紅綠燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

1、紅綠燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目 錄引 言 1一、系統(tǒng)分析 1（一）十字路口基本情況分析1（二）交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換分析2（三）硬件功能可行性分析3二、系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6（一）硬件設(shè)計(jì)71電路需求分析72電路連接設(shè)計(jì)7（二）軟件設(shè)計(jì)81程序總體設(shè)計(jì) 82程序流程設(shè)計(jì)103重要代碼分析12三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)15（一）軟件開發(fā)和運(yùn)行環(huán)境15（二）系統(tǒng)硬件環(huán)境15（三）系統(tǒng)運(yùn)行步驟15（四）系統(tǒng)測試結(jié)果16四、系統(tǒng)開發(fā)總結(jié)16參考文獻(xiàn)18附 錄19（一）重要源代碼19致 謝21學(xué)士學(xué)位論文 紅綠燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)引 言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市交通問題越來越引起人們的關(guān)注。人、車、路三者關(guān)系的協(xié)調(diào)，已成為交通管理部門需要解決的重要

2、問題之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號(hào)燈控制與交通疏導(dǎo)的計(jì)算機(jī)綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅、藍(lán)兩色的機(jī)械扳手式信號(hào)燈，用以指揮馬車通行。1914年，電氣啟動(dòng)的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅、綠、黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號(hào)大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴(kuò)音器來啟動(dòng)紅綠燈，司機(jī)遇紅燈時(shí)按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。利用紅

3、外線紅綠燈，當(dāng)行人踏上對(duì)壓力敏感的路面時(shí)，它就能察覺到有人要過馬路，紅外光束能把信號(hào)燈的紅燈延長一段時(shí)間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。黃色信號(hào)燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎。他在美國通用電器公司任職的時(shí)候，想到在紅、綠燈中間再加上一個(gè)黃色信號(hào)燈，作為紅燈和綠燈之間的緩沖，提醒人們注意安全。于是紅、黃、綠三色信號(hào)燈即成為了一個(gè)完整的指揮信號(hào)家族。城市路口交通信號(hào)控制系統(tǒng)大體上分為三種類型：定周期的信號(hào)機(jī)、多時(shí)段且具有無電纜協(xié)調(diào)功能的微電腦型信號(hào)機(jī)以及聯(lián)網(wǎng)式自適應(yīng)多相位智能型信號(hào)機(jī)。具體采用哪種類型，應(yīng)根據(jù)其應(yīng)用場合及特點(diǎn)加以確定。其中，第一種類型以其成本低、設(shè)計(jì)簡單、安裝及維護(hù)方便等特點(diǎn)得到了廣泛

4、應(yīng)用。本文討論的交通燈控制系統(tǒng)就屬于該種類型。城市機(jī)動(dòng)車量的不斷增加使許多大中城市如北京、上海、南京等出現(xiàn)了交通超負(fù)荷運(yùn)行的情況，因此，如何改進(jìn)交通燈的設(shè)計(jì)、有效的疏導(dǎo)交通，使其更好的適應(yīng)城市交通的發(fā)展也成為了一個(gè)重要課題。本論文正是在以上背景下探討和設(shè)計(jì)一個(gè)交通燈控制系統(tǒng)。一、 系統(tǒng)分析（一）十字路口基本情況分析圖1-1是一個(gè)典型的十字路口示意圖。分別用1、2、3、4表明東、南、西和北四個(gè)流向的主車道,每個(gè)主車道置有一個(gè)交通燈，用于指示對(duì)面車輛的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)和直行。比如，1號(hào)路口的左轉(zhuǎn)燈亮?xí)r，即表示對(duì)面3號(hào)路口的車可以向左轉(zhuǎn)行駛。每個(gè)路口的情況都不盡相同，要根據(jù)具體的情況來設(shè)置各個(gè)方向的放行時(shí)

5、間。假設(shè),1、3方向是主干道，車流量比較大，可以將1、3路口的直行燈亮的時(shí)間設(shè)得比較長；而2、4路口是一般道路，那么2、4路口直行燈亮的時(shí)間可以設(shè)得短一點(diǎn)。左轉(zhuǎn)燈和右轉(zhuǎn)燈放行的時(shí)間一般應(yīng)比直行燈放行的時(shí)間要短。通常情況下，主干道直行時(shí)間應(yīng)在40-60秒左右；左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)通行時(shí)間應(yīng)在15-30秒之間。每個(gè)路口應(yīng)設(shè)置時(shí)間指示燈，用來顯示剩余的通行時(shí)間，并在時(shí)間快用盡時(shí)，交通燈閃爍一定的次數(shù)，用來提醒行人。完成一個(gè)循環(huán)應(yīng)在2分鐘以內(nèi)，以免引起車輛等待過長的時(shí)間。圖1-1 十字路口示意圖（二）交通燈狀態(tài)轉(zhuǎn)換分析合理的設(shè)置每個(gè)路口、每個(gè)方向的交通燈的通行時(shí)間，對(duì)車輛能否及時(shí)疏散，有著決定性的作用。在本系統(tǒng)

