畢業(yè)論文--基于dsp的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(含外文翻譯）

1、<p>　　基于DSP的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　當(dāng)今時(shí)代是一個(gè)自動(dòng)化時(shí)代，隨著汽車業(yè)與交通運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，大中城市的道路交通的控制也問題日益突出，然而增加道路以及對(duì)車輛運(yùn)行的限制已不是解決該問題最經(jīng)濟(jì)有效的辦法。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題才是我們目前需要考慮的。</p

2、><p>　　道路交通燈的控制和很多行業(yè)的設(shè)備都與計(jì)算機(jī)密切相關(guān)。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。</p><p>　　本文介紹了一個(gè)智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該智能交通燈控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功

3、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。</p><p>　　該設(shè)計(jì)以DSP TMS320VC5509為路口控制核心，以單個(gè)路口控制為研究對(duì)象，與PC機(jī)之間的的通信采用MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。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)，具有非常重要的意義。</p>

4、<p>　　關(guān)鍵詞　交通燈；DSP；CPLD</p><p>　　Design of Integrated Control System of Lights Based on DSP</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The age is an automatic age nowadays an

5、d With the rapid development of automobile and traffic management, the heavy traffic problem in the big sities becomes more and more serious, and the solution by increasing new road and constraining the vehicle is not th

6、e most economical and effective measures. How to solve traffic problems in existing condition is worth considering.</p><p>　　Transportation light control and the devices in many professions is closely relate

7、d with computers.Therefore, a good transportation light control system, will give technique innovation hustle for the road, the illegal control etc.Along with the technical quick development of the large scale integratio

8、n,the computer techknowledge, and the wide use of the artificial intelligence in the control system, the intelligence control equipment have a very big development, which is the essential direction </p><p>　

9、　This article introduces a design of an intelligence transportation light system.The intelligence's transportation light control system can carry out of these functions:Carry on the main transportation street corner

10、s of some downtown;Each street corner contain a fixed work period, and control centercan change its period when the traffic is heavy.</p><p>　　The design uses the intersection control TMS320VC5509 by DSP cor

11、e, with a single intersection control as the research object, and the communications between PCs by using MAX232 conversion. As the minimum single intersection in the traffic network research unit，a single intersection c

12、ontrol method is the traffic control network research foundation,which has the extremely vital significance. </p><p>　　Keywords　traffic lights;Digital Signal Processing;CPLD</p><p><b>　　目錄

13、</b></p><p><b>　　摘要……I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 本課題的研究背景1</p><p>　　1.2 交通燈的發(fā)展1</p

14、><p>　　1.3 本課題的研究目的和意義2</p><p>　　1.4 論文研究內(nèi)容3</p><p>　　第2章 DSP芯片選擇4</p><p>　　2.1 DSP的含義及其用途4</p><p>　　2.2 DSP的基本硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5</p><p>　　2.2.1 存儲(chǔ)器和總線

15、結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.2.2 尋址方式5</p><p>　　2.3 DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程6</p><p>　　2.4 DSP芯片的選擇標(biāo)準(zhǔn)6</p><p>　　2.5 本系統(tǒng)所用DSP介紹8</p><p>　　2.5.1 DSP芯片選擇原因8</p><p>　　2

16、.5.2 TMS320VC5509介紹8</p><p>　　2.6 本章小結(jié)9</p><p>　　第3章 交通燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容10</p><p>　　3.1.1 交通燈的運(yùn)行實(shí)例10</p><p>　　3.1.2 術(shù)語和解釋11</

17、p><p>　　3.2 交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求11</p><p>　　3.2.1 交通燈控制系統(tǒng)基本功能設(shè)置11</p><p>　　3.2.2 燈組的設(shè)置12</p><p>　　3.2.3 階段設(shè)置與時(shí)段設(shè)置12</p><p>　　3.3 硬件總體實(shí)現(xiàn)13</p><p>　　3

18、.4 本章小結(jié)14</p><p>　　第4章 硬件部分的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.1 硬件組成15</p><p>　　4.2 硬件各模塊的具體設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.2.1 復(fù)位電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.2.2 電源電路設(shè)計(jì)16</p><p>　　

19、4.2.3 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.2.4 JTAG電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.3 DSP與外圍電路的連接18</p><p>　　4.4 CPLD及相關(guān)電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.5 DSP與CPLD之間的連接19</p><p>　　4.6 本章小結(jié)19</p

20、><p>　　第5章 軟件部分的設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.1 CCS 集成開發(fā)環(huán)境23</p><p>　　5.2 總體設(shè)計(jì)流程圖24</p><p>　　5.3 時(shí)鐘發(fā)生器25</p><p>　　5.3.1 時(shí)鐘模式寄存器25</p><p>　　5.3.2 時(shí)鐘工作模式26

21、</p><p>　　5.3.3 時(shí)鐘模式的初始化設(shè)定26</p><p>　　5.4 信號(hào)燈的控制模塊27</p><p>　　5.5 顯示陣列的數(shù)字顯示29</p><p>　　5.5.1 陣列數(shù)字顯示29</p><p>　　5.6 通用定時(shí)器31</p><p>　　5.7 主

