微機(jī)原理十字路口交通燈課程設(shè)計.doc

二一 四 二一五學(xué)年第 二 學(xué)期信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計報告書課程名稱： 微機(jī)原理課程設(shè)計 班 級： 電氣工程及其自動化2012級 6 班 學(xué) 號： 2012021047617 姓 名： 鐘思雨 指導(dǎo)教師： 李房云 二一五年 一月 三 日 前言： 隨著計算機(jī)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計算機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，成為人們利用計算機(jī)設(shè)計和開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同時微型計算機(jī)接口技術(shù)也是一門實踐性較強(qiáng)的課程，理論與實踐相結(jié)合可以更好的掌握知識，這也是這次微機(jī)原理課程設(shè)計目的。交通燈是交通安全的關(guān)鍵，已廣泛應(yīng)用于城鄉(xiāng)的十字路口，它的有無作為交通安全檢查的重要依據(jù)，是交通秩序正常進(jìn)行的有力保障。 十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無聲命令，是司機(jī)和行人的行為準(zhǔn)則。十字道口的交通紅綠燈控制是保證交通安全和道路暢通的關(guān)鍵。當(dāng)前，國內(nèi)大多數(shù)城市正在采用“自動”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動切換。它們一般由“通行與禁止時間控制顯示、紅黃綠三色信號燈和方向指示燈”三部分組成。交通燈的時間控制顯示，以固定時間值預(yù)先“固化”，每次只是以一定周期交替變化。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機(jī)的，還經(jīng)常受人為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應(yīng)用時間的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當(dāng)前道路上交通車輛數(shù)的實際情況變化，其最大的缺陷就在于當(dāng)路況發(fā)生變化時，不能滿足司機(jī)與路人的實際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導(dǎo)致交通堵塞，導(dǎo)致城市交通效率的下降。目前，有一種使用“模糊控制”技術(shù)控制交通燈的方法。能夠根據(jù)十字路口兩個方向上車輛動態(tài)狀況，自動判斷紅綠燈時間間隔，以保證最大車流量，減少道口的交通堵塞。但是卻不像定時控制，能用數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時間，以便于駕駛員隨時掌握自己的駕駛動作，及時停車或啟動。 本次課程設(shè)計以固定的程序?qū)崿F(xiàn)對交通燈實行控制，沒有實現(xiàn)智能化，但智能化是交通控制系統(tǒng)是交通控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，也是滿足日益發(fā)展的社會需要。通過本次的課程設(shè)計，更好的學(xué)習(xí)微機(jī)接口的應(yīng)用技術(shù)，使我們將課堂所學(xué)到的知識和實踐有機(jī)結(jié)合起來，初步掌握計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的步驟和接口設(shè)計的方法，提高分析和解決實際問題的能力。摘要：本文介紹了以計算機(jī)為核心.利用可編程并行接口芯片8255的軟硬件功能，實現(xiàn)對交通燈控制。關(guān)鍵詞： 交通燈 8255目 錄 1 課題簡介.52 設(shè)計要求.53 具體設(shè)計.63.1 延時設(shè)計.63.2 8255引線及構(gòu).63.3 電路接線圖.104 使用方法.115 流程圖設(shè)計.126 程序設(shè)計.127 設(shè)計總結(jié).168 參考文獻(xiàn).161 課題簡介十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無聲命令，是司機(jī)和行人的行為準(zhǔn)則。十字道口的交通紅綠燈控制是保證交通安全和道路暢通的關(guān)鍵。當(dāng)前，國內(nèi)大多數(shù)城市正在采用“自動”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動切換。它們一般由“通行與禁止時間控制顯示、紅黃綠三色信號燈和方向指示燈”三部分組成。在交通燈的通行與禁止時間控制顯示中，通常要么東西、南北兩方向各50秒。交通燈的時間控制顯示，以固定時間值預(yù)先“固化”，每次只是以一定周期交替變化。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機(jī)的，還經(jīng)常受認(rèn)為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應(yīng)用時間的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當(dāng)前道路上交通車輛數(shù)的實際情況變化，其最大的缺陷就在于當(dāng)路況發(fā)生變化時，不能滿足司機(jī)與路人的實際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導(dǎo)致交通堵塞，導(dǎo)致城市交通效率的下降。 目前，有一種使用“模糊控制”技術(shù)控制交通燈的方法。能夠根據(jù)十字路口兩個方向上車輛動態(tài)狀況，自動判斷紅綠燈時間間隔，以保證最大車流量，減少道口的交通堵塞。但是卻不像定時控制，能用數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時間，以便于駕駛員隨時掌握自己的駕駛動作，及時停車或啟動。2 設(shè)計要求 1東西方向車輛放行60秒鐘。