DSP交通燈課程設(shè)計(jì)

1、電子信息工程專(zhuān)業(yè)CDIO三級(jí)項(xiàng)目項(xiàng)目設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2011/2012學(xué)年第二學(xué)期）項(xiàng)目名稱(chēng) ： DSP應(yīng)用系統(tǒng) 題 目 ： DSP控制交通燈的顯示 專(zhuān)業(yè)班級(jí) ： 電子信息工程09-1班 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 2周 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 2012年7月6日 目 錄一 設(shè)計(jì)目的.2二 系統(tǒng)分析.2 2.1設(shè)計(jì)要求.2 2.2設(shè)計(jì)思想.2三 總體設(shè)計(jì).3 3.1系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì).3 3.2總電路圖設(shè)計(jì).3 3.3最小系統(tǒng)圖.4四 課程設(shè)計(jì)原理.4 4.1系統(tǒng)工作原理.4 4.2. 系統(tǒng)工作狀態(tài).4五 元器件選擇.6 5.1所要元器件.6 5.2模塊性能分析.7 521、TMS320F

2、2812 DSP芯片.7522、CD4511.7523、LED.9524數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路.9525外擴(kuò)電路.10六 運(yùn)行描述.10七 軟件設(shè)計(jì).107.1程序流程圖.127.2程序代碼.13八 設(shè)計(jì)總結(jié).17九 參考文獻(xiàn).17附錄.18一、 設(shè)計(jì)目的DSP課程設(shè)計(jì)對(duì)我們DSP的學(xué)習(xí)有這非常重要的意義。（1）通過(guò)交通燈的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加深、鞏固學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)課程DSP控制器及其應(yīng)用的基本理論知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。（2）熟悉使用TMS320F2812控制交通燈的方法。（3）利用DSP開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS C2000對(duì)源程序文件進(jìn)行編譯、鏈接、裝載調(diào)試，以完成基本的DS

3、P項(xiàng)目文件設(shè)計(jì)。（4）通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)DSPf2812芯片的I/O端口控制方法，熟悉字模的簡(jiǎn)單構(gòu)建和使用，熟悉Emulator方式下的程序調(diào)試規(guī)程，并能最終熟悉掌握在DSP軟硬件環(huán)境下的程序開(kāi)發(fā)流程，達(dá)到學(xué)以致用的目的。二 系統(tǒng)分析21、設(shè)計(jì)要求2.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈（帶一個(gè)倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管），每個(gè)方向有三色（紅、黃、綠）；實(shí)現(xiàn)交通燈雙向車(chē)道紅綠燈切換功能、交通燈全亮功能、數(shù)碼管全亮功能；保證每次切換倒計(jì)時(shí)9秒，且綠燈變紅燈前2秒黃燈閃爍1次，并在此時(shí)熄滅綠燈。2.1.2設(shè)計(jì)要求用CCS2.2以上版本運(yùn)行環(huán)境，ANSIC/C+語(yǔ)言編寫(xiě)；用DSPF2812B開(kāi)發(fā)板調(diào)用GPIO

4、通用輸入輸出多用復(fù)用器進(jìn)行調(diào)制；采用內(nèi)部時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能；采用字模查詢(xún)方式顯示數(shù)字。22、設(shè)計(jì)思想根據(jù)DSP的硬件中斷、定時(shí)器、I/O訪問(wèn)的原理，用定時(shí)器定時(shí)。2812的十個(gè)引腳，其中A口的六個(gè)引腳GPIOA0、GPIOA1、GPIOA2、GPIOA3、GPIOA4、GPIOA5控制二極管的狀態(tài)，B口的四個(gè)引腳GPIOB0、GPIOB1、GPIOB2控制數(shù)碼管的顯示，二極管低電平有效，GPIO的端口均為輸出，在實(shí)驗(yàn)箱上交通燈模塊由高8位數(shù)據(jù)線控制：南北紅燈D9、D11為高，南北黃燈D9、D11、D13、D15為高，南北綠燈D13、D15為高，東西紅燈D8、D10為高，東西黃燈由D8、D10、D

5、12、D14為高，東西綠燈D12、D14為高。交通燈模塊的I/O地址：0x5008h三、 總體設(shè)計(jì)3.1、系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)該系統(tǒng)包括DSPF2812芯片，CD4511驅(qū)動(dòng)器，首先對(duì)DSP進(jìn)行初始化，等待中斷，然后I/O口輸出高電平驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈發(fā)亮，定時(shí)模塊采用硬件定時(shí)和軟件定時(shí)相結(jié)合的方法，用DSP定時(shí)/計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)，再用軟件實(shí)現(xiàn)所需的定時(shí)。CD4511驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管DSPF2812 圖3-1 系統(tǒng)框圖信號(hào)燈 3.2、總電路圖設(shè)計(jì) 圖3-2 總體電路圖其中s1s5為按鍵，R1R5對(duì)管腳起保護(hù)作用。該鍵盤(pán)為獨(dú)立式鍵盤(pán)，分別和DSP芯片的GPIO管腳PWM1、PWM2、PMW3、PWM4、PWM5相連接命令控制

