【正文】 。對(duì)于 OPT 型和 ROM 型的器件是使用仿真器開(kāi)發(fā)成功之后燒寫(xiě)或掩膜芯片；對(duì)于 FLASH 型則有十分方便的開(kāi)發(fā)調(diào)試環(huán)境，因?yàn)槠骷瑑?nèi)佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 有 JTAG 調(diào)試接口， 還有可電擦寫(xiě)的 FLASH 存儲(chǔ)器，因此采用先下載程序到 FLASH 內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由 JTAG 接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用的方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)。在實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下，可達(dá) A ，在 RAM 保持模式下，最低可達(dá) A 。因而可使其在 1MHz 的時(shí)鐘條件下運(yùn)行時(shí)，芯片的電流最低會(huì)在 165μ A 左右， RAM 保持模式下的最低功耗只有 A。它具有 16 位 RISC 結(jié)構(gòu)，其正交結(jié)構(gòu)突破了累加器的瓶頸，內(nèi)部有 16 個(gè)通用寄存器和常數(shù)發(fā)生器可以達(dá)到最佳的代碼效率。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 第 4 章 交通信號(hào)燈控制器硬件實(shí)現(xiàn) 整體硬件實(shí)現(xiàn)原理介紹 本文所介紹的交通信號(hào)燈控制器的硬件電路部分由主控制器電路，傳 感器電路以及交通信號(hào)燈控制器電路三部分組成。 佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 表 21 系統(tǒng)性能 比較 控制方式 系統(tǒng)成本 準(zhǔn)確率 % 交通事故下降 % 交通擁堵下降 % 系統(tǒng)功耗 可推廣性 本方法 適中 97% 75% 63% 低 很好 非智能系統(tǒng) 低廉 — — — 中 差 智能系統(tǒng) 昂貴 95% 3% 54% 高 一般 圖 31 交通信號(hào)燈控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)各功能模塊設(shè)計(jì)方案 交通信號(hào)燈 交通信號(hào)燈部分由紅黃綠三色信號(hào)燈及兩個(gè)四位數(shù)碼管組成。該控制系統(tǒng)由交通控制系統(tǒng)，車(chē)輛監(jiān)控系統(tǒng)，自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，等部分組成。 8. 主控制器根據(jù)交通監(jiān)控識(shí)別裝置采集的實(shí)時(shí)交通信息對(duì)路面狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)預(yù)測(cè)，對(duì)可能發(fā)生事故進(jìn)行預(yù)警并在主控制器的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)燈進(jìn)行顯示。 設(shè)計(jì)功能描述 本文所設(shè)計(jì)交通燈控制器主要實(shí)現(xiàn)以下功能： 1. 在東西向與南北向道路交叉十字路口的每條道路設(shè)置一組交通信號(hào)燈，每個(gè)交通信號(hào)燈有紅黃綠三色信號(hào)燈，兩個(gè)用來(lái)倒計(jì)時(shí)的數(shù)碼管，報(bào)警器。 4. 綠色化。 2. 一體化。在綠色化方面的體現(xiàn)是指交通信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)體現(xiàn)胡錦濤總書(shū)記的以人為本重要思想中人性化服務(wù)在交通控制系統(tǒng)中的體現(xiàn)。例如強(qiáng)制為車(chē)輛安裝智能車(chē)牌，這樣可以由智能系統(tǒng)直接對(duì)車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控及違規(guī)處罰。在智能化方面的體現(xiàn)是將一些人工智能技術(shù)融入其中，初步具有電子交通警察的特性，雖然還不能徹底代替交通警察的智能，但以可以輔助交通警察做一些日常事務(wù)處理。以人為本，是科學(xué)發(fā)展觀的核心。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中經(jīng)常使用到的是一種叫做射頻識(shí)別 (RFID)的技術(shù)。到目前為止這些系統(tǒng)模塊各自獨(dú)立，可單獨(dú)運(yùn)行，但卻還不能完全成為一個(gè)統(tǒng)一的整體。