1、 十字路口交通灯的设计十字路口交通灯的设计摘要DSP 数字信号处理(Digital Signal Processing，简称 DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20 世纪 60 年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。本次设计是基于 DSP 原理设计交通灯控制系统软硬件系统，利用发光二级管亮灭模拟交通信号，数码管显示倒计时时间，利用 TMS320VC540
2、2 DSP 片上定时器定时产生时钟计数，设计模拟实际生活中十字路口交通灯。关键词：DSP；TMS320LF407；交通灯控制；发光二极管；十字路口交通灯的设计目 录1 绪论12 课程设计内容及要求22.1 课题设计内容22.2 课题设计要求23 课程设计方案及原理.33.1 课程设计总体方案33.1.1 设计思路.33.1.2 设计流程图.33.2 课程设计原理53.2.1 系统工作原理.53.2.2 系统工作状态.64 设计步骤及过程.84.1 硬件的选择84.1.1 主控制器的选择.84.1.2 电压转换芯片的选择.94.1.3 锁存器的选择.94.1.4 译码器的选择104.1.5 数码
3、显示输出模块.114.1.6 指示灯输出模块124.2 软件的使用134.2.1 CCS 文件名介绍134.2.2 汇编源程序(.Asm).144.2.3 COFF 目标文件.145 心得体会.16十字路口交通灯的设计参考文献.17附录18十字路口交通灯的设计第 1 页 共 24 页1 绪论十字路口交通灯在我们的日常生活中随处可见，它为繁忙的道路交通及人们的安全提供了较好的保障。然而，我们只知道交通灯在红、黄、绿三色之间交替更换来控制人车流量，去对其内部的工作原理及软硬件的设计了解很少，因此要通过此次简单道路交通灯控制系统软硬件设计来进一步研究交通灯的内部结构。最重要的是将学习到的 DSP 系
4、统的组成与原理应用到交通灯的设计当中。通过DSP 技术及应用课程设计，使学生能将学到的 DSP 系统的组成与原理用到具体的实际系统中，加深对 DSP 系统的理解，是将该门课程与实际问题相连接的关键步骤。通过课程设计，能够提高学生分析问题，解决问题，从而运用所学知识解决实际问题的能力，并培养基本的，良好的系统软硬件设计等能力。十字路口交通灯的设计第 2 页 共 24 页2 课程设计内容及要求2.1 课题设计内容DSP 课程设计是对数字信号处理 、 DSP 原理及应用等课程的较全面练习和训练，是实践教学中的一个重要环节。通过本次课程设计，综合运用数字信号处理、DSP 技术课程以及其他有关先修课程的
5、理论和生产实际知识去分析和解决具体问题，并使所学知识得到进一步巩固、深化和发展。初步培养学生对工程设计的独立工作能力，掌握电子系统设计的一般方法。通过课程设计，基本技能的训练，如查阅设计资料和手册、程序的设计、调试等，提高学生分析问题、解决问题的能力。本题目为急救车与十字路口交通灯的设计，目的是熟练掌握 DSP 定时器的控制、中断系统的应用以及程序的编写调试。2.2 课程设计要求1、南北、东西各三个灯（红、黄、绿） ； 2、南北、东西两向各有倒计时功能（各两位数码管显示） ；（1）南北绿灯、东西红灯，延时 20 秒（2）南北绿灯闪 3 次、东西红灯（6 秒）（3）南北黄灯、东西红灯（4 秒）（
6、4）南北红灯、东西绿灯（20 秒）（5）南北红灯、东西绿灯闪 3 次（6 秒）（6）南北红灯、东西黄灯延时 3 秒（4 秒）（7）回到（1）3、功能键：（1）启动开关 （2）急救灯的启动开关4、启动开关按下时，交通灯开始运行，再按一下表示停止。5、按要求编写课程设计报告书，正确、完整的阐述设计和实验结果。十字路口交通灯的设计第 3 页 共 24 页3 课程设计总体方案及原理3.1 课程设计总体方案3.1.1 设计思路根据 DSP 的硬件中断、定时器、I/O 访问的原理。用定时器定时，用 I/O 口控制红绿黄灯的开关，用硬件外部中断模拟急救车的到达。有急救车到达时，两向为全红，以便让急救车通过。
