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1、, 盐 城 师 范 学 院毕业论文（设计） 20132014 学年度基于基于 DSP 的十字路口交通灯的的十字路口交通灯的设计设计 学生姓名 周志豪 学 院 黄海学院 专 业 电子信息工程 班 级 10(12) 学 号 10418208 指导教师 邱作春 2014 年 5 月 20 日,毕业论毕业论文（文（设计设计）承）承诺书诺书本人郑重承诺：1、本论文（设计）是在指导教师的指导下，查阅相关文献，进行分析研究，独立撰写而成的。2、本论文（设计）中，所有实验、数据和有关材料均是真实的。3、本论文（设计）中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或机构已经撰写发表过的研究成果。4、本论文（设计）如有剽窃
2、他人研究成果的情况，一切后果自负。学生（签名）： 2014 年 5 月 20 日,基于基于 DSP 的十字路口交通灯的的十字路口交通灯的设计设计摘 要本文主要介绍一种基于数字信号处理的交通信号灯的设计，该系统能够完成的主要功能有：对城市主要十字路口路口进行控制；使各路口有固定的工作周期。该设计的主控芯片为 TMS320LF2407，以对单个路口控制为研究对象，单个路口作为整个交通网络最基本的组成单元，对于单个路口的控制方法的研究是对整个交通网络研究的基本，具有非常重要的意义。关关键词键词： ：TMS320LF2407、交通信号灯、CCS 开发软件,The traffic lights cros
3、sroads based on DSP designABSTRACTThis design introduces a DSP-based traffic light control system design , the main function of the system can be achieved are: to control the citys main traffic junctions ; make each intersection with a fixed duty cycle. The design for the TMS320LF2407 to a single in
4、tersection control for the design, a single junction transport network as a whole, the basic component unit , a control method for the study of a single junction is the basic research of the entire transport network , has a very important meaning.KEY WORDS： ：TMS320LF2407, traffic light, Code Compose
5、r Studio,目目 录录前言 .11 设计总体方案.21.1 设计思路.21.2 红绿灯系统工作流程图.21.3 系统工作原理.31.4 系统设计流程.31.5 设计小结.32 硬件的选择.42.1 主制器的选择.42.1.1 TMS320LF2407 的基本特点和资源配置.42.1.2 DSP 引脚功能介绍 .42.2 电压转换芯片的选择.52.3 锁存器的选择.62.4 CPLD 的选择.62.5 指示灯输出电路.72.6 系统总硬件电路.83 DSP 芯片的开发工具介绍.93.1 CCS(Code Composer Studio).93.1.1 主要功能.93.1.2 CCS 的主要