22、程序設(shè)計(jì)32</p><p>　　5.8 本章小結(jié)32</p><p><b>　　結(jié)論34</b></p><p><b>　　致謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p><b>　　附錄A

23、37</b></p><p><b>　　附錄B41</b></p><p><b>　　附錄C45</b></p><p><b>　　附錄D48</b></p><p>　　千萬不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印。在目錄上點(diǎn)右鍵“更新域”，然后“更新整個(gè)

24、目錄”。打印前，不要忘記把上面“Abstract”這一行后加一空</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　本課題的研究背景</b></p><p>　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。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題之一。城市交通控制系

25、統(tǒng)城市交通數(shù)據(jù)檢測(cè)，交通燈信號(hào)控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，他是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。如何采用適合的控制方法，最大限度的利用好耗費(fèi)巨資修建的城市道路，緩解主干道與匝道，市區(qū)同周邊城區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。而DSP是伴隨著微電子學(xué)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展而產(chǎn)生的，是體現(xiàn)這三個(gè)學(xué)科綜合科研成果的器件。由于他的特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以把數(shù)字信號(hào)處理中的

26、一些理論和算法實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，并逐步進(jìn)入控制市場，因而在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。本文提出了基于DSP的交通燈綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　交通燈的發(fā)展</b></p><p>　　19世紀(jì)初，在英國中部的約克城，紅、綠裝分別代表女性的不同身份。其中，著紅裝的女人表示我已結(jié)婚，而著綠裝的女人則是未婚者。后來，英國倫敦議會(huì)大廈前經(jīng)常發(fā)生馬車軋人的事

27、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)大廈的廣場上誕生了，由當(dāng)時(shí)英國機(jī)械師德·哈特設(shè)計(jì)、制造的燈柱高7米，身上掛著一盞紅、綠兩色的提燈--煤氣交通信號(hào)燈，這是城市街道的第一盞信號(hào)燈。在燈的腳下，一名手持長桿的警察隨心所欲地牽動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)換提燈的顏色。后來在信號(hào)燈的中心裝上煤氣燈罩，它的前面有兩塊紅、綠玻璃交替遮擋。不幸的是只面世23天的煤氣燈突然爆炸自滅，使一位正在值勤的警察也因此斷

28、送了性命。 </p><p>　　從此，城市的交通信號(hào)燈被取締了。直到1914年，在美國的克利夫蘭市才率先恢復(fù)了紅綠燈，不過，這時(shí)已是“電氣信號(hào)燈”。稍后又在紐約和芝加哥等城市，相繼重新出現(xiàn)了交通信號(hào)燈。 </p><p>　　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。它是三色圓形四面投影器，被安裝在紐約市五號(hào)街的一座高塔上，由于

29、它的誕生，使城市交通大為改善。 </p><p>　　黃色信號(hào)燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎，他懷著“科學(xué)救國”的抱負(fù)到美國深造，在大發(fā)明家愛迪生為董事長的美國通用電器公司任職員。一天，他站在繁華的十字路口等待綠燈信號(hào)，當(dāng)他看到紅燈而正要過去時(shí)，一輛轉(zhuǎn)彎的汽車呼地一聲擦身而過，嚇了他一身冷汗。回到宿舍，他反復(fù)琢磨，終于想到在紅、綠燈中間再加上一個(gè)黃色信號(hào)燈，提醒人們注意危險(xiǎn)。他的建議立即得到有關(guān)方面的肯定。于是紅、黃、

30、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。</p><p>　　中國最早的馬路紅綠燈，是于1928年出現(xiàn)在上海的英租界。</p><p>　　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。</p><p>　　交通指揮燈是非裔美國人加萊特在192

31、3年發(fā)明的。此前，鐵路交通已經(jīng)使用自動(dòng)轉(zhuǎn)換的燈光信號(hào)有一段時(shí)間了。但是由于火車是按固定的時(shí)刻表以單列方式運(yùn)行的，而且火車要停下來不是很容易，因此鐵路上使用的信號(hào)只有一種命令，通行。公路交通的紅綠燈則不一樣，它的職責(zé)在很大程度上是要告訴汽車司機(jī)把車輛停下來。</p><p>　　開車的人誰也不愿意看到停車信號(hào)。美國夏威夷大學(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。他說：駕車者看到黃燈亮?xí)r，心里

32、便暗暗作好加速的準(zhǔn)備。如果此時(shí)紅燈亮了，馬上就會(huì)產(chǎn)生一種失望的感覺。他把交叉路口稱作“心理動(dòng)力區(qū)”。如果他的理論成立的話，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。</p><p>　　新式的紅綠燈能將闖紅燈的人拍照下來。犯事的司機(jī)不久就會(huì)收到罰款單。有的紅綠燈還具備監(jiān)測(cè)車輛行駛速度的功能。</p><p>　　最早的交通燈出現(xiàn)于一八六八年英

33、國倫敦。那時(shí)的交通燈只有紅、綠兩色，經(jīng)改良后，再增加一盞黃色的燈，紅燈表示停止，黃燈表示準(zhǔn)備，綠燈則表示通行。</p><p>　　其實(shí),用這三色來作交通訊號(hào)和人的視覺機(jī)能結(jié)構(gòu)和心理反應(yīng)有關(guān)。</p><p>　　我們的視網(wǎng)膜含有桿狀和三種錐狀感光細(xì)胞，。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。由于這種視覺結(jié)構(gòu)，人最容易分辨紅色與綠色。雖然黃色與藍(lán)色也容易分

