交通灯硬件课程设计.docx

计算机科学与技术学院硬件课程设计报告姓 名： 薛若卿 学 号： 08083489 专 业： 计算机科学与技术 班 级： 计算机086班 设计题目： 交通灯硬件设计 成 员： 薛若卿 指导教师： 王冠军 职 称： 讲 师 2010年 10 月 16日 徐州摘 要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系统中最重要的组成部分。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道路，缓解城市道路压力，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。交通量的持续增长是造成这种状况的最根本原因，而传统的解决途径主要有两个：一是加大交通基础设施建设的投入，但资金、土地等稀缺资源的有限性又是不可回避的问题，道路基础设施是不可能无限扩展的；另一个就是限制交通流量，主要是通过法律和行政的手段实现。这又分两个方面：一是控制车辆出行，如按车牌单、双号分别行驶，或是鼓励和发展公共交通，减少私家车的使用，美国等西方国家早在很多年前已在一些交通繁忙路段实施鼓励两人以上的车辆优先行驶的规定；再就是控制汽车保有量，以高额的税、费甚至控制上牌等来限制汽车数量的发展。这些方法短期可以奏效，但有失公平、合理。如何更有效地使用现有交通运输网络就是人们试图寻找更好地解决上述问题的重要途径之一。人们希望通过增加技术含量的方法提高现有道路的利用率，提高道路交通的安全程度和道路使用的舒适性，所以对智能交通灯的设计和采纳做了相当多的研究与建模。交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用，现在交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，上一个倒计时的显示计时器来控制行车，对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用,根据行车过程中出现的实际情况，如何全面有效地利用交通灯指示交通情况,我们尝试用8253、8255来控制交通灯，在软、硬件方面采取一些改进措施，交通灯在控制中灵活而有效。22 / 26目 录第一章 概述 1 1、接口技术 1 2、接口技术在微机应用中的作用 1 3、分析与设计接口电路的基本方法 1 4、软件选择2第二章 课程设计需求分析3 1、交通环境问题3 2、问题解决3 3、问题分析3第三章 8253A并行接口芯片介绍硬件设计5 1、8253芯片的内部结构及引脚6 2、8253端口地址 6 3、8253 控制字 6第四章8255A并行接口芯片介绍硬件设计软件设计7 1、8255芯片的内部结构及引脚 7 2、8255端口地址 9 3、8255控制字 9第五章 系统设计10 1、设计原理 10 2、系统设计电路 10 3、硬件接线 11 4、程序流程图 12第六章 程序代码 13 1、运行模式 13 2、程序代码 13个人体会 19参考目录 21第一章 概 述1、接口技术 微机接口技术是采用硬件与软件相结合的方法，研究微处理器如何与“外部世界”进行最佳连接，以实现CPU与“外部世界”进行高效可靠的信息交换的一门技术。微机接口技术综合性很强，所涉及的知识面很宽，包括微机原理、汇编语言（或高级语言）程序设计、电子技术、自控原理以及通信技术等多门课程的基础理论和专业知识。I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和 外围设备联系在一起。具体是设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输；能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换；能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数模或模数转换器等；协调时序差异；地址译码和设备选择功能；设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。按照电路和设备的复杂程度，I/O接口的硬件主要分为两大类： （1）I/O接口芯片 （2）I/O接口控制卡2、接口技术在微机应用中的作用 随着集成电路集成度的增高，电子计算机向微型化和超微型化方向发展，微型计算机已成为导弹、智能机器人、卫星等复杂系统必不可少的智能部件。目前，微机不仅作为科学计算、实时控制、现代化通信和管理的手段，而且也成为人类进行学习、看病、咨询、购物、旅游等生活服务和娱乐的工具。然而，在微机系统中，微处理器的这种神通广大的功能必须通过外部设备才能实现，而外设与微处理器之间的信息交换及通信又是靠接口来实现的，所以，微机应用系统的研究和微型化产品的开发，从硬件角度来讲，就是接口电路的研究和开发，接口技术已成为直接影响微机系统的功能和微机推广应用的关键。微机的应用是随着外部设备的不断更新和接口技术的发展而深入到各个领域的。因此，掌握微机接口技术就成为当代的科技和工程技术人员应用微型计算机必不可少的基本技能。3、分析与设计接口电路的基本方法 一、两侧分析法凡是接口都有两侧，一侧是CPU，另一侧是外设。两侧分析法是分析接口电路的基本方法。二、硬软结合法以硬件为基础，硬件与软件相结合是设计接口电路的基本方法。 硬件设计方法合理选用外围芯片有针对性地设计附加电路 软件设计方法 用汇编语言（或高级语言）直接对低层硬件编程采用DOS系统功能调用和BIOS调用编程4、软件选择我所用的编译软件是HK88TE，如下图所示：第二章 硬件课程需求与分析1、交通环境问题城市交通发展应当符合国家确定的可持续发展战略，支持城市社会经济发展，满足居民不断增长的交通需求，同时也应有利于城市环境状况的改善。 