交通灯控制与设计.doc

南 山 学 院 毕 业 论 文题目 交通灯控制与设计 姓 名： XXX 所在学院： 所学专业： 班 级： 学 号： 指导教师： 完成时间： 摘要本系统由单片机系统、键盘、LED 显示、交通灯演示系统组成。系统包括人行道、左转、右转、以及基本的交通灯的功能。系统除基本交通灯功能外，还具有倒计时、时间设置、紧急情况处理、分时段调整信号灯的点亮时间以及根据具体情况手动控制等功能。关键字：系统 功能 交通AbstractThis system consists of single chip systems, keyboard, LED display, traffic light demonstration system component. System, including sidewalks, turn left, turn right, and the basic function of the traffic lights. In addition to basic traffic light system function, also has the countdown, time settings, emergency treatment, sub-time adjustment of the light signal time and under specific circumstances such as manual control functions.Keyword：System Function Traffic 目录微机原理交通灯控制系统设计1引言11 设计要求：12 设计目的13 方案比较、设计与论证23.1 电源提供方案23.2 显示界面方案23.2.1 方案一：23.2.2 方案二：23.2.3 方案三：23.3 输入方案2方案一：2方案二：24 原理分析与计算35 程序设计流程图56 总体设计和电路图76.1 芯片选择及端口选择76.2 设计电路图76.3 交通灯程序86.4 程序运行结果127 测试、数据及结果分析127.1 状态灯显示测试127.2 数码管的测试127.3 整体电路测试128 总结与展望128.1 软件延时与定时器计时128.2 使用中断的好处128.3 关于本次设计134 微机原理交通灯控制系统设计引言随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。随着城市机动车量的不断增加，许多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速道路，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。为此，笔者进行了深入的研究，以下就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具体分析；城市路口交通信号控制系统大体上分为三种类型：定周期的信号机、多时段且具有无电缆协调功能的微电脑型信号机以及联网式自适应多相位智能型信号机。具体采用哪种类型，应根据其应用场合及特点加以确定。其中，第一种类型以其成本低，设计简单，安装及维护方便等特点得到了广泛应用。本文讨论的城乡交通灯控制系统就属于该种类型。该交通灯控制系统主要由时间发生器电路、光电检测电路、控制电路等几个部分组成1 设计要求：1东西方向车辆放行60秒钟。即东西方向的绿灯和南北方向的红灯同时点亮1分钟； 21分钟后，东西方向的黄灯闪烁5秒钟，以警示车辆将切换红绿灯。此时南北方向仍维持红灯点亮。在南北方向亮红灯期间，在2位数码管上显示计数值（每秒减1），从65减为0。3东西方向的黄灯闪烁5秒钟后，转为南北方向放行20秒钟。即东西方向的红灯和南北方向的绿灯同时点亮20秒钟；4南北方向放行20秒钟后，转为南北方向的黄灯闪烁5秒钟，以警示将切换红绿灯。此时东西方向仍维持红灯点亮。5南北方向的黄灯闪烁5秒钟后，再转为东西方向车辆放行1分钟。如此循环重复。2 设计目的 了解交通灯管理的基本工作原理。 熟悉8259A中断控制器的工作原理和应用编程。 熟悉8255A并行接口的各种工作方式和应用。 熟悉8253计数器/定时器的工作方式及应用编程，掌握利用软硬件相结合定时的方法。 掌握多位LED显示问题的解决。 3 方案比较、设计与论证3.1 电源提供方案为使模块稳定工作，须有可靠电源，采用单片机控制模块提供电源。此方案的优点是系统简明扼要，节约成本；缺点是输出功率不高。综上所述，我们选择第二种方案。3.2 显示界面方案 该系统要求完成倒计时、状态灯等功能。基于上述原因，我们考虑了三种方案：3.2.1 方案一：完全采用数码管显示。这种方案只显示有限的符号和数码字符，无法胜任题目要求。3.2.2 方案二：完全采用点阵式LED 显示。