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r 3 7 8 1 0 9 abs tract t h e w o r k i n g p r i n c i p l e s o f t h e c h e n g d u - y a a n f r e e w a y d i s p l a y s y s t e m a n d t h e d e s i g n r e a l i z a t i o n o f i t s h a r d w a r e a n d s o f t w a r e a r e d i s c u s s e d i n d e t a i l . i n t h i s s y s t e m mc s 5 1 mi c r o c o n t r o l l e r t e c h n o l o g y , v i s u a l c+ 6 . 0 p r o g r a m m i n g , i s p t e c h n o l o g y , s q l s e v e r d a t a b a s e t e c h n o l o g y , o d b c t e c h n o l o g y e t c . , a r e a d o p t e d . o f t h i s a r t i c l e , c h a p t e r o n e s t u d i e s t h e c u r r e n t s i t u a t i o n o f c h e n g d u - y a a n f r e e w a y d i s p l a y s y s t e m ， a n d t h e o p e r a t i n g e n v i r o n m e n t a n d d e v e l o p m e n t o f t h e s y s t e m; c h a p t e r t w o d i s c u s s e s t h e o v e r a l l f u n c t i o n s o f t h e s y s t e 乎 ; c h a p t e r t h r e e a n d f o u r d e m o n s t r a t e t h e d e s i g n a n d r e a l i z a t i o n o f t h e s y s t e m s h a r d w a r e a n d s o f t w a r e ; c h a p t e r f i v e a l s o d i s c u s s e s t h e a d j u s t m e n t a n d o p e r a t i o n o f t h e s y s t e m. t h i s r e s e a r c h c o m b i n e s t h e d e s i g n m e t h o d a n d r e a l i z a t i o n , a n d c o n s i d e r s t h e d e s i g n m e t h o d t o b e m o r e i m p o r t a n t . i t c a n n o t o n l y b e u s e d i n t h e d e v e l o p m e n t o f i n t e l l i g e n t d e t e c t i n g a n d c o n t r o l s y s t e m s b u t a l s o f o r r e s e a r c h s r e f e r e n c e . k e y wo r d : f r e e w a y da t a b a s e mi c r o c o m p u t e r odbc vi s u a l c十 十 d i s p l a y 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 第一章绪论 近年来由于微机与网络技术的迅猛发展和广泛运用，给高速公路的交通管 理带来了新的变革，出现了新的面貌。随着我国高速公路建设的迅速发展，高 速公路的远程管理及显示必将获得极大的发展。 1 . 1 高速公路显示系统的现状及新发展 9 0 年代以后，国家把加强能源、交通、通信、重要原材料和水利等基础工 业和基础设施的建设作为一项重要任务，并对基础设施和基础工业实行适度的 投资倾斜政策，使得交通运输得以较快地增长。中国的首条高速公路建成于一 九八) 年，进入九十年代，高速公路建设步伐加快，一九九六至一九九八年达 到年均一千三百七十二公里。目 前己相继建成了沈大、京津塘、济青、成渝、 广深、京石、沪宁、太旧、 柳桂、吐乌大、沪杭、广佛等一大批重要的高速公 路工程， 初步缓解了中心城市之间交通拥堵的“ 瓶颈”问题。 