7、急救车通过后，交通灯恢复硬件中断前的状态。触发开关(红色按纽)为中断申请，表示有急救车通过。在实验箱上交通灯模块由高 8 位数据线控制：南北红灯 D9、D11 为高，南北黄灯 D9、D11、D13 、D15 为高，南北绿灯 D13、D15为高，东西红灯 D8、D10 为高，东西黄灯由 D8、 D10、D12 、D14 为高，东西绿灯D12、D14 为高。交通灯模块的 I/O 地址：0x5008h3.1.2 设计流程图开始保护现场全部红灯延时 10 秒恢复现场结束十字路口交通灯的设计第 4 页 共 24 页开始结束保护现场全部红灯延时 1 0 秒恢复现场图 3.1 中断程序服务图十字路口交通灯的
8、设计第 5 页 共 24 页开始初始化 D S P全部红灯延时 1 秒南北绿灯 、 东西红灯 ， 延时 2 0秒南北红灯 ， 东西绿灯闪 3 次南北红灯 ， 东西黄灯延时 3 秒南北红灯 、 东西绿灯南北黄灯 ， 东西红灯南北绿灯闪 3 次 ， 东西红灯亮南北绿灯闪 3 次 ， 东西红灯亮图 3.2 设计总流程图十字路口交通灯的设计第 6 页 共 24 页D S P 初始化查表往端口（ C 0 0 0 H ） 送段码（ 显示数据 ） 和位码送八次没有位码向左移一位输出段码数据 输出位选通信号返回延时是指向下一个显示数据关所有显示开始图 3.3 数码管显示流程图3.2 课程设计原理3.2.1 系
9、统工作原理本设计硬件由定时模块、发光二极管模块、数码管显示模块和紧急中断模块组成。信号灯受芯片中输出高低电平的控制。当锁存器 I/O 口输出为高电平时，他所驱动的十字路口交通灯的设计第 7 页 共 24 页信号灯即发光二极管就会亮起来。定时模块采用硬件定时和软件定时相结合的方法，用 DSP 定时/计数器定时 100ms，再用软件计时实现所需的定时。发光二极管模块由DSP 控制发光二极管来实现。数码管显示模块由实验平台上的 LED 显示模块实现。紧急中断模块是由单脉冲发生单元和 DSP 中断控制器组成。本次设计中东西南北路口的红灯均亮 1 秒，信号灯开始工作，东西红灯亮 20 秒，在东西红灯亮的
10、同时，南北绿灯亮 20 秒。到 20 秒时，东西绿灯闪亮，绿灯闪亮的周期为 2 秒(亮 1 秒，灭 1 秒)。绿灯闪亮 3 次后灭，东西黄灯亮并维持 4 秒。到 4 秒时，东西黄灯灭，东西红灯亮，同时南北红灯灭，南北绿灯亮。东西红灯亮维持 20 秒，南北绿灯亮维持 20 秒，到 20秒时，南北绿灯闪亮 3 次后灭，南北黄灯亮，并维持 4 秒。到 4 秒时，南北黄灯灭，南北红灯亮，同时东西红灯灭，东西绿灯亮。紧接着开始第二周期的动作，以后周而复始的循环。3.2.2 系统工作状态状态一：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 6 秒；如图所示图 3.4 状态
11、一状态二：南北黄灯、东西红灯，持续 6 秒；十字路口交通灯的设计第 8 页 共 24 页图 3.5 状态二状态三：东西绿灯、南北红灯，延时 20 秒，20 秒后东西绿灯闪 3 次，南北红灯持续 6 秒；图 3.6 状态三状态四：东西黄灯、南北红灯，持续 6 秒；图 3.7 状态四状态五：紧急状态下东西南北均亮红灯；图 3.8 状态五十字路口交通灯的设计第 9 页 共 24 页4 设计步骤及过程4.1 硬件的选择4.1.1 主控制器的选择采用 TI 公司 DSP 芯片 TMS320VC5402。C5402 采用改进的 Harvanl 处理结构，指令流水线操作。计算和处理速度很高，系统单指令周期可
12、达到 10ns。在片内提供16k 的 RAM 用作程序和数据存储，其最大可扩展寻址空间为 1M 字节。C5402 提供的 McBSP 串口和 DAM 数据传送方式极大地方便它在通信领域的应用和开发。如下图所示：十字路口交通灯的设计第 10 页 共 24 页图 4.1 TMS320VC54024.1.2 电压转换芯片的选择由于 TMS320VC5402 的工作电压为 3.3V，而外部存储器的工作电压为 5V，用74LVC4245A 完成 3.3V 到 5V 的电平转换。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
