交通燈控制系統(tǒng)方案設計書

第一部分前言微機原理課程設計是電子技術(shù)學習中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生能力的一個環(huán)節(jié)。交通燈能保證行人過馬路的安全,控制交通狀況等優(yōu)點受到人們的歡迎，在很多場合得到了廣泛的應用。交通燈是采用計算機通過編寫匯編語言程序控制的。紅燈停，綠燈行的交通規(guī)則。廣泛用于十字路口,車站,碼頭等公共場所,成為人們出行生活中不可少的必需品,由于計算機技術(shù)的成熟與廣泛應用,使得交通燈的功能多樣化,遠遠超過老式交通燈,交通燈的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了交通燈的功能。諸如閃爍警示、鳴笛警示，時間程序自動控制、倒計時顯示，所有這些，都是以計算機為基礎(chǔ)的。還可以根據(jù)主、次干道的交通狀況的不同任意設置各自的不同的通行時間?；蛘呓o紅綠色盲聲音警示的人性化設計?，F(xiàn)在的交通燈系統(tǒng)很多都增加了智能控制環(huán)節(jié)，比如對闖紅燈的車輛進行拍照。當某方向紅燈亮時，此時相應的傳感器開始工作，當有車輛通過時，照相機就把車輛拍下。要將交通燈系統(tǒng)產(chǎn)品化，應該根據(jù)客戶不同的需求進行不同的設計，應該在程序中增加一些可以人為改變的參數(shù)，以便客戶根據(jù)不同的需要隨時調(diào)節(jié)交通燈。因此，研究交通燈及擴大其應用，有著非?，F(xiàn)實的意義。目錄第一部分前言1第二部分摘要2第三部分微機實驗課程設計任務書3五、參考文獻：4第四部分交通燈設計的簡介4第五部分交通燈的設計方案55.1電路原理55.2.系統(tǒng)原理錯誤！未定義書簽。5.2.18259A的結(jié)構(gòu)原理75.2.28255A的工作原理錯誤！未定義書簽。5.374L138工作原理1074LS138與74HC的引腳圖1074LS138的功能表10第六部分交通燈系統(tǒng)的安裝與調(diào)試116.1調(diào)試過程及相應問題的記錄116.1.1、 軟件延時與定時器計時126.1.2、 使用中斷126.2調(diào)試結(jié)果12第七部分程序流程圖12第八部分設計過程與總結(jié)13附錄一：附源程序13附錄二：參考文獻16第二部分摘要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計算機在現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展中起著越來越重要的作用。多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、智能信息處理技術(shù)、自適用控制技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘與處理技術(shù)等都離不開計算機。本課程設計是基于微機原理與接口技術(shù)的簡單應用。運用所學的微機原理和接口技術(shù)知識完成交通燈系統(tǒng)。通過硬件與軟件的結(jié)合，用我們剛剛學過的匯編語言編寫程序模擬分析了現(xiàn)代城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結(jié)合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，給出了一種簡單實用的交通燈控制系統(tǒng)的硬件、軟件電路設計方案。該系統(tǒng)適用于單主干道的十字路口，?，F(xiàn)假定其主干道為B方向，次干道為A方向?？呻S意進行更改雙向的通行時間，該功能能實現(xiàn)加中斷控制和手動控制的方式進行,紅綠燈切換時有閃爍功能以警示車輛和行人將進行紅綠燈切換。當有交通堵塞或緊急狀況時可進行中斷手動控制，使交通安全與交通流暢度得以保證。關(guān)鍵詞：延遲8255交通燈控制設計AbstractWiththedevelopmentofelectronictechnology,computersinthedevelopmentofmodernscienceandtechnologyplayanincreasinglyimportantEffectMultimediatechnology,networktechnology,intelligentinformationprocessingtechnology,controltechnologyfromtheapplicationDataMiningandprocessingandsocannotdowithoutthecomputer.ThecoursedesignisbasedonMicrocomputerPrincipleandInterfaceTechnologyforsimpleapplications.TheuseofthecomputerscienceprinciplesandtechnicalknowledgetocompletetheinterfacetrafficlightsystemThroughacombinationofhardwareandsoftware,Wehavejustlearnedtousetheassemblylanguageprogramtosimulatetheconditionsof