截止到1 9 9 8 年年 底， 中国公路通车里程达到1 2 6 万公里， 其中高速公路里程达到8 7 3 3 公里， 提 前两年实现“ 九五” 计划的目 袜 截止到1 9 9 9 年年底，中国高速公路通车里程突 破 1 1 0 0 0公里大关，居世界第3 位，高速公路网络初步形成.现在交通部正按 照规划，集中精力主攻纵贯南北、横跨东西的高速公路大通道，力争二00 二 年 “ 两纵两横” 建成通车，二0 一0 年全面建成 “ 五纵七横”国道主千线系统。 但是目 前我国对于高速公路的智能管理及显示却远远落后于硬件的发展。 目 前收费系统基本实现了智能化，但在监控，违章抓拍，实时显示等方面还基 本上是一片空白。 1 2 成雅高速公路显示系统功能 成雅高速公路显示系统根据用户要求须完成以下功能: 静态显示内容: . 高速公路地理图 ( 桥梁、河流、立交桥、城市) . 管理处、管理区段 . 监控站、收费站等图示 . 与高速公路相连的公路名称及走向 . 外场设备图例 动态显示内容: . 车流量:平均速度、道路占有率 . 设备工作状态 . 道路动态状况显示 第 1页 成雅高速 公路信息管理系统电子科技大学硕士论文 . 显示当前时间 . 显示气象检测器的信息 以上内容在微机上显示， 在大屏幕玛赛克上通过指示灯应能显示道路动态状 况显示。 1 3成雅数据结构 设备信息表 ( d e v i c e 来源:手工输入 i n f o ) 作用:主要对外场设备的型号、位置进行扫描。 序 号字段名 主 关 键字类型 长 度 小 数 桥 是 否 中 描述备注 1d n u mb e r 是 索 引 字 段 m t . 8 编 号 的 定 义设 备 十编 号 7s t a t u sh i t8 状态工作异常 堆 修 中 8v i s i a b l eb o o l e a n1 是 否显 不 在没有 设 备 的数 据 时不显示 气象检测器信息表 ( w e a t h e r i n f o ) 来源:计算机自 动采集 作用:数据统计分析、提供交通控制方案的所须数据。 0 5 字段名主 关 键 字 类型长 度 小 数 位 是否空描述备注 1d mu mb e r v 弓 vc h a r8 否 设备编号下 拉框 显 t 5wi n d o r i e m t3 冈向 0 - 3 6 0磨 6 wi n d r a t e】 nt2 冈谏 0 - 6 0 m/ s 7r e l h u m i n t4 相 对 湿 度 0 - 1 0 0 % 8at m h u m】 n t5 大气湿度一 2 0 c 一 6s c 9i c e d a t e bo o l1结b k( 早否、一 第 2 页 成雅高速公路信息管理系统电子科技大学硕士论文 丽r a i n fal li nt 6 降雨食 ( mm、 丽ro a d h u mi d i tvi nt4路而潺 磨 丽ro adter n di nt 5黔面涓 磨 1 4 f o g vc h 盯4 雾 ( 浓雾，无 雾 .沸玺 、 1 6 v i s i b i l i ty i nt4 能见度 1 0 m 一 1 0 (x) m 可变 情 报板信 息( c b a n g e- iof 。 ) 来源:计算机定期采集 一备-令. 述一且容 描-设编命内 否 是申 数 小仿 序号 字段名 ll d idu mb e r 类型长度备注 据报决 根情板 5 co 爪e llt i4t 可变限 速板信息 (c h a n g e 一 ate) 来源:计算机定期采集 作用:数据统计分析 序号字段名主关 稗 牢 类型长度小 数 桥 是否 卒 描述备注 ld mu mb c r 索引 vc h a l8 否设备 偏 县 6c o d t c nt加才3 命 令 内 容 ( 公 里 / 小 时 、 根 据 情 报 板 决 定 车辆检测器流量信息 ( tr a fficln fo) 来源:计算机定期采集 作用:数据统计分析 序号字段名主关 肆 字 类型长度小 数 桥 是否 辛 描述备注 ld mu mb e r幸 弓 vc h a f8 否 一 铃各 一 第 3页 成雅高速公路信息管理系统电子科技大学硕十论文 编 号 6ve h i c l e r a t ei n t5否命令 内 容 ( 公 里 / 小 时 、 7p o s s e s s r a t ei n t4否 占 有 率( %、 ve h i c l e fl u xi n t3 否车流 量: 辆 / 分 动态显示内容定义表 显示内容显示方式状态含义备注 道路状况光带 ( 双向) 闪烁红色事故 红色施工、禁行 绿色道路畅通 橙色道路拥挤 救援活动信号灯花灯不常 灯 盯救格 播杯报 誉 4 l y ,出勤 车检器状态七段数码管 ( 位置编号) 无显示车检器工作异 常 x xxvi m 交通量 xxxxx 累计交通量 x xxk m/ h 平均车速 可变情报板/ 可变限速标志 指示灯 ( 位置编号) 亮工作正常 第 4贡 成雅高速公路信息管理系统电子科技大学硕士论文 闪烁工作异常 c c t v摄像机指示灯 ( 位置编号) 亮工作正常 闪烁工作异常 时间显示七段数码管显示年月日 时夺p 卜 每秒闪烁一次 可变情报板内 容 1 0 个汉字亮工作正常 闪烁指令与显示不 一致 灭通信失败/ 关 闭 可变限速标志 内容 x x x数码管亮工作正常 闪烁指令与显示不 -瀚 灭 通信失败j 关 闭 第 5页 成雅高速公路信息管理系统电 子科技大学硕士论文 第二章系统功能 为了充分利用单片机在智能控制方面的优势和微机在访问、分析、处理和 友好的人机界面等方面的优势，提高高速公路实时显示系统的智能化程度，增 强显示功能，增加系统外部连线的灵活性，在该系统中采用了将微机和单片机 相结 合的方法;以 微机为平台 完成数据库的 构建、 访问， 完成 参数设置、 功能 设置，查看系统状态，自 动显示多种信息等任务;以单片机为下位机，驱动大 屏幕玛赛克 的 显 示。 