6、组件.103.2 DSP 的编程.103.3 DSP 的命令文件编写.113.4 C 语言的中断处理.114 系统调试.114.1 硬件调试.114.2 软件调试.114.3 程序流程图.124.4 运行状态.124.5 实验结果分析.145 总结.14参考文献.15附录.17,前前言言19 世纪初在美国首次出现了运用电气工作的交通信号灯。这种交通信号灯是由红绿两种颜色的发光器件组成。红灯表示“停止”，绿灯表示“通过”。随着这些年我国经济的迅猛发展，我国城市基础交通管控系统出现了不少用传统方法不好解决的问题。同时交通拥挤现象日益常见，由于交通堵塞造成的经济损失越来越严重。现在交通管理系统已不能
7、很好的匹配我国经济快速发展发展的要求。在车流控制中引入以数字信号处理为基础的交通灯控制代替人工在十字路口的指挥，此举将会大大提高城市交通的安全性、同时也能很大程度上提高交通管控的服务质量。随着近些年中国车辆的不断增加，怎么很好的解决交通拥堵问题将是一个我国必须面对且必须解决的问题。拥有一个良好的交通管理系统，将会很大程度的节省社会资源的浪费，同时也会为了更好的实现和谐的城市交通发挥更多作用。,1设计总设计总体方案体方案1.1 设计设计思思路路一个较好的交通信号灯控制系统，会使在道路拥挤车辆违章管制等方面产生技术层次的革新。交通灯分为红绿两色，东，西，南，北各一组信号灯，用红绿灯亮灭来实现对车辆
8、通行的控制：绿色的信号灯亮表示通行，绿色的信号灯闪烁表示信号灯将要改变，红色的信号灯亮表示禁止通行。同时设计时需要考虑东西方向和南北方向信号灯的亮灭对称问题。本设计依据数字信号处理中的硬件中断模块、I/O访问的原理，以及定时器功能。用定时器定时， I/O口控制红绿灯的亮灭。本设计的交通灯模块是由低8位数据线控制。1.2 红绿红绿灯系灯系统统工作流程工作流程图图正常情况下系统工作流程如图 1-1 所示。开始南北红灯、东西绿灯，延时 20秒东西绿灯闪 3 次、南北红灯东西红灯、南北绿灯，延时 20秒南北绿灯闪 3 次、东西红灯,图 1-1 系统工作流程图1.3 系系统统工作原理工作原理本设计的硬件
9、是由 DSP 模块、LED 模块等组成。信号灯受芯片中输出高低电平的控制。定时模块采用硬件定时和软件定时相组合的方法，再用软件计时实现所需要的定时。本次设计中首先南北方向红灯亮 20 秒，在南北方向红灯亮的同时，东西方向绿灯亮 20 秒。当系统运行到 20 秒时，交通灯东西方向的绿灯闪烁 3 次，而后南北方向绿灯亮维持 20 秒，东西方向红灯亮维持 20 秒，系统再次运行 20 秒后，南北方向绿灯闪烁 3次后，东西方向的红灯灭，东西方向的绿灯亮。而后的时间交通灯的工作将重复以上环节。1.4 系系统设计统设计流程流程本设计主要实现对交通灯的智能控制，具体操作方式需结合实际硬件选择，软件编写来实现
10、。设计流程如图1-2所示。交通灯需要的功能软件设计硬件设计具体调试实现具体功能,图 1-2 设计流程图1.5 设计设计小小结结本章主要是介绍基于 DSP 的交通灯控制系统的功能和总体方案的构思与实际设计方向。主要是从系统实际的的总体功能为出发点，详细展开讨论了交通灯系统的总体设计的可行性方案。关于硬件选择，电路的搭建，软件设计，后期的调试等更加细致的问题，将在下面的章节展开讨论。2硬件的硬件的选择选择2.1 主控制器的主控制器的选择选择本设计采用的是美国TI公司的经典DSP芯片TMS320LF2407。此系列的的CPU结构设计成本很低廉、功耗也相对较低、但是性能却很优秀。TMS320LF240
11、7采用改进后的哈佛处理结构，指令采用流水顺序操作。TMS320LF2407的运算数据非常快，单次指令处理周期只需要10ns。同时,LF2407片内集成了更多的外部设备 ,构成了真正意义上的数字信号处理器。TMS320LF2407提供的串口功能和数据传送功能很大程度上方便它在通信领域的应用。2.1.1 TMS320LF2407的基本特点和资源配置该TMS320LF240 x系列DSP控制器是新一代数字信号处理器（DSP）控制器的新成员同时也是定点DSP的TMS320C2000平台的一部分。此系列芯片内部集成更多外设，以提供真正的单芯片DSP控制器。虽然代码与现有C24X DSP控制器的设备通用，
