微機原理課程設(shè)計---交通燈控制系統(tǒng)

1、<p>　　《微型計算機原理與接口技術(shù)》</p><p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　?。?2008級本科）</p><p>　　題 目： 交通燈控制系統(tǒng)</p><p>　　系（部）院： 物 理 與 機 電 工 程 學(xué) 院 </p><p>　　

2、專 業(yè) 電 氣 工 程 及 其 自 動 化 </p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　2011 年 秋 季學(xué)期</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著計算機科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計算機得到了廣泛的應(yīng)用，成為人們利用計算機設(shè)計和

3、開發(fā)各種應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同時微型計算機接口技術(shù)也是一門實踐性較強的課程，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)，是交通秩序正常進行的有力保障。</p><p>　　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(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

4、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

5、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</p&g

6、t;<p>　　摘要：本文介紹了以計算機為核心.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。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 交通燈 8255</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課題簡介..............................................

7、.5</p><p>　　2 設(shè)計要求...............................................5</p><p>　　3 具體設(shè)計...............................................6</p><p>　　3.1 延時設(shè)計.................................

8、.........6</p><p>　　3.2 8255引線及構(gòu)......................................6</p><p>　　3.3 電路接線圖.......................................10</p><p>　　4 使用方法..................................

9、............11</p><p>　　5 流程圖設(shè)計............................................12</p><p>　　6 程序設(shè)計..............................................12</p><p>　　7 設(shè)計總結(jié)........................

10、......................16</p><p>　　8 參考文獻..............................................16</p><p><b>　　1 課題簡介</b></p><p>　　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(zhǔn)則。十字道口的交通紅綠燈控制是保證交通

11、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、隨機的，還經(jīng)常受認(rèn)為因素的影響。采

12、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

13、顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時</p><p><b>　　2 設(shè)計要求 </b></p><p>　　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。   2．1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

14、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)。</p><p><b>　　3 具體設(shè)計</b></p><p><

15、b>　　3.1延時設(shè)計</b></p><p>　　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。</p><p>　　軟件定時，即讓機器執(zhí)行一段程序，程序沒有具體的執(zhí)行目的，利用

16、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。</p><p>　　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

17、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。</p><p>　　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。</p><p>　　3.2 8255的引線結(jié)構(gòu)</p><p>　　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：</p>

18、<p>　　D0～D7:三態(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。 </p><p>　　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)。</p><p>　　CS:芯

19、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進行通訊;CS=1時,8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸。</p><p>　　PA0～PA7: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。 　　</p><p>　　PB0～PB7: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。 </p&

20、gt;<p>　　PC0～PC7: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。</p><p>　　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

21、入方式。 　　</p><p>　　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。</p><p>　　當(dāng)A1=0,A0=0時,PA口被選擇； 　　</p><p>　　當(dāng)A1=0,A0=1時,PB口被選擇； 　　</p><p>　　當(dāng)A1=1,A0=0時,PC口被選擇； 　　</p><

22、p>　　當(dāng)A1=1.A0=1時,控制寄存器被選擇；</p><p>　　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。</p><p>　　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

23、。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。</p><p>　　圖1 8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳</p><

24、;p>　　標(biāo)志位 </p><p><b>　　無關(guān)</b></p><p>　　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</p><p><b>　　3.3電路接線圖</b></p><p>　　圖3 紅綠燈模擬設(shè)計總電路圖</p><p

25、>　　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；

26、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。

27、具體連線及表示如下圖所示（圓圈表示發(fā)光二極管）。</p><p>　　圖4 十字路口紅黃綠燈的表示</p><p>　　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。可以通過發(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</

28、p><p><b>　　6 程序設(shè)計</b></p><p>　　IOY0 EQU 0DA00H ;片選IOY0對應(yīng)的端口始地址</p><p>　　MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址</p><p>　　MY8255_B EQ

29、U IOY0+01H*4 ;8255的B口地址</p><p>　　MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址</p><p>　　MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址</p><p>　　STACK1 SEGMENT STACK</p>

30、<p>　　DW 256 DUP(?)</p><p>　　STACK1 ENDS</p><p>　　DATA SEGMENT </p><p>　　LA DB ? ;定義數(shù)據(jù)變量</p><p>　　LB DB ?</p><p><

31、b>　　DATA ENDS</b></p><p>　　CODE SEGMENT</p><p>　　ASSUME CS:CODE,DS:DATA</p><p>　　START: MOV AX,DATA</p><p><b>　　MOV DS,AX</b></p><p>　

32、　MOV DX,MY8255_MODE ;定義8255工作方式 </p><p>　　MOV AL,80H ;工作方式0，A口和B口為輸出</p><p><b>　　OUT DX,AL</b></p><p>　　LOOP1: MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，東方向綠

33、燈亮,南方向紅燈亮</p><p>　　MOV AL,3CH</p><p><b>　　OUT DX,AL</b></p><p>　　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</p><p>　　MOV AL,3CH</p><p><b>　

34、　OUT DX,AL</b></p><p>　　CALL DALLY1</p><p>　　L1: 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</p><p>　　MOV AL,0FCH</p><p>　　OUT DX,AL </p><p>　　

35、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</p><p>　　MOV AL,0FCH</p><p>　　OUT DX,AL </p><p>　　CALL DALLY2</p><p>　　MOV 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</p>

36、;<p>　　MOV AL,30H</p><p><b>　　OUT DX,AL</b></p><p>　　MOV 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</p><p>　　MOV AL,30H</p><p><b>　　OUT DX,AL</b&g

37、t;</p><p>　　CALL DALLY2</p><p><b>　　LOOP L1</b></p><p>　　MOV 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</p><p>　　MOV AL,0C3H</p><p><b>　　OUT DX

