基于微機原理交通燈的設(shè)計

1、 題 目:交通燈系統(tǒng)設(shè)計 初始條件：1 運用所學的微機原理和接口技術(shù)知識；2 微機原理和接口技術(shù)實驗室的實驗箱設(shè)備。要求完成的主要任務: （包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求以及說明書撰寫等具要求）該課程設(shè)計要求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。具體要求如下：1東西方向車輛放行60秒鐘。即東西方向綠燈和南北方向的紅燈同時點亮1分鐘；21分鐘后，東西方向的紅（綠）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東西方向的紅（綠）燈閃爍5秒鐘后，轉(zhuǎn)為南北方向放行60秒鐘。即東西方向的紅燈和南北方向的綠燈同時點亮60秒鐘；

2、 4南北方向放行60秒鐘后，轉(zhuǎn)為南北方向的紅（綠）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南北方向的紅（綠）燈閃爍5秒鐘后轉(zhuǎn)為東西方向放行1分鐘。如此循環(huán)重復。 6.嚴格按照課程設(shè)計說明書要求撰寫課程設(shè)計說明書。時間安排：序號階 段 內(nèi) 容所需時間（天）1設(shè)計思路、原理電路設(shè)計12編程,調(diào)試33撰寫課程設(shè)計報告1合 計5指導教師簽名： 年 月 日系主任（或責任教師）簽名： 年 月 日基于微機原理交通燈的設(shè)計摘 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(luò)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

3、算機。本課程設(shè)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(shè)計方案。該系統(tǒng)適用于單主干道的十字路口，。現(xiàn)假定其主干道為東西方向，次干道為南北方向。可隨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。前 言電

4、子課程設(shè)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

5、以根據(jù)主、次干道的交通狀況的不同任意設(shè)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(shè)計。現(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(shè)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。1第一章 交通燈設(shè)計的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)

6、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；要么根據(jù)交通規(guī)律，東西方向60秒，南北方向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

7、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。第二章 交通燈的設(shè)計方案設(shè)計中使用了8259中斷控制器、8255A可編程并行接口實現(xiàn)了，對南北、東西方向交通的分別計時、分別控制，設(shè)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

8、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)主要負責控制東西走向和南北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(shè)計:1東西方向車輛放行60秒鐘。即東西方向綠燈和南北方向的紅燈同時點亮1分鐘；21分鐘后，東西方向的紅（綠）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東西方向的紅（綠）燈閃爍5秒鐘后，轉(zhuǎn)為南北方向放行60秒鐘。即東西方向的紅燈和南北方向的綠燈同時點亮60秒鐘； 4南北方向放行60秒鐘后，轉(zhuǎn)為南北方向的紅（綠）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

9、紅（綠）燈閃爍5秒鐘后轉(zhuǎn)為東西方向放行1分鐘。如此循環(huán)重復。第三章 交通燈的具體設(shè)計3.1電路原理本課題的設(shè)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(shè)計模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設(shè)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： B0 B1 B2 BC3A0 C0A1 C 1 A2 C2A3 8255 C3 A4 C4 A5 C5A6 C6A7 C7 B4 B5 B6 B7KK1緊急情況 IRQ78259 IRQ

10、6 D0D1D6D7東西D2D3D4D5南北3.2.系統(tǒng)原理3.21 8259A的工作原理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

11、: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(shè)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。3.22 8255A的工作原理1、8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu): 1)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

12、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。2)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)。3) 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

13、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。4)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。D7D0（data bus）：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)。（chip select）：片選信號線，低電平有效時，芯片被選中。A1, A0（port address）：地址線，用來選擇內(nèi)部端口。（read）：讀出信號線，低電平有效時，允許數(shù)據(jù)讀出。

14、（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0。PA7PA0（port A）：A口輸入/輸出信號線。PB7PB0（port B）：B口輸入/輸出信號線。PC7PC0（port C）：C口輸入/輸出信號線。VCC：5V電源。 GND：電源地線。 3、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。3.3 程序原理編譯完成后下載運行程序東西方向的綠燈點亮60s同時南北方向的紅燈點亮60s按下KK1東西方向的紅燈閃爍5s同時南北方向紅燈持續(xù)點亮

15、亮60s南北方向的綠燈點亮60s同時東西方向的紅燈點亮60s南北方向的紅燈閃爍5s同時東西方向紅燈持續(xù)點亮緊急情況東西方向和南北方向的紅燈同時被點亮10s交通燈控制系統(tǒng)程序流程圖第四章 交通燈系統(tǒng)的安裝與調(diào)試4.1調(diào)試過程及相應問題的記錄1、軟件延時與定時器計時軟件延時，設(shè)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(shè)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2、使用中斷使用中斷比較麻煩，在試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(shè)計，強化程序功