此時(shí)原有的交通體系已不適合解決現(xiàn)有的交通問(wèn)題，至此智能交通體系應(yīng)運(yùn)而生。 智能交通數(shù)據(jù)采集的方法 ,主要有兩種：一種是靜態(tài)數(shù)據(jù)采集，另一種是動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集。 車(chē)輛控制系統(tǒng) (AVCS) 車(chē)輛控制系統(tǒng)實(shí)際上是一種自動(dòng)駕駛技術(shù)可以為駕駛員更好的對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制提供支持，在車(chē)輛控制系統(tǒng)中采用了許多先進(jìn)的技術(shù)，為車(chē)輛更安全、更有效率的駕駛提供了保障。 ITS 系統(tǒng)將各種先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用于交通控制系統(tǒng)中，使其在交通管理與服務(wù)兩方面發(fā)揮著較為重要的作用。其次是智能交通系統(tǒng)的信息化的特點(diǎn)。在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于車(chē)輛管理與交通疏導(dǎo)方面，而在交通服務(wù)系統(tǒng)及一些前沿技術(shù)領(lǐng)域，存在著一定的不足，與發(fā)達(dá)國(guó)家還有著不小的差距。 fuzzy control。 為了實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)的智能 化，緩解局部街道車(chē)輛擁堵等問(wèn)題，對(duì)原有交通燈控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。交通的擁堵，導(dǎo)致各種交通事故頻發(fā)。 由于該交通信號(hào)燈控制器在設(shè)計(jì)中采用 Altera公司 Cyclone V系列 28nmFPGA芯片，及 Ti公司低功耗 MSP430F5XX系列 16位 MCU芯片，因此在功耗控制方面性能優(yōu)異。 智能交通系統(tǒng)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用較為成熟，尤其在日本應(yīng)用較為廣泛，其次是美國(guó)和歐洲。 ITS系統(tǒng)是一種智能的交通系統(tǒng)，它綜合運(yùn)用了多種技術(shù)手段，其中包括無(wú)線電通信技術(shù)，人工智能技術(shù)，高級(jí)信息管理技術(shù)，車(chē)流量檢測(cè)技術(shù)，模糊控制 技術(shù)等技術(shù)，除此之外，還大量使用傳感器，射頻識(shí)別電子標(biāo)簽等先進(jìn)設(shè)備。因此在各相關(guān)領(lǐng)域的行業(yè)之間進(jìn)行協(xié)作是近期重要的問(wèn)題。當(dāng)然，如果車(chē)量上安裝有 GPS 定位系統(tǒng)，那么還可以通過(guò)該系統(tǒng)來(lái)為駕駛員選擇合理的行進(jìn)路線。 緊急救援系統(tǒng) (EMS) 緊急救援系統(tǒng)英文縮寫(xiě)為 EMS，與其他智能交通系統(tǒng)的模塊不同，它與交通信息服務(wù)系統(tǒng)和交通管理系統(tǒng)以及相關(guān)的援救機(jī)構(gòu)和設(shè)備有關(guān)，通過(guò)緊急救援系統(tǒng) EMS 可以將交通管理體系與醫(yī)療機(jī)構(gòu)以及事故救援機(jī)構(gòu)整合為一 體， EMS 系統(tǒng)為交通系統(tǒng)提供排除事故車(chē)輛、拖車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)救護(hù)、車(chē)輛故障現(xiàn)場(chǎng)緊急處置等服務(wù)。隨之而來(lái) 的 汽車(chē)私有化大潮，引起了交通負(fù)荷加重，交通問(wèn)題也因此日趨嚴(yán)重。 智能交通系統(tǒng)前景展望 未 來(lái)智能交通系統(tǒng)的發(fā)展方向?qū)⒊惑w化、物聯(lián)化、綠色化、人性化四大方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指將各種物體通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，成為一個(gè)統(tǒng)一的整體。因此如何節(jié)約能源，提高能源的利用率，極為重要。 智能交通技術(shù)在本文中的應(yīng)用 本文所探討的課題是設(shè)計(jì)一種交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)。 本文所探討的交通信號(hào)燈控制器具有物聯(lián)化的特點(diǎn)。本文中雖然沒(méi)有對(duì)控制系統(tǒng)增加太陽(yáng)能電池板，但可在實(shí)際應(yīng)用中追加。 