34、辨，但因?yàn)檠矍颍瑢?duì)藍(lán)光敏感的感光細(xì)胞較少，所以分辨顏色，還是以紅、綠色為佳。所以，交通燈用什么顏色也是有大學(xué)問的呀！</p><p>　　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。綠色則有較冷及平靜的含意。因此，人們常以紅色代表危險(xiǎn)，黃色代表警覺，綠色代表安全。</p><p>　　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

35、不容易看見，而紅光最不容易被散射，即使空氣能見度比較低，也容易被看見，不會(huì)發(fā)生事故。所以我們用紅色表示禁止。</p><p>　　本課題的研究目的和意義</p><p>　　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)，同時(shí)系統(tǒng)又不過于復(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)。路口的無緊急

36、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。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。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)。</p><p>　　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)。通過課程設(shè)計(jì)一方面可鞏固

37、已學(xué)過的理論知識(shí)，更重要的是給了我一次獨(dú)立設(shè)計(jì)的實(shí)踐機(jī)會(huì)，培養(yǎng)了我設(shè)計(jì)能力和實(shí)際工作能力，提高了我的動(dòng)手能力。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將是對(duì)我四年來學(xué)習(xí)的一次綜合測(cè)試。通過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐工作，會(huì)使我學(xué)到許許多多書本上沒有的東西，讓我養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、活潑的工作作風(fēng)。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。</p><p><b>　　論文研究內(nèi)容</b&g

38、t;</p><p>　　本文介紹了一個(gè)智能交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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。其詳細(xì)功能是在路口的無緊急情況時(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。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。使信號(hào)燈

39、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)。</p><p>　　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。研究對(duì)象為單個(gè)路口控制，與PC機(jī)之間的的通信采用MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。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

40、著非常重要的意義。</p><p><b>　　DSP芯片選擇</b></p><p>　　DSP的含義及其用途</p><p>　　自從20世紀(jì)80年代初期第一片數(shù)字信號(hào)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(shí)現(xiàn)自適應(yīng)處理的特點(diǎn)，給數(shù)字信

41、號(hào)處理的發(fā)展帶來巨大的機(jī)遇，使得信號(hào)處理手段更加靈活，功能更加強(qiáng)大。近年來，DSP作為一種新型的微處理器在各種消費(fèi)類、通信、醫(yī)療和工業(yè)產(chǎn)品中得到了非常廣泛的應(yīng)用。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。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)。用DSP開發(fā)的產(chǎn)品其成本和風(fēng)險(xiǎn)也比定制的IC產(chǎn)品相對(duì)要低，特別是對(duì)于批量比較少的產(chǎn)品，如果用定制IC來實(shí)現(xiàn)開發(fā)

42、成本將難以忍受。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)。</p><p>　　DSP有兩種解釋：其一是Digital Signal Processing的縮寫，即數(shù)字信號(hào)處理；其二是Digital Signal Processor即數(shù)字信號(hào)處理器的意思。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)、

43、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。后者數(shù)字信號(hào)處理器是用來完成數(shù)字信號(hào)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。</p><p>　　數(shù)字信號(hào)處理的一個(gè)重要技術(shù)領(lǐng)域是實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理。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。一個(gè)典型的實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)如圖2-1所示。輸入信號(hào)可能是人的語音信號(hào)、傳真機(jī)信

44、號(hào)或在數(shù)字鏈路中傳輸?shù)囊曨l圖像信號(hào)。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。數(shù)字信號(hào)處理一般是用DSP芯片及其內(nèi)部運(yùn)行的實(shí)時(shí)處理軟件對(duì)A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行特定的處理。最后，經(jīng)過處理后的信號(hào)經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換、內(nèi)插和平滑濾波得到連續(xù)的模擬信號(hào)。應(yīng)當(dāng)指出，并非所有的DSP系統(tǒng)都具有圖2-1模型中的部件。例如CD和MP3播放器的輸入信號(hào)本身就是數(shù)字信號(hào)。<

45、/p><p>　　圖 2-1 典型實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)原理圖</p><p>　　DSP的基本硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)</p><p>　　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。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

46、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)。</p><p><b>　　存儲(chǔ)器和總線結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　DSP處理器有著更高的存儲(chǔ)器帶寬。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)鐘周期只能訪問一次存儲(chǔ)器，即所謂的馮諾伊曼結(jié)構(gòu)。為解決對(duì)存儲(chǔ)器帶寬的需求問題，DSP處理器發(fā)展了新的存儲(chǔ)器和總線結(jié)構(gòu)

47、，即哈佛結(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。哈佛結(jié)構(gòu)最通常的方法就是使用多個(gè)存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器都有自己的總線，不同的是存儲(chǔ)器在一個(gè)周期內(nèi)可以同時(shí)讀寫。通常指令存在一個(gè)存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)存在另一個(gè)存儲(chǔ)器中。這樣的安排使得處理器可以同時(shí)獲取指令和數(shù)據(jù)。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]。這種分離的程序和數(shù)據(jù)總線，可允許同時(shí)獲得來自程序存儲(chǔ)器的指令字和來自數(shù)據(jù)存

