摘 要

   隨著電子技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中起著越來(lái)

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(jì)算機(jī)。本課程設(shè)計(jì)是基于微機(jī)原理與接口技術(shù)的簡(jiǎn)單應(yīng)用。運(yùn)用所學(xué)的微機(jī)原理和接口技術(shù)知識(shí)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(xué)過的匯編語(yǔ)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(shí)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(jiǎn)單實(shí)用的交通燈控制系統(tǒng)的硬件、軟件電路設(shè)計(jì)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(jìn)行更改雙向的通行時(shí)間，該功能能實(shí)現(xiàn)加中斷控制和手動(dòng)控制的方式進(jìn)行,紅綠燈切換時(shí)有閃爍功能以警示車輛和行人將進(jìn)行紅綠燈切換。當(dāng)有交通堵塞或緊急狀況時(shí)可進(jìn)行中斷手動(dòng)控制，使交通安全與交通流暢度得以保證。

前 言

電子課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是將理論知識(shí)和實(shí)踐能力相統(tǒng)一的一個(gè)環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個(gè)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(diǎn)受到人們的歡迎，在很多場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。

交通燈是采用計(jì)算機(jī)通過編寫匯編語(yǔ)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(chǎng)所,成為人們出行生活中不可少的必需品,由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟與廣泛應(yīng)用,使得交通燈的功能多樣化,遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了交通燈的功能。諸如閃爍警示、鳴笛警示，時(shí)間程序自動(dòng)控制、倒計(jì)時(shí)顯示，所有這些，都是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的。還可以根據(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(shí)間。或者給紅綠色盲聲音警示的人性化設(shè)計(jì)。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(duì)闖紅燈的車輛進(jìn)行拍照。當(dāng)某方向紅燈亮?xí)r，此時(shí)相應(yīng)的傳感器開始工作，當(dāng)有車輛通過時(shí)，照相機(jī)就把車輛拍下。

要將交通燈系統(tǒng)產(chǎn)品化，應(yīng)該根據(jù)客戶不同的需求進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，應(yīng)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(shí)調(diào)節(jié)交通燈。因此，研究交通燈及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。

目錄

第一章 交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概述

十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無(wú)聲命令，是司機(jī)和行人的行為準(zhǔn)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(dāng)前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市正在采用“自動(dòng)”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈—綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動(dòng)切換。它們一般由“通行與禁止時(shí)間控制顯示、紅黃綠三色信號(hào)燈和方向指示燈”三部分組成。在交通燈的通行與禁止時(shí)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(shí)間控制都是固定的。交通燈的時(shí)間控制顯示，以固定時(shí)間值預(yù)先“固化”在單片機(jī)中，每次只是以一定周期交替變化。但是，實(shí)際上不同時(shí)刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機(jī)的，還經(jīng)常受人為因素的影響。采用定時(shí)控制經(jīng)常造成道路有效應(yīng)用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當(dāng)前道路上交通車輛數(shù)的實(shí)際情況變化，其最大的缺陷就在于當(dāng)路況發(fā)生變化時(shí)，不能滿足司機(jī)與路人的實(shí)際需要，輕者造成時(shí)間上的浪費(fèi)，重者直接導(dǎo)致交通堵塞，導(dǎo)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(gè)方向上車輛動(dòng)態(tài)狀況，自動(dòng)判斷紅綠燈時(shí)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(shí)控制，能用數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時(shí)間，以便于駕駛員隨時(shí)掌握自己的駕駛動(dòng)作，及時(shí)停車或啟動(dòng)。

第二章 交通燈控制的方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)中使用了8259中斷控制器、8255A可編程并行接口實(shí)現(xiàn)了，對(duì)南北、東西方向交通的分別計(jì)時(shí)、分別控制，設(shè)計(jì)采用定時(shí)加中斷控制的方式進(jìn)行,對(duì)兩個(gè)方向車輛的通行時(shí)間分別計(jì)時(shí),可隨意進(jìn)行更改雙向的通行時(shí)間。

城市十字交叉路口紅綠燈控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)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(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和進(jìn)行適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延時(shí),正是基于以上考慮,采用如下設(shè)計(jì):

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(shí)點(diǎn)亮1分鐘；

2．1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(shí)南北方向仍維持紅燈點(diǎn)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(shí)點(diǎn)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(shí)東西方向仍維持紅燈點(diǎn)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(fù)。

第三章 交通燈的硬件設(shè)計(jì)

本課題的設(shè)計(jì)可通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)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(shí)只要設(shè)計(jì)模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)的對(duì)應(yīng)接線關(guān)圖系圖如下所示：

3.2．1 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(shí)現(xiàn)對(duì)8259A的讀/寫操作。