这种方案实现复杂，且须完成大量的软件工作；但功能强大，可方便的显示各种英文字符，汉字，图形等。3.2.3 方案三：采用数码管与点阵LED 相结合的方法因为设计既要求倒计时数字输出，又要求有状态灯输出等，为方便观看并考虑到现实情况，用数码管与LED灯分别显示时间与提示信息。这种方案既满足系统功能要求，又减少了系统实现的复杂度。权衡利弊，第三种方案可互补一二方案的优缺，我们决定采用方案三以实现系统的显示功能。3.3 输入方案题目要求系统能手动设灯亮时间、紧急情况处理，我们讨论了两种方方案一：采用8255扩展I/O 口及键盘，显示等。该方案的优点是：使用灵活可编程，并且有RAM,及计数器。若用该方案，可提供较多I/O口,但操作起来稍显复杂。方案二： 直接在IO口线上接上按键开关。因为设计时精简和优化了电路，所以剩余的口资源还比较多，我们使用四个按键，分别是K1、K2、K3、K4。由于该系统对于交通灯及数码管的控制，只用单片机本身的I/O 口就可实现，且本身的计数器及RAM已经够用，故选择方案二。4 原理分析与计算交通灯显示时序的理论分析与计算对于一个交通路口来说，能在最短的时间内达到最大的车流量，就算是达到了最佳的性能，我们称在单位时间内多能达到的最大车流为车流量，用公式：车流量= 车流 / 时间 来表示。先设定一些标号如图21 所示。说明：此图为直方图，上边为北路口灯，右边为东路口灯，下边为南路口灯，左边为西路口灯。 图22 所示为一种红绿灯规则的状态图，分别设定为S1、S2、S3、S4，交通灯以这四的状态为一个周期，循环执行（见图23）。图21请注意图21b和图21d，它们在一个时间段中四个方向都可以通车，这种状态能在一定的时间内达到较大的车流量，效率特别高。依据上述的车辆行驶的状态图，可以列出各个路口灯的逻辑表，由于相向的灯的状态图是一样的，所以只需写出相邻路口的灯的逻辑表；根据图23 可以看出，相邻路口的灯它们的状态在相位上相差180。因此最终只需写出一组S1、S2、S3、S4的逻辑状态表。如表21 所示。表21表中的“”代表是红灯亮（也代表逻辑上的0），“”是代表绿灯亮（也代表逻辑上的1），依上表，就可以向相应的端口送逻辑值。2交通灯显示时间的理论分析与计算东西和南北方向的放行时间的长短是依据路口的各个方向平时的车流量来设定，并且S1、S2、S3、S4各个状态保持的时间之有严格的对应关系，其公式如下示。T-S1+T-S2=T-S3 T-S2=T-S4 T-S1=T-S35 程序设计流程图主程序流程图,如图2-3所示。 装入计数初值支路拐走6 总体设计和电路图 6.1 芯片选择及端口选择1用实验系统8255A实现对信号灯的控制（所用端口自定）；2位数码显示用8255A实现控制。2. 用实验系统8235的计数器2定时向实验系统主片8259A的IRQ7请求中断，以实现要求的1分钟、5秒钟和20秒的定时。实验系统8235的计数器2的CLK2接OPCLK，频率为1.19318MHZ；GATE2已接 +5V；定时采用软硬件相结合的方式实现。 用实验系统的发光二极管模拟红绿灯。注：8259A的端口地址为：218H、219H8255A的端口地址为：端口A-200H、端口B-201H、端口C-202H、控制端口-203H；8253的端口地址为：计数器0-208H、计数器1-209H、计数器2-20aH，控制寄存器0-20bH。80866.2 设计电路图 图2-4 交通灯实时控制系统8255原理图 图 2-5 中断服务原理图图2-6 中断服务电路接线图图2-7 8255A单元与LED单元接线图6.3 交通灯程序本次设计中，选用8235的计数器0定时向实验系统主片8259A的IRQ0请求中断。设置8253的计数器0每10ms请求一次中断，工作于模式3；8255的A端口控制交通灯；数码管驱动程序采用指导老师提供的程序。初始化程序：DATA SEGMENTLED DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H ；存放七段代码表DB 7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71HD1 EQU 10HD2 EQU 200H ；8255A端口AEA EQU 200H ；8259端口地址EE EQU 203HCONTROL EQU 20bH ；8253端口地址COUNT0 EQU 208HCOUNT1 EQU 209HCOUNT2 EQU 20aHZ8279 EQU 222HD8279 EQU 220HLEDMOD EQU 00 ;左边输入,八位显示外部译码八位显示LEDFEQ EQU 38H ;扫描频率DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATACODE SEGMENTASSUME CS:CODECONT DB 0CONT1 DB 