【正文】 等功能。這樣的安排使得處理器可以同時(shí)獲取指令和數(shù)據(jù)。 圖 21 典型實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)原理圖 輸入 A/D 轉(zhuǎn)換 數(shù)字信號(hào) 處理 D/A 轉(zhuǎn)換 平滑濾波 混疊濾波 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 DSP的基本硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 世界上有許多生產(chǎn) DSP 的廠家，如 TI公司的一系列 TMS320C54X、TMS320C6000和 TMS320C55X， 以及 Motoroal公司的 DSP56200等。實(shí)時(shí)信號(hào)處理是指系統(tǒng)必須在有限的時(shí)間內(nèi)隨外部輸入信號(hào)完成指定的處理功能，即信號(hào)處理速度應(yīng)當(dāng)大于信號(hào)更新 (傳輸 )速度。DSP 處理器是一類針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域進(jìn)行了優(yōu)化的微處理器。 其詳細(xì)功能是在 路口的無(wú)緊急情況時(shí)，以時(shí)間為依據(jù)控制信號(hào)燈，使其按照正常順序運(yùn)行，而當(dāng)有緊急情況時(shí)則按照緊急處理規(guī)則改變信號(hào)燈的狀態(tài)變換。使信號(hào)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(hào)控制器的基于 DSP 的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。所以，交通燈用什么顏色也是有大學(xué)問(wèn)的呀！ 顏色也有活動(dòng) (activity)的含意，要表達(dá)熱或劇烈的話，最強(qiáng)是紅色，其次是黃色。有的紅綠燈還具備監(jiān)測(cè)車輛行駛速度的功能。 開(kāi)車的人誰(shuí)也不愿意看到停車信號(hào)。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 定。 從此，城市的交通信號(hào)燈被取締了。本文提出了基于 DSP 的交通燈綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。Each street corner contain a fixed work period, and control centercan change its period when the traffic is heavy. The design uses the intersection control TMS320VC5509 by DSP core, with a single intersection control as the research object, and the munications between PCs by using MAX232 conversion. As the minimum single intersection in the traffic work research unit， a single intersection control method is the traffic control work research foundation,which has the extremely vital significance. Keywords traffic lights。因此，一個(gè)好的交道路通燈控制系統(tǒng)，將會(huì)給道路擁擠、車輛違章控制等方面給予技術(shù)革新。隨著大規(guī)模集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，以及人工智能在控制技術(shù)方面的廣泛深入運(yùn)用，智能交通燈控 制設(shè)備有了很大的發(fā)展，是目前交通燈控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。Digital Signal Processing。 交通燈的發(fā)展 19 世紀(jì)初，在英國(guó)中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。直到 1914 年，在美國(guó)的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過(guò)，這時(shí)已是 “電氣信號(hào)燈 ”。于是紅、黃、綠三色信號(hào)燈即以一個(gè)完整的指揮信號(hào)家族，遍及全世界陸、海、空交通領(lǐng)域了。美國(guó)夏威夷大學(xué)心理學(xué)家詹姆斯指出，人有一種將剎車和油門與自尊相互聯(lián)系的傾向。 最早的交通燈出現(xiàn)于一八六八年英國(guó)倫敦。綠色則有較冷及平靜的含意。 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)。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。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)。一個(gè)典型的實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)如圖 21 所示 。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) 。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]。 在 FFT算法中，經(jīng)常要用到位碼倒序?qū)ぶ贰? 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。此階段包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。 4． 集成和系統(tǒng)測(cè)試階段。由此估算出所需 DSP運(yùn)算速度地下限。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。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。 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。 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。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。 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。 8． 返回 “ 1” 循環(huán)控制。 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。所以共形成下列 6組 。 6. 南北方向紅燈 亮， 東西方向綠燈閃爍。 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。本設(shè)計(jì) 提供了鍵盤和陣列顯示電路作為人機(jī)接口。波特率設(shè)定為 9600bps，無(wú)奇偶 校 驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位為 8位。 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。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。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。