城市社会经济的发展，需要安全、高效、清洁、经济的 城市交通运输系统；城市居民生活质量的提高，需要安全、方便、舒适、快捷、低价的公共交通服务；城市环境的改善 需要有利于环境改善的交通政策。因此，城市交通发展目标 必须与城市社会的经济发展目标相协调，与城市可持续发展 目标相一致。但是现在的城市交通存在以下几点问题：（1） 空间资源的低效配置，（2） 时间资源浪费，（3） 空气污染，（4） 噪声污染，（5） 资源消耗，（6） 交通事故。2、问题解决城市交通发展需要政府与科学的共同努力。在政府制定的法规、宏观政策、产业和技术政策的指导下， 科学技术应起主要的作用。在城市总体规划下，编制城市公共交通的专业规划，纳入国民经济和社会发展计划并组织实 施。制定、完善城市交通发展政策，确立城市公共交通在城市交通中的优先和主导地位。重视发挥科学技术作用，加强科学研究，为政府出台有关措施提供科学依据；为改进运输工具，推动机动车 污染控制，改善燃料品质，加强城市交通管理提供技术支持。 重视应用交通价格手段。城市交通人格政策应当 支持交通可持续发展，交通税费收入应当有助于方便大多数 人及改善环境的交通方式，加大对公共交通的财政扶持。所以在交通十字路口加大科学投资，使交通问题易发点变得更加顺畅！3、问题分析下面是一个典型的十字路口，交通灯一共分四种状态如图第三章 8253A并行接口芯片介绍1、8253芯片的内部结构及引脚intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异。8253内部有三个计数器，分别成为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚和外部联系，一个为时钟输入端CLK，一个为门控信号输入端GATE，另一个为输出端OUT。每个计数器内部有一个8位的控制寄存器，还有一个16位的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。8253中各通道可有6种可供选择的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能。8253的各种工作方式如下：1. 方式0：计数结束则中断2. 方式1：单脉冲发生器3. 方式2：速率波发生器4. 方式3：方波发生器5. 方式4：软件触发方式计数6. 方式5：硬件触发方式计数8255内部结构框图如下图所示 图1 8253内部结构框图8253引脚图如图2所示，各引脚功能如下：D7D0是数据线引脚，RD和WD分别是读写控制引脚，CS是片选信号，A1,A0是片内地址选择引脚，CLK0、CLK1、CLK2输入引脚GATE0、GATE1、GATE2输入引脚，OUT0、OUT1、OUT2输出引脚。图2 8253引脚图2、8253端口地址表1 8253端口地址表端口地址控制口203H3、8253控制字第四章 8255A并行接口芯片介绍1、8255芯片的内部结构及引脚8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种工作方式下工作：方式0基本输入/输出方式方式1选通输入/输出方式方式2双向选通输入/输出方式8255内部结构框图如图3所示： 图3 8255内部结构框图8255引脚图如图4所示，各引脚功能如下：D7D0与CPU侧连接的八条双向数据线；WR（低电平有效）写输入信号；RD（低电平有效）读输入信号；CS（低电平有效）片选输入信号；A0、A1片内寄存器选择输入信号；PA7PA0A口外设双向数据线；PB7PB0B口外设双向数据线；PC7PC0C口外设双向数据线；RESET复位输入信号 图4 8255引脚图 表2 8255端口地址表2、8255端口地址端口地址控制口20BH3、8255控制字第五章 系统设计1、设计原理 本系统设计的交通灯控制是以脉冲发生器产生1MHZ的脉冲，然后将产生的脉冲接到8253A的CLK0口，通过8253编译产生周期1秒的脉冲，将8253A OUT1连接到8255 PC0，通过8255A来判断脉冲来控制交通灯亮灯的时间和颜色，将8255A PB0、PB1、PB2、PB3连接四个LED双色灯用作人行道的显示，8279控制端连接74S138的编译地址来显示交通灯的亮灯时间。系统原理图如图5所示图5 交通灯原理图2、系统设计电路由于没有安装相应的软件，所以很难画出相应的系统设计图，这是我自己用画图软件做的，有点简单了，但还是能理解的。电路分别用到8253、8255、82593、硬件连线图连线路线：1M脉冲8253clk05V电压8253gate0、1两个8253out0clk18253out18255pc08253cs地址200-2078255cs地址208-20F8279cs地址210-2178255pb0.,pb1,pb2,pb3任意四个led双色灯4、程序流程图 开始脉冲发生器 产生 1MHZ 频率 8253初始化产生周期1秒频率 8255初始化 双色灯亮的顺序判断 8279交通灯的颜色和顺序 显 示显示灯亮的剩余时间 第六章 程序代码1、运行模式程序运行时，首先南北灯红，东西灯绿，然后是南北灯红，东西灯黄，这样过了半个周期，跳转；南北灯绿，东西灯红，然后南北灯黄，东西灯绿，这就一个周期。在南北灯红的时候，人行道灯显示红，在南北灯黄的时候，人行道灯黄；在东西灯红的时候，人行道灯显示红，在东西灯黄的时候，人行道灯黄。交通灯由“0”和“1”控制，当状态是“00”时，这个灯显示黄，当状态是“01”时，这个灯显示红，当状态是“10”时，这个灯显示绿，1、2、3、4代表双色灯。