6、擴(kuò)展接口的地址為0X108001，數(shù)據(jù)控制擴(kuò)展接口的地址為0X108003、0x108004，輔助控制擴(kuò)展接口的地址為0X108002。因?yàn)镈SP芯片的允許電壓為3.3V，所以該鍵盤(pán)外接3.3V的電源。設(shè)置GPIO相應(yīng)管腳為輸入或輸出模式，DSP芯片外接LCD作為輸出，外接5個(gè)單按鍵作為輸入。在程序中構(gòu)建漢字字模，并能夠使用查找法提取。3.3、最小系統(tǒng)圖圖3-3 DSP最小系統(tǒng)四、 課程設(shè)計(jì)原理4.1 系統(tǒng)工作原理 芯本設(shè)計(jì)硬件由定時(shí)模塊、發(fā)光二極管模塊、數(shù)碼管顯示模塊和緊急中斷模塊組成。信號(hào)燈受片中輸出高低電平的控制。當(dāng)鎖存器I/O口輸出為高電平時(shí)，他所驅(qū)動(dòng)的信號(hào)燈即發(fā)光二極管就會(huì)亮起來(lái)。定

7、時(shí)模塊采用硬件定時(shí)和軟件定時(shí)相結(jié)合的方法，用DSP定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)100ms，再用軟件計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)所需的定時(shí)。發(fā)光二極管模塊由DSP控制發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼管顯示模塊由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的LED顯示模塊實(shí)現(xiàn)。緊急中斷模塊是由單脈沖發(fā)生單元和DSP中斷控制器組成。信號(hào)燈開(kāi)始工作，東西紅燈亮9秒，南北綠燈亮9秒，到8秒時(shí)，東西黃燈亮一次，時(shí)間一秒；東西紅燈亮維持9秒，南北綠燈亮維持9秒，到8秒時(shí)，南北黃燈閃一次，時(shí)間一秒。緊接著開(kāi)始第二周期的動(dòng)作，以后周而復(fù)始的循環(huán)。4.2. 系統(tǒng)工作狀態(tài)狀態(tài)一：南北綠燈、東西紅燈，延時(shí)9秒；如圖所示： 圖4-1狀態(tài)一狀態(tài)二：南北黃燈、東西紅燈，持續(xù)1秒；如圖所示： 圖4-

8、2 狀態(tài)二狀態(tài)三：東西綠燈、南北紅燈，延時(shí)9秒；如圖所示： 圖4-3狀態(tài)三狀態(tài)四：東西黃燈、南北紅燈，持續(xù)1秒；如圖所示： 圖4-4狀態(tài)四返回狀態(tài)一五、 元器件選擇5.1 所要元器件表5-1 所需器件2812 DSP芯片 一個(gè)CD4511芯片 1個(gè)LED數(shù)字顯示器 1個(gè) 電阻 13個(gè) 二極管 6個(gè) 導(dǎo)線 若干52、模塊性能分析521、TMS320F2812 DSP芯片 2812的十個(gè)引腳，其中A口的六個(gè)引腳GPIOA0、GPIOA1、GPIOA2、GPIOA3、GPIOA4、GPIOA5控制二極管的狀態(tài)，B口的四個(gè)引腳GPIOB0、GPIOB1、GPIOB2控制數(shù)碼管的顯示。 圖5-1 F28

9、12部分引腳522、CD4511CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511是一片CMOS BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如圖2.2所示。其中a、 b、 c、 d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示；加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼

10、的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過(guò)十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。ag是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 圖3是 CD4511和CD4518配合而成一位計(jì)數(shù)顯示電路，若要多位計(jì)數(shù)，只需將計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)，每級(jí)輸出接一只 CD4511 和 LED 數(shù)碼管即可。所謂共陰 LED 數(shù)碼管是指 7 段 LED 的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來(lái)選取，電源電壓5V時(shí)可使用300的限流電阻。1 CD4511引腳圖 圖5-2

11、 CD4511 CD4511引腳功能介紹如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。A1、A2、A3、A4為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的工作原理CD4511的工作真值表如表5-2所示

12、表5-2 CD4511真值表輸 入輸 出LEBILIA3A2A1A4abcdefg顯示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隱01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隱01110110000000消隱01111000000000消隱01111010000000消隱011111000000