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。 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。 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。 4．儲(chǔ)存器模塊 為能記憶配置信息，這里采用了 EPROMAM29LV800。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。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 。 8. 南北方向紅燈 亮， 東兩方向 紅 燈 亮 。是不會(huì)出現(xiàn)東西南北都是綠色的等 的。 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 )。 2． 正常變換到四面紅燈 (20秒 )。 2． 南北方向綠燈閃爍。 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。 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。應(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。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。一般地浮點(diǎn) DSP精度高于定點(diǎn) DSP，但耗電量和價(jià)格也比定點(diǎn) DSP貴。如果 DSP芯片平 均在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以完成一條指令，則其指令周期等于 DSP主頻的倒數(shù)。 DSP芯片的選擇標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì) DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇 DSP芯片是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。軟件設(shè)計(jì)主要根據(jù)系統(tǒng)要求和所選的 DSP芯片編寫相應(yīng)的DSP匯編軟件。首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行算法仿真和高級(jí)語(yǔ)言模擬實(shí)現(xiàn)。而在 C54X DSP上，利用如下兩條指令就可以向外設(shè)口 (PA)輸出整序后的 FFT變換結(jié)果了： RPT15 馮諾依 曼結(jié)構(gòu) 總線 通用 處理 器核 程序 /數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 總線 程序存 儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器 DSP 處理器核 總線 哈佛 結(jié)構(gòu) 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 PORTW*AR2十 OB， PA； AR2中存放的是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)存放的基地址， ； ARO中存放的則是 FFT長(zhǎng)度的一半 。圖 22給出了兩種不同的結(jié)構(gòu)。 20世紀(jì) 80年代早期，通用微處理器通常都只有一條總線連到存儲(chǔ)器，每個(gè)時(shí)鐘周期只能訪問(wèn)一次存儲(chǔ)器，即所謂的馮諾伊曼結(jié)構(gòu)。輸入信號(hào)在進(jìn)行 A／ D 采樣時(shí)，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣頻率至少是輸入帶限信號(hào)最高頻率的 2 倍，在實(shí)際應(yīng)用中一般為 4 倍以上。同時(shí)與其它類型的微處理器相比， DSP 的指令執(zhí)行周期速度快，DSP 在速度、成本、功耗方面具有不可取代的優(yōu)勢(shì)。 該設(shè)計(jì)以 DSP TMS320VC5509 為路口控制核心， 配合 CPLD 實(shí)現(xiàn)對(duì)外部器件的控制。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將是對(duì)我 四 年來(lái)學(xué)習(xí)的一次綜合測(cè)試。 而且，由于紅光的穿透力最強(qiáng)，其他顏色的光很容易被散射，在霧天里就不容易看見(jiàn)，而紅光最不容易被散射，即使空氣能見(jiàn)度比較 低，也容易被看見(jiàn)，不會(huì)發(fā)生事故。 其實(shí) ,用這三色來(lái)作交通訊號(hào)和人的視覺(jué)機(jī)能結(jié)構(gòu)和心理反應(yīng)有關(guān)。如果此時(shí)紅燈亮了，馬上就會(huì)產(chǎn)生一種失望的感覺(jué)。 從最早的手牽皮帶到 20 世紀(jì) 50 年代的電氣控制，從采用計(jì)算機(jī)控制到現(xiàn)代化的電子定時(shí)監(jiān)控，交通信號(hào)燈在科學(xué)化、自動(dòng)化上不斷地更新、發(fā)展和完善。 隨著各種交通工具的發(fā)展和交通指揮的需要，第一盞名副其實(shí)的三色燈 (紅、黃、綠三種標(biāo)志 )于 1918 年誕生。后來(lái)，英國(guó)倫敦議會(huì)大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事故，于是人們受到紅綠裝啟發(fā)， 1868 年 12 月 10 日，信號(hào)燈家族的第一個(gè)成員就在倫敦議會(huì)大廈的廣場(chǎng)上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國(guó)機(jī)械師德 人 、 車 、路三者之間的協(xié)調(diào)已成為交通管理部門需要解決的重要問(wèn)題之一。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能 主要 有：對(duì)某市區(qū)的主要交通路口進(jìn)行控制；使各路口有固定的工作周期，并且在道路擁擠時(shí)中控中心能夠改變交通燈的變換周期。如何在現(xiàn)有道路交通設(shè)施的條件下更好的解決交通問(wèn)題才是我們目前需要考慮的。 關(guān)鍵 詞 交通燈 ； DSP； CPLD xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Design of Integrated Control System of Lights Based on DSP Abstract The age is an automatic age nowadays and With the rapid development of automobile and traffic management, the heavy traffic problem in the big sities bees more and more serious, and the solution by increasing new road and constraining the vehicle is not the most economical and effective measures. How to solve traffic problems in existing condition is worth considering. Transportation light control and the devices in many professions is closely related with , a good transportation light control system, w