DSP課程設(shè)計(jì)交通燈控制設(shè)計(jì)報(bào)告

1、DSP器件及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目： 基于DSP的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 大探131班 姓 名學(xué) 號評 分鐘磊2013021053王紅飛2013021019錢夢柯2013021058小組成績2016年 6 月 28 日評分內(nèi)容具體要求分值評分設(shè)計(jì)報(bào)告篇幅字?jǐn)?shù)符合要求10分格式論文格式規(guī)范，圖表清楚，排版美觀10分內(nèi)容內(nèi)容完整，包括中英文標(biāo)題、摘要、正文、參考文獻(xiàn)。5分報(bào)告結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，文字通順，用語符合技術(shù)規(guī)范，不與別人雷同10分內(nèi)容新穎，有自己的觀點(diǎn)或設(shè)計(jì)方案。5分結(jié)果資料翔實(shí)可靠，設(shè)計(jì)方案、程序、電路圖等正確無誤。10分驗(yàn)收結(jié)果程序規(guī)范DSP程序完整，DSP程

2、序清晰、規(guī)范，可讀性強(qiáng)。10分完成情況獨(dú)立完成規(guī)定設(shè)計(jì)任務(wù)，論證、分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算、結(jié)構(gòu)、建模、實(shí)驗(yàn)正確合理，有一定的創(chuàng)新性15分操作CCS操作熟練，測試方案詳細(xì)、規(guī)范5分答辯能夠說清楚原理，回答問題條理清楚，結(jié)果正確，能較好地理解課題任務(wù)并提出實(shí)施方案20分評分表 小組成績： 基于DSP的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)The design of traffic light control system based on DSP摘 要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的、通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，這個(gè)世界已經(jīng)步入了信息時(shí)代。作為世界上最大的發(fā)展中國家，中國人的生活方式發(fā)生了巨大的變化。經(jīng)濟(jì)在高速發(fā)展，城市化進(jìn)程在不斷加

3、快，車輛猛增，城市交通問題成為一個(gè)日益引起人們關(guān)注的問題。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào), 成為交通管理部門需要解決的當(dāng)務(wù)之急。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng), 它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。如何采用合適的控制方法, 最大限度利用好城市高速道路, 緩解主干道與匝道、城區(qū)同周邊地區(qū)的交通擁堵狀況,成為交通運(yùn)輸管理和城市規(guī)劃部門需要解決的問題之一。數(shù)字信號處理器（DSP，即 Digital Signal Processor）是進(jìn)行數(shù)字信號處理的專用芯片，是伴隨著微電子學(xué)、 數(shù)字信號處理技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的新器件。由于它特

4、殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 可以把數(shù)字信號處理中的一些理論和算法實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn), 因而在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中得到了廣泛的使用。本報(bào)告提出了基于 DSP 的交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理器（DSP），交通燈控制系統(tǒng)，三色燈 目錄1 引言11.1課題背景11.2 研究目的和意義12 設(shè)計(jì)分析22.1 實(shí)現(xiàn)效果概述22.2 設(shè)計(jì)方案概述22.3 系統(tǒng)模型說明22.4 系統(tǒng)基本功能32.5 交通燈組態(tài)說明32.6 組態(tài)部分的程序說明43 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)43.1 硬件部分43.1.1 芯片簡介43.1.2 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)53.2 軟件部分63.2.1 CCS簡介63.2.2 程序流程圖63.2.3 部分源程序代碼及注釋64

5、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果94.1 效果截圖94.2 實(shí)驗(yàn)總結(jié)105 參考文獻(xiàn)101 引言1.1 課題背景1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅，藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。這是世界上最早的交通信號燈。1868年，英國機(jī)械工程師納伊特在倫敦威斯敏斯特區(qū)的議會(huì)大廈前的廣場上，安裝了世界上最早的煤氣紅綠燈。1869年1月2日，煤氣燈爆炸，使警察受傷，遂被取消。1914年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國。這種紅綠燈由紅綠黃三色圓形的投光器組成，紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。 1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。信號燈的出現(xiàn)，使交通得以有效管制，對于疏導(dǎo)交

6、通流量、提高道路通行能力，減少交通事故有明顯效果。1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標(biāo)志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎，除非另一種標(biāo)志禁止某一種轉(zhuǎn)向。左右轉(zhuǎn)彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線。1.2 研究目的和意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸中出現(xiàn)了一些傳統(tǒng)方法難以解決的問題。道路擁擠現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越大，并一直保持大比例的增長?，F(xiàn)在交通系統(tǒng)已不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。由于生活水平的提高，人

7、們對交通運(yùn)輸?shù)陌踩约胺?wù)水平提出了更高的要求。在交通中管理引入交通燈控制代替交管人員在交叉路口服務(wù)，有助于提高交通運(yùn)輸?shù)陌踩浴⑻岣呓煌ü芾淼姆?wù)質(zhì)量。并在一定程度上盡可能的降低由道路擁擠造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也減小了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 中國車輛數(shù)量不斷增加，交通控制在未來的交通管理中起著越來越重要的作用。智能交通燈的管理比重修一條馬路無論在經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)行速率上都有很好的效益，也更加節(jié)約資源。2 設(shè)計(jì)分析2.1 實(shí)現(xiàn)效果概述本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的智能交通燈控制系統(tǒng)的主要功能為：對某市區(qū)（模擬）的主要交通路口進(jìn)行控制，使各路口的交通燈有固定的工作周期，即以時(shí)間為依據(jù)控制信號燈，使其按照正常（預(yù)