modernurbantrafficcontrolandmanagementofthestatusquo,Theactualsituationwithtrafficlightcontrolsystemdescribedworkingprinciple,Asimpleandpracticalgiventhetrafficlightcontrolsystemhardware,softwareThesystemissuitableforasinglemainroadintersection,Itisassumedthatthedirectionoftheeast-westtrunkroad,secondaryroadsforthenorth-southdirection.Two-wayfreepassageoftimechangesThisfeaturecanachieveplusinterruptcontrolandmanualcontroloftheway,Flashingtrafficlightswitchingfunctionsasawarningtovehiclesandpedestrianswillbetrafficlightsswitch.Whenthereistrafficcongestionoranemergencymanualcontrolcanbeinterrupted,sothatthedegreeoftrafficsafetyandtrafficflowcanbeguaranteed.Keywords:DelayedTrafficLightControlDesign8255題目名稱第三部分電子系微機實驗課程設計任務書題目名稱交通燈控制系統(tǒng)的設計專業(yè)（方向）電子信息與電氣工程系班級自動化專業(yè)（方向）電子信息與電氣工程系班級自動化（2）班工程技術(shù)型A、1.2.3.4.5.、設計內(nèi)容在AA、1.2.3.4.5.、設計內(nèi)容在A道和B道的十字路口，A、B道各有兩組交通指示燈，每組有紅、黃綠三個燈。A道的同色燈連在一起，B道的同色燈連在一起。對各組的交通燈進行控制,以保證車輛在各道上通暢運行。、B組的交通燈工作過禾 初始狀態(tài)為A、B道都是紅燈亮。當控亮。當延時25秒后，A、B道的黃燈同時變亮，延時后，B道轉(zhuǎn)為綠燈，A道轉(zhuǎn)為紅燈，且延時25秒。25秒后，轉(zhuǎn)為A、B道的黃燈亮，延時5秒后，回到第循環(huán)。當遇到道路障通，或緊急情況時，A、B道全為紅燈。j制'系統(tǒng)啟動后，A道的綠燈亮，B道的紅燈寸5秒。步,以次重復進行，不斷二、設計進程（按課程設計周計算）第一周設計任務：（1）:明確學習目標，通過討論研究題目程序。（2）:三人輪流分工，把問題簡單化。并對實驗室的單片機進行熟悉和調(diào)試（3）:對程序進行調(diào)試直到正確為止第二周設計任務：（4）:構(gòu)思交通燈的計劃書（5）：上網(wǎng)收取資料，對比和參考后完成課程設計報告三、設計任務及要求選用8088最小工作模式和適當?shù)拇鎯ζ骷敖涌谛酒?，編程實現(xiàn)上述工作過程及要求。用LED顯示器顯示綠燈延時時間。用相應的發(fā)光二極管來代替交通燈，用發(fā)光二極管的亮滅顯示交通燈的工作情況。系統(tǒng)有啟動按鈕和停止按鈕，按啟動按鈕后，系統(tǒng)從第一步開始循環(huán)，按停止按鈕后，無論在那一步，應回到初始狀態(tài)。畫出詳細的硬件接線圖。給出程序的設計思路，畫出詳細的程序流程框圖。給出程序清單并加上必要的注釋。完成設計說明書（包括封面、目錄、設計任務書、硬件設計思路、硬件原理圖、軟件設計思路、程序流程框圖、程序清單、所用器件型號、總結(jié)體會、參考文獻等）。四、意義：運用所學的微機原理和接口技術(shù)知識完成交通燈系統(tǒng)熟悉8255的工作模式五、參考文獻：《微型計算機原理及接口技術(shù)》實驗指導書；《匯編語言程序設計》南京大學出版社姚君遺編著；《匯編語言程序設計教程》清華大學出版社楊記文編著；《微型計算機原理及接口技術(shù)》中國科技大學出版社吳秀清周荷琴編著;《匯編語言程序設計實驗指導》清華大學出版社蔡啟文，王志文，黃曉璐系主任：譚敏 指導教師：丁健第四部分交通燈設計的簡介十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無聲命令，是司機和行人的行為準則。