48、儲(chǔ)器的操作數(shù)而互不干擾，這樣使得其可以同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行尋址。圖2-2給出了兩種不同的結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖 2-2 兩種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)</p><p>　　在改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，大多數(shù)DSP芯片采用流水線技術(shù)，即每條指令的執(zhí)行劃分為取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行等步驟[2]，由片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成。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。</p><p&

49、gt;<b>　　尋址方式</b></p><p>　　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。以TI公司的C54X系列DSP為例，在它的間接尋址方式中，除了通常所使用的增量、減量和變址尋址功能。還增加了位碼倒序?qū)ぶ?、循環(huán)尋址等功能。</p><p>　　在FFT算法中，經(jīng)常要用到位碼倒序?qū)ぶ贰?/p>

50、在傳統(tǒng)的微處理器上，必須通過軟件編程的方法來實(shí)現(xiàn)，消耗大量的存儲(chǔ)空間和CPU周期。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：</p><p><b>　　RPT#15</b></p><p>　　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，</p><p>　

51、　；ARO中存放的則是FFT長度的一半。</p><p>　　DSP算法中的存儲(chǔ)器訪問模式往往是可以預(yù)知的。例如，對(duì)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(dāng)處理下一次采樣的時(shí)候，再從系數(shù)矢量的開始進(jìn)行訪問。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(shí)，處理器能夠有效的訪問數(shù)據(jù)。C54XDSP處理器支持“循環(huán)尋址”，這種尋址模式允許處理器

52、訪問一塊連續(xù)存放的數(shù)據(jù)，然后再自動(dòng)回到塊的開始，這正是FIR濾波中訪問系數(shù)的模式。循環(huán)尋址對(duì)于FIFO緩沖的實(shí)現(xiàn)也是非常有用的。</p><p>　　DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程</p><p>　　使用DSP進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般流程如圖2-3所示，包括硬件設(shè)計(jì)流程和軟件開發(fā)步驟。其設(shè)計(jì)步驟為：</p><p>　　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)。首先應(yīng)

53、根據(jù)系統(tǒng)要求進(jìn)行算法仿真和高級(jí)語言模擬實(shí)現(xiàn)。為了得到最佳系統(tǒng)性能，在這一步驟應(yīng)當(dāng)確定最佳處理方法。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)。最終找到既能滿足設(shè)計(jì)需要，運(yùn)算量又盡可能少的實(shí)現(xiàn)算法。</p><p>　　2．選擇DSP芯片。根據(jù)算法要求(運(yùn)算速度、運(yùn)算精度要求、存儲(chǔ)器要求等)選擇DSP芯片，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)DSP系統(tǒng)。此階段包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。硬件設(shè)計(jì)主要根

54、據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)計(jì)DSP芯片外圍電路和其他電路(如轉(zhuǎn)換、控制、存儲(chǔ)、輸出等電路)[4]。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。如果系統(tǒng)運(yùn)算量不大，可以采用高級(jí)語言C和匯編語言混合編程。</p><p>　　3．硬件和軟件調(diào)試階段。硬件調(diào)試一般采用硬件仿真器進(jìn)行。軟件調(diào)試一般借助DSP開發(fā)上具有如軟件模擬器、DSP開發(fā)系統(tǒng)或仿真器等進(jìn)行。通過比較在DSP所執(zhí)行的實(shí)時(shí)程序和模擬程序執(zhí)行情況來

55、判斷軟件設(shè)計(jì)是否正確。</p><p>　　4．集成和系統(tǒng)測(cè)試階段。調(diào)試階段完成后，實(shí)時(shí)程序被固化在EPROM或者Flash里面。</p><p>　　DSP芯片的選擇標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　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)。只有選定了DSP芯片，才能進(jìn)一步設(shè)計(jì)其外圍電路及系統(tǒng)的其他電路?？偟膩碚f，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

56、定。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(duì)DSP芯片的選擇也是不同的。一般來說，選擇DSP芯片時(shí)應(yīng)考慮到如下諸多因素：1．運(yùn)算速度。當(dāng)算法確定后其運(yùn)算量和限定地完成時(shí)間就確定了。由此估算出所需DSP運(yùn)算速度地下限。DSP的運(yùn)算速度可以用下面幾種指標(biāo)來衡量：</p><p>　　指令周期：即執(zhí)行一條指令所需要的時(shí)間，以納秒為單位。如果DSP芯片平</p><p>　　均在一個(gè)時(shí)

57、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)。</p><p>　　圖 2-3 DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程</p><p>　　MAC時(shí)間[2]：即執(zhí)行一次乘法累加運(yùn)算的時(shí)間。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。</p><p>　　FFT執(zhí)行時(shí)間：即運(yùn)行一個(gè)N點(diǎn)FFT程序所需時(shí)間。FFT是典型的數(shù)字信號(hào)處理算法，它可以作為綜合衡量DSP運(yùn)