設(shè)計(jì)要求 本文對(duì)所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)等控制器的設(shè)計(jì)方案有如下要求： 1. 智能化。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器應(yīng)具有物聯(lián)化的特點(diǎn)。本文所設(shè)計(jì)的交通信號(hào)燈控制器應(yīng)具有人性化的 特點(diǎn)。 5. 在每條街道上安裝數(shù)個(gè)交通監(jiān)控識(shí)別裝置，向主控制器發(fā)送實(shí)時(shí)交通信息。而目前傳統(tǒng)的非智能交通燈無(wú)法動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)信號(hào)燈的時(shí)長(zhǎng)和頻率，因此不能根據(jù)車(chē)流量的不同對(duì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，無(wú)法有效避免交通擁堵的現(xiàn)象。各系統(tǒng)的性能對(duì)比見(jiàn)下表（表 21）。 交通控制模塊 分析由 車(chē)輛檢測(cè)模塊采集的交通數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)交通燈進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果將無(wú)線傳輸系統(tǒng)擴(kuò)展，可構(gòu)成小型基站，可對(duì)中小型城市進(jìn)行全方位覆蓋。 16位的數(shù)據(jù)寬度、 40ns 的指令周期以及多功能的 32 位硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘 加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的某些算法（如 FFT 等）。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制。 另外， MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便。 V— FPGA Cyclone174。此外，該系列集成了豐富的硬核知識(shí)產(chǎn)權(quán)模塊，例如，支持 400MHz DDR3 和 PCI Express Gen2 硬核 IP 模塊的多功能硬核存儲(chǔ)器控制器等，幫助工程師降低系統(tǒng)成本和功耗，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)突出產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。 HMC5843 包括霍尼韋爾最先進(jìn)的 1043 系列磁阻傳感器，以及霍尼韋爾研制的 ASIC 包括放大型、帶驅(qū)動(dòng)器、偏置消除、 12bit ADC 和一個(gè) I2C 系列總線接口的 ASIC。 TRF7960 采用超小 32pin QFN 的高級(jí)封裝設(shè)計(jì)，支持ISO／ IEC 14443A／ B、 ISO／ IEC 1569 ISO／ IEC 180003 以及 TI 公司的非接觸支付商務(wù)與 TagIt 應(yīng)答器產(chǎn)品系列。 圖 46 TRF7970A 系統(tǒng)各功能模塊硬件設(shè)計(jì) 主控制器電路實(shí)現(xiàn) 主控制器電路部分由 FPGA 芯片構(gòu)成的主控制電路和無(wú)線收發(fā)模塊組成。 SW 2C 80 110 0p FC 80 210 0n FC 80 31u FVC CL8 0510 nHL8 0110 0n HL8 0310 nHL8 0212 nHC 81 13. 6p FC 81 03. 6p FC 80 912 pFL8 044. 7n HX80 130 M H ZI A 4 4 3 2U 80 1VD D _R F1TX2R XP3R XN4VR _I F5GN D _D I G11VD D _D I G12SD O13SD I14SC LK15NSEL16NIRQ17XOUT18XIN19SDN20ADC_REF6GPIO_07GPIO_18GPIO_29VR_DIG10C 80 41u FC 80 61u FC 80 51u FC 80 88. 2p FC 80 73. 9p FU 80 3F PGA1 52 634789U PG22 14U 80 2OU T 23GN D2OU T 11VC 24R F _I N5VC 16E80 1AN T EN N AC 81 233 pFE80 2AN T EN N AC 81 333 pFD1LEDD2LEDD3LEDD4LEDD5LEDD6LEDLED2[2..0]LED 1 [ 2 . . 0]LED 1 0LED 1 1LED 1 2 LED 2 2LED 2 1LED 2 0SW 1c l kt u r nX80 21M H ZC 81 522 pFC 81 622 p F 圖 48 主控制器電路圖 交通信號(hào)燈控制電路實(shí)現(xiàn) 交通信號(hào)燈控制電路部分由 MSP430F5438A， IA4432，交通燈及喇叭電路，SR410561K 數(shù)碼管顯示電路組成。 