微 机 和 单 片 机 系 统 之间以r s 2 3 2 串 行 通 信 接口 相联 系。 系统的总体功能框图 如图 ( 2 . 1 所示 单片机控制系统v c主控程序 玛赛克显示 图 ( 2 . 0系统总体功能框图 、系统自 检 系统上电 时自 动 检测单片机系 统板的 运行 状态、 通信 状态以 及 1 / o口 的初始状态，有错位时发相应报带提示信息。其中通信的检测只有在 微机发联机命令后才能正常进行。 二、访问数据库 v c 控制程序 通过o d b c 访问 数 据库。 运行时， 须 提供用户名 及密 码才 可 与 数 据 库 相 连。 而 在v c 程序 中 并 没 有固 定 设 置 此用 户 名 及 密 码， 用 第 6页 成雅高速公 路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 户仅须在s q l s e v e r 数据库管理系统中修改用户名及密码，保证了系统 数据的安全。 三、资源设置 用户可根据具体情况设置所使用的串行口号 ( c o mi 或c o m2 ) o 四、在线帮助 帮助系统包含了该系统所有功能模块的功能简介及所有菜单命令的使 用说明。 这些信息有助于用户了解该系统的功能及特点， 同时可指导用 户快速掌握该系统的使用及软件操作。 五、系统加密 在强调知识的今天， 产品技术加密己是产品开发的一个必要环节， 故在 功能框图之外，另有一个相对独立的功能:系统加密功能。 在本系统中 采 用了i s p 技 术用l a tt i c e p l s i / i s p l s 1 1 0 1 6芯片构 成 高性能的加密系统，该芯片属于h d p l d器件，集成密度为2 0 0 0 等效 门， 是g a l器件的数十倍， 而且它的4 4 个引脚中， 有3 2 个1 / o引脚， 有4 个是专用输入引脚， 任何企图通过穷举测试的方法解密几乎是不可 能的，因而克服了传统的用g a l或p a l等 l d p l d器件构成加密系统 的缺陷，因此该加密系统的加密性能是非常可靠的。 第 7页 成雅高速公 路信，.o . 管理系统电子科技大学硕士论文 第三章系统硬件设计与实现 该系统硬件部分以8 0 3 2 单片机为控制中心， 其外围部件从功能上可划分为 四大部分:串行通信接口、单片机最小应用系统、硬件加密系统、输出接口。 图( 3 . 1 ) 是系统的硬件组成框图。 至微机 _ +i7 i1a ts 一 系统 输出 接 口 图( 3 . 1 ) 系统硬件组成框图 3 . 1异步通信接口 设计 根据设计要求，大屏幕玛赛克的显示功能由单片机系统独立完成，而它的 具体功能及参数的设置则由微机完成，也就是说，单片机所执行的各项测控功 能、允许使用的工 / 0口数及其各 工 / 0引脚的意义等都是由操作人员通过微机设 置的。因此， 在单片机和微机间必须有一个交换信息的相互通道。 在本系统中， 微机和单片机间是采用串行异步通信的方式进行数据交换的。 3 . 1 . 1通信协议 所谓通信协议是指通信双方的一种约定。约定中包括对数据格式、同步方 式、传送速度、传送步骤、检错纠错方式以及控制字符定义等问题所作出的统 一规定，通信双方必须共同遵守。因此，也叫做通信控制规程，或称作控制规 程，它属于i s o s o s i 七层参考模型中的数据链路层. 目前，采用的通信协议有两类:异步协议和同步协议。本系统中采用的是 起止式异步协议，并对各功能模块的数据格式分别作了不同的特殊规定。 1 .联机: 字节1 2 3 数据a a 0 0 a a 第 8页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 意义:握手信号 2 .读输入口 数据: 字节 发命令 ( 微机发) :数据 意义: 命令字结束信号 字节 读数据 ( 微机收) :数据 意义: 1 2 3 4 5 a a 0 1 x x ( 0 - 1 2 7 ) x x ( 1 - 1 2 8 ) a a 握手命令起始端口结束 信号字口号数信号 1 2n n + 1 5 5 x x ( 0 - 2 5 5 ) x x ( 0 - 2 5 5 ) 5 5 起始数据数据结束 信号1 n - 1信号 3.读输出口 数据: 字节 发命令 ( 微机发) :数据 意义: 1 2 a a 0 1 x x 握手命令 信号字 1 2 5 5 x x ( 0 - 2 5 5 ) 起始数据 信号1 3 ( 0 - 1 2 7 ) 起始 口号 字节 读数据 ( 微机收) :数据 意义: 4 5 x x ( 1 一 1 2 8 ) a a 端口结束 数信号 n n + l ( 0 - 2 5 5 ) 5 5 数据结束 n 一 1信号 4 .