12、 但是240X提供了更高的处理性能。TI公司的240X一代DSP提供更大的存储容量，以满足各种应用所需的数组。同时高,达32K字闪存容量很好解决了工业化生产时产生的成本效益问题和可重编程问题。 所有的240XDSP提供已经被优化的数字电机控制模块和电源转换模块。该模块的功能包括中心或边缘对齐，避免可编程死区，并同步模拟到数字的转换。2.1.2 DSP引脚功能介绍TMS320LF2407 数字信号处理器具有 144 条引脚，如图 2-1 所示。图 2-1 TMS320LF2407 数字信号处理器引脚图2.2 电压转换电压转换芯片的芯片的选择选择本设计采用74LVC16245A作为电压转换芯片。该
13、74LVC16245A是专为数据总线之,间的异步通信而设计的，实现最大限度地减少了外部定时要求。该芯片可作为两个8-bit收发器或一16-bit收发器。74LVC16245A的输入端可承受5.5V信号，其输出信号的电平为3.3V。其功能是完成对芯片内部的Flash的编程工作，当程序在PC机上调试通过后，通过此接口就可以把程序完整地下载到Flash中去。74LVC16245A引脚如图2-2所示。 图 2-2 74LVC16245A 引脚图2.3 锁锁存器的存器的选择选择该74HC573是高速的Si- gate CMOS芯片，且引脚与低功率肖特基兼容TTL（输入通道） 。当LE为高电平时，数据在在
14、D输入锁存器。在这种条件锁存器是透明的，即一个锁存输出将改变状态每次其相应的D-输入变化。74HC573引脚如图2-3所示。,图 2-3 74HC573 引脚图2.4 CPLD 的的选择选择本设计是采用 CPLD（XC95144）给 DSP 扩展了一个 I/O 口，来实现 DSP 对 I/O 口的访问。它是由八个功能块构成，提供 3,200 个可用逻辑门同时系统仅有 7.5 ns 的传播延迟。电源管理中 XC95144 芯片会主动关闭未使用的宏单元，以减少功耗。它的特点如下： 144 个宏单元 3200 可用门；多达 133 个用户 I / O 引脚； 10000 次编程/擦除循环寿命；增强的
15、引脚锁定架构；灵活的 36V18 功能块；用户可编程的接地引脚功能；设计保护模式扩展安全功能； 3.3 V 或 5 V 的 I / O 能力。XC95144引脚图如图2-4所示。,图 2-4 XC95144 引脚图2.5 指示灯指示灯输输出出电电路路交通信号灯电路如图 2-5 所示。图 2-5 交通信号灯模块图此模块由发光二极管和一个锁存器组成。LF2407 DSP 产生的数据低八位电平输入信号，同时锁存器的控制信号由 LF2407模块输出，但必须经由 CPLD 模块译码后再控制锁存器。,2.6 系系统总统总硬件硬件电电路路系统硬件图如图 2-6 所示。图 2-6 系统硬件图3DSP 芯片的开
16、芯片的开发发工具介工具介绍绍DSP 芯片的功能实现需要一套完备的软件和硬件开发工具。DSP 芯片的开发工具可以分为程序生成工具和程序调试工具两大类。C 语言编译器将高级的 C 语言源程序自动编译成 DSP 需要的的汇编源代码程序。汇编器的功能是将汇编语言程序文件汇编成低级的机器语言，在源文件中包含了汇编指令，宏命令等。链接器把汇编生成的 COFF 目标文件组合成一个可执行的 COFF 目标模块。它能调整并解决外部符号参数。链接器的输入是 COFF 目标文件和由此产生的目标库，它也可以接受来自文档管理器中的目标文件。,3.1 CCS(Code Composer Studio) CCS（Code
17、Composer Studio）是一种有关于TMS320系列DSP的专业开发软件，它工作在Windows操作系统下，采用图形接口界面，提供环境的配置、编辑源文件、程序调试、跟踪以及分析等工具，可以帮助用户在一个软件环境下执行编辑、编译、链接以及数据分析等工作，能对TMS320系列的DSP执行指令级的仿真以及实现数据分析的实时化。此外，它还具有丰富的输入/输出库函数和信号处理的库函数，极大的方便了TMS320系列DSP软件开发过程。3.1.1主要功能（1）具有集成可视化代码编辑界面，用户能够经过它的界面直接编写C语言源程序、汇编语言源程序、.CMD文件等。（2）具有集成代码生成工具，包括链接器、
