微机原理十字路口交通灯课程设计

二一 四 二一五学年第 二 学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称： 微机原理课程设计 班 级： 电气工程及其自动化2012级 6 班 学 号： 17 姓 名： 钟思雨 指导教师： 李房云 二一五年 一月 三 日 前言： 随着计算机科学技术的不断发展，微型计算机得到了广泛的应用，成为人们利用计算机设计和开发各种应用系统的基础。同时微型计算机接口技术也是一门实践性较强的课程，理论与实践相结合可以更好的掌握知识，这也是这次微机原理课程设计目的。交通灯是交通安全的关键，已广泛应用于城乡的十字路口，它的有无作为交通安全检查的重要依据，是交通秩序正常进行的有力保障。 十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”，每次只是以一定周期交替变化。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性的、随机的，还经常受人为因素的影响。采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。它不顾当前道路上交通车辆数的实际情况变化，其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞，导致城市交通效率的下降。目前，有一种使用“模糊控制”技术控制交通灯的方法。能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，自动判断红绿灯时间间隔，以保证最大车流量，减少道口的交通堵塞。但是却不像定时控制，能用数字显示器显示当前灯色剩余时间，以便于驾驶员随时掌握自己的驾驶动作，及时停车或启动。 本次课程设计以固定的程序实现对交通灯实行控制，没有实现智能化，但智能化是交通控制系统是交通控制系统发展的必然趋势，也是满足日益发展的社会需要。通过本次的课程设计，更好的学习微机接口的应用技术，使我们将课堂所学到的知识和实践有机结合起来，初步掌握计算机应用系统设计的步骤和接口设计的方法，提高分析和解决实际问题的能力。摘要：本文介绍了以计算机为核心.利用可编程并行接口芯片8255的软硬件功能，实现对交通灯控制。关键词： 交通灯 8255目 录 1 课题简介.52 设计要求.53 具体设计.63.1 延时设计.63.2 8255引线及构.63.3 电路接线图.104 使用方法.115 流程图设计.126 程序设计.127 设计总结.168 参考文献.161 课题简介十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。在交通灯的通行与禁止时间控制显示中，通常要么东西、南北两方向各50秒。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”，每次只是以一定周期交替变化。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性的、随机的，还经常受认为因素的影响。采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。它不顾当前道路上交通车辆数的实际情况变化，其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞，导致城市交通效率的下降。 目前，有一种使用“模糊控制”技术控制交通灯的方法。能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，自动判断红绿灯时间间隔，以保证最大车流量，减少道口的交通堵塞。但是却不像定时控制，能用数字显示器显示当前灯色剩余时间，以便于驾驶员随时掌握自己的驾驶动作，及时停车或启动。2 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。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。3 具体设计3.1延时设计 在模拟交通等设计中，如何使红灯、绿灯保持一定时间，黄灯闪烁的时间是一个非常关键的问题。本任务要求交通信号灯能实现自行定时、延时、切换等功能，即能实现交通信号灯自动控制。一般计算机控制系统实现定时或延时有两种基本方法：利用软件定时和硬件定时。软件定时，即让机器执行一段程序，程序没有具体的执行目的，利用执行每条指令CPU所花费的时间，可实现延时功能。这种方法容易实现，仅需选用恰当指令并安排循环即可实现，定时时间调整方便，但不能做到精确定时。另外，时间调整是以一条指令执行时间为基准，占用CPU资源，降低CPU利用率。 硬件定时，即使用可编程定时/计数器硬件芯片定时。这种芯片内部有一个可编程定时器，其定时值、定时范围可以很容易地由软件程序改变，定时时间到时可发出某种形式的信号通知外设或CPU。定时器的输出频率和波形等均由程序设定，因而使用灵活，功能强。 本次课程设计根据我们所学知识、所查资料以及水平所限，我们利用了入栈、出栈所消耗的时间再加上确定次数的循环控制，达到我们所需要的延时时间。 3.2 8255的引线结构8255的引线结构如图1所示。共有40个引脚，其功能分别如下：D0D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。 RD:读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即RD=0且CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;CS=1时,8255无法与CPU做数据传输。PA0PA7:端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入锁存器。 PB0PB7:端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器， 一个8位的输入输出缓冲器。 PC0PC7:端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口， 每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。 A1,A0:地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器。 当A1=0,A0=0时,PA口被选择； 当A1=0,A0=1时,PB口被选择； 当A1=1,A0=0时,PC口被选择； 当A1=1.A0=1时,控制寄存器被选择；在本次课程设计当中，设计采用的是软件定时（即通过汇编指令）实现的。而灯的亮与灭以及闪烁是用8255的A口和B口控制的，工作在方式0，A口和B口均为输出。 并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息。CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8位、16位、32位等。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，能在以下三种方式下工作：方式0-基本输入/出方式、方式1-选通输入/出方式、方式2-双向选通工作方式。