交通灯的设计(完全版)

前言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；要么根据交通规律，东西方向60秒，南北方向40秒，时间控制都是固定的。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，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。本次课程设计采用定时加中断控制的方式进行,对两个方向车辆的通行时间分别计时,可随意进行更改双向的通行时间。目录第一章概述--------------------------------------------------------------------------------51.1拟交通灯设计的目的---------------------------------------------------------51.2设计要求------------------------------------------------------------------------51.3模拟交通灯的工作原理------------------------------------------------------5第二章交通信号灯实时控制和管理的总体设计----------------62.1设计器材-------------------------------------------------62.2、控制系统的任务、内容和总体要-----------------------------------------62.3、实验流程图图及相关说明--------------------------------------------------72.4设计原理-------------------------------------------------------------------------92.5电路接线图---------------------------------------------------------------------102.6程序设计-------------------------------------------------------------------------112.7设计过程-------------------------------------------------------------------------152.8、源程序预期运行结果--------------------------------------------------------16第三章模拟交通灯的组装--------------------------------------------------163.1器件排列--------------------------------------------------------------------------173.2信号连线-------------------------------------------------------------------------173.3实验接线板安装------------------------------------------------------------------17第四章模拟交通灯的调试--------------------------------------------------174.1硬件检测--------------------------------------------------------------------------184.2软件调试-------------------------------------------------------------------------18第五章源程序-----------------------------------------------------------------------------19小结-------------------------------------------------------------------------------------------------23参考文献----------------------------------------------------24安徽工程科技学院本科生课程设计任务书2009届计算机科学与工程系计算机科学与技术专业Ⅰ课程设计题目：实验计算机利用FD—CES实验仪提供的硬件资源（功能模块、控制台及外设等），按设计、组装、调试等步骤研制一台微程序控制的实验计算机。Ⅱ原始资料1、《微型计算机与接口》实验指导书2、《微型计算机与接口》教材Ⅲ课程设计任务内容课程设计的目的意义：通过课程设计培养同学们的系统设计能力，使同学们达到以下能力训练：=1\*GB2⑴、调查研究、分析问题的能力；=2\*GB2⑵、使用设计手册、技术规范的能力；=3\*GB2⑶、查阅中外文献的能力；=4\*GB2⑷、制定设计方案的能力；=5\*GB2⑸、计算机应用的能力；=6\*GB2⑹、设计计算和绘图的能力；=7\*GB2⑺、技术经济指标的分析能力；=8\*GB2⑻、语言文字表达的能力。2．本课题研究的主要内容：交通灯使用8255A的A口和B口模拟十字路口的交通灯的闪烁情况。基本要求：1、设计试验电路（要求利用FD-88试验仪的硬件资源）2、分析试验原理3、列出实验接线表4、采用汇编语言编写实验程序5、通过实验验证功能的实现6、编写课程设计说明书3．