输出口状态控制: 字节1 2 3(4 5n 数据a a 0 8 x x ( 1 - 1 2 8 ) x x ( 0 - 1 2 7 ) x xa a 意义:起始命令输出( 输出数据)结束 信号字口 数(口号)信号 说明:输出口号后紧跟一个字节数据，数据中某位的状态代表该口中对应 输出口线的状态， 比如数据的第2 位为0 或 1 ， 表示该口中第2 路输出为常闭或 常开。 3 . 1 . 2 通信接口电路 在串行连接时要解决两个问题，一是计算机和外设之间双方要共同遵循的 某种约定，这种约定称为物理接口标准，包括连接电缆的机械、电气特性、信 号功能及传送过程的定义，它属于 l o s , s o s i 七层参考模型中的物理层:二是 按接口标准设计计算机与外设之间进行串行通信的接口电路。本系统中采用的 接口标准是r s - 2 3 2 c 标准接口。 由于 r s - 2 3 2 c是早期为了促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准， 其逻辑电平对地是对称的，完全与 t t l、m o s 逻辑电平不同.逻辑 0电平规定 为十 5 v - 1 5 v 之间， 逻辑 1 电平规定为一 5 v - 1 5 v 之间。因此 r s - 2 3 2 c 驰动器 第 9页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 与t t l 电平连接时必须经过电 平转换。 本系统中的异步通信接口电路主要就是用来完成t 丁 l电平和r s - 2 3 2 c电平 之间的相互转换，以便单片机和微机间交换数据。目 前常用的电平转换芯片是 m c 7 4 8 8 和m c 1 4 8 9 ，其中m c 1 4 8 8 完成t t l电平至r s - 2 3 2 c电平的转换，供电电 压为士1 5 v 或士1 2 v ; m c 1 4 8 9 完成r s - 2 3 2 c 电平至t t l 电平的转换， 其电源电压 为+ 5 v 。 由于在通信接口电路中需用两块芯片( m c 1 4 8 8 和m c 1 4 8 9 ) ， 三路电源( + 5 v . 士 1 2 v 或士1 5 v ) 才能实现t t l 电 平和r s - 2 3 2 c 电 平的 相互转换， 硬件开销较大; 同时由于这两种芯片内部均无静电保护电路，极易损坏，所以在本系统中，异 步通信接口电路采用了新型的电平转换器件m a x 2 3 2 。其内部结构如图( 3 . 2 ) : t t l/比叱 输入 竹口c m o s 输出 c l+ +s v 至+ ，。 ;v + c l -暗压 器 c z 十v - + 1 0 v 至一 l o v c 2 - ( 电 压 反 相 器 ) ” t1ta不 。、 t10ut .1、. 门 1 0 +- ,卜 .扮 t211 j w kt- t20 ut下 . 卜 尹 r i o u t_刊 工 梦 . 9 。 冈入 _ f/ s k r 2 0 u t ， 刁 万 b 2 1 k 冈 h 。is k 图 ( 3 . 2 ) m a x 2 3 2内部逻辑框图 由图可见m a x 2 3 2 芯片内部有一个电源电压变换器，可以将输入的+ 5 v 电源 电压变换成为r s - 2 3 2 c 输出电平所需的土l o v 电压， 所以， 采用此芯片接口的串 行通信系统只需单一的+ 5 v电源就可以了。 对于没有士1 2 v电源的场合， 其适应 性更强。加之其价格适中，硬件接口简单 ( 用一块芯片即可完成 丁 t l电平和 r s - 2 3 2 c 电平的相互转换，而且外围元件较少) ，而且其内部有静电保护电路， 不易损坏，所以使用特别方便、划算。 图 3 . 3 )是采用 m a x 2 3 2 接口的串行通信电路: 第 1 0页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 图 ( 3 . 3 )异步通信接口电路 3 . 2工 / 0 接口 设计 在单片机显示系统中， 必须有前向通道， 用来采集必要的输入信息; 系统还 必须有控制信号的输出通道，即后向通道，用来实现对被控对象的控制操作。 在本系统中，后向通道主要用于控制信号的输出，这些输出的信号都是开关信 号，因此系统的前后向通道主要由输入、输出 ( 工 / 0 )接口 组成。 3 . 2 . 1 1 / 0 接口中的抗干扰设计 微机显示系统的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰性能是系 统可靠性的重要指标。因此，抗干扰设计是任何测控系统研制中不可忽视的一 个重要内容。 在本系统中， 为了提高系统的抗千扰能力， 在1 / 0 接口中采用了光电隔离藕 合器来实现信号及电源的可靠隔离，同时可实现信号的远距离传送，可以使系 统远离测控现场，实现远程测控。 光电祸合的主要优点是能有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰， 从而使1 / 0 通道上的信噪比大大提高.