0CONT2 DB 0BKSD DB 0BKAD DB 0BKDA DB 0TEMP DB 0;*START:MOV AX,0MOV DS,AXMOV AX,OFFSET IRQ0ADD AX,2000HMOV SI,0FH*4MOV SI,AXMOV AX,0MOV SI+2,AXIN AL,218HAND AL,7FHOUT 219H,ALCLIMOV AL,80H ;初始化8255OUT EE,ALMOV AL,00OUT EA,ALMOV AL,0f0HOUT EA,ALMOV DX,218H ;8259初始化MOV AL,00010010bOUT DX,ALMOV AL,08HMOV DX,219HOUT DX,ALMOV DX,203H ;设置为全输出MOV AL,80HOUT DX,ALMOV DX,200HMOV AL,0ffhOUT DX,AL ;清LEDMOV DX,200H ;全红MOV AL,0F0HOUT DX,ALMOV AL,00110110b ；初始化 8253OUT CONTROL,ALMOV AX,2500MOV DX,COUNT0OUT DX,ALMOV AL,AHOUT COUNT0 ,ALMOV AX,DATAMOV DS,AX中断服务程序：A1: STIHLTJMP A1IRQ0: ；写数码管程序，暂缺JMP COMPARECOMPARE:CMP DL,0JZ STATE0CMP DL,1JZ STATE1CMP DL,2JZ STATE2CMP DL,3JZ STATE3STATE0: ；状态0：东西红南北绿mov al,01011010bout D2,alDEC SIJNZ CHANGE1DEC DHMOV SI,100CHANGE1:DEC CXCMP CX,0JNZ M0MOV CX,500STATE1: DEC DI ；状态1：东西方向黄灯闪烁，南北绿灯CMP DI,0JNZ SHINE1MOV AL, 00001010b ；东西灭，南北绿OUT D2,ALMOV DI,50JMP CHANGESHINE1: MOV AL,11111010B ；东西黄，南北绿OUT D2,ALCHANGE: DEC SIJNZ CHANGE2DEC DIMOV SI,100CHANGE2:DEC CXCMP CX,0JNZ M1MOV CX,2000MOV DH,25STATE2: MOV AL,10100101b ；状态2：东西绿灯，南北红灯OUT D2,ALDEC SIJNZ CHANGE3DEC DHMOV SI,100CHANGE3:DEC CXCMP CX,0JNZ M2MOV CX,500STATE3: DEC DI ；状态3：东西绿灯，南北黄灯闪烁CMP DI,0JNZ SHINE2MOV AL,10100000B ；东西绿灯，南北灭OUT D2,ALMOV DI,50JMP SOURCESHINE2: MOV AL,10101111B ；东西绿，南北黄OUT D2,ALSOURCE: DEC SIJNZ CHANGE4DEC DHMOV SI,100CHANGE4:DEC CXCMP CX,0JNZ M3MOV CX,6000MOV DH,65M0: MOV DL,0 ；下次进入状态0JMP EXITM1: MOV DL,1 ；下次进入状态1JMP EXITM2: MOV DL,2 ；下次进入状态2JMP EXITM3: MOV DL,3 ；下次进入状态3EXIT: MOV AL,20HOUT 218H,ALIRETCODE ENDSEND START6.4 程序运行结果1即东西方向的绿灯和南北方向的红灯同时点亮1分钟；21分钟后，东西方向的黄灯闪烁5秒钟，。此时南北方向仍维持红灯点亮。3东西方向的黄灯闪烁5秒钟后，转为东西方向的红灯和南北方向的绿灯同时点亮20秒钟；4 20秒钟后，转为南北方向的黄灯闪烁5秒钟，此时东西方向仍维持红灯点亮。5南北方向的黄灯闪烁5秒钟后，东西方向的绿灯和南北方向的红灯同时点亮1分钟。如此循环重复。6. 由于数码显示模块没有完成，数码管没有倒计时显示。7 测试、数据及结果分析7.1 状态灯显示测试当电路连接完毕后，将写好的测试程序刷写到芯片内，K1 和K2分别给端口送高电平和低电平，通电即可检测。7.2 数码管的测试将串口的和电路板上的接口连接，将写好的测试程序刷写到芯片内，开电源即可测试。7.3 整体电路测试系统上电，刷写好程序即可开始测试，观测一个周期（共计S1S4四个状态，默认140秒）灯的显示状态是否正常，同时观察倒计的计数是否正常。8 总结与展望 8.1 软件延时与定时器计时软件延时，设计简单，使用方便，但是无法进行精确计时，无法在实际应用中进行使用，本次设计采用了，定时器0进行计时，每10ms产生一个脉冲信号，可以准确的计时并方便8段数码管进行显示8.2 使用中断的好处使用中断比较