6、中，路口共設(shè)有四個(gè)狀態(tài)，分別用來表示不同時(shí)間路口的通行狀況。狀態(tài)1的時(shí)候，2、4兩個(gè)路口的直行燈亮，東西方向行駛的車輛通行45秒。2、4方向步行的行人，也可以同時(shí)通過路口。當(dāng)通行時(shí)間快結(jié)束的時(shí)候，led燈會(huì)閃爍，提醒車輛和行人通行時(shí)間快到了。狀態(tài)2的時(shí)候，1、3兩個(gè)路口左轉(zhuǎn)燈亮，2、4兩個(gè)路口右轉(zhuǎn)燈亮15秒。在本狀態(tài)的時(shí)候，四個(gè)路口的車輛可以同時(shí)進(jìn)行疏散，并且不發(fā)生沖突，大大地加快了車輛通行的速度。這樣的設(shè)置，在南京市新街口的十字路口有類似這樣的設(shè)置。通過在十字路口中間設(shè)置相應(yīng)的行車線，行人也可以和車輛同時(shí)地經(jīng)過路口。當(dāng)通行時(shí)間快結(jié)束的時(shí)候，led燈會(huì)閃爍，提示通行時(shí)間即將結(jié)束。類似于狀態(tài)2，

7、狀態(tài)3的時(shí)候，1、3兩個(gè)路口右轉(zhuǎn)燈亮，2、4兩個(gè)路口左轉(zhuǎn)燈亮15秒。通過在十字路口中間設(shè)置相應(yīng)的行車線，行人也可以和車輛同時(shí)地經(jīng)過路口。當(dāng)通行時(shí)間快結(jié)束的時(shí)候，led燈會(huì)閃爍，提醒車輛和行人注意安全。類似于狀態(tài)1，狀態(tài)4 的時(shí)候，1、3兩個(gè)路口的直行燈亮，東西方向行駛的車輛通行45秒。1、3方向步行的行人，也可以同時(shí)通過路口。完成四個(gè)狀態(tài)的一次循環(huán)需要120秒，完成了在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間限度內(nèi)，有效的疏散較大的通行量的目的。整個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程見表1-1。表1-1 路口四個(gè)狀態(tài)和相互轉(zhuǎn)換過程每個(gè)路口燈的點(diǎn)亮情況通行時(shí)間路口1路口2路口3路口4狀態(tài)1（zt1）直行直行45秒狀態(tài)2（zt2）左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)

8、15秒狀態(tài)3（zt3）右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)左轉(zhuǎn)15秒狀態(tài)4（zt4）直行直行45秒（三）硬件功能可行性分析18253a定時(shí)/計(jì)數(shù)器芯片8253a定時(shí)/計(jì)數(shù)器具有定時(shí)、計(jì)數(shù)雙功能。它具有三個(gè)相同且相互獨(dú)立的16位減法計(jì)數(shù)器，分別稱為計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2。每個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)頻率為02mhz。其內(nèi)部數(shù)據(jù)總線緩沖器為雙向三態(tài)，故可直接連在系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線上，通過cpu寫入計(jì)數(shù)初值，也可由cpu讀出計(jì)數(shù)當(dāng)前值。讀寫控制邏輯，當(dāng)選中該芯片時(shí)，根據(jù)讀寫命令和送來的地址信息控制整個(gè)芯片工作。其工作方式通過控制字確定。控制字寄存器用于接收數(shù)據(jù)總線緩沖器的信息。當(dāng)寫入控制字時(shí)，控制計(jì)數(shù)器的工作方式；當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)則裝入計(jì)數(shù)

9、初值?？刂萍拇嫫鳛?位，只能寫入不能讀出。8253a內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1-2。當(dāng)8253a執(zhí)行計(jì)數(shù)功能時(shí)，計(jì)數(shù)器裝入初值后，當(dāng)gate為高電平時(shí)，可用外部事件作為clk脈沖對(duì)計(jì)數(shù)值進(jìn)行減1計(jì)數(shù)。每來一個(gè)脈沖減1，當(dāng)計(jì)數(shù)值減為0時(shí)，由out端輸出一個(gè)標(biāo)志信號(hào)。當(dāng)8253a執(zhí)行定時(shí)功能時(shí)，計(jì)數(shù)器裝入初值后，當(dāng)gate為高電平時(shí)，由clk脈沖觸發(fā)開始自動(dòng)計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)到零時(shí)，發(fā)計(jì)數(shù)結(jié)束定時(shí)信號(hào)。8253a可以工作在方式0到方式5，常用的有方式2頻率發(fā)生器方式和方式3方波發(fā)生器方式。在方式2時(shí)，當(dāng)初值裝入后，out變?yōu)楦?；?jì)數(shù)結(jié)束，out變?yōu)榈?。該方式下如果?jì)數(shù)未結(jié)束，但gate為低時(shí)，立即停止計(jì)數(shù)，將out

10、變?yōu)楦?；?dāng)gate再變高時(shí)，便啟動(dòng)一次新的計(jì)數(shù)周期。在方式3時(shí)，當(dāng)裝入初值后，在gate上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)，out輸出高電平；當(dāng)計(jì)數(shù)完成一半時(shí)，out輸出低電平。在本系統(tǒng)中，8253a工作于方式3方波發(fā)生器方式。計(jì)數(shù)器0clk0gate0out0計(jì)數(shù)器1clk1gate1out1計(jì)數(shù)器2clk2gate2out2數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫邏輯控制字寄存器d0-d7-rd-wra0a1-cs圖1-2 8253a內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖28259a中斷控制器芯片8259a是專為控制優(yōu)先級(jí)中斷而設(shè)計(jì)的芯片。它將中斷源按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)、辨認(rèn)中斷源和提供中斷向量的電路集成于一體，只要用軟件對(duì)它進(jìn)行編程，就可以管理8級(jí)中斷。8259