光电藕合具有很强的抗千扰能力，这是因为: ( 1 )光电辊合器的输入阻抗很小，一般为 1 0 0 0 - 1 k 。 之间，而干扰源内阻 则很大，通常为1 0 4 - 1 0 1 0，因此能分压到光电藕合器输入端的噪声很小; ( 2 )干扰噪声虽有较大的电压幅度， 但能量较小， 只能形成微弱电流， 而光 电祸合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作，即使有很高电压幅值的 干扰，由于不能提供足够的电流而被抑制掉; ( 3 )光电祸合器是在密封条件下实现输入回路与输出回路的光电藕合，不 会受到外界光的千扰: ( 9 )输入回路与输出回路之间分布电容极小， 一般仅为 0 . 5 - 2 p f ， 而且绝缘 第 日 页 . 、 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 电阻很大， 通常为1 0 11 0 - 1 0 2 q ， 因此回路一边的干扰很难通过光电 藕合器馈送 到另一边去。 、信号及电源隔离: 图 ( 3 . 4 )为信号及电源隔离用光电藕合器的内部结构图。 图 ( 3 . 4 )光电隔离藕合器 其中 ( a )为普通型，一般用在 l 0 0 k h z以下频率信号，c b )为高速型，输 出部分采用 p i n型光敏二极管和高速开关管组成复合结构，具有较高的响应速 度。 在本系统中，对输入、输出信号的响应速度要求不是很高，因次在 工 / 0 接 口中采用普通型光电隔离祸合器。 二、远距离的隔离传送 在实际应用中，考虑到控制系统可能必须远离测控现场，即需要实现远程 测控，因次在系统的输出通道中，可能需要信号的远程传送.用光电隔离藕合 器很容易构成具有较高信噪比的后向传输通道。图 ( 3 . 5 ) 是利用光电藕合器件 进行远距离隔离传送的电路。 v c c + 5 v 输入 通信链路 ( 双扭线对 图 ( 3 . 5 ) 2 0 m a 电源环远距离传送 图中输入部分为双铰线的2 0 m a电流环远距离传送。 输出部分通过 丁 t l门进 第 1 2页 成雅高速公路信息管 理系统 电子科技大学硕士论文 行电平调整。 3 . 2 . 2输出接口设计 该系统中输出通道主要用于输出单片机发出的开关量、二进制数字量以及 频率量等数字信号，完成各种控制功能及声光报警功能。 图 ( 3 . 7 )为输出接口电路框图. 由图可见，单片机发出的控制信号以二进制数据的形式传送到锁存器，经 锁存器锁存后，再由光电隔离祸合器祸合至输出端，由外部执行电路完成各种 控制功能。图中锁存器的c e信号均保持有效 ( 接地) ，锁存器的地址由其锁存 信号c p 决定， 这样当单片机输出数据时， 只有被选中的锁存器 由译码器输出 信号决定) 才执行锁存功能 ( 锁存新数据) ， 其余锁存器则为保持功能 ( 保持旧 数据) ，从而保证单片机将控制信号准确地送到被控点，达到多路控制的目的. 同时，因为电路对输出的控制信号.具有保持功能，所以满足并行输出接口的扩 展要求。 在本系统中， 输出接口除用作输出 控制信号外， 还可用于声光报鳌信号的 输出，完成声光报等任务。因为这些输出口线的具体意义完全是由用户通过软 件自 行设置的，所以在进行外部连线时，可以 根据布线的方便性任意连接，连 好之后再具体设置各输出口线的逻辑意义。 数据榆出 路出 地址信尾 = ) 控制信号 幸 ) 图 ( 3 . 7 )输出接口电 路框图 3 . 3 硬件加密系统设计 第 1 3页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 在强调知识产权的今天，产品技术加密己是产品开发的一个必要环节，加 密方法有硬件加密和软件加密，而软件加密己越来越不可靠，因为软件很容易 被复制，即使作了加密处理，也容易破开，故在现代产品中越来越多的是采用 硬件加密技术。传统的硬件加密方法是用g a l 或p a l 等l d p l d 器件对系统的各 端口地址进行加密。然而g a l 和p a l 都属低密度器件，它们共同的缺点是规模 小，每片相当于几十个等效门电路，只能代替 2 - 4片 m s i电路，远达不到 l s i 和v l s i 专用集成电路的要求。正因为阵列规模小，人们不对阵列读取，也可通 过测试等方法将阵列的信息分析出来，事实上现在市场上就有许多 g a l解密软 件在流通，因而使 g a l加密时，其硬件加密的优点不能充分地发挥。本节将介 绍一种用l a t t i c e p l s i / i s p l s i 1 0 1 6 芯片构成的高性能的加密系统， 该芯片属 于h d p l d 器件，集成密度为2 0 0 0 等效门，是g a l 的数十倍，而且它的4 4 个引 脚中， 有3 2 个是工 / 0 引脚， 有4 个是专用输入引脚， 任何企图通过穷举测试的 方法解密几乎是不可能的，因此它的加密性能是非常可靠的。 3 . 3 . 1 工 s p技术简介 i s p( 在系统编程) 器件是9 0 年代出现的最先进的可编程器件，它无须编 程器，可直接对安装在目 标板上的 工 s p器件编程，从而给电子产品的设计和生 产带来了许多革命性的变化，被誉为第四代p l d 器件，代表着p l d 的方向。 