16、能與執(zhí)行效率。4.2調(diào)試結(jié)果1東西方向車輛放行60秒鐘。即東西方向綠燈和南北方向的紅燈同時點亮1分鐘；21分鐘后，東西方向的紅（綠）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東西方向的紅（綠）燈閃爍5秒鐘后，轉(zhuǎn)為南北方向放行60秒鐘。即東西方向的紅燈和南北方向的綠燈同時點亮60秒鐘；4南北方向放行60秒鐘后，轉(zhuǎn)為南北方向的紅（綠）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南北方向的紅（綠）燈閃爍5秒鐘后轉(zhuǎn)為東西方向放行1分鐘。如此循環(huán)重復。第五章 交通燈的設(shè)計總結(jié)在本次設(shè)計中，使用了8259A中斷控制器、8255可編程并行接口實現(xiàn)了，對南北、東西

17、方向交通的分別計時、分別控制，但是程序沒有實現(xiàn)對雙向交通的數(shù)碼顯示，數(shù)碼顯示模塊空缺，會盡快將程序補全，使其具有完整的交通燈功與其他設(shè)計相比。 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，通常要么東西、南北兩方向各60秒；要么根據(jù)交通規(guī)律，東西方向60秒，南北方向40秒，時間控制都是固定的。交通燈的時間控制顯示，以固

18、定時間值預先“固化”在芯片中，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

19、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。本次課程設(shè)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。第六章 交通燈設(shè)計心得與體會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(shè)計，掌握了

20、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(shè)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(shè)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

21、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(shè)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。主要參考文獻1.微機原理里與接口技術(shù)(第2版) 彭虎、周佩玲、傅忠謙、編著電子工業(yè)出版社 出版時間： 2008-4-12. 匯編語言程序設(shè)計實驗指導 蔡啟先，王智文，黃曉璐 編著清華大學出版社 出版時間： 2008-3-13. 匯編語言程序設(shè)計 張曉明，白鳳鳳，李雅紅 編著國防工業(yè)出版社 出版時間： 2009-1-14匯編語言實驗教程 張坤 編著清華大學出版社 出版時間： 2008-7-1 5. 匯編語言程序設(shè)計教程(第二版) 卜艷萍，周偉 編著清華大學出

22、版社 出版時間： 2007-6-1 附 錄1、交通燈控制系統(tǒng)的源程序：MY8255_A EQU 60HMY8255_B EQU 61HMY8255_C EQU 62HMY8255_CON EQU 63HCODE SEGMENTASSUME CS:CODESTART:MOV DX,MY8255_CONMOV AL,82HOUT DX,ALPUSH DS ;進棧 保存數(shù)據(jù)段MOV AX,0000H;數(shù)據(jù)段清零MOV DS,AXMOV AX,OFFSET IRQ7 ;7號中斷偏移地址MOV SI,003CHMOV SI,AXMOV AX,CSMOV SI,003EHMOV SI,AXPOP DS;出

23、棧IN AL,21H;讀8259中斷屏蔽字AND AL,7FH;開放8259中斷IRQ7OUT 21H,AL;輸出到8259地址MOV DX,MY8255_A ;放初值 南北紅燈亮，MOV AL,003HOUT DX,ALMOV DX,MY8255_C ;東西綠燈亮MOV AL,00CHOUT DX,ALCALL DELAYED1 ;延時10sMOV BX,6H ;循環(huán)次數(shù)L1:MOV DX,MY8255_AMOV AL,B ；南北綠燈亮OUT DX,ALMOV DX,MY8255_CMOV AL,B ；OUT DX,ALCALL DELAYED2 ;跳5sMOV DX,MY8255_AMOV

24、 AL,BOUT DX,ALMOV DX,MY8255_CMOV AL,BOUT DX,ALCALL DELAYED2DEC BXJNZ L1 ;閃爍5秒MOV DX,MY8255_AMOV AL,BOUT DX,ALMOV DX,MY8255_CMOV AL,BOUT DX,ALCALL DELAYED1 ；10sMOV BX,6HL2:MOV DX,MY8255_AMOV AL,BOUT DX,ALMOV DX,MY8255_CMOV AL,BOUT DX,ALCALL DELAYED2 ；閃5sMOV DX,MY8255_AMOV AL,BOUT DX,ALMOV DX,MY8255_CMOV AL,BOUT DX,ALCALL DELAYED2 ；閃5sDEC BXJNZ L2 ；無條件 跳轉(zhuǎn)，循環(huán)JMP START； 無條件 跳轉(zhuǎn)，循環(huán)IRQ7: MOV DX,MY8255_A ；中斷服務程序，出現(xiàn)緊急情況MOV AL,BO