58、算能力的一個(gè)指標(biāo)。</p><p>　　MIPS／MFLOPS：其含義是每秒百萬條指令和每秒百萬條浮點(diǎn)操作。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。</p><p>　　2．運(yùn)算精度。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。一般定點(diǎn)DSP芯片的字長為l 6位或24位，浮點(diǎn)字長位32位。累加器都為40位。雖然適當(dāng)?shù)乃惴梢蕴岣?、保證運(yùn)算精度，但要相應(yīng)增加程

59、序復(fù)雜度和運(yùn)算量。所以運(yùn)算精度要求是個(gè)折中問題，需要在算法確定階段予以認(rèn)真考慮。</p><p>　　3．片內(nèi)硬件資源。通過對(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。幾個(gè)重要的考慮因素為：片內(nèi)RAM和ROM、外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展空間、總線接口、DMA通道、定時(shí)器、中斷、串口，主機(jī)通信，通用端口和JTAG口等。用戶需要參考廠家推薦DSP芯片典型應(yīng)用來考慮此項(xiàng)要求。</p><

60、;p>　　4．芯片價(jià)格。芯片價(jià)格是DSP應(yīng)用產(chǎn)品民用化的重要決定因素。一般成熟</p><p>　　穩(wěn)定的比較適中。在本圖像處理系統(tǒng)中，需要用到處理速度非?？斓腄SP芯片。在選擇芯片時(shí)考慮到芯片的資源的可用性以及性價(jià)比，根據(jù)TI公司資料，一款中高檔的數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5509可以滿足本課題的要求。</p><p>　　本系統(tǒng)所用DSP介紹</p><p

61、><b>　　DSP芯片選擇原因</b></p><p>　　該系統(tǒng)選用DSP設(shè)計(jì)方案。方案確定后，選擇DSP處理器的型號(hào)是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。應(yīng)從芯片的運(yùn)算速度、片上資源、功耗、開發(fā)工具以及價(jià)格封裝等方面來考慮。因此本系統(tǒng)選擇了TI公司的TMS320VC5509芯片，主要是基于以下幾個(gè)方面考慮的[7]。</p><p>　　1．運(yùn)算速度：TMS320VC550

62、9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。</p><p>　　2．片上硬件資源：TMS320VC5509片內(nèi)RAM容量為128K×16位。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蟆?lt;/p><p>　　3．接口能力：TM

63、S320VC5509的McBSP[13]串行口具有靈活的接口能力，可以通過McBSP串行口與各種工業(yè)級(jí)串行設(shè)備實(shí)現(xiàn)無縫連接。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。</p><p>　　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

64、。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。</p><p>　　TMS320VC5509介紹</p><p>　　TMS320VC5509 是TI公司推出的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器C55系列中的一種，TMS320VC5509 通過增加累加MAC單元，增強(qiáng)了DSP的運(yùn)算能力，而且性能更好，功耗更低，是目前TMS320 家族中最省電的芯片。該片上

65、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(jìn)行試驗(yàn);其低功耗設(shè)計(jì)，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;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

66、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)行二次開發(fā)提供條件；具有IEEEll49.1相兼容的邏輯掃描電路，該電路僅用于測(cè)試和仿真；+5v電源輸入，內(nèi)部+3.3v、+1.6v電源管理；高保真語音接口設(shè)計(jì)，雙路語音采集，每路48K／s；USB2.0接口設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p

67、><p>　　本章主要對(duì)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(diǎn)，之后簡略介紹了DSP系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程以及對(duì)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(jì)所選擇地DSP芯片，并且對(duì)所選的芯片做了簡要的介紹。</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　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。

68、上位機(jī)主要為用戶提供一個(gè)良好的人機(jī)交互界面，把各種配時(shí)信息通過串口下載到下位機(jī)的非易失存儲(chǔ)器中，以便下位機(jī)按配時(shí)信息確定路口狀態(tài)，另外，上位機(jī)也提供系統(tǒng)一些控制信息的設(shè)定，如復(fù)位信號(hào)控制器、輸出燈組有效及燈組須序設(shè)定等；下位機(jī)主要完成整個(gè)信號(hào)控制器的各路信號(hào)燈輸出狀態(tài)的控制，保證路口按預(yù)先設(shè)定的方案運(yùn)轉(zhuǎn)。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)場信息的設(shè)定和修改。</p><

69、p>　　交通燈控制系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容</p><p><b>　　交通燈的運(yùn)行實(shí)例</b></p><p>　　實(shí)例如圖3-1所示：</p><p>　　圖 3-1 交通燈實(shí)例</p><p>　　首先以一個(gè)路口為例簡單介紹交通燈信號(hào)控制的運(yùn)行情況。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

70、路口情況，在正常情況下路口燈的變化將按照下列順序。</p><p>　　交通燈分為紅黃綠三色，東、南、西、北各一組，用燈光信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的控制：綠燈信號(hào)表示通行，黃燈表示警告，紅燈禁止通行，燈光閃爍表示信號(hào)即將改變。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。</p><p>　　交通通控制信號(hào)順序如下：<

71、/p><p>　　1．南北方向綠燈，東西紅燈(20秒)。</p><p>　　2．南北方向綠燈閃爍。</p><p><b>　　3．南北方向黃燈。</b></p><p>　　4．南北方向紅燈，東西方向黃燈。</p><p>　　5．東西方向綠燈(20秒)。</p><p>

