可以同時對數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行尋址。 尋址方式和傳統(tǒng)的微處理器相比，DSP提供了更多的尋址方式，以適應(yīng)DSP的特定處理要求，更多的尋址方式使DSP應(yīng)用方便靈活。在傳統(tǒng)的微處理器上，必須通過軟件編程的方法來實現(xiàn)，消耗大量的存儲空間和CPU周期。DSP處理器的地址生成單元利用這種訪問模式的可預(yù)知性，可以支持特殊的尋址模式，使得在處理一些算法時，處理器能夠有效的訪問數(shù)據(jù)。其設(shè)計步驟為：1．算法模擬階段，即根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)目標(biāo)確定系統(tǒng)性能指標(biāo)。最終找到既能滿足設(shè)計需要，運算量又盡可能少的實現(xiàn)算法。硬件設(shè)計主要根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計DSP芯片外圍電路和其他電路(如轉(zhuǎn)換、控制、存儲、輸出等電路)[4]。硬件調(diào)試一般采用硬件仿真器進(jìn)行。調(diào)試階段完成后，實時程序被固化在EPROM或者Flash里面。不同的DSP應(yīng)用系統(tǒng)由于應(yīng)用場合和目的等不盡相同，對DSP芯片的選擇也是不同的。DSP的運算速度可以用下面幾種指標(biāo)來衡量：指令周期：即執(zhí)行一條指令所需要的時間，以納秒為單位。FFT執(zhí)行時間：即運行一個N點FFT程序所需時間。2．運算精度。雖然適當(dāng)?shù)乃惴梢蕴岣摺⒈ＷC運算精度，但要相應(yīng)增加程序復(fù)雜度和運算量。幾個重要的考慮因素為：片內(nèi)RAM和ROM、外部存儲器擴(kuò)展空間、總線接口、DMA通道、定時器、中斷、串口，主機通信，通用端口和JTAG口等。一般成熟穩(wěn)定的比較適中。方案確定后，選擇DSP處理器的型號是非常重要的一個環(huán)節(jié)。2．片上硬件資源：TMS320VC5509片內(nèi)RAM容量為128K16位。4．開發(fā)工具：TI公司為用戶提供了方便的開發(fā)系統(tǒng)，如集成開發(fā)環(huán)境CCS，它支持軟件的仿真，用戶可以在制作目標(biāo)板之前，利用CCS開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行算法仿真。其低功耗設(shè)計，比上一代C54XX器件功耗低30%左右；處理速度更快，雙核結(jié)構(gòu)，處理速度400MIPS；軟件程序兼容C54XX DSP。 本章小結(jié)本章主要對DSP做了一些簡介，首先介紹了DSP的含義和基本的硬件結(jié)構(gòu)以及芯片的一些特點，之后簡略介紹了DSP系統(tǒng)的設(shè)計流程以及對DSP芯片選擇所要關(guān)注的標(biāo)準(zhǔn)，最后綜合說明了本設(shè)計所選擇地DSP芯片，并且對所選的芯片做了簡要的介紹。 交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容 交通燈的運行實例實例如圖31所示：路口北路口西路口南路口東圖 31 交通燈實例首先以一個路口為例簡單介紹交通燈信號控制的運行情況。交通通控制信號順序如下：1．南北方向綠燈，東西紅燈(20秒)。5．東西方向綠燈(20秒)。而當(dāng)有緊急情況時則做緊急情況處理：當(dāng)重要車隊通過或急救車通過時，交通警察手動控制給出緊急信號[3],交通燈信號的變換跳出原有正常順序坐下列變換：1．當(dāng)任意方向通行剩余時間多于10秒，將時間改成10秒。 術(shù)語和解釋信號狀態(tài)：在一個信號周期內(nèi)，東西、南北所顯示的交通燈的狀態(tài)（即紅黃綠中的一個狀態(tài)）。 交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計要求 交通燈控制系統(tǒng)基本功能設(shè)置1．時間設(shè)置：以時間為變量控制交通燈的變換，以及狀態(tài)停留時間，和倒計時顯示。5．常態(tài)：燈態(tài)之間直接變換不經(jīng)過閃爍階段。1．東西紅 2．東西黃 3．東西綠 4．南北紅 5．南北黃 6．南北綠但是他們所組成的狀態(tài)組合不是任意的因為這是一個實際的交通燈控制系統(tǒng)。3. 南北方向黃燈亮， 東西方向紅燈亮。7. 南北方向紅燈亮， 東兩方向黃燈亮。