提交的成果：一份符合毕业设计论文规范的课程设计说明书课程设计统一使用学校印制的课程设计封面及课程设计袋。课程设计袋按要求认真填写，字体要工整，卷面要整洁，手写一律用碳素墨水书写。课程设计除课程设计袋的其它资料鼓励用计算机打印。课程设计按统一顺序装订：封面前言目录课程设计任务书（须有指导教师签名及日期）正文（分章、层次等，每一章从新的一页开始）小结参考文献课程设计图纸装订好后放入填写好的资料袋内由各教学单位存档。相关要求可酌情参照“安徽工程科技学院本科毕业设计（论文）管理办法”执行。=4\*ROMANIV课程设计的基本步骤整个课程设计的过程分为三个阶段：设计、组装、调试。指导教师（签字）完成日期2008年12月25日第一章、概述1.1模拟交通灯设计的目的1、通过交通信号灯控制系统的设计，掌握8255A并行口传输数据的方法,以控制发光二极管的亮与灭；2、用8255作为输出口,控制十二个发光二极管熄灭,模拟交通灯管理.3、通过单片机课程设计，熟练掌握汇编语言的编程方法，将理论联系到实践中去，提高我们的动脑和动手的能力；4、完成控制系统的硬件设计、软件设计、仿真调试。1.2设计要求：交通信号灯模拟控制系统设计利用单片机的定时器定时，令十字路口的红绿灯交替点亮和熄灭，并且用LED数码管显示时间。用8255做输出口，控制十二个发光二极管燃灭，模拟交通灯管理。在一个交通十字路口有一条主干道（东西方向），一条从干道（南北方向），主干道的通行时间比从干道通行时间长，四个路口安装红，黄，蓝，灯各一盏；1、设计一个十字路口的交通灯控制电路，要求南北方向（主干道）车道和东西方向（支干道）车道两条交叉道路上的车辆交替运行，时间可设置修改。2、在绿灯转为红灯时，要求黄灯先亮，才能变换运行车道3、黄灯亮时，要求每秒闪亮一次。4、东西方向、南北方向车道除了有红、黄、绿灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用计时的方法）。5、同步设置人行横道红、绿灯指示。1.3模拟交通灯的工作原理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；

2．1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。第二章、交通信号灯实时控制和管理的总体设计2.1设计器材PC微机一台、TD-PIT+实验系统一套。2.2、控制系统的任务、内容和总体要求任务：设计一个能够控制十二盏交通信号灯的模拟系统。并且要求交通信号灯按照交通规则的模试来运行。如下图所示：图2.1内容：因为本课程设计是交通灯的控制设计，所以要了解实际交通灯的变化情况和规律。假设一个十字路口为东西南北走向。初始状态0为东西红灯，南北红灯。然后转状态1东西红灯，南北绿灯通车，。过一段时间转状态2南北绿灯灭，黄灯闪烁几次，东西仍然红灯。再转状态3，东西绿灯通车，南北红灯。过一段时间转状态4，东西绿灯灭，闪几次黄灯，南北仍然红灯。最后循环至状态1。控制系统的总体要求：1.执行程序时，初始态为四个路口的红灯全亮之后；2．东西路口的绿灯亮，南北路口的红灯亮，东西路口方向通车；3.延时一段时间后，东西路口的绿灯熄灭，黄灯开始延时并且开始闪烁，闪烁5次后，东西路口红灯亮，而同时南北路口的绿灯亮，南北路口方向开始通车；4.延时一段时间之后，南北路口的绿灯熄灭，黄灯开始延时并且开始闪烁，闪烁3次之后，再切换到东西路口方向；之后重复2到4过程………设计思想交通灯控制器的设计与实现主要是通过编写汇编语言程序利用8255A的A口和B口对灯的亮与灭进行控制。首先，要了解的是8255A是如何工作的，包括它的A口、B口、C口和控制端口是如何写数据的，还包括芯片的初始化等。设计数器0的计数初值为25000，由于CLK0接脉冲信号，频率为2.5MHZ，所以每10ms中断一次。利用CX对不同的状态时间计数，用来实现计数器0对1分钟，20秒钟，5秒钟的定时。中断子程序分为数码显示刷新部分和红绿黄灯各种状态切换部分。每进入中断即刷新LED显示。用对于东西车道和南北车道黄灯闪烁利用标志位判断实现，满足比较条件就暗，不满足条件就亮。2.3、实验流程图图及相关说明（1）芯片8255简介，如图1.2所示：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2.2所示。 图2.28255芯片（2）实验流程图开始:开始8255初始化8255初始化四个路口红灯亮四个路口红灯亮东西红灯亮，南北绿灯亮，延时东西红灯亮，南北绿灯亮，延时东西红灯亮，南北黄灯闪烁，延时东西红灯亮，南北黄灯闪烁，延时东西绿灯亮，南北红灯亮，延时东西绿灯亮，南北红灯亮，延时东西黄灯闪烁，南北红灯亮，延时东西黄灯闪烁，南北红灯亮，延时图2.3程序流程图2.4设计原理图2.4设计原理图2.5电路接线图（1）电路接线图如下图：图2.5电路接线图（2）红、黄、绿灯的表示由于仪器上面只有16个发光二级管，且从高到低依次为：D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0。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。具体连线及表示如图2-6所示（圆圈表示发光二极管）。图2-6黄、绿、灯的表示2.6程序设计由于实验中所用到的发光二极管是共阳极的，所以在为8255的A口和B口写数据时，对应的每一位有：1代表灯亮，0代表灯灭。