72、　　6．東西方向綠燈閃爍。</p><p><b>　　7．東兩方向黃燈。</b></p><p>　　8．返回“1”循環(huán)控制。</p><p>　　而當(dāng)有緊急情況時(shí)則做緊急情況處理：當(dāng)重要車隊(duì)通過或急救車通過時(shí)，交通警察手動(dòng)控制給出緊急信號(hào)[3],交通燈信號(hào)的變換跳出原有正常順序坐下列變換：</p><p>　　1．當(dāng)

73、任意方向通行剩余時(shí)間多于10秒，將時(shí)間改成10秒。</p><p>　　2．正常變換到四面紅燈(20秒)。</p><p>　　3．直接返回正常信號(hào)順序的下一個(gè)通行信號(hào)(跳過閃爍綠燈、黃燈狀態(tài))。</p><p>　　在緊急情況處理完畢后再回到正常順序。</p><p><b>　　術(shù)語和解釋</b></p>

74、<p>　　信號(hào)狀態(tài)：在一個(gè)信號(hào)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(gè)狀態(tài)）。</p><p>　　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)短暫過度）。</p><p>　　綠閃控制：綠燈信號(hào)以固定頻率閃爍的控制方式（以表明通行時(shí)間即將結(jié)束）。</p><p>　　上面的術(shù)語[10]及

75、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。</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　交通燈控制系統(tǒng)基本功能設(shè)置</p><p>　　1．時(shí)間設(shè)置：以時(shí)間為變量控制交通燈的變換，以及狀態(tài)停留時(shí)間，和倒計(jì)時(shí)顯示。</p><

76、;p>　　2．激活燈態(tài)設(shè)置：開機(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)。</p><p>　　3．綠燈結(jié)束：綠燈結(jié)束時(shí)的燈態(tài)(A：常態(tài)，B：綠閃)。</p><p>　　4．紅黃過渡[9]：由紅燈變?yōu)榫G燈時(shí)的燈態(tài)(A：常態(tài)，B：紅黃同亮)。</p><p>　　5．常態(tài)：燈態(tài)之間直接變換不經(jīng)過閃爍階段。</p><

77、;p>　　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)。</p><p><b>　　燈組的設(shè)置</b></p><p>　　燈組定義：東西方和南北方個(gè)為一大組，每組紅黃綠又個(gè)為單獨(dú)一個(gè)燈組。所以共形成下列6組;</p><p>　　1．東西紅 2．東西黃 3．東西綠 4．南北紅 5．南北黃 6．南北綠</p>&l

78、t;p>　　但是他們所組成的狀態(tài)組合不是任意的因?yàn)檫@是一個(gè)實(shí)際的交通燈控制系統(tǒng)。是不會(huì)出現(xiàn)東西南北都是綠色的等的。因此實(shí)際可能的交通燈組合狀態(tài)只有下列狀態(tài)：</p><p>　　1. 南北方向綠燈亮， 東西方向紅燈亮。</p><p>　　2. 南北方向綠燈閃爍， 東西方向紅燈亮。</p><p>　　3. 南北方向黃燈亮， 東西方向紅燈亮

79、。</p><p>　　4. 南北方向紅燈亮， 東西方向黃燈亮。</p><p>　　5. 南北方向紅燈亮， 東西方向綠燈亮。</p><p>　　6. 南北方向紅燈亮， 東西方向綠燈閃爍。</p><p>　　7. 南北方向紅燈亮， 東兩方向黃燈亮。</p><p>　　8. 南北方向

80、紅燈亮， 東兩方向紅燈亮。</p><p><b>　　階段設(shè)置與時(shí)段設(shè)置</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，由于控制是有不同的各種狀態(tài)按順序發(fā)生的，我們可以采用狀態(tài)機(jī)控制方法來解決此問題，這種方法是將上面所說狀態(tài)進(jìn)行編號(hào)，按順序產(chǎn)生這些狀態(tài)；狀態(tài)的延續(xù)時(shí)間則由程序來實(shí)現(xiàn)。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實(shí)現(xiàn)。此設(shè)計(jì)的狀態(tài)機(jī)[3

81、]如下：</p><p><b>　　表 3-1 狀態(tài)機(jī)</b></p><p>　　其中，正常順序?yàn)?—8 ，時(shí)間為112秒（計(jì)數(shù)值為448）沒4個(gè)計(jì)數(shù)值為1秒，狀態(tài)“*”則是非順序狀態(tài)。</p><p>　　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，</p><

82、p>　　對(duì)于計(jì)數(shù)顯示，當(dāng)處于狀態(tài)1、5、*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。</p><p><b>　　硬件總體實(shí)現(xiàn)</b></p><p>　　信號(hào)控制器的硬件結(jié)構(gòu)主要包括核心處理器DSP（TMC320VC5509）、復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD(XC95144)、顯示陣列及鍵盤、串行通訊接口MAX3232和燈模

83、擬電路。</p><p>　　圖 2-3 硬件結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　1．核心處理器DSP</p><p>　　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。</p><p><b&

84、gt;　　2．時(shí)鐘電路</b></p><p>　　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。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。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用較為簡便的方法（內(nèi)部的晶振