11、a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1-3。它由中斷請(qǐng)求寄存器（irr）、優(yōu)先級(jí)分析器、中斷服務(wù)寄存器（isr）、中斷屏蔽寄存器（imr）、數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀寫控制電路、級(jí)聯(lián)緩沖器和比較器組成?？刂七壿嫹?wù)寄存器優(yōu)先級(jí)分析器中斷請(qǐng)求寄存器中斷屏蔽寄存器imr內(nèi)部總線ir0ir1ir2ir3ir4ir5ir6ir7數(shù)據(jù)總線控制器讀寫電路級(jí)聯(lián)緩沖器/比較器cas0cas1cas2d0-d7-rd-wra0-cssp/-enint-inta圖1-3 8259a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)8259a編程和初始化的時(shí)候，首先要寫初始化命令字icw1-icw4。寫icw1以確定中斷請(qǐng)求信號(hào)類型，清除中斷屏蔽寄存器，進(jìn)行中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)和確定系

12、統(tǒng)是用單片還是多片。寫icw2用來定義中斷向量的高五位類型碼。icw3可以定義主片8259a中斷請(qǐng)求線上ir0-ir7有無級(jí)聯(lián)的8259a從片。寫icw4用來定義8259a工作時(shí)用8085模式還是8088模式，以及中斷服務(wù)寄存器復(fù)位方式等。初始化命令字寫完以后，要寫8259a的控制命令字，它包括ocw1-ocw3。寫ocw1可以設(shè)置或清除對(duì)中斷源的屏蔽。寫ocw2設(shè)置優(yōu)先級(jí)是否進(jìn)行循環(huán)、循環(huán)的方式和中斷結(jié)束的方式。8259a復(fù)位時(shí)自動(dòng)設(shè)置ir0優(yōu)先權(quán)最高，ir7優(yōu)先權(quán)最低。寫ocw3用來設(shè)置查詢方式和特殊屏蔽方式，并可以讀取8259a中斷寄存器的當(dāng)前狀態(tài)。在本系統(tǒng)中，使用8259a的循環(huán)等待中

13、斷工作方式。38255a可編程并行接口芯片8255a是一種可編程的芯片，它采用雙列直插封裝，用5v電源供電。內(nèi)部有3個(gè)8位的i/0端口：a口、b口和c口。這三個(gè)端口也可以分為各有12位的兩組：a組和b組。a組包含a口8位和c口的高四位，b組包含b口8位和c口的低四位；a組控制和b組控制用于實(shí)現(xiàn)方式選擇操作；讀寫控制邏輯用于控制芯片內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)和控制字經(jīng)數(shù)據(jù)總線緩沖器送入各組接口寄存器中。由于8255a數(shù)據(jù)總線緩沖器是雙向三態(tài)8位驅(qū)動(dòng)器，因此可以直接和8088系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。8255a的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)見圖1-4。a組端口a組端口c高4位a組端口c低4位b組端口a組控制b組控制數(shù)據(jù)總線緩沖器讀

14、寫控制邏輯雙向數(shù)據(jù)總線d0-d7i/0pa7-pa0i/0pc7-pc0i/0pc0-pc20i/0pb7-pb0-cscpu接口內(nèi)部邏輯外設(shè)接口-rd-wra1 a0reset圖1-4 8255a的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255a有三種工作方式：方式0、方式1和方式2。它通過對(duì)控制寄存器寫入不同的方式選擇控制字來決定其三種不同的工作方式。方式0是基本輸入輸出方式。該方式下的a口8位和b口8位可以由輸入的控制字決定為輸入或輸出，c口分成高4位（pc4-pc7）和低4位（pc0-pc3）兩組，也有控制字決定其輸入或輸出。需要注意的是，該方式下，只能將c口其中一組的四位全部置為輸入或輸出。方式1選通輸入輸出方式

15、，又叫單向輸入輸出方式。它分為a、b兩組，a組由數(shù)據(jù)口a和控制口c的高4位組成，b組由數(shù)據(jù)口b和控制口c的低4位組成。數(shù)據(jù)口的輸入輸出都是鎖存的，與方式0不同，由控制字來決定它是作為輸入還是輸出。c口的相應(yīng)位用于寄存數(shù)據(jù)傳送中所需的狀態(tài)信號(hào)和控制信息。方式2為雙向輸入輸出方式。本方式只有a組可以使用。此時(shí)a口為輸入輸出雙向口，c口中的5位（pc3-pc7）作為a口的控制位。在本系統(tǒng)中，8255a的三個(gè)端口均工作于方式0，全部為輸出口。二、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）硬件設(shè)計(jì)1電路需求分析本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是模擬十字路口紅綠燈的工作狀況。按照預(yù)先設(shè)定并優(yōu)化的交通燈規(guī)則，控制led指示燈的亮滅，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)箱的

16、數(shù)碼管顯示屏上顯示剩余的時(shí)間。當(dāng)時(shí)間遞減到0的時(shí)候，改變led燈的狀態(tài)，并刷新顯示屏顯示的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)以上功能需求，本系統(tǒng)需要12個(gè)led指示燈，來分別代表四個(gè)路口的直行、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)燈；兩個(gè)雙位的數(shù)碼管顯示屏，用來顯示1、3路口和2、4路口剩余的時(shí)間。為了實(shí)時(shí)地更新數(shù)碼管顯示屏上的數(shù)字，需要使用8255a可編程芯片來即時(shí)地改變顯示屏每個(gè)筆劃的電平高低，從而準(zhǔn)確地將需要顯示的數(shù)字顯示在數(shù)碼管顯示屏上。由于交通燈需要按秒進(jìn)行計(jì)數(shù)，所以需要一個(gè)均勻地時(shí)鐘發(fā)生器。8253a芯片是個(gè)功能豐富、使用簡單的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。它可以根據(jù)需要設(shè)置不同的顯示初值，從而產(chǎn)生所需頻率的時(shí)鐘脈沖，為系統(tǒng)提供計(jì)時(shí)和驅(qū)動(dòng)其他