13、00消隱01111110000000消隱111XXXX鎖 存鎖存5.2.3、LED 通過(guò)LED的亮的情況來(lái)控制通行的狀態(tài)，紅燈亮?xí)r，所有的車(chē)不允許通過(guò)，延時(shí)九秒后綠燈亮?xí)r才允許通過(guò)。紅燈轉(zhuǎn)換綠燈時(shí)直接轉(zhuǎn)換，綠燈轉(zhuǎn)換為紅燈時(shí)中間要有兩秒的黃燈作為過(guò)渡。5.2.4數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路圖5-3 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路5.2.5外擴(kuò)電路圖5-4 外擴(kuò)電路六、 運(yùn)行描述6.1運(yùn)行過(guò)程：（1）首先檢查自己的個(gè)人計(jì)算機(jī)，需在Windows XP下安裝CCS運(yùn)行環(huán)境。（2）本次DSP課程設(shè)計(jì)我們用的是CCS2.2版本的環(huán)境。（3）安裝好CCS2.2后，需對(duì)計(jì)算機(jī)經(jīng)行相關(guān)配置，然后在simulator模式下經(jīng)行電路調(diào)試。并且

14、安裝相關(guān)驅(qū)動(dòng)文件。（4）寫(xiě)入設(shè)計(jì)好的程序，并在CCS環(huán)境下經(jīng)行編譯，調(diào)試，知道調(diào)試沒(méi)有錯(cuò)誤。（5）對(duì)實(shí)際電路經(jīng)行設(shè)計(jì)，用Protel畫(huà)出電路原理圖。（6）按照電路原理圖對(duì)事物經(jīng)行正確焊接，焊接時(shí)一定要小心，要按照要求，防止出現(xiàn)虛焊、漏焊等錯(cuò)誤。（7）打開(kāi)DSP試驗(yàn)箱電源，按照先前設(shè)計(jì)的電路原理圖連接電路，其中電源部分應(yīng)在確定電壓為3.3V或小于3.3V時(shí)連接芯片電源，然后拷入剛才運(yùn)行成功后的程序。（8）在project中選擇正確的儲(chǔ)存路徑打開(kāi)寫(xiě)好的程序。（9） 由2812的各引腳來(lái)控制二極管的亮滅，各管腳分別調(diào)用相應(yīng)程序來(lái)控制LCD的顯示；二極管低電平有效，南北紅燈亮?xí)r東西綠燈亮。（10）實(shí)物

15、電路圖如下：圖6-1 實(shí)物電路圖6.2調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題：由于在這次DSP課程設(shè)計(jì)之前，我們并沒(méi)有使用過(guò)CCS調(diào)試環(huán)境，所以這會(huì)初次使用也遇到了不少問(wèn)題。（1）DSP試驗(yàn)箱使用需注意的一些問(wèn)題： 1)DSP 電源和地連接正確。2)DSP 時(shí)鐘正確。3)DSP 的主要控制信號(hào)，如RS 和HOLD 信號(hào)接高電平。4)C2000 的watchdog 關(guān)掉。5)不可屏蔽中斷NMI 上拉高電平。（2）調(diào)試過(guò)程中我們組遇到的問(wèn)題1）一開(kāi)始，我們的計(jì)算機(jī)連接不上試驗(yàn)箱，程序不能正確拷入，怎么試都不行，后來(lái)上網(wǎng)查閱資料，才發(fā)現(xiàn)時(shí)驅(qū)動(dòng)程序沒(méi)有安裝好，我們又下載了配套的驅(qū)動(dòng)程序，這個(gè)問(wèn)題才得以成功的解決。2）程

16、序下載成功后，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不亮，然后我們便開(kāi)始調(diào)程序，可是自己始終找不到原因。然后去找老師幫忙，在老師的幫助下，我們終于找到了問(wèn)題所在，原來(lái)我們把引腳都設(shè)置成輸出了，在老師的指導(dǎo)下我們經(jīng)行了改正。 可是這個(gè)問(wèn)題剛解決，就又出現(xiàn)了數(shù)碼管不能按照計(jì)劃規(guī)律的顯示數(shù)字來(lái)倒計(jì)時(shí)，顯示的都是亂碼的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)我們仔細(xì)的檢查，發(fā)現(xiàn)是我們將4511芯片的引腳接錯(cuò)了順序。經(jīng)過(guò)幾次的改正，終于達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，全組人員十分高興。七、 軟件設(shè)計(jì)7.1 程序流程圖程序流程圖如下： 開(kāi)始初始化DSP南北紅燈亮，東西綠燈亮紅綠燈各延時(shí)九秒紅燈變?yōu)榫G燈，綠燈變黃再變紅，數(shù)碼管重新計(jì)時(shí) 圖7-1程序流程圖7.2 程序代碼#in