工 s p技术是e d a技术发展的必然产物，同时也促进了e d a技术的完善。因 为只有包含了工 s p 技术的e d a ，才能真正打破软件设计和硬件设计之间的屏障， 最大限度地实现电子系统设计的自 动化。采用 工 s p 技术的以c p l d / f p g a 构成的 系统既可以在装配后进行逻辑设计和编程下载，又能根据需要对系统硬件功能 实时地加以修改或按预定程序改变逻辑组态，从而使整个硬件系统变得象软件 那样灵活而易于修改。也就是说，采用 i s p技术，可以在不改变硬件电路和结 构的情况下重构逻辑，或硬件升级。甚至在系统不停止工作的条件下，进行远 程硬件升级。正是 i s p技术这些不可比拟的优越性，使其在短短的几年中得到 第1 4 页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 7迅猛的发展， l a t t i c e公司、 a m d 公司、 x i l i n x 公司和t l t e r a 公司等世界知 名厂商纷纷推出各种系列的i s p 器件。 这些器件的销售规模以高达2 3 % 的年增长 率迅速增长。 3 . 3 . 2 l a t t i c e p l s i 八s p l s i 1 0 1 6 简介 美国l a t t i c e 公司于1 9 9 1 年发明并率先推出 在系统编程技术， 开拓了新一 代的p l d 。 此公司生产的h d p l d 有三个系列:基本系列p l s i / i s p l s i 1 0 0 0 、高 速系列p l s i / i s p l s i 2 0 0 0 ,高集成密度系列p l s i / i s p l s i 3 0 0 0 。 本设计中所用 到的p l s i / i s p l s i 1 0 1 6 属基本系列， 下面就对此器件作简要介绍。 1 . p l s i / i s p l s i 1 0 1 6 的结构 图 ( 3 . 8 )是 p l s i / i s p l s i 1 0 1 6的功能 框图。从图可以看出，该器件的结 构分为5 部分，现分述如下: ( 1 ) .集总布线区 g r p ( g l o b a l r o u t i n g p o o l ) :该区位于芯片的中央，其 任务是将所有片内逻辑联系在一起， 供设计者使用， 使片内互连性能臻为完善， 使用者可以很方便的实现各种复杂的设计。 ( 2 ) .万能逻辑块g l b ( g e n e r i c l o g i c b l o c k ) : g l b 是g r p 两边的小方块， 每边8 块，共1 6 块。 ( 图3 . 9 )是g l b 的结构图。g l b 是一种标准逻辑块，它可以有五种组态模 式，是p l s 工 八s p l s i 芯片中最关键的部件。 口 一 一 叨 下 幕哥 弃与二甲- 团! 一 1 一1 3 l 稗 am 1 1 匕一 黑 集 总 步 线 区 ) i). i i i j l- 一 一 j j uc !1 匡习 匡 困 巨 1 d g 策 1 5页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 图 ( 3 . 8 ) p l s i / i s p l s i 1 0 1 6功能框图 . o r p 1 6 来自 up 的输入 ( 图 ( 3 . 9 ) g l b 的结构图 ( 3 ) .输入输出单元i o c ( i n p u t o u t p u t c e l l ) :共有3 2 个。该单元有输入、 输出和双向i / 0 三类组态。 ( 4 ) .输出布线区o r p ( o u t p u t r o u t i n g p o o l ) :它是介于g l b 和i o c 之间 的可编程互连阵列，通过对 o r p 的编程，可以将任何一个 g l b 输出灵活地送到 1 6 个工 / 0 端的某一个。 ( 5 )时钟分配网络c d n ( c l o c k d i s t r i b u t i o n n e t w o r k ) :为i s p l s i 1 0 1 6 内部各功能模块提供时钟信号。 2 .1 0 1 6 的使用环境 电源电压:4 . 7 5 - 5 . 2 5 v( 商业级)或 4 . 5 -5 . 5 v( 工业 / 军级) 输入低电平:0 - 0 . 8 v 输入高电平:2 . 0 - ( v c c + l ) v 3 . 3 . 3 p l s i / i s p l s i 1 0 1 6 加密系统设计 在本系统中。 用p l s i / i s p l s i 1 0 1 6 扩展地址总线及控制总线，1 0 1 6 的每个 第 1 6页 成雅高速公路信息管理系统电子科技大学硕士论文 引脚及专用输入引脚的意义由产品生产者编程决定，一旦加密编程后，其内部 数据不可能读出， 别人不能复制， 具有很高的加密性能。 图( 3 . 1 0 ) 是p l s i / i s p l s i 1 0 1 6内部电路 ( 加密系统)组成框图: ao-一孔dr名 译码电路 一睡 困 -i巨 里 旦 i a o - 7 叫份-一日.2 介口-刃p d闪.1 ; 图 ( 3 . 