即東西方向的綠燈和南北方向的紅燈同時點亮1分鐘。 21分鐘后，東西方向的黃燈閃爍5秒鐘，以警示車輛將切換紅綠燈。此時南北方向仍維持紅燈點亮。3東西方向的黃燈閃爍5秒鐘后，轉(zhuǎn)為南北方向放行20秒鐘。即東西方向的紅燈和南北方向的綠燈同時點亮20秒鐘。4南北方向放行20秒鐘后，轉(zhuǎn)為南北方向的黃燈閃爍5秒鐘，以警示將切換紅綠燈。此時東西方向仍維持紅燈點亮。5南北方向的黃燈閃爍5秒鐘后，再轉(zhuǎn)為東西方向車輛放行1分鐘。如此循環(huán)重復(fù)。3 具體設(shè)計3.1延時設(shè)計 在模擬交通等設(shè)計中，如何使紅燈、綠燈保持一定時間，黃燈閃爍的時間是一個非常關(guān)鍵的問題。本任務(wù)要求交通信號燈能實現(xiàn)自行定時、延時、切換等功能，即能實現(xiàn)交通信號燈自動控制。一般計算機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)定時或延時有兩種基本方法：利用軟件定時和硬件定時。軟件定時，即讓機(jī)器執(zhí)行一段程序，程序沒有具體的執(zhí)行目的，利用執(zhí)行每條指令CPU所花費的時間，可實現(xiàn)延時功能。這種方法容易實現(xiàn)，僅需選用恰當(dāng)指令并安排循環(huán)即可實現(xiàn)，定時時間調(diào)整方便，但不能做到精確定時。另外，時間調(diào)整是以一條指令執(zhí)行時間為基準(zhǔn)，占用CPU資源，降低CPU利用率。 硬件定時，即使用可編程定時/計數(shù)器硬件芯片定時。這種芯片內(nèi)部有一個可編程定時器，其定時值、定時范圍可以很容易地由軟件程序改變，定時時間到時可發(fā)出某種形式的信號通知外設(shè)或CPU。定時器的輸出頻率和波形等均由程序設(shè)定，因而使用靈活，功能強(qiáng)。 本次課程設(shè)計根據(jù)我們所學(xué)知識、所查資料以及水平所限，我們利用了入棧、出棧所消耗的時間再加上確定次數(shù)的循環(huán)控制，達(dá)到我們所需要的延時時間。 3.2 8255的引線結(jié)構(gòu)8255的引線結(jié)構(gòu)如圖1所示。共有40個引腳，其功能分別如下：D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 RD:讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時,即RD=0且CS=0時,允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。CS:芯片選擇信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時,即CS=0時,表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊;CS=1時,8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸。PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器， 一個8位的輸入輸出緩沖器。 PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個4位的端口， 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。RESET:復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端處于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。 A1,A0:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。 當(dāng)A1=0,A0=0時,PA口被選擇； 當(dāng)A1=0,A0=1時,PB口被選擇； 當(dāng)A1=1,A0=0時,PC口被選擇； 當(dāng)A1=1.A0=1時,控制寄存器被選擇；在本次課程設(shè)計當(dāng)中，設(shè)計采用的是軟件定時（即通過匯編指令）實現(xiàn)的。而燈的亮與滅以及閃爍是用8255的A口和B口控制的，工作在方式0，A口和B口均為輸出。 并行接口是以數(shù)據(jù)的字節(jié)為單位與I/O設(shè)備或被控制對象之間傳遞信息。CPU和接口之間的數(shù)據(jù)傳送總是并行的，即可以同時傳遞8位、16位、32位等。8255可編程外圍接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三個并行接口，用+5V單電源供電，能在以下三種方式下工作：方式0-基本輸入/出方式、方式1-選通輸入/出方式、方式2-雙向選通工作方式。8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳如圖1所示，8255工作方式控制字和C口按位置位/復(fù)位控制字格式如圖2所示。 圖1 8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳76543210控制C口低4位1：輸入0：輸出控制B口8位1：輸入0：輸出方式選擇0：方式01：方式1控制C口高4位0：輸出1：輸入控制A口8位0：輸出1：輸入方式選擇00：方式001：方式11X：方式2 功能控制0：位操作1：方式選擇按位操作控制字0XXXD3D2D1D0置位/復(fù)位 0：復(fù)位 1：置置端口C的位選擇 PC0 0 0 0 PC1 0 0 0 PC2 0 0 0 PC3 0 0 0 PC4 0 0 0 PC5 0 0 0 PC6 0 0 0 PC7 0 0 0標(biāo)志位 無關(guān) 圖2 8255工作方式控制字和C口按位置位/復(fù)位控制字格式 3.3電路接線圖圖3 紅綠燈模擬設(shè)計總電路圖 上電路圖為紅綠燈模擬設(shè)計總電路圖，通過8086CPU系統(tǒng)總線來控制8255的A端口、B端口，而A、B端口分別接LED發(fā)光二極管來控制十字路口紅綠燈。 紅、黃、綠燈的表示情況如下：由于儀器上面只有16個發(fā)光二級管，且從高到低依次為：D15D14D13D12D11D10D9D8 D7D6D5D4D3D2D1D0。