基于dsp交通灯的设计

基于dsp交通灯的设计
盐城 师 范 学 院

毕业论文（设计）

2013－2014学年度

基于DSP的十字路口交通灯的设计

基于dsp交通灯的设计

毕业论文（设计）承诺书

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。
2014 年5月20 日

基于dsp交通灯的设计

基于DSP的十字路口交通灯的设计

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。

关键词：TMS320LF2407、交通信号灯、CCS开发软件

The traffic lights crossroads based on DSP design
ABSTRACT
This design introduces a DSP-based traffic light control systemdesign , the main function of the system can be achieved are: tocontrol the city's main traffic junctions ; make each intersectionwith a fixed duty cycle. The design for the TMS320LF2407 to a singleintersection control for the design, a single junction transportnetwork as a whole, the basic component unit , a control method forthe study of a single junction is the basic research of the entiretransport network ,
has a very important meaning.

基于dsp交通灯的设计

目录

前言..........................................................................................................................................11设计总体方案..........................................................................................................................2 1.1设计思路........................................................................................................................2 1.2红绿灯系统工作流程图................................................................................................2 1.3系统工作原理................................................................................................................3 1.4系统设计流程................................................................................................................3 1.5设计小结........................................................................................................................32硬件的选择..............................................................................................................................4 2.1主制器的选择................................................................................................................4 2.1.1TMS320LF2407的基本特点和资源配置.....................................................4 2.1.2DSP引脚功能介绍........................................................................................4 2.2电压转换芯片的选择....................................................................................................5 2.3锁存器的选择................................................................................................................6 2.4CPLD的选择................................................................................................................6

3 DSP芯片的开发工具介绍.....................................................................................................9 2.6系统总硬件电路...........................................................................................................8
2.5指示灯输出电路...........................................................................................................7

3.2 DSP的编程.................................................................................................................10 3.3 DSP的命令文件编写.................................................................................................11 3.4 C语言的中断处理......................................................................................................114系统调试................................................................................................................................11 4.1硬件调试......................................................................................................................11 4.2软件调试......................................................................................................................11 4.3程序流程图..................................................................................................................12 4.4运行状态......................................................................................................................12 4.5实验结果分析..............................................................................................................145总结........................................................................................................................................14参考文献...................................................................................................................................15附录...........................................................................................................................................17

基于dsp交通灯的设计

前言

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。

1.1设计思路

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

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。

基于dsp交通灯的设计

1.2红绿灯系统工作流程图

正常情况下系统工作流程如图1-1所示。

开始

图1-1系统工作流程图

绿灯，延时20秒

本设计的硬件是由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。

东西绿灯闪3次、

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。

南北红灯

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

东西红灯、南北

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绿灯，延时20秒

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 系统设计流程

来实现。设计流程如图1-2所示。

交通灯需要的功能

图1-2设计流程图

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具体调试

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

基于dsp交通灯的设计
2 硬件的选择

2.1主控制器的选择

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。TMS320LF2407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。

2.1.1TMS320LF2407的基本特点和资源配置
该TMS320LF240x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C24XDSP控制器的设备通用，但是240X提供了更

高的处理性能。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。

2.1.2DSP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。

基于dsp交通灯的设计

图2-1TMS320LF2407数字信号处理器引脚图

2.2电压转换芯片的选择

本设计采用74LVC16245A作为电压转换芯片。该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。

基于dsp交通灯的设计

图2-274LVC16245A引脚图

2.3锁存器的选择

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

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2-374HC573引脚图

基于dsp交通灯的设计
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7.5ns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5V的I/ O能力。

XC95144引脚图如图2-4所示。

图2-4XC95144引脚图

2.5指示灯输出电路

交通信号灯电路如图2-5 所示。

基于dsp交通灯的设计

图2-5 交通信号灯模块图

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
此模块由发光二极管和一个锁存器组成。

2.6 系统总硬件电路

系统硬件图如图2-6所示。

基于dsp交通灯的设计

图2-6系统硬件图

3DSP芯片的开发工具介绍

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。
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、汇编器、优化C编译器等，把代码的编辑、编

基于dsp交通灯的设计译、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，包含仿真器以及模拟器的分析，能够用在监视跟模拟硬件的功能、评估

（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
代码执行的时钟。

像、眼图、星相图等，而且可以进行自动的刷新。

GEL菜单的选项，简洁容易的修改变量，配置参数等。

3.1.2CCS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

基于dsp交通灯的设计

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。

3.2DSP的编程

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 的命令文件编写
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。

3.4C语言的中断处理

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。