85、器構(gòu)成時(shí)鐘電路）</p><p><b>　　3．CPLD</b></p><p>　　復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD是基于SRAM(EPROM)實(shí)時(shí)編程技術(shù)、通過利用SRAM構(gòu)成查找表(Look Up Table簡寫為LUT)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯功能的大規(guī)模集成可編程邏輯器件。主要負(fù)責(zé)各種時(shí)序轉(zhuǎn)換和片選譯碼。</p><p><b>　　4．

86、串行通訊接口</b></p><p>　　信號(hào)控制器的各種參數(shù)可由PC機(jī)設(shè)定，并通過串口下載到DSP中。由于DSP的邏輯電平為3.3v，所以采用MAX3232作為電平轉(zhuǎn)換芯片，把RS232電平轉(zhuǎn)換成3.3v邏輯電平。</p><p>　　5．陣列顯示及鍵盤電路</p><p>　　為了在無PC機(jī)的情況下，仍能實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制器的現(xiàn)場配時(shí)，即交通警察可以根據(jù)路

87、口狀態(tài)改變信號(hào)燈的變換。本設(shè)計(jì)提供了鍵盤和陣列顯示電路作為人機(jī)接口。</p><p><b>　　6．非易失存儲(chǔ)器</b></p><p>　　為使用戶所設(shè)定的配時(shí)信息掉電后不丟失，這里采用非易失存儲(chǔ)器AM29LV800[3]存儲(chǔ)信號(hào)控制器的各種參數(shù)。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。</p><p><

88、b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要是基于DSP的交通等控制系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)。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。</p><p><b>　　硬件部分的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的硬件主

89、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。</p><p><b>　　硬件組成</b></p><p>　　硬件結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示,從圖可以看出,系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部份組成：</p><p>　　圖 3-1 硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　1．電源和復(fù)位模

90、塊</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　2．通訊模塊</b></p><p>　　由于對(duì)設(shè)定參數(shù)無特殊要求，這里采用了比較常用的串口進(jìn)行通訊。波特率設(shè)定為9600bps，無奇偶校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)位為8位。</p><p&g

91、t;<b>　　3．處理系統(tǒng)</b></p><p>　　CPU采用TM320VC5509 作為芯片控制元件，地址分配及邏輯時(shí)序由CPLD提供。</p><p><b>　　4．儲(chǔ)存器模塊</b></p><p>　　為能記憶配置信息，這里采用了EPROM-AM29LV800。</p><p>　　

92、5．鍵盤及陣列顯示模塊</p><p>　　提供人機(jī)接口，方便車輛了解狀態(tài)時(shí)間，以及給交警控制路口狀態(tài)的按鍵接口。</p><p><b>　　6．輸出燈模塊</b></p><p>　　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。</p><p><b>　　7．時(shí)鐘模塊</b></p&g

93、t;<p>　　由內(nèi)置晶振構(gòu)成的時(shí)鐘電路為系統(tǒng)提供時(shí)間基準(zhǔn)。</p><p>　　硬件各模塊的具體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　復(fù)位電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在系統(tǒng)上電過程中，如果電源電壓還沒有穩(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)問題的方法是DSP在上電過程中保持復(fù)位狀態(tài)，

94、因此有必要在系統(tǒng)中加入上電復(fù)位電路。上電復(fù)位電路的作用是保證上電可靠，并在用戶需要時(shí)實(shí)現(xiàn)手工復(fù)位。</p><p>　　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。</p><p>　　圖 3-2 復(fù)位電路</p><p>　　圖中DSPRET為DSP復(fù)位信號(hào)，INT為DSP低電壓報(bào)警信號(hào)，當(dāng)

95、PFI引腳電壓低于2.93V時(shí)，復(fù)位電路將向DSP發(fā)出低電壓中斷信號(hào)。</p><p><b>　　電源電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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3.3V，內(nèi)核則根據(jù)型號(hào)不同而采用不同的電壓。本設(shè)計(jì)所用的電源主要有3.3V和1.6V兩種電平，我們可以采用一個(gè)TPS73HD301[3]來實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)的電路連線如圖3

96、-3所示：</p><p>　　圖 3-3 電源電路</p><p><b>　　時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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。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D

97、SP芯片的X2/CLKIN引腳，而X1引腳懸空。</p><p>　　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)簡單。因此本系統(tǒng)采用前一種方法，即使用內(nèi)部晶振器構(gòu)成時(shí)鐘電路，其連接方式如圖3-4所示：</p><p>　　圖 3-4 使用外部時(shí)鐘源</p><p>

98、;　　為了實(shí)現(xiàn)DSP系統(tǒng)實(shí)時(shí)處理信號(hào)的效果，希望系統(tǒng)頻率越快越好。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：</p><p>　　輸出頻率/輸入頻率=PLL MULT/(PLL DIV+1)</p><p>　　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PL

99、L[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。PLL鎖定模式的時(shí)鐘具體設(shè)計(jì)請(qǐng)參考第五章第二節(jié)。</p><p><b>　　JTAG電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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)

100、器，如Flash存儲(chǔ)器，還可以通過JTAG接口[4]完成芯片的燒錄。</p><p>　　JTAG接口的連接方法如圖3-5所示：</p><p>　　圖 3-5 JTAG接口的連接方法</p><p>　　DSP與外圍電路的連接</p><p>　　DSP作為主要芯片對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，但需要一些外圍電路作為補(bǔ)充如上面所描述的時(shí)鐘電路、電源電路、