38、,AL</b></p><p>　　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</p><p>　　MOV AL,0C3H</p><p><b>　　OUT DX,AL</b></p><p>　　CALL DALLY3</p><p>　　L2

39、: 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</p><p>　　MOV AL,0F3H</p><p>　　OUT DX,AL </p><p>　　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</p><p>　　MOV AL,0F3H</p&

40、gt;<p><b>　　OUT DX,AL</b></p><p>　　CALL DALLY2</p><p>　　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</p><p>　　MOV AL,0C0H</p><p>　　OUT DX,AL </p

41、><p>　　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</p><p>　　MOV AL,0C0H</p><p><b>　　OUT DX,AL</b></p><p>　　CALL DALLY2</p><p><b>　　LOOP L2</

42、b></p><p>　　MOV AH,1 ;判斷是否有按鍵按下，調(diào)用功能號1</p><p>　　INT 16H ;ROM BIOS 功能調(diào)用</p><p>　　JZ LOOP1 ;無按鍵則跳回繼續(xù)循環(huán)，有則退出</p><p>　

43、　QUIT: MOV AX,4C00H ;結(jié)束程序退出</p><p>　　INT 21H ;DOS 系統(tǒng)功能調(diào)用</p><p>　　DALLY PROC NEAR ;軟件延時子程序</p><p><b>　　PUSH CX</b><

44、/p><p><b>　　PUSH AX</b></p><p>　　MOV CX,0FFFH</p><p>　　D1: MOV AX,0FFFFH</p><p>　　D2: DEC AX</p><p><b>　　JNZ D2</b></p>

45、;<p><b>　　LOOP D1</b></p><p><b>　　POP AX</b></p><p><b>　　POP CX</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DALLY ENDP<

46、/p><p>　　DALLY1 PROC NEAR ;軟件延時子程序，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮</p><p><b>　　PUSH CX</b></p><p><b>　　PUSH AX</b></p><p>　　MOV CX,1EH</p><p>　　

47、D3: CALL DALLY</p><p><b>　　LOOP D3 </b></p><p><b>　　POP AX</b></p><p><b>　　POP CX</b></p><p><b>　　RET</b></p>

48、;<p>　　DALLY1 ENDP</p><p>　　DALLY2 PROC NEAR ;軟件延時子程序，黃燈閃爍（即亮與滅）的時間間隔，</p><p><b>　　PUSH CX</b></p><p><b>　　PUSH AX</b></p><p>　　MOV

49、 CX,02H</p><p>　　D4: CALL DALLY</p><p><b>　　LOOP D4</b></p><p><b>　　POP AX</b></p><p><b>　　POP CX</b></p><p><

50、b>　　RET</b></p><p>　　DALLY2 ENDP</p><p>　　DALLY3 PROC NEAR ;軟件延時子程序，東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，</p><p><b>　　PUSH CX</b></p><p><b>　　PUSH AX</b&

51、gt;</p><p>　　MOV CX,0AH</p><p>　　D5: CALL DALLY</p><p><b>　　LOOP D5</b></p><p><b>　　POP AX</b></p><p><b>　　POP CX</b

52、></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DALLY3 ENDP</p><p><b>　　CODE ENDS</b></p><p><b>　　END START</b></p><p><b>　　7 設(shè)

53、計總結(jié)</b></p><p>　　通過這兩周的微機原理與接口技術(shù)課程設(shè)計課，我對這學(xué)期微機原理與接口技術(shù)原理的知識有了更進一步的認(rèn)識，經(jīng)過這次課程設(shè)計的鞭策和逼迫，我們才不得不通過各方面途徑去查取相關(guān)資料，去自學(xué)相關(guān)知識，去一個個逐步消解我們學(xué)習(xí)上的盲點，使我受益匪淺，收獲頗多，但從中也發(fā)現(xiàn)了自己許多的不足和需要改進的地方。首先，就要把握整個的設(shè)計的大概的流程，然后再對每一個分快進行設(shè)計，本次設(shè)計這

54、一點沒有做好，在設(shè)計當(dāng)中做了不少無用功，其次在設(shè)計的過程中，很重要的一點是要熟悉可編程并行通信接口芯片8255的初始化及其端口的使用，在設(shè)計當(dāng)中關(guān)于延時的選擇，由于水平所限未選8253、8259的芯片，使過程得到簡化，但不利于交通信號燈的精確控時，是本次設(shè)計的最大缺陷，但通過南北東西方向不同時間的控制也是本次設(shè)計的一大亮點，可以值得在交通量不同方向街道加以推廣，對緩解交通具有重要意義。通過本次課程設(shè)計，我的實際操作能力和設(shè)計能力都得到了

55、一定的提高，但理論與實踐之間永遠(yuǎn)是存在著一定差距的，要把理論知識充分靈活地運用于實踐是需要一定的實踐經(jīng)驗和牢固的理論基礎(chǔ)，希望以后能有更多這樣的實踐的機會，最后，對微機原理課程張老師的一學(xué)期的</p><p><b>　　8 參考文獻</b></p><p>　　[1] 馮博琴.吳寧.微型計算機原理與接口技術(shù)（第二版）北京. 清華大學(xué)出版社， 2007</p&g

56、t;<p>　　[2] 舒貞權(quán).任偉利.微機計算機原理[M]·西安：西安交通大學(xué)出版社，2004</p><p>　　[3] 樓順天.周社佳.微機原理與接口技術(shù)[M]·北京：科學(xué)出版社，2006</p><p>　　[4] 王玉良.吳曉非.微機原理與接口技術(shù)[M]·北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[