1 0 ) 加密系统组成框图 8 0 3 2 p 。口 数据通过地址锁存器锁存后形成地址低8 位，锁存后的地址信号 和p : 口信号及r d 信号共同参加译码，形成所需的控制信号:y d r 及c s 。各 信号间的运算关系如下: module bl o c k d 0 ,d l , d 2 ,d 3 , d 4 , d 5 , d 6 , d 7 , a le , a l i p i n i s t y p e c o m ; a 0 , a l , a 2 , a 3 ,a 4 , a 5 , a 6 , a 7 , c s p i n i s t y p e c o m ; y 0 , y l , y 2 , y 3 ,y 4 , y 5 , y 6 ,y 7 , y 8 , y 9 ,y l 0 ,y l l ,y l 2 ,y l 3 , y l 4 , y l 5 p i n i s t y p e c o m ; e q u a t i o n s a 0 = d 0 a l = d l a 2 =d 2 a 3 = d 3 a 4 = d 4 a 5 =d 5 a 6 = d 6 a 7 =d 7 y 0 =! a 6 y 1 =! a 6 娜 1 7页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 y 2 = ! a 6 y 3 = ! a 6 y 4 二 ! a 6 y 5 = ! a 6 y 6 = ! a 6 y 7 =! a 6 y 8 = a 6 y 9 = a 6 y 1 0 = a 6 y 1 1 = a 6 y 1 2 = a 6 y 1 3 = a 6 y 1 4 = a 6 y 1 5 = a 6 c s =! a l l ; e nd 匆 1 8页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 第四章系统软件设计与实现 作为实时显示系统，它的所有功能都离不开软件的支持。在本系统中，软 件由数据库、o d b c . v c程序、和mc s -5 1 汇编程序组成。数据库采用微软 公司的s q l s e v e r 7 .0 数据库管理系统构建。 v c程序用v i s u a l c 十 + 6 *发而成， 主要完成参数设置，访问数据源，与单片机的通信，及计算机显示。o d b c完 成与数据库及v c程序的互连.mc s -5 1 汇编程序借助硬件电路的支持，根据 v c程序传来的数据控制大屏幕码赛克的显示 4 . 1数据库管理系统 数据库技术是在2 0 世纪6 0 年代才产生并发展起来的， 这是信息技术中发展 最快的领域之一， 主要是面向解决数据处理的非数值计算问题， 例如仓库管理、 档案管理、图书资料管理等数据处理问题。该类处理的特点是数据量大，数据 处理的主要内容为数据的存储、查询、修改、分类排序以及支持决策功能。数 据库技术就是针对这类数据的处理而产生发展起来的，并且仍在不断地、迅速 地板发展和完善。 数据库系统是一个由外模式、概念模式、和内 模式组成的多级系统机构。 为了定义各级模式，需要一组软件提供相应的定义工具。数据库为了保证存储 在其中的数据的安全和一致，必须有一组软件来完成相应的管理任务，这种软 件就是数据库管理系统，即d b ms . d b ms的功能随着系统的不同而不同，大 型数据库管理系统的功能多且强， 小型数据库管理系统的功能相对来说少且弱。 但是，一般说来，它应包括以下几个方面的内容:( 1 )数据库描述功能。定义 数据库的全局逻辑结构、局部逻辑结构和其它各种数据库对象。( 2 )数据库管 理功能。该功能包括系统配置和管理、数据存取和更新管理、数据完整性管理 和数据完全性管理.( 3 )数据库的查询和操纵功能。该功能包括数据库检索和 修改。( 4 ) 数据库维护功能。该功能包括数据引入引出管理、数据库结构维护、 系统恢复功能和性能监测等。从内容上来说，数据库管理系统由三部分组成: 数据描述语言、数据操纵语言和数据库管理行程序。现代的数据库管理系统为 了提高数据库系统的开发效率，还提供了各种各样的支持应用开发的工具。一 个数据库系统的结构如图 ( 4 - 1 - 1 ) 所示。 第 1 9页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 数据库应用系统 开发工具 操作系统 硬件 图 ( 4 - 1 - 1 )数据库系统的结构 数据库是为了满足某一部门中多个用户的多种应用的需要，按照一定的数 据模型在计算机系统中组织、存储和使用的互相联系的数据集合。数据库系统 是管理大i的、持久的、可靠的、共享的数据的工具。数据库的管理对象具有 以下几个特征:( 1 ) 大量性。 这表明 数据量很大， 通常不能放在内存中需要有 大容a的外部存储设备支持数据，( 2 )持久性。这表明数据必须长久的保持， 不是当应用一完成就数据就随之消失，而是这些数据需要经常的使用。( 3 )可 靠性。