17、事件的發(fā)生。8259a中斷控制器芯片可以在收到8253a發(fā)出的時(shí)鐘脈沖時(shí)，產(chǎn)生定時(shí)的中斷，在中斷服務(wù)程序中，更新顯示緩沖區(qū)，并調(diào)用8255a芯片來執(zhí)行相關(guān)程序，從而更新led燈和數(shù)碼管顯示屏。本系統(tǒng)使用集成的電路和實(shí)驗(yàn)環(huán)境，以方便進(jìn)行電路的連接和測試，同時(shí)減少由于電路的復(fù)雜性而產(chǎn)生的錯(cuò)誤。2電路連接設(shè)計(jì)本系統(tǒng)所使用到的硬件包括8253a芯片、8259a芯片、8255a芯片、led指示燈和數(shù)碼管顯示屏。在電路連接的時(shí)候，將8255a芯片的pb4-pb7連接至四個(gè)路口的直行燈， pc0-pc3連接至四個(gè)路口的右轉(zhuǎn)燈，pc4-pc7連接至四個(gè)路口的左轉(zhuǎn)燈。通過改變8255a的pb口和pc口的值來實(shí)時(shí)

18、地控制每個(gè)led燈的亮滅，從而改變十字路口的交通狀態(tài)。將8255a的cs插孔cs-8255接譯碼輸出y7插孔。將8253a的t2clk插孔連接至1mhz的分頻輸出插孔。分頻輸出插孔所輸出的頻率是將系統(tǒng)的主頻分解為一定的頻率，以供其他硬件或者軟件使用。8253a從分頻插孔得到1mhz的固定頻率，再根據(jù)芯片內(nèi)部設(shè)定的計(jì)數(shù)初值，從而產(chǎn)生需要頻率的時(shí)鐘脈沖，由t2out口輸出，供其他芯片使用。將8253a的t2out插孔連接至8259a的irq3插孔上。8259a的irq3中斷口每隔固定的時(shí)間便會(huì)收到8253a發(fā)送過來的時(shí)鐘脈沖，作為中斷源來執(zhí)行中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中，完成更新數(shù)碼管顯示值和改

19、變交通燈狀態(tài)的功能。硬件的連接見圖2-1和圖2-2。d0 t0outd1 gate0d2 t0clkd3 gate2d4 t2outd5 t2clkd6d7 8253a out1 cs rd wrgate2 a0clk1 a1d0d1d2d3d4d5d6d7vcctclk1t0outvcct0clkckvccub318253tout1cs3ioriowadd0add11mhzir0 d0ir1 d1ir2 d2ir3 d3ir4 d4ir5 8259a d5ir6 d6ir7 d7 a0sp/en wr rdcs int intaadd0iowiorintrintacsvcc圖2-1 系統(tǒng)電路

20、圖8253a和8259a的連接圖rd pb0 pb1wr pb2a0 pb3a1 pb4reset pb5cs pb6 pb78255a pc0 pc1 pc2 pc3 pc4 pc5 pc6 pc7vccy7l3（控制左轉(zhuǎn)燈）l6l9l12l1（控制右轉(zhuǎn)燈）l4l7l10l2(控制直行燈)l5l8l11cs_8255圖2-2 系統(tǒng)電路圖8255a和led燈的連接圖（二）軟件設(shè)計(jì)1程序總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用“自上而下總體規(guī)劃、自下而上應(yīng)用開發(fā)”的策略進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和開發(fā)。先根據(jù)其功能需要，設(shè)定需要的功能模塊，確定需要編寫的子程序，從而使程序結(jié)構(gòu)清晰，便于閱讀和調(diào)試，加快了系統(tǒng)完成的速度。結(jié)構(gòu)化的程序

21、設(shè)計(jì)方法很適合用來開發(fā)匯編語言程序，因?yàn)閰R編語言的特性決定了其無法使用面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)方法；使用瀑布程序開發(fā)模型，從開始的時(shí)候把系統(tǒng)的需求分析透徹，對(duì)系統(tǒng)的功能和各個(gè)模塊進(jìn)行清晰的規(guī)劃，從而縮短系統(tǒng)開發(fā)所用的時(shí)間。為了完成系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)的程序部分應(yīng)包含以下幾個(gè)模塊（見圖2-3）。各個(gè)模塊有的為一個(gè)子程序，有的為幾個(gè)子程序的集合，有的為一段代碼，但是其功能卻是相互獨(dú)立和便于調(diào)用的。程序定義模塊。它用來定義系統(tǒng)的代碼段、數(shù)據(jù)段、堆棧段、所使用到的常量和變量、8253a、8255a和8259a的各控制口和數(shù)據(jù)口地址，以及系統(tǒng)的儲(chǔ)存地址的偏移量。匯編語言所編寫的程序開頭有固定的格式，為下面程序的運(yùn)

22、行建立必須的條件。芯片初始化模塊用來初始化各個(gè)芯片，分為以下幾個(gè)步驟：寫8253a芯片的控制字，選用方波發(fā)生器方式，并設(shè)定其使用通道2進(jìn)行工作；定義8255a的工作方式，使a、b、c三個(gè)端口均工作于方式0，且為輸出口；寫8259a的icw1、icw2、icw3和icw4，設(shè)定其工作方式為循環(huán)等待中斷方式。地址賦初值模塊（format）用來定義數(shù)字對(duì)應(yīng)的顯示字符，便于轉(zhuǎn)換模塊將時(shí)間緩沖區(qū)中的數(shù)值轉(zhuǎn)換為便于數(shù)碼管顯示的字符；定義“err“顯示區(qū)，供int7中斷服務(wù)程序調(diào)用；定義初始顯示緩沖區(qū)中的字符，用于系統(tǒng)初始運(yùn)行的時(shí)候，直接從此取值進(jìn)行顯示；定義顯示緩沖區(qū)，用于存放系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)剩余時(shí)間所對(duì)應(yīng)的顯