JTAG 編程方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程現(xiàn)再裝到板上因此而改變，簡(jiǎn)化的流程為先固定器件到電路板上，再用 JTAG 編程，從而大大加快工程進(jìn)度。 LED / Lo ud s p ea k erPB[ 3. . 0 ]SR 41 05 6 1KPA[ 11 . . 0]I A44 3 2PC [ 4. . 0 ]M SP43 0F 54 38 APC [ 4. . 0 ]PB[ 3. . 0 ]PA[ 11 . . 0]PB[ 3. . 0 ] PC [ 4. . 0 ]PA[11..0] 圖 412 交通信號(hào)燈控制框圖 傳感器控制電路實(shí)現(xiàn) 傳感器控制電路部分由 MSP430F5438A， IA4432， TRF7970A， HMC5843，佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 THS3202 組成。其時(shí)序見(jiàn)圖 413。傳感器系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖 420，詳細(xì)電路見(jiàn)附錄。 下面介紹交通數(shù)據(jù)預(yù)處理部分（磁場(chǎng)預(yù)處理）。如果磁傳感器的敏感軸是指向右側(cè)，而車(chē)輛是由左向右行駛，那么磁場(chǎng)計(jì)首先“看到”的是減弱的磁場(chǎng)，因?yàn)楦嗟拇帕€彎向迎面開(kāi)來(lái)的車(chē)輛。模糊控制器通常包括模糊化接口、數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)、模糊推理機(jī)和解模糊接口 5 部分。如果用另一個(gè) Y 軸的傳感器放置在，比如說(shuō)， 6 英尺遠(yuǎn)的地方，就可以測(cè)量車(chē)輛通過(guò) 6 英尺時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)引起的兩個(gè)峰值信號(hào)間的時(shí)間。該曲線的特點(diǎn)是： 當(dāng)傳感器與車(chē)輛平行時(shí)出現(xiàn)峰值。主控制器采用 FPGA 芯片控制無(wú)線收發(fā)模塊，使用自制指令與其他部分進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，執(zhí)行相應(yīng)控制命令及數(shù)據(jù)分析處理，其程序使用 VHDL 語(yǔ)言編寫(xiě)。 圖 414 I2C 上拉電阻 射頻讀卡器由 TRF7970A 及高頻運(yùn)放組成。 MSP430F5438A 與上文相似，去掉交通信號(hào)燈控制 IO 端口，具有兩個(gè) SPI 接口與 IA443 TRF7970A 通信，一個(gè) JTAG 接口，一個(gè) I2C 接口與 HMC5843 通信。 具有 JTAG 口的芯片都有如下 JTAG 引腳定義： TCK—— 測(cè)試時(shí)鐘輸入； TDI—— 測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過(guò) TDI 輸入 JTAG 口； TDO—— 測(cè)試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過(guò) TDO 從 JTAG 口輸出； TMS—— 測(cè)試模式選擇， TMS 用來(lái)設(shè)置 JTAG 口處于某種特定的測(cè)試模 式。 MSP430F5438A 部分由晶體振蕩器， JTAG 接口， SPI 接口，交通信號(hào)燈控制佳木斯大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院 IO 端口，電源濾波電路組成。 FPGA 模塊與無(wú)線收發(fā)模塊之間通信傳輸使用 SPI 通信協(xié)議。由于組件很少，讀卡器 IC 耗電、占用的空間也很少，因此可以解決敏感度和噪聲衰減問(wèn)題。 HMC5843 的應(yīng)用范圍包括消費(fèi)者電子設(shè)備、汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)、個(gè)人導(dǎo)航系統(tǒng)和磁力計(jì)。為保護(hù)寶貴的 IP 投入，該系列還提供最全面的設(shè)計(jì)保護(hù)功能，包括支持易失和非易失密鑰的 256 位高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) (AES)。 Cyclone V 器件是目前市場(chǎng)上功耗最低、成本最低的 28nm FPGA。 MSP430 系列有 OPT 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些