18、汇编器、优化C编译器等，把代码的编辑、编译、链接和调试等很多功能集成到同一软件环境中。（3）高性能编辑器兼容汇编文件的动态语法加亮显示，用户能很简洁的浏览代码，察觉语法错误。（4）用户程序的实行项目可以由工程项目的管理工具管理。在产生目标程序以及程序库的流程中，构建各种程序相对应的跟踪信息，经过跟踪信息对不一样的程序进行区别管理。（5）基本的调试工具包含了装入实行代码、观察寄存器、变量窗口、存储器、变反汇编等效果，而且具备C源代码级别的调试。（6）断点工具，可以在程序调试的过程当中实现条件、软件和硬件断点的设置。（7）探测点工具，能够用于算法仿真，数据实时监视等。（8）分析工具，包含仿真器以及
19、模拟器的分析，能够用在监视跟模拟硬件的功能、评,估代码执行的时钟。（9）数据的图形显示工具，能够把运算结果以图形来显示，包含显示时域/频域波形、图像、眼图、星相图等，而且可以进行自动的刷新。（10）供应GEL工具。使用GEL扩展语言，用户能够编写属于自己的控制面板/菜单，配置GEL菜单的选项，简洁容易的修改变量，配置参数等。3.1.2 CCS的主要组件（1）集成代码工具：它能够对汇编语言、C语言及混合语言的编程的DSP的源程序执行编译，并链接成能够运行的DSP程序，包含了链接器、汇编器、C/C+的编译器、建库工具等。（2）CCS的集成开发环境：该环境综合了编译、编辑、链接、软件的仿真、硬件的调
20、试以及实时的跟踪等功能为一体，含有编辑、工程管理以及调试工具等。（3）应用程序接口API和DSP/BIOS实时内核插件：它们的设计主要是为了实时信号处理应用，包括实时分析工具、DSP/BIOS配置工具等。（4）实时数据交换RTDX插件及相应的程序接口API：他们可对目标系统数据进行实时监视，实现DSP与其他应用程序的数据交换。（5）由TI公司以外的第三方提供的各种应用模块插件。3.2 DSP 的的编编程程C语言作为当今世界上运用最为普及的高级程序设计语言之一，它具备了超强的图形处理能力，支持大量的显示器和驱动器。同时还具备了高超的计算能力、逻辑判断能力。对于不同的编译器也有各种适应方法。C是结
21、构式语言之一，结构式语言的明显特点是数据与代码的分隔化，就是程序除了主要的信息交流之外每个部分都是相互独立的。该种结构化方式能够让程序层次分明，容易运用、维护和调试。C语言供应给用户的形式,是函数的形式，这些函数可方便的移动运用，而且含有很多循环、条件语句以便来控制程序流向，从而让程序完全结构化。语法制约程度较小，程序设计自由度比较大。3.3 DSP 的命令文件的命令文件编编写写C语言程序设计只要单独编写一个，不用思考硬件的存储空间配置状态，当用户在CCS集成开发环境中编写C程序时，在目标硬件的存储空间配置被CMD命令文件指明情况之后，链接器可以主动装载数据到指定的位置空间。 3.4 C 语语
22、言的中断言的中断处处理理在定点C编译器中，C函数能够用来直接处理中断，中断处理运用C函数执行时，应包含以下环节: （1）在C环境中创建中断服务函数。 （2）初始化中断向量表，在存储器映像中建立中断向量表。 （3）设置中断允许位和中断标志，允许中断源中断。4系系统调试统调试4.1 硬件硬件调试调试在试验箱上按照原理图将硬件电路连接，先确定导线链接是否能正常，测量各个电阻的阻值大小是否符合要求。在确定所有元器件正常时，用万用表测与地相接的部分是否导通，还有各部分电路的连接是否正常，在确定后连接正常后，打开试验箱电源。,4.2 软软件件调试调试在确定硬件系统连接正常的情况下，用仿真器将电脑与试验箱连