23、示字符；定義交通燈的初始狀態(tài)、初始時(shí)間緩沖區(qū)的值，便于系統(tǒng)開始運(yùn)行時(shí)從此數(shù)值開始遞減，led燈也按照這里定義的狀態(tài)值進(jìn)行點(diǎn)亮。等待模塊（wating）在中斷請(qǐng)求沒有到來的時(shí)候，根據(jù)交通燈所處的狀態(tài)，判斷應(yīng)調(diào)用哪個(gè)交通燈狀態(tài)程序，從而點(diǎn)亮相應(yīng)的led燈；有中斷請(qǐng)求時(shí)，調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。交通燈狀態(tài)模塊存放著四個(gè)交通燈狀態(tài)子程序zt1、zt2、zt3、zt4，供等待模塊調(diào)用。當(dāng)某個(gè)子程序被調(diào)用時(shí)，便點(diǎn)亮相應(yīng)的led燈。中斷處理程序分為兩個(gè)子程序。其中int7是在中斷源電平信號(hào)不符合規(guī)定要求時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)到7號(hào)中斷，在數(shù)碼管顯示屏上顯示“err”；int3是主要的中斷服務(wù)程序，用來對(duì)8253a發(fā)來的

24、時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，到達(dá)一定次數(shù)后，調(diào)用newtime、convers和leddisp模塊。更新時(shí)間緩沖區(qū)模塊（newtime）每次被調(diào)用的時(shí)候，將時(shí)間緩沖區(qū)中的時(shí)間減1，所以數(shù)碼管顯示屏上的數(shù)字才能夠不斷的減少。更新顯示緩沖區(qū)模塊（convers），用來將時(shí)間緩沖區(qū)中值轉(zhuǎn)換為適合在數(shù)碼管上顯示的字符，并存入顯示緩沖區(qū)。顯示模塊（leddisp）使用8255a將顯示緩沖區(qū)的字符逐位顯示在數(shù)碼管顯示屏上，完成顯示數(shù)值的更新。程序定義模塊地址賦初值模塊format芯片初始化模塊等待模塊wating交通燈狀態(tài)模塊zt1-zt4顯示模塊leddisp中斷處理程序int3，int7更新顯示緩沖區(qū)模塊con

25、vers更新時(shí)間緩沖區(qū)模塊newtime交通燈控制系統(tǒng)圖2-3 系統(tǒng)模塊圖2程序流程設(shè)計(jì)程序運(yùn)行的流程圖見圖2-4。開始運(yùn)行的時(shí)候，調(diào)用format初始化程序，給初始顯示區(qū)和電平錯(cuò)誤顯示區(qū)賦初值，這樣系統(tǒng)會(huì)在初始顯示和電平有錯(cuò)誤的時(shí)候，顯示相應(yīng)的字符；定義數(shù)值對(duì)應(yīng)的顯示字符，便于轉(zhuǎn)換程序取到時(shí)間數(shù)值對(duì)應(yīng)的字符；定義顯示緩沖區(qū)的地址，便于系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，把時(shí)間轉(zhuǎn)換成的顯示字符存到相應(yīng)的單元中；定義時(shí)間緩沖區(qū)初值，系統(tǒng)運(yùn)行后時(shí)間將從該處的值開始減??；定義系統(tǒng)初始狀態(tài)，便于運(yùn)行后led燈工作于相應(yīng)的狀態(tài)。接著對(duì)8253a、8255a和8259a進(jìn)行初始化。定義8253a使用通道2，工作于方式3，其計(jì)

26、數(shù)初值為3c50，每隔20ms向8259a發(fā)出一個(gè)時(shí)鐘脈沖；8255a的a、b、c三個(gè)端口均工作于輸出方式；8259a工作于循環(huán)等待中斷方式。進(jìn)入等待程序wating后，首先打開中斷，等待8259a發(fā)出的中斷請(qǐng)求。當(dāng)無中斷的時(shí)候，判斷系統(tǒng)所處的狀態(tài)，并調(diào)用相應(yīng)的交通燈狀態(tài)子程序，使led燈相應(yīng)的點(diǎn)亮。芯片初始化初始化時(shí)間緩沖區(qū)、時(shí)間緩沖區(qū)、狀態(tài)開中斷狀態(tài)1等待調(diào)用zt1狀態(tài)2調(diào)用zt2狀態(tài)3調(diào)用zt3調(diào)用zt4yyynnn主程序流程圖關(guān)中斷data620data6清零leddisp顯示時(shí)間newtime時(shí)間減1狀態(tài)1時(shí)間=0設(shè)為狀態(tài)2，時(shí)間值為15、15狀態(tài)2時(shí)間=0設(shè)為狀態(tài)3，時(shí)間值為15、

