基于DSP 的交通灯控制系统的硬件设计

周锦荣，冯翰辉，王辉，何安玲

（漳州师范学院物理与电子信息工程系，漳州363000）

随着交通运输行业的快速发展，智能化交通问题已成为人们密切关注的问题和相关行业人员的研究热点，DSP 技术也广泛应用到视频交通、安防检测等各领域[1]。本次设计以国内常用的倒计时式的单个十字路口交通灯为例，结合北京瑞泰创新科技有限责任公司所生产的ICETEK5416A 实验箱资源，以TI公司的TMS320VC5416DSP 高速处理器为控制核心[2-3]，设计一个单路口（十字路口）的智能交通灯控制系统。该设计中，利用软件设计模拟（C 语言产生随机数模拟路面车辆数）路面车辆状况，以测试系统运行的正确性以及合理性；并用LED 点阵显示各种通行状态切换的倒计时间，用液晶显示来模拟路况监控，同时使用按键中断模拟突发情况（如救护车通过时，均亮红灯），使系统能提示更多的交通信息，以达到控制的及时性和准确性。

1 系统硬件电路总体设计框图

在整个系统结构中通过CPLD 作为DSP 的接口，如图2 所示。由于CPLD 为可编程逻辑器件，灵活性大，可以充分利用DSP 来扩展IO 空间。外扩的Flash 存储器用于存储执行程序，在上电时DSP 自动对其进行加载。

图1 中，交通灯控制线为：ERED、EYELLOW、EGREEN、WRED、WYELLOW、WGREEN、SRED、SYELLOW、SGREEN、NRED、NYELLOW、NGREEN；LCD 控 制 线 为 ：LCD_RS、LCD_RW、LCD_E、LCD_CS1、LCD_CS2。以下主要单元电路中出现的标号均为与CPLD 或DSP 的接口标号，DSP 通过IO 空间的寻址对以下各单元电路进行操作。

2 主要单元电路设计

2.1 交通灯电路

单路口路面示意图如图2 所示。单路口交通灯采用共阴极接法，用与CPLD 兼容的3.3 V 供电，如图3 电路所示。现今所用的LED 亮度均较高，在1 mA 的电流下就已经有相当的亮度，所以可以采用1 K 的限流电阻，这样不仅亮度达到要求，而且电流较小，有效减小系统功耗，同时1 mA 的灌电流可以由CPLD 直接驱动，无需额外的接口电路。

2.2 倒计时电路

设计中以8*8 点阵屏作为倒计时的显示屏，为使点阵亮度均匀，在程序设计中采用动态显示的方式，若要每个点看起来有1 mA 的亮度，则选中点亮的那一段共需8 mA 的电流，CPLD 或DSP 均无法提供。因此，采用两片76LS245 进行电平转换，该芯片的拉电流可到15 mA，灌电流可到24 mA，符合要求。在5 V 供电情况下，采用330 Ω的限流电阻每段能够达到接近2 mA 的电流，使点阵达到一个适中的亮度。电路如图4 所示。

2.3 液晶显示和键盘接口电路

图5 中，电路由于液晶是5 V 器件，在与CPLD 接口时需要进行电平转换，因此采用两片74LS245 分别对液晶的控制线以及数据线进行电平转换。采用PS2接口与实验系统中配套的标准键盘模块进行通信。

该键盘模块中，存在一块单片机进行键盘的扫描及编码，并将编码信息通过串口发送到PS2 接口。因此，程序设计中只需读取相应IO 空间数据，就可以根据编码，转换为相应的按键值，进行按键操作。由于在IO 空间上和液晶控制模块进行了复用，所以在硬件连接上二者共用一块74LS245（PS2 也为5 V器件），电路如图5 所示，键盘可作为紧急情况（如救护车通过）发生时的应急处理装置。

2.4 外扩Flash 电路

外扩Flash 电路如图6 所示，设计中使用TI 公司生产的AM29LV800 作为DSP 的外扩Flash，工作电源为3.3V 与DSP 兼容，该芯片支持8 位和16 位操作，存储空间大小为：1M*8-bit/512K*16-bit。在8位模式下，该存储器内部分为19 个扇形存储区，可以对每个存储区独立寻址，且对其中一个存储区操作时，不影响其它存储区的内容。在此模式下，数据最高位引脚DQ15/A-1 作为地址线的最低有效位使用。本次采用的就是8 位模式，所以DQ15/A-1 要接A0。

由于5416 内部有16K*16-bit 的ROM 程序存储空间[4]，所以外扩的存储器容量需与其对应，因此外扩的Flash 选择从地址8 000 h 开始，通过A0～A13可以得到对外部32 K 的寻址能力，32 K*8-bit 与5416 内部ROM 存储空间相匹配。

2.5 系统电源电路

实验箱DSP 系统为双电源供电芯片，IO 电源为3.3 V，而内核工作电源则为1.8 V（也可为1.6 V，本设计采用该电压）。因此，选用TI 公司专门为DSP 供电而设计的电平转换芯片TPS767D301。该芯片可以设置为一路（OUT2）输出固定 3.3 V，另一路（OUT1）输出可调（范围为1.5 V 到5.5 V），每一路均可最大输出1 A 的电流，足以满足系统需求。如图7 所示，该电路即为这种输出模式，另一路输出电压公式为V=Vref*（1+R1/R2），其中Vref 为芯片内部产生的一个基准电压1.183 4 V。该芯片要求输入电压范围为2.7～10 V，图中输入电压VCC 采用5 V，符合要求。

3 总结

本次设计充分利用了ICETEK5416A 实验箱的资源，着重阐述通过DSP 芯片设计的单路口（十字路口）的交通灯控制系统的硬件方法。利用C 语言编程和TI 公司的CCS 软件调试和测试结果表明该硬件电路能对随机产生的车辆信息进行统计比较，并根据路况的监测结果调整路口交通灯的倒计时时间，控制具实效性和准确性。 在后续研究中，也可将该电路原理扩展到多路口协调的交通控制系统，以期达到交通控制智能化的目的。同时，这次的硬件设计结果也能为他人学习北京瑞泰创新科技有限责任公司所生产的ICETEK5416A实验箱的教学内容提供参考。

［1］ 高丙坤，陶东升，王健，等.基于ARM 和DSP 的嵌入式监控系统设计［J］.黑龙江八一农垦大学学报，2009，21（2）：59-62.

［2］ Texas Instruments Inc.TMS320VC5416 Fixed-Point Digital Signal Processor Data Manual［EB/OL］.http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tms320vc5416.pdf.

［3］ 李琳，黄操军，李爱传，等.基于TMS320VC5416 的精确频率测量技术研究［J］.黑龙江八一农垦大学学报.2007，19（4）：85-88.

［4］ 陈金鹰.DSP 技术及应用［M］.北京:机械工业出版社，2004.