1、芯片初始化，写8255的方式字MOVDX,MY8255_MODE;定义8255工作方式MOVAL,80H;工作方式0，A口和B口为输出OUTDX2、延时，延时是通过设置指令的循环次数实现的DALLYPROCNEAR;软件延时子程序PUSHCXPUSHAXMOVCX,0FFFH;循环次数D1:MOVAX,0FFFFHD2:DECAXJNZD2LOOPD1POPAXPOPCXRETDALLYENDPDALLY1PROCNEAR;软件延时子程序，延时20秒PUSHCXPUSHAXMOVCX,1EH;循环次数D3:CALLDALLYLOOPD3POPAXPOPCXRETDALLY1ENDPDALLY2PROCNEAR;软件延时子程序，黄灯闪烁（即亮与灭）的时间间隔，PUSHCXPUSHAXMOVCX,02H;循环次数D4:CALLDALLYLOOPD4POPAXPOPCXRETDALLY2ENDP东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮20秒LOOP1:MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，东方向绿灯亮,南方向红灯亮MOVAL,3CHOUTDXMOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，西方向绿灯亮,北方向红灯亮MOVAL,3CHOUTDXCALLDALLY1;延时20秒东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮5秒MOVCX,08H;黄灯闪烁的次数L1:MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，东方向黄灯亮,南方向红灯亮MOVAL,0FCHOUTDX,MOVDX,MY8255_B;写A口发出的数据，西方向黄灯亮,北方向红灯亮MOVAL,0FCHOUTDX,CALLDALLY2MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，东方向黄灯灭,南北方向红灯亮MOVAL,30HOUTDXMOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，西方向黄灯灭,南北方向红灯亮MOVAL,30HOUTDXCALLDALLY2LOOPL1东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮20秒MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，东方向红灯亮,南方向绿灯亮MOVAL,0C3HOUTDXMOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，西方向红灯亮,北方向绿灯亮MOVAL,0C3HOUTDXCALLDALLY1东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪烁5秒MOVCX,08H;黄灯闪烁的次数L2:MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，南方向黄灯亮,东方向红灯亮MOVAL,0F3HOUTDX,MOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，北方向黄灯亮,西方向红灯亮MOVAL,0F3HOUTDXCALLDALLY2MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，南北方向黄灯灭,东方向红灯亮MOVAL,0C0HOUTDX,MOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，南北方向黄灯灭,西方向红灯亮MOVAL,0C0HOUTDXCALLDALLY2LOOPL2判断是否有键按下MOVAH,1;1号功能调用INT16H;ROMBIOS功能调用JZLOOP1;无按键则跳回继续循环，有则退出，8、返回到DOSMOVAX,4C00H;结束程序退出INT21H;DOS系统功能调用2.7设计过程1、明确系统的设计任务要求，合理选择设计方案根据选择题目的要求，结合所参考的资料，做出合适的设计方案，选择好要使用到的芯片以及其它的电路元件。2、完成单元电路的设计及参数计算8255的A口地址是：0DA00H+00H*4，B口地址是：0DA00H+01H*4，C口地址是：0DA00H+02H*4，控制端口地址是：0DA00H+03H*4。3、电路元器件的选择可编程并行通信接口芯片8255A。4、软件流程图的绘制如图2-3所示。5、电路原理图的绘制如图2-4所示6、电路接线图的绘制如图2-5所示。7、软件的设计（程序）程序源代码见附件。8、进行软,硬件调试将已写好的完整程序在汇编环境下进行编译，若无错误即可在TD-PIT+实验系统上进行调式。2.8、源程序预期运行结果1、即东西方向的绿灯和南北方向的红灯同时点亮20秒钟；2、20秒钟后，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