27、15狀態(tài)3時(shí)間=0設(shè)為狀態(tài)4，時(shí)間值為40、40狀態(tài)4設(shè)為狀態(tài)1，時(shí)間值為40、40convers時(shí)間轉(zhuǎn)為顯示字符y時(shí)間=0中斷服務(wù)程序流程圖yyyyyynnnnnnnnyn開始開始中斷返回退出reset圖2-4 程序流程圖當(dāng)有中斷的時(shí)候，則轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，本系統(tǒng)主要為int3程序。int3程序首先關(guān)閉中斷，判斷中斷計(jì)數(shù)器data6單元所存儲(chǔ)的中斷次數(shù)是否達(dá)到20次，如果沒有則直接調(diào)用intr2程序，打開中斷，并中斷返回。如果達(dá)到20次，則將中斷計(jì)數(shù)器清零；再調(diào)用顯示程序leddisp把當(dāng)前時(shí)間顯示出來；接著調(diào)用時(shí)間緩沖區(qū)更新程序newtime將剩余時(shí)間減1；進(jìn)入狀態(tài)判斷程序p1-p4

28、，當(dāng)相應(yīng)狀態(tài)的剩余時(shí)間未減到0的時(shí)候，調(diào)用conv程序，更新顯示緩沖區(qū)并中斷返回，否則改變狀態(tài)，并將新狀態(tài)將持續(xù)的時(shí)間寫入時(shí)間緩沖區(qū)，再調(diào)用conv程序，更新顯示緩沖區(qū)并中斷返回等待程序，執(zhí)行相應(yīng)的交通燈狀態(tài)子程序。3重要代碼分析（1）中斷服務(wù)程序int3是本系統(tǒng)的程序最核心的子程序。它用來計(jì)算收到8353a發(fā)來的中斷次數(shù)，當(dāng)次數(shù)達(dá)到20的時(shí)候，就自動(dòng)將次數(shù)清零、調(diào)用leddisp顯示程序、newtime時(shí)間緩沖區(qū)更新程序、狀態(tài)修改程序p1-p4和中斷返回程序，完成數(shù)碼顯示屏上時(shí)間的更新和led燈狀態(tài)的改變。以下是該程序的代碼分析，并注有詳細(xì)的功能說明。int3: ；定義函數(shù)名稱 cli ；處

29、理中斷時(shí)先關(guān)中斷 push ax ；保存堆棧 push dx mov al,ds:data6 ；data6用于保存收到的中斷次數(shù)，取當(dāng)前中斷次數(shù) inc al ；將中斷次數(shù)加1 mov ds:data6,al ； 將加1后的中斷次數(shù)寫回data6存儲(chǔ)單元 cmp al,20h ；將中斷次數(shù)與20進(jìn)行比較 jae next ； 大于等于20時(shí),清零,并轉(zhuǎn)向狀態(tài)判斷程序,中斷返回 jmp intre2 ；小于時(shí)直接中斷返回next: mov byte ptr ds:data6,00h ；將data6清零 call leddisp ；調(diào)用顯示程序，將顯示緩沖區(qū)中的數(shù)字顯示出來 call newtim

30、e ；調(diào)用時(shí)間緩沖區(qū)更新程序，將時(shí)間緩沖區(qū)data8,data9減1p1: cmp byte ptr ds:status,01h ；判斷是否是狀態(tài)一 jnz p2 ；如果不是狀態(tài)一,則轉(zhuǎn)p2 cmp byte ptr ds:data8,00h ；如果是狀態(tài)一，看時(shí)間否已經(jīng)減到0 jne conv ；如果未減到0，則更新顯示緩沖區(qū)，并中斷返回 mov byte ptr ds:status,02h ；如果減到0，則設(shè)置系統(tǒng)為狀態(tài)二 mov byte ptr ds:data9,15h ； 設(shè)定狀態(tài)二時(shí),路口的顯示初始值 mov byte ptr ds:data8,15h jmp conv；p2-p4

31、類似于p1，在此略去。 conv: call convers ；把時(shí)間緩沖區(qū)中的時(shí)間轉(zhuǎn)換到顯示緩沖區(qū)中intre2: mov al,20h ；寫8259控制口 ,并中斷返回mov dx,intport1 out dx,al pop dx ；彈出堆棧 pop ax sti ；開中斷 iret ；中斷返回（2）交通燈狀態(tài)程序也是本系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的子程序。它通過改變8255a的pb和pc口的值來控制特定led燈的亮滅。下面以狀態(tài)1所對(duì)應(yīng)的子程序?yàn)槔?，來分析一下如何?255a來控制交通燈的亮滅。zt1: push ax push dx mov al,01010000b ；設(shè)置2,4路口直行燈亮

32、mov dx,bport ；bport為8255a的pb口的地址 out dx,al ；更改pb口的值，從而改變led燈顯示的狀態(tài) mov al,00h ；設(shè)置四個(gè)路口左轉(zhuǎn)燈,右轉(zhuǎn)燈全部關(guān)閉 mov dx,cport ；cport為8255a的pc口的地址 out dx,al ；更改pc口的值，從而改變led燈顯示的狀態(tài) pop dx pop ax retzt1f: ；狀態(tài)一閃爍程序: 2、4路口直行燈閃爍 push ax push dxmov cx,12h ；定義閃爍12次zt1flash:mov al,00h ；燈滅mov dx,bportout dx,alcall delay2 ；短延時(shí)

33、 mov dx,bport mov al,01010000b ；燈亮out dx,alcall delay2 ；短延時(shí)loop zt1flash ；循環(huán) pop dx pop ax jmp wating ；跳轉(zhuǎn)到等待程序（3）顯示子程序leddisp: push ax ；將當(dāng)前寄存器保存到堆棧中 push bx push cx push dx mov si,data4 ；將顯示緩沖區(qū)的首地址0520h存入si mov al,90h ；初始顯示時(shí) data3 equ 0518h mov dx,contport ；寫8255控制口 out dx,al mov byte ptr ds:data5,0