17、clude DSP281x_Device.h / DSP281x Headerfile Include File#include DSP281x_Examples.h / DSP281x Examples Include Fileinterrupt void cpu_timer0_isr(void);#define LEDS *(int *)0xc0000int flag=1;int i=9,nCount;unsigned int uLBD;Uint16 a ;Uint16 b ;unsigned int Led10=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x0

18、7,0x08,0x09;/09碼字/Uint16 var1= 0x0000,var2=0xffff; / sets GPIO Muxs as I/Osvoid main(void) uLBD=nCount=0; InitSysCtrl(); /初始化cpu. InitPieCtrl(); /初始化向量表.初始化Pie寄存器. IER = 0x0000; /復(fù)位,中斷使能寄存器IER,中斷標(biāo)志寄存器IFR.用于將Pie中斷服務(wù)復(fù)位. IFR = 0x0000; InitPieVectTable(); /初始化中斷向量表. EALLOW;/關(guān)閉寄存器保護(hù)，與EDIS配合使用. PieVectTab

19、le.TINT0 = &cpu_timer0_isr; /打開(kāi)TINT0，地址指針指向前面向向量，前后名字一致. EDIS; /打開(kāi)寄存器保護(hù). CpuTimer0.RegsAddr = &CpuTimer0Regs;CpuTimer0Regs.PRD.all = 0xffff; /PRD周期寄存器CpuTimer0Regs.TPR.all = 0; /TPR,8位到15位是PSC，0位到7位是TDDR.CpuTimer0Regs.TIM.all = 0; /TIM計(jì)數(shù)寄存器，存放計(jì)數(shù)值CpuTimer0Regs.TPRH.all = 0; /TPR的高16位 CpuTimer0Regs.TC

20、R.bit.TSS = 1; /TCR控制寄存器,TSS=1表示關(guān)閉定時(shí)器，TSS=0時(shí)啟動(dòng)CpuTimer0Regs.TCR.bit.SOFT = 1; /SOFT和FREE同時(shí)使用，都是1的時(shí)候自由運(yùn)行CpuTimer0Regs.TCR.bit.FREE = 1;CpuTimer0Regs.TCR.bit.TRB = 1; /TRB重裝載位，=1自動(dòng)裝載周期寄存器的值CpuTimer0Regs.TCR.bit.TIE = 1; /中斷使能計(jì)數(shù)器，減到0自動(dòng)為1請(qǐng)求中斷.CpuTimer0.InterruptCount = 0; /計(jì)數(shù) StartCpuTimer0();/執(zhí)行宏定義，TSS

21、=0時(shí)的操作，開(kāi)始定時(shí)器計(jì)數(shù) IER |= M_INT1;/賦值0X0001 PieCtrlRegs.PIEIER1.bit.INTx7 = 1;/按位操作，7位 /打開(kāi)全局中斷 EINT; / Enable Global interrupt INTM ERTM; / Enable Global realtime interrupt DBGM *(int *)0x108000=0;/ 初始化ICETEK-CTR *(int *)0x108000=0x80; *(int *)0x108000=0; *(int *)0x108007=0;/ 關(guān)閉東西方向的交通燈 *(int *)0x108007=

22、0x40; / 關(guān)閉南北方向的交通燈 EALLOW; GpioMuxRegs.GPAMUX.all=var1; / Configure MUXs as digital I/Os or GpioMuxRegs.GPBMUX.all=var1; / peripheral I/Os /MUX表示工作方式，兩種工作方式：外設(shè)和I/O，相應(yīng)位為外設(shè)，為0是I/O GpioMuxRegs.GPADIR.all=var2; / GPIO PORTs as output GpioMuxRegs.GPBDIR.all=var2; / GPIO DIR select GPIOs as output /DIR表示方

23、向，輸入還是輸出管教，相應(yīng)位為1為輸出，為0是輸入 EDIS; while ( 1 ) /等待中斷 GpioDataRegs.GPADAT.all=a; GpioDataRegs.GPBDAT.all=b; interrupt void cpu_timer0_isr(void)/中斷先聲明后定義 PieCtrlRegs.PIEACK.all = PIEACK_GROUP1;/中斷應(yīng)答寄存器 CpuTimer0Regs.TCR.bit.TIF = 1;/中斷標(biāo)志位 CpuTimer0Regs.TCR.bit.TRB = 1;/重裝載位 if ( nCount=0 ) b=Ledi; i-;if(flag=1) if(i=3) a=0x21; else if(i=2) a=0x11; else if(i=1) a=0x01; else if(i=0) a=0x09; flag=0; i=9; if(flag=0) if(i=3) a=0x0C; else if(i=2) a=0x0A; else if(i=1) a=0x08; else if(i=0) a=0x09; flag=1; i=9; nCount+; nCount%=