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B、A兩方向各50秒；要么根據(jù)交通規(guī)律，B方向60秒，A方向40秒，時間控制都是固定的。交通燈的時間控制顯示，以固定時間值預先“固化”在單片機中，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雜的，是高度非線性的、隨機的，還經(jīng)常受認為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應用時間的浪費，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路況發(fā)生變化時，不能滿足司機與路人的實際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導致交通堵塞，導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。第五部分交通燈的設計方案設計中使用了8259中斷控制器、8255A可編程并行接口實現(xiàn)了，對A、B方向交通的分別計時、分別控制，設計采用定時加中斷控制的方式進行,對兩個方向車輛的通行時間分別計時,可隨意進行更改雙向的通行時間。城市十字交叉路口紅綠燈控制系統(tǒng)主要負責控制B走向和A走向的紅綠燈的狀態(tài)和轉(zhuǎn)換順序,關(guān)鍵是各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和進行適當?shù)臅r間延時,正是基于以上考慮,采用如下設計:A、B組的交通燈工作過程為：1?初始狀態(tài)為A、B道都是紅燈亮。當控制系統(tǒng)啟動后，A道的綠燈亮，B道的紅燈亮。2?當延時25秒后，A、B道的黃燈同時變亮，且延時5秒。3?延時后，B道轉(zhuǎn)為綠燈，A道轉(zhuǎn)為紅燈，且延時25秒。4.25秒后，轉(zhuǎn)為A、B道的黃燈亮，延時5秒后，回到第一步，以次重復進行，不斷循環(huán)。5?當遇到道路障通，或緊急情況時，A、B道全為紅燈。5.1電路原理本課題的設計可通過實驗平臺上的一些功能模塊電路組成，由于各模塊電路內(nèi)部已經(jīng)連接，用戶在使用時只要設計模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設計及實現(xiàn)相對簡單。完整系統(tǒng)的硬件連接如圖1所示。硬件電路由R-S觸發(fā)器電路、發(fā)光二極管模塊、8255可編程并行接口模塊和緊急中斷模塊8259組成。實驗的對應接線關(guān)圖系圖如下所示：

Il"號§BII'>ns>3CO1—i二aaaaaanBcnSHi"r-- ■—舊氣昌q氣gmg?--i ■■" r~->m>3-i二= Il"號§BII'>ns>3CO1—i二aaaaaanBcnSHi"r-- ■—舊氣昌q氣gmg?--i ■■" r~->m>3-i二= !—3工— re-1-fDf■Hwcefon^I^=ii§ISISi—lE團us叫 piPiPiPiPiPiPiPiTL嚴I—aaaaaaaa§更器詐sr十嚴Lcr=, 嚴嚴嚴嚴|1戸KKKKKKKK母盡民民冒母母民Mmo系統(tǒng)原理5.2．18259A的結(jié)構(gòu)原理1、數(shù)據(jù)總線緩沖器：8259A與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口，是8位雙向三態(tài)緩沖器。CPU與

8259A之間的控制命令信息、狀態(tài)信息以及中斷類型信息，都是通過緩沖器傳送的。2、 讀/寫控制邏輯:CPU通過它實現(xiàn)對8259A的讀/寫操作。3、 級連緩沖器:用以實現(xiàn)8259A芯片之間的級連，使得中斷源可以由8級擴展至64級。4、 控制邏輯電路:對整個芯片內(nèi)部各部件的工作進行協(xié)調(diào)和控制。5、 中斷請求寄存器IRR:8位，用以分別保存8個中斷請求信號，當響應的中斷請求輸入腳有中斷請求時，該寄存器的相應位置1。6、中斷屏蔽寄存器IMR:8位，相應位用以對8個中斷源的中斷請求信號進行屏蔽控制。當其中某位置“0“時，則相應的中斷請求可以向CPU提出；否則，相應的中斷請求被屏蔽，即不允許向CPU提出中斷請求。該寄存器的內(nèi)容為8259A的操作命令字OCW1,可以由程序設置或改變。7、 中斷服務寄存器ISR:8位，當CPU正在處理某個中斷源的中斷請求時，ISR寄存器中的相應位置1。8、 用以比較正在處理的中斷和剛剛進入的中斷請求之間的優(yōu)先級別，以決定是否產(chǎn)生多重中斷或中斷嵌套。28255A的工作原理1、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu):數(shù)擁總線PC-PC.4AlI（呂位）（低4數(shù)擁總線PC-PC.4AlI（呂位）（低4位）PC^PCn1）數(shù)據(jù)總線緩沖器:這是一個雙向三態(tài)的8位數(shù)據(jù)緩沖器，它是8255A與微機系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口。輸入輸出的數(shù)據(jù)、CPU輸出的控制字以及CPU輸入的狀態(tài)信息都是通過這個緩