34、0h ；data5單元中保存當(dāng)前顯示到第幾位led1: cmp byte ptr ds:data5,05h ；看是否顯示到第5位 ja led2 ；如果顯示完5位后,返回 mov bl,ds:data5 mov bh,0h mov al,cs:bx+si ； 將當(dāng)前位的顯示緩沖區(qū)的地址寫入al mov dx,dataport ；寫8255a數(shù)據(jù)口,以此改變顯示值 out dx,al add byte ptr ds:data5,01h ；顯示下一位 jnz led1led2: pop dx ；彈出堆棧并返回 pop cx pop bx pop ax ret另外，時(shí)間緩沖區(qū)更新子程序convers

35、和時(shí)間緩沖區(qū)更新子程序newtime在本系統(tǒng)中也有很重要的作用。它們的具體代碼見附錄。三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（一）軟件開發(fā)與運(yùn)行環(huán)境本系統(tǒng)的代碼使用8086匯編語言編寫，所以代碼編寫環(huán)境可以使用任何文本編輯器。如系統(tǒng)自帶的記事本、dos下的編輯工具edit和文本編輯工具ultraedit等。本系統(tǒng)使用了dvcc-8086jhn實(shí)驗(yàn)箱附帶的dv88聯(lián)機(jī)軟件。它可以讀取其他編輯軟件生成的masm格式的匯編語言文件（*.asm）,也可以作為匯編代碼的編輯、測試、運(yùn)行環(huán)境。在顯示代碼的時(shí)候，可以把常用的匯編指令顯示為藍(lán)色，數(shù)值顯示為紅色，注釋顯示為綠色，從而使論文清晰易讀，并容易發(fā)現(xiàn)代碼中的錯(cuò)誤。dv88聯(lián)機(jī)軟

36、件同樣可以作為系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候需要將asm源程序編譯產(chǎn)生的obj文件傳送到實(shí)驗(yàn)箱，由實(shí)驗(yàn)箱上的處理器和各個(gè)芯片負(fù)責(zé)執(zhí)行。（二）系統(tǒng)硬件環(huán)境交通燈控制系統(tǒng)采用的dvcc-8086jhn通用微機(jī)原理及接口實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，集成了8253a計(jì)數(shù)/定時(shí)器芯片、8255a可編程并行接口芯片和8259a中斷控制器芯片，并把大部分的引腳進(jìn)行了封裝，方便直接進(jìn)行使用；并設(shè)有12個(gè)led顯示燈；系統(tǒng)分頻器可以產(chǎn)生特定頻率的時(shí)鐘脈沖；固定的導(dǎo)線接口，方便使用導(dǎo)線把各芯片進(jìn)行連接；并設(shè)有鍵盤，可以隨時(shí)控制程序的運(yùn)行，方便進(jìn)行調(diào)試。實(shí)驗(yàn)箱使用串行口連接線與pc機(jī)的串口相連，然后使用dv88聯(lián)機(jī)軟件與實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行連

37、接并傳送運(yùn)行的程序。（三）系統(tǒng)運(yùn)行步驟系統(tǒng)的代碼編寫完畢的時(shí)候，便可以進(jìn)行程序的聯(lián)機(jī)調(diào)試了。將實(shí)驗(yàn)箱的電源線連接好，使用串口通信線將實(shí)驗(yàn)箱上的串口與pc機(jī)上的串口相連。將各個(gè)芯片和led燈按照硬件連接設(shè)計(jì)圖上的圖示進(jìn)行連接。打開實(shí)驗(yàn)箱的電源，數(shù)碼管顯示屏上顯示dvcc86，提示實(shí)驗(yàn)箱初始化成功。在pc機(jī)上打開dv88聯(lián)機(jī)軟件，調(diào)用編輯好的程序代碼。首先進(jìn)行編譯，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)用masm程序?qū)Υa進(jìn)行編譯。若沒有提示錯(cuò)誤，便可以點(diǎn)擊連接按鈕，調(diào)用link程序把編譯生成的obj文件進(jìn)行連接，生成exe文件。再點(diǎn)進(jìn)調(diào)試按鈕，把生成的可執(zhí)行文件傳送到實(shí)驗(yàn)箱，進(jìn)行調(diào)試狀態(tài)，此時(shí)屏幕會(huì)顯示實(shí)驗(yàn)箱各個(gè)寄存器的

38、值。最后點(diǎn)擊連續(xù)運(yùn)行按鈕，實(shí)驗(yàn)箱上的數(shù)碼顯示管和led燈便會(huì)按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行工作。在運(yùn)行的過程中可以隨時(shí)按實(shí)驗(yàn)箱上的reset鍵，中斷程序的執(zhí)行，以便進(jìn)行代碼的修改或者結(jié)束系統(tǒng)的運(yùn)行。（四）系統(tǒng)測試結(jié)果按照表1-1中交通燈四個(gè)狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的秒數(shù)，在程序中為各個(gè)狀態(tài)子程序設(shè)定相應(yīng)的時(shí)間初值。測試運(yùn)行的結(jié)果如下：開始運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)在狀態(tài)一下工作，兩個(gè)顯示屏顯示剩余時(shí)間為45秒，并不斷遞減，同時(shí)led燈的2、4路口的直行燈點(diǎn)亮；當(dāng)狀態(tài)一的剩余時(shí)間減至零的時(shí)候，系統(tǒng)自動(dòng)切換到狀態(tài)二，顯示屏顯示剩余時(shí)間變?yōu)?5秒并遞減，同時(shí)1、3路口的左轉(zhuǎn)燈和2、4路口的右轉(zhuǎn)燈點(diǎn)亮；狀態(tài)二結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)切換到狀態(tài)三，顯示屏