此設(shè)計的狀態(tài)機[3]如下：表 31 狀態(tài)機狀態(tài)編號信號燈狀態(tài)狀態(tài)定義保持時間（計數(shù)值，起始值，結(jié)束時間）計數(shù)顯示1南北綠， 東西紅statusNSGreenEWRed20s(160,0,159)2002南北綠閃，東西紅statusNSFlashEWRed6s(24,160,183)03南北黃， 東西紅statusNSYellowEWRed4s(16,184,199)204南北紅， 東西黃statusNSRedEWYellow4s (16,200,215)205南北紅， 東西綠statusNSRedEWGreen20s(160,216,375)2016南北紅, 東西綠閃statusNSRedEWFlash6s (24,376,399)07南北紅， 東西黃statusNSRedEWYellow4s(16,400,415)208南北黃， 東西紅statusNSYellowEWRed4s(16,416,431)20*南北紅， 東西紅statusNSRedEWRed20s(160,0,159)201其中，正常順序為1—8 ，時間為112秒（計數(shù)值為448）沒4個計數(shù)值為1秒，狀態(tài)“*”則是非順序狀態(tài)。2．時鐘電路為DSP芯片提供的時鐘一般有兩種方法：一種是利用DSP芯片內(nèi)部的晶振器構(gòu)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(nèi)部振蕩器。4．串行通訊接口信號控制器的各種參數(shù)可由PC機設(shè)定，并通過串口下載到DSP中。6．非易失存儲器為使用戶所設(shè)定的配時信息掉電后不丟失，這里采用非易失存儲器AM29LV800[3]存儲信號控制器的各種參數(shù)。第4章 硬件部分的設(shè)計本設(shè)計的硬件主要由DSP和CPLD組成,其它各模塊由兩者共同控制鍵盤作為輸入，液晶屏及燈板作為輸出。3．處理系統(tǒng)CPU采用TM320VC5509 作為芯片控制元件，地址分配及邏輯時序由CPLD提供。7．時鐘模塊由內(nèi)置晶振構(gòu)成的時鐘電路為系統(tǒng)提供時間基準(zhǔn)。圖 32 復(fù)位電路圖中DSPRET為DSP復(fù)位信號，INT為DSP低電壓報警信號，復(fù)位電路將向DSP發(fā)出低電壓中斷信號。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。PLL鎖定模式的時鐘具體設(shè)計請參考第五章第二節(jié)。這一基于EEPROM的器件能夠提供組合和傳輸延遲在15 ns以內(nèi)，它的輸入寄存器建立時間非常短，而且能夠提供多個系統(tǒng)時鐘，具有可編程的速度／功率控制。本設(shè)計中CPLD主要完成的功能有：對非易失存儲器Flash的控制、顯示陣列和信號燈模擬電路的控制，此外還和配合MAX232實現(xiàn)DSP與PC機之間的通訊[12]。圖 36 DSP的外圍電路圖 37 CPLD的外圍電路連接圖 38 DSP與CPLD之間的連接圖第5章 軟件部分的設(shè)計 CCS 集成開發(fā)環(huán)境DSP 芯片的開發(fā)工具可以分為代碼生成工具和代碼調(diào)試工具兩類。它具有完全集成的開發(fā)環(huán)境，高度集成的源代碼編輯器，支持編輯和調(diào)試的后臺編輯，可對C語言源文件和DSP匯編語言文件的目標(biāo)管理，文件探針在算法中通過文件提取或加入信號和數(shù)據(jù)，并可以在后臺執(zhí)行DOS程序，具有強大的圖形分析功能，方便的代數(shù)分解窗口，有在任何算法點觀察信號的圖形窗口探針和狀態(tài)觀察窗口。2．方便的應(yīng)用程序生成特性：CCS使用工程來管理整個應(yīng)用程序設(shè)計的所有文檔，工程中可以包含C語言源代碼、匯編源代碼、庫文件、鏈接命令文件、頭文件和目標(biāo)文件等。034PLL ENABLE01PLL使能：使能，為鎖定模式 禁止， 為旁路模式 32BYPASS DIV00011X旁路下的分頻值：1分頻 2分頻 4分頻1BREAKLN01錯誤狀態(tài)： PLL失鎖 鎖定狀態(tài)或有對CLKMD的寫操作0LOCK01鎖定狀態(tài)： PLL處于旁路模式 PLL處于旁路模式 時鐘工作模式在時鐘模式寄存器中的PLL ENABLE位控制PLL的兩個工作模式。2. 