8、設(shè)）順序運(yùn)行。2.2 設(shè)計(jì)方案概述本設(shè)計(jì)以DSP TMS320F2812作為控制核心。研究對象為單個(gè)路口控制，與上位機(jī)之間的通信采用MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換。交通信號控制器包括上位機(jī)設(shè)計(jì)和下位機(jī)設(shè)計(jì)兩部分。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)的一些控制信息的設(shè)定，如復(fù)位信號控制器、輸出燈組有效及燈組順序設(shè)定等；下位機(jī)主要控制整個(gè)信號控制器的各路信號燈輸出狀態(tài)，保證路口按預(yù)先設(shè)定的方案運(yùn)轉(zhuǎn)。2.3 系統(tǒng)模型說明圖2-1 交通燈模型這里以一個(gè)路口為例簡單介紹交通燈信號控制的運(yùn)行情況：交通

9、燈分為紅黃綠三色，東、西、南、北各一組，用燈光信號實(shí)現(xiàn)對交通的控制：綠燈信號表示通行，黃燈信號表示警告，紅燈信號表示禁止通行。在正常情況下路口燈的變化順序如下（由于東西和南北分別是對稱的，所以設(shè)計(jì)時(shí)只需考慮西路口和北路口情況）：1. 南北亮綠燈，東西亮紅燈2. 南北亮黃燈，東西亮紅燈3. 南北亮紅燈，東西亮黃燈4. 南北亮紅燈，東西亮綠燈5. 南北亮紅燈，東西亮黃燈6. 南北亮黃燈，東西亮紅燈7. 返回1狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)2.4 系統(tǒng)基本功能a) 初始時(shí)間設(shè)置：設(shè)置一段初始時(shí)間，開機(jī)后需等待該段時(shí)間后系統(tǒng)才開始正常工作（該段時(shí)間內(nèi)交通燈處于初始燈態(tài)，即南北綠、東西紅）b) 正常時(shí)間設(shè)置：以時(shí)間為變量

10、控制交通燈狀態(tài)的變換，用不同的時(shí)間間隔來控制每種燈態(tài)的持續(xù)時(shí)間c) 燈態(tài)切換：交通燈可在紅黃藍(lán)三色中按預(yù)設(shè)順序進(jìn)行切換2.5 交通燈組態(tài)說明燈組：在單個(gè)路口的交通燈控制系統(tǒng)中，東西方和南北方各為一個(gè)大組。燈態(tài)：每個(gè)大組內(nèi)的紅黃綠三色信號各為一個(gè)燈態(tài)。這樣2個(gè)燈組的不同燈態(tài)一共生成6種狀態(tài)：.東西紅 .東西黃 .東西綠 .南北紅 .南北黃 .南北綠南北兩個(gè)方向?qū)嶋H可能的交通燈組合狀態(tài)如下：1. 南北方向綠燈亮， 東西方向紅燈亮2. 南北方向黃燈亮， 東西方向紅燈亮3. 南北方向紅燈亮， 東西方向黃燈亮4. 南北方向紅燈亮， 東西方向綠燈亮5. 南北方向紅燈亮， 東兩方向黃燈亮6. 南北方向黃燈亮

11、， 東兩方向紅燈亮2.6 組態(tài)部分的程序說明根據(jù)上述的六種實(shí)際狀態(tài)，可在程序中預(yù)先定義好這六種狀態(tài)對應(yīng)的六個(gè)參數(shù)，然后按順序產(chǎn)生這六種狀態(tài)，并根據(jù)計(jì)時(shí)時(shí)間來控制每種狀態(tài)的延續(xù)時(shí)間。表2-2 六種狀態(tài)在程序中的參數(shù)體現(xiàn)狀態(tài)編號交通燈信號對應(yīng)參數(shù)持續(xù)時(shí)間1南北綠， 東西紅numberStatus_NorthSouthGreen_EastWestRed20s3南北黃， 東西紅numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed20s4南北紅， 東西黃numberStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow20s5南北紅， 東西綠numberSt

12、atus_NorthSouthRed_EastWestGreen20s7南北紅， 東西黃numberStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow220s8南北黃， 東西紅numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed220s3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)3.1 硬件部分 3.1.1 芯片簡介本系之所以統(tǒng)選擇TI公司的TMS320F2812芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制芯片，主要基于以下幾點(diǎn)考慮：1. 高效運(yùn)算能力：TMS320F2812是32位的處理器，16x16和32x32介質(zhì)訪問控制(MAC)運(yùn)算2. 片上硬件資源：TMS320F2812片內(nèi)RAM容