39、的剩余時(shí)間變更為15秒，1、3路口的右轉(zhuǎn)燈和2、4路口的左轉(zhuǎn)燈點(diǎn)亮；狀態(tài)三結(jié)束時(shí)，進(jìn)入狀態(tài)四，顯示屏剩余時(shí)間變?yōu)?5秒，同時(shí)1、3路口的直行燈點(diǎn)亮。狀態(tài)四結(jié)束時(shí)，自動(dòng)切換到狀態(tài)一循環(huán)執(zhí)行。四、系統(tǒng)開發(fā)總結(jié)本文分析了設(shè)計(jì)高效交通燈系統(tǒng)的必要性，并從硬件和軟件兩方面分析其實(shí)現(xiàn)的可行性。在深入分析功能需求的前提下，本文詳細(xì)地介紹了交通燈控制系統(tǒng)硬件的選擇和連接，以及軟件各模塊的流程和重要代碼的分析。最后介紹了系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境以及測試運(yùn)行的具體步驟和結(jié)果。本系統(tǒng)在dvcc-86jhn實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，利用匯編語言對(duì)8253a、8255a和8259a進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)在數(shù)碼顯示屏上的秒數(shù)變化時(shí)，動(dòng)態(tài)地改變led燈的

40、點(diǎn)亮狀態(tài)，從而模擬交通紅綠燈的工作過程。當(dāng)然，這次系統(tǒng)開發(fā)由于硬件條件的限制以及時(shí)間的限制等原因，系統(tǒng)還存在很多需要完善的地方。如系統(tǒng)設(shè)置的交通燈狀態(tài)數(shù)量較少也較為簡單，程序代碼的編寫不夠簡練等。經(jīng)過近三個(gè)月的努力，我在指導(dǎo)老師的幫助和指導(dǎo)下完成了紅綠燈控制系統(tǒng)的開發(fā)任務(wù)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)之前我對(duì)硬件芯片編程的了解并不是很深刻，實(shí)際的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)比較少。在整個(gè)開發(fā)過程中，遇到了很多程序編寫和硬件設(shè)計(jì)上的問題，但經(jīng)過老師的指導(dǎo)和幫助，并查看相應(yīng)的資料，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)目的。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我學(xué)會(huì)了三種常用的可編程芯片的編程方法，對(duì)硬件編程有了初步的理解，對(duì)論文的寫作也有了良好的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過畢業(yè)設(shè)計(jì)的

41、三個(gè)月，我學(xué)到了很多，比如如何把找工作和畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)間安排好，兩者都是大四很重要的內(nèi)容；如何在遇到問題的時(shí)候進(jìn)行原因的分析和解決；怎么樣去學(xué)自己以前從未接觸過的東西等。參考文獻(xiàn)：1鄭學(xué)堅(jiān)：微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)（第二版），清華大學(xué)出版社，2001年。 2宋杰：微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)出版社，2005年。 3馬平：微機(jī)原理及應(yīng)用，中國電力出版社，2003年。 4崔應(yīng)留：微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，南京審計(jì)學(xué)院自編教材，2006年。 5萬福君：單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2001年。 6喻萍：單片機(jī)原理與接口技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社 ，2006年。 7劉兵：

42、微型計(jì)算機(jī)通信與接口技術(shù)，中國水利水電出版社，2005年。 8王讓定：匯編語言與接口技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2006年。9鄭毛祥：單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)，人民郵電出版社，2006年。10范立南：單片機(jī)原理及應(yīng)用教程，北京大學(xué)出版社，2006年。11楊漢祥：利用單片機(jī)改進(jìn)交通燈控制系統(tǒng)，北京電子科技學(xué)院學(xué)報(bào)，第13 卷第4期。12蔡偉智：led 道路交通燈的研制，液晶與顯示，第20 卷第5 期。13吳凌云：基于plc的十字路口交通燈模擬控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，plcfa，2005年10月刊。14robert.h.dependahl:microcomputer principles and applicatio

43、ns.willian brown,1988.附 錄（一）重要源代碼1convers子程序，用于將時(shí)間緩沖區(qū)中的數(shù)值轉(zhuǎn)換到顯示緩沖區(qū)。convers:mov al,byte ptr ds:data9 call convers2add word ptr ds:data10,03h mov al,byte ptr ds:data8call convers2mov word ptr ds:data10,data4 retconvers2:push axcall convers1 mov bx,word ptr ds:data10mov ds:bx,al add word ptr ds:data10,0

44、1h pop axpush cxmov cl,4hshr al,cl pop cxcall convers1 mov bx,word ptr ds:data10 mov ds:bx,alretconvers1:mov bh,0h and al,0fh mov bl,al mov al,cs:bx+data2 ret2 newtime子程序，用于將時(shí)間緩沖區(qū)中的數(shù)值減1。newtime:mov al,byte ptr ds:data9 sub al,01ddas mov byte ptr ds:data9,almov al,byte ptr ds:data8 sub al,01ddasmov b

45、yte ptr ds:data8,aljmp okok: ret 3wating子程序，用于在沒有中斷的時(shí)候，調(diào)用相應(yīng)的交通燈狀態(tài)程序。wating:sti cmp byte ptr ds:data7,01h ja wating1 cmp byte ptr ds:data8,03h jna zt1f call zt1 jmp watingwating1: cmp byte ptr ds:data7,02hja wating2cmp byte ptr ds:data8,03hjna zt2fcall zt2jmp watingwating2: cmp byte ptr ds:data7,03hj