指万一系统发生软硬件故障时，可以有办法迅速可靠地把系统恢复到发 生故障前的状态，例如必须对数据进行经常性的备份，以便当系统遭到破坏、 数据丢失后可以把数据恢复到系统破坏前的状态。( 4 )共享性。指许多用户应 该能够按照某种有序的方式存取数据库中的数据， 避免同步存取时可能造成的 错误。 数据库中的数据是高度结构化的，即数据库不仅要考虑记录内的数据项间 的联系，还要记录之间的联系。数据模型主要是指描述这种联系的数据结构形 式。数据模型是数据是数据库系统中的一个关键概念，是实体与实体之间的一 个轮廓视图，是数据库系统用以提供信息表示和操作手段的形式框架。在数据 库的 发展史 上， 最有影响的 数 据库模型有三种: 层次 模型( h i e r a r c h i c a l m o d a l ) . 网状模型 ( n e t w o r k mo d a l ) 、关系模型 ( r e l a t i o n a l mo d a l ) . 41 . 1 层次模型 层次模型是以记录型为节点构成的树，是一个以记录型为节点构成的有根 的定向树或森林， 如图4 - 1 - 1 所示。 层次模型把客观问题抽象为一个严格的自 上 而下的层次关系。树由节点和连线组成，节点是实体，连线表示实体和实体之 间的关系。 这种关系只能是1 : n的关系， 树的最高位置只能有一个节点， 称为 根。每一个节点的上方节点是该节点的父节点，该节点的下方节点称为该节点 的子节点。没有子节点的节点称为叶。层次模型具有以下特点:( 1 )有且仅有 第 即 页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 一个根节点无父节点;( 2 )其它节点有且仅有一个父节点.层次模型具有层次 分明、结构清晰的特点，它适用于描述客观存在的事物中有主次之分的结构关 系，缺点是层次模型只反映实体间一对多的关系。 41 . 2网状模型 网状模型是以记录型为节点的网络，它反映现实世界中较为复杂的事之间 的联系。网状模型的基本特征是一个父节点允许有多个子节点，一个子节点也 可以有父节点网状模型具有以下特点:( 1 )有一个以上节点无父节点;( 2 )至 少有一个节点有多于一个的父节点。网状模型的表达能力比较强，它能够反映 实体间的复杂关系，也就是说，它既能表达实体间的纵向关系，又能表达实体 间的横向联系。但是，网状模型在概念、结构和使用方面都比 较复杂，对计算 机的软件和硬件环境要求比较高。 41 . 3关系模型 关系模型发展比较晚的一种数据模型， 其数据结构简清晰， 比较容易接受。 关系模型是一张二维表格，它使用表格来描述实体间的关系。在表格中，每一 列称为属性，有时也称为字段或者域。每一行数据称为一条记录。关系模型既 能反映属性之间的一对一关系， 又能反映属性之间的一对多管辖1 ， 还能反映属 性之间的多对多关系。关系模型具有很多优点，如数据结构简单、概念清楚、 符合习惯; 还能够直接反映出实体之间的一对一、 一对多和多对多的三种关系; 格式唯一，全部是表格框架，通过公共属性可以建立与表即实体与实体之间的 联系:具有严格的理论基础。 目 前， 大多数微机数据库管理系统都是关系型的。我们采用的 s q l s e v e r 就是一典型的关系型数据库管理系统。 . 4 1 . 4 s q l s e v e r 7 . 0 数据库管理系统 s q l s e v e r 7 . 0 是一个面向下个世纪的数据库。作为wi n d o w s 家族出 类拔萃 的成员， s q l s e v e r 7 . 0 这种关系型数据库管理系统能够满足各种类型的企业客户 和独立软件供应商构建商业应用程序的需要。根据客户的反映和需求， s q l s e v e r 7 . 0 在易用性、 可伸缩性、 可靠性以 及数仓库等方面进行了大幅度的改 进和提高。 s q l s e v e r 7 . 0 卓越的功能和革新使它在几种快速增长的数据库应用程 序包括商业操作、 商业智能、 移动工作能力和电子贸易中成为一个领先者。 s q l s e v e r 7 . 0 中重要革新和领先的领域包括: .在包括从膝上型电脑到企业服务器的各种计算机中，都使用了具有 1 0 0 % 兼容性的相同代码。 .使用了2 0多个新向导工具来管理。 .自动配置和管理。 策 2 1页 成雅高速公路信息管理系统 电子科技大学硕士论文 4 . 3 . 2数据库访问程序 o d b c是用来提供一个a p i ，这个a p i 一般是用来从一个单独的代码基中 与多个d b ms 接口。 但如果在mf c应用程序中使用s d k函数， 那么第一位也 是最明显的问题就是把应用程序中的面向对象的mf c代码和由o d b c输出的 直接的c函数混在一起. 另外， o d b c s d k在查询不同数据源时提供了高度的 灵活性， 但在很多时候并不需要所有的这些功能。 因此， mf c包括了封装o d b c 功能的一些类数据库类。 组成mf c数据库类的三个主要类是: c d a t a b a s e . c r e c o r d s e t 和 c r e c o r d v i e w , c d a t a b a s e表示与数据源的连接。在构造完 c d a t a b a s e对象之后，当调用 o