沖器傳送的。三個端口A，B和C:A端口包含一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。B端口包含一個8位數(shù)據(jù)輸入/輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。C端口包含一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器(輸入沒有鎖存器)。A組和B組控制電路:這是兩組根據(jù)CPU輸出的控制字控制8255工作方式的電路，它們對于CPU而言，共用一個端口地址相同的控制字寄存器，接收CPU輸出的一字節(jié)方式控制字或?qū)口按位復位字命令。方式控制字的高5位決定A組的工作方式，低3位決定B組的工作方式。對C口按位復位命令字可對C口的每一位實現(xiàn)置位或復位。A組控制電路控制A口和C口上半部，B組控制電路控制B口和C口下半部。讀寫控制邏輯:用來控制把CPU輸出的控制字或數(shù)據(jù)送至相應端口，也由它來控制把狀態(tài)信息或輸入數(shù)據(jù)通過相應的端口送到CPU。2、引腳信號8255A的引腳如圖7.5所示，分為數(shù)據(jù)線、地址線、讀/寫控制線、輸入/輸出端口線和電源線。D7?DO(databus):三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)線，與CPU數(shù)據(jù)總線連接，用來傳送數(shù)據(jù)。(chipselect)：片選信號線，低電平有效時，芯片被選中。A1,AO(portaddress):地址線，用來選擇內(nèi)部端口。PA3EZ(read):讀出信號線，低電平有效時，允許數(shù)據(jù)讀出。 二PA1I PAOIA1,AO(portaddress):地址線，用來選擇內(nèi)部端口。PA3EZ(read):讀出信號線，低電平有效時，允許數(shù)據(jù)讀出。 二PA1I PAOI(write)：寫入信號線，低電平有效時，允許數(shù)據(jù)寫入。 -RESET(reset)：復位信號線，高電平有效時,將所有內(nèi)部寄存器(包括控制寄存器)清O。PA7?PA0(portA)：A口輸入/輸出信號線。PB7?PB0(portB)：B口輸入/輸出信號線。PC7?PC0(portC)：C口輸入/輸出信號線。VCC：+5V電源。GND：電源地線。cs匚GNDEZA1匚ZA0匚ZPC7EZPC6EZpcsEZPC4EZPC3EZPC2EZpciEZpcdrzPB0匚zPB1匚PB2匚二403938373635PA4PA5PA6PA7WR734DO833D198255A32D21031D31130D41229D51328D61427D71526VCC1625PB71724=lPB61823PB51922PB42021PB35IRESET3、8255A的工作方式:方式0---基本輸入輸出方式；方式1---選通輸入輸出方式；方式2---雙向選通輸入輸出方式5.374L138工作原理5.3.174LS138與74HC的引腳圖用與非門組成的3線-8線譯碼器74LS1385.3.23線-8線譯碼器74LS138的功能表輸 A輸出￡氏+忑&%珀打芯蒼為0XXXX11111111X1XXX1111111110000011111111000110111111100101101111110011111011111010011110111101011111101110110111111011011111111110無論從邏輯圖還是功能表我們都可以看到74LS138的八個輸出引腳，任何時刻要么全為高電平1—芯片處于不工作狀態(tài)，要么只有一個為低電平0，其余7個輸出引腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個輸出引腳同時為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。當附加控制門的輸出為高電平（S=l）時，可由邏輯圖寫出K=AA4=%K=AA4=叫K=AA4=廻(3.3.7)X=AA4=聊4E=A44=廻K=AA4=叫占=A44=附由上式可以看出，同時又是這三個變量的全部最小項的譯碼輸出，所以也把這種譯碼器叫做最小項譯碼器。71LS138有三個附加的控制端、和。當、時，輸出為高電平（S=l），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平，如表3.3.5所示。