8255的内部结构及引脚如图1所示，8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图2所示。 图1 8255的内部结构及引脚76543210控制C口低4位1：输入0：输出控制B口8位1：输入0：输出方式选择0：方式01：方式1控制C口高4位0：输出1：输入控制A口8位0：输出1：输入方式选择00：方式001：方式11X：方式2 功能控制0：位操作1：方式选择按位操作控制字0XXXD3D2D1D0置位/复位 0：复位 1：置置端口C的位选择 PC0 0 0 0 PC1 0 0 0 PC2 0 0 0 PC3 0 0 0 PC4 0 0 0 PC5 0 0 0 PC6 0 0 0 PC7 0 0 0标志位 无关 图2 8255工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式 3.3电路接线图图3 红绿灯模拟设计总电路图 上电路图为红绿灯模拟设计总电路图，通过8086CPU系统总线来控制8255的A端口、B端口，而A、B端口分别接LED发光二极管来控制十字路口红绿灯。 红、黄、绿灯的表示情况如下：由于仪器上面只有16个发光二级管，且从高到低依次为：D15D14D13D12D11D10D9D8 D7D6D5D4D3D2D1D0。在设计的过程中做了如下的规定：R表示红灯，G表示绿灯，Y表示黄灯；E表示方向东，W表示方向西，S表示方向南，N表示方向北，例如：ER表示东方向为红灯，WG表示西方向为绿灯，SY表示南方向为黄灯，其余的类似。所以在设计中采用如下的规定：D15D14表示ER，D13D12表示SR，D11D10表示EG，D9D8表示SG，D7D6表示WR，D5D4表示NR，D3D2表示WG，D1D0表示NG，D15D14D11D10表示EY，D7D6D3D2表示WY，D13D12D9D8表示SY，D5D4D1D0表示NY。具体连线及表示如下图所示（圆圈表示发光二极管）。图4 十字路口红黄绿灯的表示4 使用说明 这是一个交通红绿灯的模拟显示实验，由8255控制16个LED发光二极管的亮与暗来表达十字路口的交通信号，A口表示东、南方向，B口表示西、北方向,绿灯和红灯共同表示黄灯。可以通过发光二极管来判断具体是哪个方向、哪个灯亮。5 流程图设计芯片初始化东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮60秒 东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮5秒 东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮20秒 东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪烁5秒 有键按下？返回到DOS 结束 否是6 程序设计IOY0 EQU 0DA00H ;片选IOY0对应的端口始地址MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4 ;8255的B口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENT LA DB ? ;定义数据变量LB DB ?DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,MY8255_MODE ;定义8255工作方式 MOV AL,80H ;工作方式0，A口和B口为输出 OUT DX,ALLOOP1: MOV DX,MY8255_A ;写A口发出的数据，东方向绿灯亮,南方向红灯亮 MOV AL,3CH OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;写B口发出的数据，西方向绿灯亮,北方向红灯亮 MOV AL,3CH OUT DX,AL CALL DALLY1L1: MOV DX,MY8255_A ;写A口发出的数据，东方向黄灯亮,南方向红灯亮 MOV AL,0FCH OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;写A口发出的数据，西方向黄灯亮, 北方向红灯亮 MOV AL,0FCH OUT DX,AL CALL DALLY2MOV DX,MY8255_A ;写A口发出的数据，东方向黄灯灭,南北方向红灯亮 MOV AL,30H OUT DX,ALMOV DX,MY8255_B ;写B口发出的数据，西方向黄灯灭,南北方向红灯亮 MOV AL,30H OUT DX,AL CALL DALLY2 LOOP L1MOV DX,MY8255_A ;写A口发出的数据，东方向红灯亮,南方向绿灯亮 MOV AL,0C3H OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;写B口发出的数据，西方向红灯亮,北方向绿灯亮 MOV AL,0C3H OUT DX,AL CALL DALLY3L2: MOV DX,MY8255_A ;写A口发出的数据，南方向黄灯亮,东方向红灯亮 MOV AL,0F3H OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;写B口发出的数据，北方向黄灯亮,西方向红灯亮 MOV AL,0F3H OUT DX,AL CALL DALLY2 MOV DX,MY8255_A ;写A口发出的数据，南北方向黄灯灭,东方向红灯亮 MOV AL,0C0H OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;写B口发出的数据，南北方向黄灯灭,西方向红灯亮 MOV AL,0C0H OUT DX,AL CALL DALLY2 LOOP L2 MOV AH,1 ;判断是否有按键按下，调用功能号1 INT 16H ;ROM BIOS 功能调用 JZ LOOP1 ;无按键则跳回继续循环，有则退出QUIT: MOV AX,4C00H ;结束程序退出 INT 21H ;DOS 系统功能调用DALLY PROC NEAR ;软件延时子程序 PUSH CX PUSH AX MOV CX,0FFFHD1: MOV AX,0FFFFHD2: DEC AX JNZ D2 LOOP D1 POP AX POP CX RETDALLY ENDPDALLY1 PROC NEAR ;软件延时子程序，东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮 PUSH CX PUSH AX MOV CX,1EHD3: CALL DALLY LOOP D3 POP AX POP CX RETDALLY1 ENDPDALLY2 PROC NEAR ;软件延时子程序，黄灯闪烁（即亮与灭）的时间间隔， PUSH CX PUSH AX MOV CX,02HD4: CALL DALLY LOOP D4 POP AX POP CX RETDALLY2 ENDPDALLY3 PROC NEAR ;软件延时子程序，东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮， PUSH CX PUSH AX MOV CX,0AHD5: CALL DALLY LOOP D5 POP AX POP CX RETDALLY3 ENDPCODE ENDS END START7 设计总结通过这两周的微机原理与接