鎖定模式(LOCK)如果PLL ENABLE=1,PLL工作于鎖定模式，輸出的時鐘頻率有下面的公式確定： 輸出頻率/輸入頻率=PLL MULT / PLL DIV 時鐘模式的初始化設(shè)定 本設(shè)計所采用的輸入時鐘頻率為12HZ,而輸出的時鐘應(yīng)該為16HZ,所采用的工作模式為鎖定模式，根據(jù)上面的資料應(yīng)該是PLL DIV=01,PLLMULT=00000, PLL ENABLE =1,但這些標(biāo)志位并不是獨立的，因此無法單獨賦值，只能通過CKLMD[2]進(jìn)行間接賦值 ，如若給PLL DIV賦值“01” ，只能通過*clkmd |=0x20 來實現(xiàn)，本設(shè)計對clkmd的初始化設(shè)置如下：void PLL_Init(int freq){ int i。 = DSP_CLKIN。= ~0x10。 i!= 0 。= ~0x4000。 *clkmd amp。= ~0x60。 *clkmd |= 7。i++)。i=*clkmdamp。當(dāng)寫入CTRLR的數(shù)據(jù)（8位有效值）的高兩位為“00”時，數(shù)據(jù)的低六位將被寫入EWR寄存器；當(dāng)兩位的值為“01”時，寫入SNR寄存器[3]。 break。 break。 break。 break。 break。 break。 break。為8*8的點陣，本設(shè)計采用8*4顯示一個數(shù)字共顯示兩位計數(shù)，為倒計時，每秒改變計數(shù)顯示。000B， 第8列數(shù)據(jù)取反 ； 001B， 第7列數(shù)據(jù)取反；010B， 第6列數(shù)據(jù)取反 ； 011B， 第5列數(shù)據(jù)取反；100B， 第4列數(shù)據(jù)取反 ； 101B， 第3列數(shù)據(jù)取反；110B， 第2列數(shù)據(jù)取反 ； 111B， 第1列數(shù)據(jù)取反.。由于本設(shè)計采用8*4點陣為一個數(shù)字模塊，所以上面一行中有兩個數(shù)字以第一行為例，所顯示的字符為“0”和“1”，對應(yīng)的陣列值如表54所示：表 54 0和1陣列值0x7E0x810x810x7E0x000x020xFF0x000110001010010110100100101001001010010010100100101001001001100010數(shù)字 “0”數(shù)字 “1”由于是0被點亮，但是在程序中是將數(shù)值取反后再送入的，因此上表中的數(shù)字“1”是被點亮的，所形成的圖形就是“01”。 kk=kkk%10*4。 ledbuf[3i]=~led[kk+i]。i4。將緩存中的點陣發(fā)送到二極管顯示的子程序為：void RefreshLEDArray1(){ int i。 CTRLA=ledbuf[i]。k++ ) { ledbuf[k]=0x0ff。通用定時器有由兩個計數(shù)器提供的多達(dá)20位的動態(tài)范圍。 //聲明幾個變量地址，使之對應(yīng)定時器的寄存器地址 ioport unsigned int *prd0。=prsc0 = //清0，tim為16位減計數(shù)器*prd0 = 37500。 初時化步驟如下：1．確定定時器被關(guān)閉（TSS=1）并使得定時器裝載功能(TLB)有效，并且TCR其他控制位設(shè)置合理。2．通過寫入PRSC中的TDDR來裝載希望的預(yù)定標(biāo)計數(shù)器3．裝載主計數(shù)器周期到PRD中4．打開定時器裝載(TLB=0)并打開定時器(TSS=0).定時器開始工作時，TIM保留裝載到PRD中的值，psc保留裝載到TDDR中的值。簡要介紹了DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS；給出了程序流程圖，對系統(tǒng)初始化的內(nèi)容進(jìn)行了簡單介紹；詳細(xì)的介紹了基于DSP實現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的程序設(shè)計。路口的無緊急情況時，以時間為依據(jù)控制信號燈按照正常順序運行，而當(dāng)有緊急情況時則按照緊急處理規(guī)則改變信號燈的狀態(tài)變換。3．信號燈控制系統(tǒng)應(yīng)采用各種措施提高信號控制器的穩(wěn)定度，信號燈控制系統(tǒng)工作穩(wěn)定要信號燈控制系統(tǒng)的功能更重要，系統(tǒng)設(shè)計中穩(wěn)定、可靠要放在第一位。最終，用高速數(shù)字信號處理器DSP等快速高效處理器和各學(xué)科知識相結(jié)合實現(xiàn)穩(wěn)定可靠、功能完善、智能化，人性化的交通信號控制器，滿足未來現(xiàn)代化交通事業(yè)的要求。感謝實驗室各位師兄師姐師弟師妹對我的支持，感謝所有支持和幫助我的老