如下图所示：灯的颜色状态人行道颜色南北红东西绿010110101红，3黄南北红东西黄010100001红，3黄南北绿东西红101001012黄，4红南北黄东西红101000002黄，4红2、程序代码CON55 EQU 20BHPA EQU 208HPB EQU 209HPC EQU 20AHC8279 EQU 212HD8279 EQU 210HCON53 EQU 203HP0 EQU 200HP1 EQU 201HP2 EQU 202HC8279 EQU 212HD8279 EQU 210HLEDMOD 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CODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODESTART: PUSH CS POP DS;初始化8253MOV DX,CON53MOV AL,00110111BOUT DX,ALMOV DX,P0MOV AX,5000HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,ALMOV DX,CON53MOV AL,01110111BOUT DX,ALMOV DX,P1MOV AX,200HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,ALMOV DX,CON53MOV AL,10110001BOUT DX,ALMOV DX,P2MOV AX,3000HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL;8255初始化MOV DX,CON55MOV AL,10001001BOUT DX,ALMOV DX,PAMOV AL,0f0h OUT DX,ALMOV DX,PBMOV AL,11111111BOUT DX,ALMOV BL,00H;初始化8279 MOV DX,C8279MOV AL,LEDMODOUT DX,ALMOV AL,LEDFEQOUT DX,ALMOV AL,0D3HOUT DX,AL L0: MOV AL,00HMOV DX,PCIN AL,DXAND AL,01HCMP AL,00HJE L0LL:IN AL,DXTEST AL,01HJNZ LLCMP BL,3HJS L1CMP BL,5HJS L2CMP BL,8HJS L3CMP BL,0AHJS L4MOV BL,00HJMP L0L1:MOV DX,PAMOV AL,01011010B ;南北红,东西绿OUT DX,AL MOV DX,PB MOV AL,11110110B OUT DX,ALJMP READL2:MOV DX,PAMOV AL,01010000B ;南北红，东西黄OUT DX,AL MOV DX,PB MOV AL,11110110B OUT DX,ALJMP READL3:MOV DX,PAMOV AL,10100101B ;南北绿,东西红OUT DX,AL MOV DX,PB MOV AL,11111001B OUT DX,ALJMP READL4:MOV DX,PAMOV AL,10100000B ;南北黄，东西红OUT DX,AL MOV DX,PB MOV AL,11111001B OUT DX,ALJMP READREAD:;8279输入 MOV CL,03HSUB CL,BLCMP BL,3HJS OUT1MOV CL,05HSUB CL,BLCMP BL,5HJS OUT1MOV CL,0AHSUB CL,BLCMP BL,8HJS OUT1MOV CL,0AHSUB CL,BLCMP BL,0AH ; 数码管1的显示判断 OUT1: MOV DX,C8279MOV AL,80HOUT DX,ALMOV AL,CLMOV CL,BLLEA BX,LEDXLAT MOV DX,D8279 ;将AL中内容写到数码管上OUT DX,ALMOV BL,CLMOV CL,05HSUB CL,BLCMP BL,3HJS OUT2MOV CL,05HSUB CL,BLCMP BL,5HJS OUT2MOV CL,08HSUB CL,BLCMP BL,8HJS OUT2MOV CL,0AHSUB CL,BLCMP BL,0AH ; 数码管1的显示判断 OUT2:MOV DX,C8279MOV AL,84HOUT DX,ALMOV AL,CLMOV CL,BLLEA BX,LEDXLAT MOV DX,D8279 ;将AL中内容写到数码管上OUT DX,ALMOV BL,CLINC BLJMP L0LED DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H DB 5EH,79H,71H CODE ENDSEND START 个人体会通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我通过这个方案包括设计了一套电路原理和电路连接图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了8255A、8253A、74LS138，还有8279。当然我对8279很不熟悉，以前都没有怎么接触过，感觉很麻烦。说实话，我在选择设计方案时很矛盾，因为自己对这些都感觉很陌生，就那个彩灯很好，上学期做过，我看班级好多人都在做这个。之所以选择交通灯，我感觉做就做点自己喜欢的、有点用的。我不喜欢重复。刚开始的时候，在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老是这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多；还有就是在调节实验箱的时候也浪费了不少时间，我做的是交通灯得用中间的四个交通灯，有时候看着那四个灯是在发着黄光，在测试的时候根本没有反应，我还以为是自己的程序有错误或者是机子其他的问题，我感觉浪