23、接，打开 CCS2000软件，将设计好的程序装载到 CCS2000 中。首先进行单步运行，以检查每一步程序是否都能正常工作，遇到问题可以单步修改，然后再进行运行拔下仿真器，让系统进行离线操作。4.3 程序流程程序流程图图软件流程图如图 4-1 所示。开始DSP 初始化Traffic-Mode=1Delay=20sTraffic-Mode=2状态 1状态 2图 4-1 程序流程图4.4 运行状运行状态态状态一：南北绿灯、东西红灯，延时 20 秒，20 秒后南北绿灯闪 3 次，东西红灯延时Delay=20s,6 秒，如图 4-2 所示。 图 4-2 运行状态图状态二：东西绿灯、南北红灯，延时 20
24、 秒，20 秒后东西绿灯闪 3 次，南北红灯持续6 秒，如图 4-3 所示。,图 4-3 运行状态图4.5 实验结实验结果分析果分析设计至此通过对硬件的调试和软件的调试以及程序的下载，在实验板上已经能实现本设计的最初构想。在多次观察交通灯的运行状态，实现了交通灯的亮灭，程序的循环也没有出现问题。5总结总结本系统的核心是基于了 TI 公司的 TMS320LF2407 芯片，同时配合了外围其他一些芯片（如：SN74LVC16245A 电压转换芯片，74HC573 锁存器芯片）来设计交通灯系统，实现了东西南北四个方向红绿灯按照设计要求的亮灭。并通过 74HC573 锁存器的输出端口实现对红，绿灯的控
25、制。系统设计简便，实用性强，操作简便，程序设计简便。系统不足：本系统中没有实现黄灯的等待闪烁时间，以及自动根据实际车流量的大小改变红绿灯变化的时间，另外，本设计没有充分考虑到城市交通系统的联网并行，没有实现城市交通系统的人工智能控制。,参考文献参考文献1曾义芳. TMS320 DSP 基础知识及系列芯片. 北京：北京航天航空大学出版社,2006.2彭启宗. DSP 技术实验指导用书. 北京：高等教育出版社,2010.3胡圣尧. DSP 原理及应用. 南京：东南大学出版社,2008.4孙承龙. DSP 实用教程. 北京：电子工业出版社,2011.5王玮. DSP 原理与实例应用. 北京：清华大学
26、出版社,2003.6梁义涛. 现代 DSP 技术及应用. 北京：清华大学出版社,2012.7周霖. TMS320 系列 DSP 原理，结构及应用. 北京：机械工业出版社,2012.8TMS320LF240 x User Guide.Texas Instruments Incorporated,2002.9张爱梅，孔文杰. 基于图像处理和 DSP 的交通灯实时智能控制系统研究. 郑州大学学报,2010，31（3）：54-56.10徐向美，黄乡生. 基于 DSP 的交通灯综合控制系统的设计. 电子质量,2008， （8）：32-33.,致致 谢谢大学四年的时间，转眼即逝，如今即将毕业，回首四年，有
27、过奋斗，有过成功，也经历过失败，但这大学的一切时光都将成我人生的珍宝。对于此篇论文我要感谢我的论文指导老师，他为人随和热情，细心。从选题、定题开始，一直到最后论文的反复修改、润色，邱老师 始终认真负责地给予我深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。尤其是在程序的编译和仿真方面给了我极大的鼓舞和动力。正是邱老师的无私帮助与热忱鼓励，我的毕业论文才能够得以顺利完成，谢谢邱老师。老师的博学和人品，不仅在学业对我潜心引导，而且在生活、做人等方面也给予我很大的关心和悉心指导，这些都令我终身难忘，我将铭记在心。周 志 豪 2014 年 5 月 25 日 ,附附录录.title jiaot
28、ongdeng .global _c_int00 .mmregsLED_ADDR .set 5008hSTATUS0 .set 00hSTATUS1 .set 01hSTATUS2 .set 02hSTATUS3 .set 03hSTATUS4 .set 04hSTA2_PRE_0 .set 05hSTA2_PRE_1 .set 06hSTA4_PRE_0 .set 07hSTA4_PRE_1 .set 08hCURRENT_STA .set 60h .data ;.word 0f00h,5a00h,5f00h,0a500h,0af00h,0a00h,5a00h,0500h,0a500h .w