這三個控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來以擴展譯碼器的功能。帶控制輸入端的譯碼器又是一個完整的數(shù)據(jù)分配器。在圖3.3.8電路中如果把作為“數(shù)據(jù)”輸入端（同時），而將作為“地址”輸入端，那么從送來的數(shù)據(jù)只能通過所指定的一根輸出線送出去。這就不難理解為什么把叫做地址輸入了。例如當=101時，門的輸入端除了接至輸出端的一個以外全是高電平，因此的數(shù)據(jù)以反碼的形式從輸出，而不會被送到其他任何一個輸出端上。第六部分交通燈系統(tǒng)的安裝與調(diào)試6.1調(diào)試過程及相應問題的記錄6.1.1、軟件延時與定時器計時軟件延時，設計簡單，使用方便，但是無法進行精確計時，無法在實際應用中進行使用，本次設計采用了，定時器0進行計時，每10ms產(chǎn)生一個脈沖信號，可以準確的計時并方便8段數(shù)碼管進行顯示6.1.2、使用中斷使用中斷比較麻煩，在實驗中需要兩次加載初始化程序和中斷服務程序，并且需要手工指定中斷服務地址和中斷向量號；但是使用中斷可以進行多樣化設計，強化程序功能與執(zhí)行效率。6.2調(diào)試結(jié)果A、B組的交通燈工作過程為：1?初始狀態(tài)為A、B道都是紅燈亮。當控制系統(tǒng)啟動后，A道的綠燈亮，B道的紅燈亮。當延時25秒后，A、B道的黃燈同時變亮，且延時5秒。3?延時后，B道轉(zhuǎn)為綠燈，A道轉(zhuǎn)為紅燈，且延時25秒。4.25秒后，轉(zhuǎn)為A、B道的黃燈亮，延時5秒后，回到第一步，以次重復進行，不斷循環(huán)。5?當遇到道路障通，或緊急情況時，A、B道全為紅燈。第七部分程序流程圖

A、A、B道的黃燈同時延時點亮5s。回到第一步A、B道方向的紅燈同

時被點亮10s第八部分設計過程與總結(jié)此次實習可以說是獲益匪淺。通過查閱了很多資料，了解了許多匯編程序的思想，擴展了自己的視野，不再僅僅局限于書本中幾條簡短的程序，而且更重要的是明白寫程序的態(tài)度：仔細謹慎，精益求精。在程序中添加了黃燈閃爍，更加醒目。另外加入能夠?qū)崿F(xiàn)各路口綠燈顯示時間不同，適應在主干道和支線路口中使用。在系統(tǒng)加電調(diào)試中，針對一些問題，熟練掌握了根據(jù)原理分步測試，將錯誤之處縮小的最小范圍內(nèi)。通過該課程設計，掌握了什么是編譯程序，編譯程序工作的基本過程及其各階段的基本任務，熟悉了編譯程序總流程框圖，了解了編譯程序的生成過程、構(gòu)造工具及其相關(guān)的技術(shù)對課本上的知識有了更深的理解，課本上的知識師機械的，表面的。通過把該算法的內(nèi)容，算法的執(zhí)行順序在計算機上實現(xiàn)，把原來以為很深奧的書本知識變的更為簡單，對實驗原理有更深的理解。而且在設計中，把死板的課本知識變得生動有趣，激發(fā)了學習的積極性。把學過的計算機編譯原理的知識強化，能夠把課堂上學的知識通過自己設計的程序表示出來，加深了對理論知識的理解。以前對與計算機操作系統(tǒng)的認識是模糊的，概念上的，現(xiàn)在通過自己動手做實驗，從實踐上認識了操作系統(tǒng)是如何處理命令的，如何協(xié)調(diào)計算機內(nèi)部各個部件運行，對計算機編譯原理的認識更加深刻。課程設計中程序比較復雜，在調(diào)試時應該仔細，在程序調(diào)試時，注意指針，將不必要的命令去除.附錄一：附源程序.MODELTINYPCIBAR3 EQU1CH。8位I/O空間基地址（它就是實驗儀的基地址，也為DMA&32BITRAM板卡上的8237提供基地址）Vendor_IDEQU10EBH。廠商ID號

Device_IDEQU8376 。設備ID號.STACK100.DATAIO_Bit8_BaseAddressDWmsg0DB'BIOS不支持訪問PCI $'msg1DB'找不到StarPCI9052板卡$'msg2DB讀8位I/O空間基地址時出錯$'COM_ADDDW00F3H ?？刂瓶谄屏縋A_ADDDW00F0H 。PA口偏移量PB_ADDDW00F1H 。PB口偏移量PC_ADDDW00F2H 。PC口偏移量LED_DataDB10111110B 。東西綠燈，南北紅燈DB11111111B。DB11011101B。東西南北黃燈DB11101011B。東西紅燈，南北綠燈.CODESTART:MOVAX,@DATAMOVDS,AXNOPCALLInitPCICALLModifyAddress。根據(jù)PCI提供的基地址，將偏移地址轉(zhuǎn)化為實地址movdx,com_addmoval,80H。PA、PB、PC為基本輸出模式OUTDX,ALMOVDX,PA_ADD。紅燈亮MOVAL,10111011BOUTDX,ALCALLDL5sLEABX,LED_DataSTART1:MOVDX,PA_ADDMOVAL,0XLATOUTDX,AL。東西綠燈，南北紅燈CALLDL25SMOV