13、中去。十字路口交通灯的设计第 11 页 共 24 页图 4.2 74LVC4245A4.1.3 锁存器的选择本次设计通过主控制器产生时钟计数，并将锁存信号提供给锁存器，所以选择TTL 带公共时钟复位的 74LS273 锁存器。是带有清除端的 8D 触发器，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为 11 脚 CLK，采用上升沿锁存。 CPU 的 ALE 信号必须经过反相器反相之后才能与 74LS273 的控制端 CLK 端相连。1D8D 为数据输入端，1Q8Q 为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8 位地址锁存器。(1).1 脚是复位 CLR,低电平有效,当 1 脚是低电平
14、时 ,输出脚 2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7) 全部输出 0,即全部复位;(2).当 1 脚为高电平时 ,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当 11 脚有一个上升沿,立即锁存输入脚 3、4、7、8、13、14、17、18 的电平状态,并且立即呈现在在输出脚 2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7) 上.十字路口交通灯的设计第 12 页 共 24 页图 4.3 74LS2734.1.4 译码器的选择选择常用的 74LS138 译码器，译码产生 8
15、种输出结果，进而控制数码管的显示。74LS138 为 3 线8 线译码器，共有 54/74S138 和 54/74LS138 两种线路结构型式，其工作原理如下：当一个选通端（E3）为高电平，另两个选通端（ E1)和/(E2)）为低电平时，可将地址端（A、B、C ）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用 E1、E2和 E3 可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成 32 线译码器。若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138 还可作数据分配器。十字路口交通灯的设计第 13 页 共 24 页图 4.4 74LS1384.1.5 数码显示输出模块数码管显示采用了四
16、位一体的数码管。其显示由 DSP 的高八位数据线控制位码显示，低八位数据线控制段码显示。其数据经过了 74HC273 锁存，图中锁存信号是LEDALE，清零信号是 LEDCS，这两信号经过 CPLD 逻辑组合而来，逻辑功能描述如下：LEDALE VECSPAGE0.text: PROGPAGE0.data: DATAPAGE1.stack: STACKPAGE1* FileName: ex8.asm * Description: 急救车与交通灯实验 * Copyright(C) SanZhi Electronic, Author Zpin *十字路口交通灯的设计第 26 页 共 24 页*.t
17、itle “ex8“.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;东西、南北 红红 绿红 黄红 红绿 红黄 空红 绿红 红空 红绿;.word 0f00h,5a00h,5f00h,0a500h,0a
18、f00h,0a00h,5a00h,0500h,0a500h.word 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,AR7十字路口交通灯的设计第 27 页 共 24 页BANZ $,*AR7-BANZ loop0?,*AR6-BANZ loop1?,*AR5-.endm.sect “.vectors“rst: B _c_int00NOPNOP.space 15*4*16int0: b bus_comeNOPNOPint1: nopnopnopnopint2: ;b bus_comenopnopnopnop.space 13*4*16.text_c_int00LD #0h,DPSTM #3000h,SP