29、ord 0f000h,0a500h,0f500h,5a00h,0fa00h,0a000h,0a500h,5000h,05a00h ;.word 0C300h,9600h,0D700h,6900h,0EB00h,08200h,9600h,04100h,06900hDELAY .macro sec_tenth ;延时 sec_tenth/10 秒 STM sec_tenth-1,AR5loop1 STM #09h,AR6loop0 STM #49999,AR7 BANZ $,*AR7- BANZ loop0,*AR6- BANZ loop1,*AR5- .endm .sect .vectorsrs
30、t: B _c_int00, NOP NOP .space 15*4*16int0: b bus_come NOP NOPint1: nop nop nop nopint2: ;b bus_come nop nop nop nop .space 13*4*16 .text_c_int00 LD #0h,DP STM #3000h,SP SSBX INTM SSBX SXM STM #07FFFh,SWWSR ;IO 总线外部等待时间 14 个周期 STM #01h,2Bh STM #0h,CLKMD ;20MHz 工作tst BITF CLKMD,#1h BC tst,TC STM #1087
31、h,CLKMD RPT #0FFh NOP ST #0FFFFh,IFR ORM #0001h,IMR, RSBX INTM LD #40h,DP LD STATUS0,T PORTW STATUS0,LED_ADDR ;全部红灯 DELAY #10 ;延时 1 秒circle LD STATUS1,T ;nop ;nop ;nop ;nop PORTW STATUS1,LED_ADDR ;南北红灯、东西绿灯 ;nop ;nop ;nop ;nop DELAY #200 ;延时 20 秒 STM #2h,BRC ;nop ;nop ;nop ;nop RPTB flash1 ;nop ;nop
32、 ;nop ;nop LD STA2_PRE_0,T ;nop ;nop ;nop ;nop PORTW STA2_PRE_0,LED_ADDR, ;nop ;nop ;nop ;nop DELAY #3 LD STA2_PRE_1,T ;nop ;nop ;nop ;nop PORTW STA2_PRE_1,LED_ADDR ;nop ;nop ;nop ;nop DELAY #3flash1 NOP ;南北绿灯闪 3 次、东西红灯 LD STATUS2,T PORTW STATUS2,LED_ADDR ;南北绿灯、东西红灯 DELAY #30 ;延时 3 秒 LD STATUS3,T PO
33、RTW STATUS3,LED_ADDR ;南北红灯、东西绿灯 DELAY #200 ;延时 20 秒 STM #2h,BRC RPTB flash2 LD STA4_PRE_0,T PORTW STA4_PRE_0,LED_ADDR DELAY #3 LD STA4_PRE_1,T PORTW STA4_PRE_1,LED_ADDR DELAY #3 ;南北红灯、东西绿灯闪 3 次flash2 NOP, LD STATUS4,T PORTW STATUS4,LED_ADDR ; DELAY #30 ;延时 3 秒 B circlebus_come PSHM AR5 PSHM AR6 PSHM AR7 PORTW STATUS0,LED_ADDR ; DELAY #100 ; ST T,CURRENT_STA PORTW CURRENT_STA,LED_ADDR ; POPM AR7 POPM AR6 POPM AR5 RET