13、量為128K×16位，片上外設(shè)也很豐富，有兩個(gè)事件管理器（EVA，EVB），還有可支持45個(gè)外設(shè)中斷的外設(shè)中斷擴(kuò)展（PIE）塊3. 接口能力：TMS320F2812的SPI串行口具有靈活的接口能力，可以通過SPI串行口與各種工業(yè)級串行設(shè)備實(shí)現(xiàn)無縫連接。TMS320F2812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4. 開發(fā)工具支持：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。TI公司還為用戶提供了硬件平臺，有各種類型的硬件仿真器，可對系統(tǒng)

14、進(jìn)行實(shí)時(shí)軟硬件調(diào)試和硬件仿真3.1.2 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)圖3-1 硬件結(jié)構(gòu)圖各模塊概述：a) 中央處理器：本系統(tǒng)以TMS320F2812作為核心處理器，它控制整個(gè)信號控制器的運(yùn)行，根據(jù)當(dāng)前時(shí)間及時(shí)段設(shè)置方案來確定當(dāng)前的狀態(tài)顯示與轉(zhuǎn)換，從而控制路口的交通燈按照預(yù)設(shè)方案指示路口的放行狀況b) 時(shí)鐘模塊：為DSP芯片提供的時(shí)鐘一般有兩種方法：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。使用外部時(shí)鐘源的時(shí)鐘信號，即將外部時(shí)鐘源加到DSP芯片的X2/CLKIN引腳，而X1引腳懸空。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部晶振器構(gòu)成時(shí)鐘電路c) 串行通訊接口：信

15、號控制器的各種參數(shù)可由上位機(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d) 電源模塊：為整個(gè)系統(tǒng)提供電源e) 輸出交通燈信號模塊：以發(fā)光二極管代替信號燈，模擬實(shí)際交通燈的狀態(tài)輸出3.2 軟件部分 CCS簡介CCS(Code Composer Studio)代碼調(diào)試器是TI公司推出的一種針對標(biāo)準(zhǔn)TMS320 調(diào)試接口的集成開發(fā)環(huán)境IDE(Integrated Development Environment )，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

16、個(gè)流程。3.2.2 程序流程圖圖3-2 程序流程圖3.2.3 部分源程序代碼及注釋/*=主函數(shù)=*/void main(void) int temp_1, temp_2,k; int status_Now, status_Old, timeCount_Old;timeCount=0; EastWest_LightStatus=NorthWest_LightStatus=0; status_Now=0; status_Old=1; timeCount_Old=0; InitPll(0x0); DINT;/關(guān)閉中斷 InitPieCtrl();/初始化pie寄存器 IER = 0x0000; /

17、中斷使能寄存器 IFR = 0x0000; / 中斷標(biāo)志使能寄存器 InitPieVectTable(); /初始化pie中斷向量表 EALLOW; / 仿真讀取使能位 PieVectTable.TINT0 = &Timer0; /定時(shí)器中斷服務(wù)程序 EDIS; / 清除狀態(tài)寄存器 CTRGR=0;/ 初始化ICETEK-CTR CTRGR=0x80; CTRGR=0; CTRLR=0;/ 關(guān)閉東西方向的交通燈 CTRLR=0x40;/ 關(guān)閉南北方向的交通燈 CTRLR=0x0c1;/ 開啟發(fā)光二極管顯示陣列for ( k=0;k<8;k+ ) / 熄滅所有l(wèi)ed，交通燈初始化

18、led_Contentbufk=0x0ff;led_Contentxk=(k<<4);StartCpuTimer0();/啟動(dòng)定時(shí)器0while ( 1 )if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthGreen_EastWestRed )status_Now=realStatus_NorthSouthGreen_EastWestRed; /狀態(tài)選擇（數(shù)字差代表時(shí)間）else if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed )status_Now=realStatus_Nor

19、thSouthYellow_EastWestRed;else if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow )status_Now=realStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow;else if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthRed_EastWestGreen )status_Now=realStatus_NorthSouthRed_EastWestGreen;else if ( timeCount<numberStatus_NorthS

20、outhRed_EastWestYellow2 )status_Now=realStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow;else if ( timeCount<numberStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed2 )status_Now=realStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed;if ( status_Now!=status_Old ) / 狀態(tài)變化時(shí)循環(huán)顯示status_Old=status_Now;switch ( status_Now ) /5鐘真實(shí)狀態(tài)燈case realStat

21、us_NorthSouthGreen_EastWestRed:EastWest_LightStatus=0x24; NorthWest_LightStatus=0x49;Setled_ContentContent(20);break;case realStatus_NorthSouthYellow_EastWestRed:EastWest_LightStatus=0x24; NorthWest_LightStatus=0x52;Setled_ContentContent(20);break;case realStatus_NorthSouthRed_EastWestYellow:EastWest_LightStatus=0x12; NorthWest_LightStatus=0x64;Setled_ContentContent(20);break;case realStatus_NorthSouthRed_EastWestGreen:EastWest_LightStatus=0x09; NorthWest_LightStatus=0x64;Setled_ContentContent(20);break;case realStatusHold:EastWest_Light