101、JTAG電路，此外為了使系統(tǒng)功能更加強(qiáng)大還要外加輔助存儲(chǔ)器等等。DSP（TMS320VC5509）的外圍電路連線如圖3-6所示：</p><p>　　CPLD及相關(guān)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　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)。這一基于EEPROM的器件能夠提供組合和傳輸延

102、遲在15 ns以內(nèi)，它的輸入寄存器建立時(shí)間非常短，而且能夠提供多個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，具有可編程的速度／功率控制。通過對(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)。按照邏輯</p><p>　　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)。按照邏輯關(guān)系，編寫出邏輯控制方程，通過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。</p><p>　　本設(shè)

103、計(jì)中CPLD主要完成的功能有：對(duì)非易失存儲(chǔ)器Flash的控制、顯示陣列和信號(hào)燈模擬電路的控制，此外還和配合MAX232實(shí)現(xiàn)DSP與PC機(jī)之間的通訊[12]。它于這些電路的連接如圖3-7所示：</p><p>　　其中MAX232實(shí)現(xiàn)電平邏輯轉(zhuǎn)換后通過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。</p><p>　　DSP與CP

104、LD之間的連接</p><p>　　本設(shè)計(jì)的主體部分是由DSP和CPLD組成，DSP主要完成對(duì)系統(tǒng)的控制，而CPLD則是配合DSP完成對(duì)外圍設(shè)備的選擇以及邏輯轉(zhuǎn)換等等，他們共同組成本系統(tǒng)的核心。DSP與CPLD之間的連接圖如圖3-8所示：</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要討論了基于DSP的交通等控制系統(tǒng)

105、的硬件設(shè)計(jì)，對(duì)幾個(gè)主要部分的硬件電路，包括TMS320VC5402、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。</p><p>　　圖 3-6 DSP的外圍電路</p><p>　　圖 3-7 CPLD的外圍電路連接</p><p>　　圖 3-8 DSP與CPLD之

106、間的連接圖</p><p><b>　　軟件部分的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　CCS 集成開發(fā)環(huán)境</p><p>　　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。代碼生成工具的作用是將C語言、匯編語言或兩者的混合語言編寫的DSP 源代碼程序編譯、匯編并鏈接成可執(zhí)行的DSP代碼，它包括C編譯器、匯編器和鏈接器。代碼調(diào)試工

107、具的作用是對(duì)DSP程序及目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，使之能夠達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。</p><p>　　CCS(Code Composer Studio)代碼調(diào)試器是一種針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TMS320 調(diào)試接口的集成開發(fā)環(huán)境IDE(Integrated Development Environment )，由 TI公司推出，包含源代碼編輯工具、代碼調(diào)試工具、可執(zhí)行代碼生成工具和實(shí)時(shí)分析工具，并支持設(shè)計(jì)和開發(fā)的整個(gè)流程。它具有完全集成的開發(fā)環(huán)境

108、，高度集成的源代碼編輯器，支持編輯和調(diào)試的后臺(tái)編輯，可對(duì)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(hào)和數(shù)據(jù)，并可以在后臺(tái)執(zhí)行DOS程序，具有強(qiáng)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(diǎn)觀察信號(hào)的圖形窗口探針和狀態(tài)觀察窗口。CCS可以進(jìn)行DSP/BIOS設(shè)置，這樣就可以設(shè)置全局運(yùn)行參數(shù)，并可以作為可視化編輯器，創(chuàng)建和設(shè)置目標(biāo)程序DSP/BIOS API所調(diào)用的運(yùn)行對(duì)性屬性，包括硬件中斷、軟件

109、中斷、文件流、I/O通道和事件日志等；CCS可以進(jìn)行硬件仿真和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換，控制程序運(yùn)行并監(jiān)控程序活動(dòng)，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換(RTDX)功能使主機(jī)與DSP目標(biāo)系統(tǒng)之間能進(jìn)行雙向?qū)崟r(shí)通信，它在目標(biāo)DSP系統(tǒng)上運(yùn)行一個(gè)小的RTDX軟件庫，</p><p>　　CCS集成開發(fā)環(huán)境中包含軟件仿真器(Simulator)和硬件仿真器(Emulator)兩部分，它們使用的是同一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，Simulator可以在不安裝DSP

110、硬件仿真器的情況下使用戶的應(yīng)用程序在逐級(jí)上仿真運(yùn)行，而Emulator則必須安裝硬件仿真器。</p><p>　　CCS集成開發(fā)環(huán)境的主要特征有：</p><p>　　1．強(qiáng)大的源代碼編輯器：CCS允許編輯C語言源代碼和匯編語言源代碼，能在C代碼之后顯示與之對(duì)應(yīng)的匯編指令。</p><p>　　2．方便的應(yīng)用程序生成特性：CCS使用工程來管理整個(gè)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的所有文

111、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。</p><p>　　3．方便的應(yīng)用程序調(diào)試特性。</p><p><b>　　總體設(shè)計(jì)流程圖</b></p><p>　　圖 5-1（a）主程序流圖</p><p>　　圖 5-1（b）中斷子程序</p><p&g