在設(shè)計的過程中做了如下的規(guī)定：R表示紅燈，G表示綠燈，Y表示黃燈；E表示方向東，W表示方向西，S表示方向南，N表示方向北，例如：ER表示東方向為紅燈，WG表示西方向為綠燈，SY表示南方向為黃燈，其余的類似。所以在設(shè)計中采用如下的規(guī)定：D15D14表示ER，D13D12表示SR，D11D10表示EG，D9D8表示SG，D7D6表示W(wǎng)R，D5D4表示NR，D3D2表示W(wǎng)G，D1D0表示NG，D15D14D11D10表示EY，D7D6D3D2表示W(wǎng)Y，D13D12D9D8表示SY，D5D4D1D0表示NY。具體連線及表示如下圖所示（圓圈表示發(fā)光二極管）。圖4 十字路口紅黃綠燈的表示4 使用說明 這是一個交通紅綠燈的模擬顯示實驗，由8255控制16個LED發(fā)光二極管的亮與暗來表達(dá)十字路口的交通信號，A口表示東、南方向，B口表示西、北方向,綠燈和紅燈共同表示黃燈?？梢酝ㄟ^發(fā)光二極管來判斷具體是哪個方向、哪個燈亮。5 流程圖設(shè)計芯片初始化東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮60秒 東西方向黃燈閃爍，南北方向紅燈亮5秒 東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮20秒 東西方向紅燈亮，南北方向黃燈閃爍5秒 有鍵按下？返回到DOS 結(jié)束 否是6 程序設(shè)計IOY0 EQU 0DA00H ;片選IOY0對應(yīng)的端口始地址MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的B口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENT LA DB ? ;定義數(shù)據(jù)變量LB DB ?DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,MY8255_MODE ;定義8255工作方式 MOV AL,80H ;工作方式0，A口和B口為輸出 OUT DX,ALLOOP1: MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，東方向綠燈亮,南方向紅燈亮 MOV AL,3CH OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，西方向綠燈亮,北方向紅燈亮 MOV AL,3CH OUT DX,AL CALL DALLY1L1: MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，東方向黃燈亮,南方向紅燈亮 MOV AL,0FCH OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，西方向黃燈亮, 北方向紅燈亮 MOV AL,0FCH OUT DX,AL CALL DALLY2MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，東方向黃燈滅,南北方向紅燈亮 MOV AL,30H OUT DX,ALMOV DX,MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，西方向黃燈滅,南北方向紅燈亮 MOV AL,30H OUT DX,AL CALL DALLY2 LOOP L1MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，東方向紅燈亮,南方向綠燈亮 MOV AL,0C3H OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，西方向紅燈亮,北方向綠燈亮 MOV AL,0C3H OUT DX,AL CALL DALLY3L2: MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，南方向黃燈亮,東方向紅燈亮 MOV AL,0F3H OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，北方向黃燈亮,西方向紅燈亮 MOV AL,0F3H OUT DX,AL CALL DALLY2 MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，南北方向黃燈滅,東方向紅燈亮 MOV AL,0C0H OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，南北方向黃燈滅,西方向紅燈亮 MOV AL,0C0H OUT DX,AL CALL DALLY2 LOOP L2 MOV AH,1 ;判斷是否有按鍵按下，調(diào)用功能號1 INT 16H ;ROM BIOS 功能調(diào)用 JZ LOOP1 ;無按鍵則跳回繼續(xù)循環(huán)，有則退出QUIT: MOV AX,4C00H ;結(jié)束程序退出 INT 21H ;DOS 系統(tǒng)功能調(diào)用DALLY PROC NEAR ;軟件延時子程序 PUSH CX PUSH AX MOV CX,0FFFHD1: MOV AX,0FFFFHD2: DEC AX JNZ D2 LOOP D1 POP AX POP CX RETDALLY ENDPDALLY1 PROC NEAR ;軟件延時子程序，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮 PUSH CX PUSH AX MOV CX,1EHD3: CALL DALLY LOOP D3 POP AX POP CX RETDALLY1 ENDPDALLY2 PROC NEAR ;軟件延時子程序，黃燈閃爍（即亮與滅）的時間間隔， PUSH CX PUSH AX MOV CX,02HD4: CALL DALLY LOOP D4 POP AX POP CX RETDALLY2 ENDPDALLY3 PROC NEAR ;軟件延時子程序，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮， PUSH CX PUSH AX MOV CX,0AHD5: CALL DALLY LOOP D5 POP AX POP CX RETDALLY3 ENDPCODE ENDS END START7 設(shè)計總結(jié)通過這兩周的微機(jī)原理與接口