20秒钟。如此循环重复。第三章模拟交通灯的组装实验计算机的组装，是指采用FD-88S试验仪实施前面设计的实验接线表。在正式组装前，先检验将要使用的该实验接线板，认清该板信号接线插座上所标符号，检验将要使用的集成电路型号。3.1器件排列：把要用的集成电路等元件按功能相对集中地排列，同一条面包板上的电路插入方向尽可能一致。3.2信号连线：用红导线将各集成电路“+5V”连通，用黑导线将各集成电阶“地”连通。根据所设计的实验计算机接线图表按不同功能部件逐个连线，不同模块或不同类型的信号线组好用不同颜色导线，以便查线和改线。以上两步要严格按设计方案实施，防止接错线或用错器件造成逻辑错误。另外还要注意组装的工艺，为了更加可靠的进行实验，防止因为接错线和线的松动造成实验的误差和错误。否则，将会很造成难以排查的实验故障，这样的组装将是严重的隐患。3.3实验接线板安装：第四章模拟交通灯的调试4.1硬件检测：硬件检测又分为，静态检测和动态检测，静态检测为：第一步：目测，检查外部的各种元件或则电路是否有断点；第二步：用万用表测试。先用万用表复核目测中有疑问的连接点，再检测各种电源线与地线之间是否有短路现象；第三步：加电检测。给板加电，检测所有的插座或是器件的电源端是否符合要求的值；第四步：是联机检查。因为只有用单片机开发系统才能完成对用户系统的调试。动态检测为：动态检测是在用户系统工作的情况下发现和排除用户系统硬件中存在的器件内部故障、器件连接逻辑错误等的一种硬件检查。动态调试的一般方法是由近及远、由分到合。由分到合是指首先按逻辑功能将用户系统硬件电路分为若干块，当调试电路时，与该元件无关的器件全部从用户系统中去掉，这样可以将故障范围限定在某个局部的电路上。当各块电路无故障后，将各电路逐块加入系统中，在对各块电路功能及各电路间可能存在的相互联系进行调试。由分到合的调试既告完成。由近及远是将信号流经的各器件按照距离单片机的逻辑距离进行由近及远的分层，然后分层调试。调试时，仍采用去掉无关元件的方法，逐层调试下去，就会定位故障元件了。4.2软件调试：软件调试是通过对拥护程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序后，编辑，查看程序是否有逻辑的错误。第五章源程序;8255交通灯显示实验，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;****************根据查看端口资源修改下列符号值*******************IOY0EQU0DA00H;片选IOY0对应的端口始地址;*****************************************************************MY8255_AEQUIOY0+00H*4;8255的A口地址MY8255_BEQUIOY0+01H*4;8255的B口地址MY8255_CEQUIOY0+02H*4;8255的C口地址MY8255_MODEEQUIOY0+03H*4;8255的控制寄存器地址STACK1SEGMENTSTACKDW256DUP(?)STACK1ENDSDATASEGMENTLADB?;定义数据变量LBDB?DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXMOVDX,MY8255_MODE;定义8255工作方式MOVAL,80H;工作方式0，A口和B口为输出OUTDXLOOP1:MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，东方向绿灯亮,南方向红灯亮MOVAL,3CHOUTDXMOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，西方向绿灯亮,北方向红灯亮MOVAL,3CHOUTDXCALLDALLY1MOVCX,08HL1:MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，东方向黄灯亮,南方向红灯亮MOVAL,0FCHOUTDX,MOVDX,MY8255_B;写A口发出的数据，西方向黄灯亮,北方向红灯亮MOVAL,0FCHOUTDX,CALLDALLY2MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，东方向黄灯灭,南北方向红灯亮MOVAL,30HOUTDXMOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，西方向黄灯灭,南北方向红灯亮MOVAL,30HOUTDXCALLDALLY2LOOPL1MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，东方向红灯亮,南方向绿灯亮MOVAL,0C3HOUTDXMOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，西方向红灯亮,北方向绿灯亮MOVAL,0C3HOUTDXCALLDALLY1MOVCX,08HL2:MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，南方向黄灯亮,东方向红灯亮MOVAL,0F3HOUTDX,MOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，北方向黄灯亮,西方向红灯亮MOVAL,0F3HOUTDXCALLDALLY2MOVDX,MY8255_A;写A口发出的数据，南北方向黄灯灭,东方向红灯亮MOVAL,0C0HOUTDX,MOVDX,MY8255_B;写B口发出的数据，南北方向黄灯灭,西方向红灯亮MOVAL,0C0HOUTDXCALLDALLY2LOOPL2MOVAH,1;判断是否有按键按下，调用功能号1INT16H;ROMBIOS功能调用JZLOOP1;无按键则跳回继续循环，有则退出QUIT:MOVAX,4C00H;结束程序退出INT21H;DOS系统功能调用DALLYPROCNEAR;软件延时子程序PUSHCXPUSHAXMOV