3、級(jí)連緩沖器:用以實(shí)現(xiàn)8259A芯片之間的級(jí)連，使得中斷源可以由8級(jí)擴(kuò)展至64級(jí)。

4、控制邏輯電路:對(duì)整個(gè)芯片內(nèi)部各部件的工作進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制。

5、中斷請(qǐng)求寄存器IRR:8位，用以分別保存8個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，當(dāng)響應(yīng)的中斷請(qǐng)求輸入腳有中斷請(qǐng)求時(shí)，該寄存器的相應(yīng)位置1。

6、中斷屏蔽寄存器IMR:8位，相應(yīng)位用以對(duì)8個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行屏蔽控制。當(dāng)其中某位置“0“時(shí)，則相應(yīng)的中斷請(qǐng)求可以向CPU提出；否則，相應(yīng)的中斷請(qǐng)求被屏蔽，即不允許向CPU提出中斷請(qǐng)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(wù)寄存器ISR:8位，當(dāng)CPU正在處理某個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求時(shí)，ISR寄存器中的相應(yīng)位置1。

8、用以比較正在處理的中斷和剛剛進(jìn)入的中斷請(qǐng)求之間的優(yōu)先級(jí)別，以決定是否產(chǎn)生多重中斷或中斷嵌套。

3.2．2 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(gè)雙向三態(tài)的8位數(shù)據(jù)緩沖器，它是8255A與微機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口。輸入輸出的數(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(gè)緩沖器傳送的。

2)三個(gè)端口A，B和C:A端口包含一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。B端口包含一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入/輸出鎖存器和緩沖器，一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。C端口包含一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個(gè)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(duì)于CPU而言，共用一個(gè)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)�C口按位復(fù)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(duì)C口按位復(fù)位命令字可對(duì)C口的每一位實(shí)現(xiàn)置位或復(fù)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(lái)控制把CPU輸出的控制字或數(shù)據(jù)送至相應(yīng)端口，也由它來(lái)控制把狀態(tài)信息或輸入數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的端口送到CPU。

2、引腳信號(hào)

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。

D7～D0（data bus）：三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)線，與CPU數(shù)據(jù)總線連接，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)。

（chip select）：片選信號(hào)線，低電平有效時(shí)，芯片被選中。

A1, A0（port address）：地址線，用來(lái)選擇內(nèi)部端口。

（read）：讀出信號(hào)線，低電平有效時(shí)，允許數(shù)據(jù)讀出。

（write）：寫入信號(hào)線，低電平有效時(shí)，允許數(shù)據(jù)寫入。

RESET（reset)：復(fù)位信號(hào)線，高電平有效時(shí)，

將所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）清0。

PA7～PA0（port A）：A口輸入/輸出信號(hào)線。

PB7～PB0（port B）：B口輸入/輸出信號(hào)線。

PC7～PC0（port C）：C口輸入/輸出信號(hào)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

交通燈控制系統(tǒng)程序流程圖

第四章   交通燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

4.1、交通燈控制系統(tǒng)的源程序

MY8255_A EQU 60H ;方式2 C口低四位

出

MY8255_B EQU 61H ;     c口低四位輸入

MY8255_C EQU 62H；

MY8255_CON EQU 63H

CODE SEGMENT

ASSUME CS:CODE

START:

MOV DX,MY8255_CON

MOV AL,82H；方式0；A輸出，c口輸出，B組方式0，B口輸入

OUT DX,AL

PUSH DS   ;進(jìn)棧 保存數(shù)據(jù)段

MOV AX,0000H;數(shù)據(jù)段清零

MOV DS,AX

MOV AX,OFFSET IRQ7  ;;7號(hào)中斷偏移地址

MOV SI,003CH

MOV [SI],AX

MOV AX,CS

MOV SI,003EH

MOV [SI],AX

POP DS;出棧

IN AL,21H;讀8259中斷屏蔽字

AND AL,7FH;開放8259中斷IRQ7

OUT 21H,AL;輸出到8259地址

MOV DX,MY8255_A ;放初值 南北紅燈亮，

MOV AL,003H

OUT DX,AL

MOV DX,MY8255_C   ;東西綠燈亮

MOV AL,00CH

OUT DX,AL

CALL DELAYED1 ;延時(shí)10s

MOV BX,6H ;循環(huán)次數(shù)

L1:

MOV DX,MY8255_A

MOV AL,00000011B ；南北綠燈亮

OUT DX,AL

MOV DX,MY8255_C

MOV AL,00001100B ；

OUT DX,AL

CALL DELAYED2 ;跳5s

MOV DX,MY8255_A

MOV AL,00001111B

OUT DX,AL

MOV DX,MY8255_C

MOV AL,00001100B

OUT DX,AL

CALL DELAYED2

DEC BX

JNZ L1 ;閃爍5秒

MOV DX,MY8255_A

MOV AL,00001100B

OUT DX,AL

MOV DX,MY8255_C

MOV AL,00000011B

OUT DX,AL

CALL DELAYED1 ；10s

MOV BX,6H

L2:

MOV DX,MY8255_A

MOV AL,00001100B

OUT DX,AL

MOV DX,MY8255_C

MOV AL,00000011B

OUT DX,AL

CALL DELAYED2 ；閃5s

MOV DX,MY8255_A

MOV AL,00001100B

OUT DX,AL

MOV DX,MY8255_C

MOV AL,00001111B

OUT DX,AL

CALL DELAYED2 ；閃5s

DEC BX

JNZ L2 ；無(wú)條件 跳轉(zhuǎn)，循環(huán)

JMP START； 無(wú)條件 跳轉(zhuǎn)，循環(huán)

IRQ7:  MOV DX,MY8255_A                  ；中斷服務(wù)程序，出現(xiàn)緊急情況

MOV AL,00000011B

OUT DX,AL

MOV DX,MY8255_C

MOV AL,11000011B

OUT DX,AL

CALL DELAYED1;   延時(shí)10s

MOV AL,20H

OUT 20H,AL

IRET            ；恢復(fù)

DELAYED1:                   ；延時(shí)程序10s

MOV AX,30

L3: MOV CX,0FFFFH

LOOP $

DEC AX

JNZ L3

RET

DELAYED2:MOV CX,0FFFFH ；   延時(shí)程序5s

LOOP $

RET

CODE ENDS

END START

4.2、系統(tǒng)硬件原理圖：

第五章  交通燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總結(jié)

在本次設(shè)計(jì)中，使用了8259A中斷控制器、8255可編程并行接口實(shí)現(xiàn)了，對(duì)南北、東西方向交通的分別計(jì)時(shí)、分別控制，但是程序沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)雙向交通的數(shù)碼顯示，數(shù)碼顯示模塊空缺，會(huì)盡快將程序補(bǔ)全，使其具有完整的交通燈功與其他設(shè)計(jì)相比。

十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無(wú)聲命令，是司機(jī)和行人的行為準(zhǔn)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(dāng)前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)城市正在采用“自動(dòng)”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈—綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動(dòng)切換。它們一般由“通行與禁止時(shí)間控制顯示、紅黃綠三色信號(hào)燈和方向指示燈”三部分組成。在交通燈的通行與禁止時(shí)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(shí)間控制都是固定的。交通燈的時(shí)間控制顯示，以固定時(shí)間值預(yù)先“固化”在芯片中，每次只是以一定周期交替變化。但是，實(shí)際上不同時(shí)刻的車輛流通狀況是十分復(fù)雜的，是高度非線性的、隨機(jī)的，還經(jīng)常受認(rèn)為因素的影響。采用定時(shí)控制經(jīng)常造成道路有效應(yīng)用時(shí)間的浪費(fèi)，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當(dāng)前道路上交通車輛數(shù)的實(shí)際情況變化，其最大的缺陷就在于當(dāng)路況發(fā)生變化時(shí)，不能滿足司機(jī)與路人的實(shí)際需要，輕者造成時(shí)間上的浪費(fèi)，重者直接導(dǎo)致交通堵塞，導(dǎo)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(gè)方向上車輛動(dòng)態(tài)狀況，自動(dòng)判斷紅綠燈時(shí)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(shí)控制，能用數(shù)字顯示器顯示當(dāng)前燈色剩余時(shí)間，以便于駕駛員隨時(shí)掌握自己的駕駛動(dòng)作，及時(shí)停車或啟動(dòng)。

本次課程設(shè)計(jì)采用定時(shí)加中斷控制的方式進(jìn)行,對(duì)兩個(gè)方向車輛的通行時(shí)間分別計(jì)時(shí),可隨意進(jìn)行更改雙向的通行時(shí)間。

心得與體會(huì)

此次實(shí)習(xí)可以說(shuō)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(kuò)展了自己的視野，不再僅僅局限于書本中幾條簡(jiǎn)短的程序，而且更重要的是明白寫程序的態(tài)度：仔細(xì)謹(jǐn)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(shí)間不同，適應(yīng)在主干道和支線路口中使用。在系統(tǒng)加電調(diào)試中，針對(duì)一些問題，熟練掌握了根據(jù)原理分步測(cè)試，將錯(cuò)誤之處縮小的最小范圍內(nèi)。

    通過該課程設(shè)計(jì)，掌握了什么是編譯程序，編譯程序工作的基本過程及其各階段的基本任務(wù)，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(duì)課本上的知識(shí)有了更深的理解，課本上的知識(shí)師機(jī)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(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，把原來(lái)以為很深?yuàn)W的書本知識(shí)變的更為簡(jiǎn)單，對(duì)實(shí)驗(yàn)原理有更深的理解。

而且在設(shè)計(jì)中，把死板的課本知識(shí)變得生動(dòng)有趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)的積極性。把學(xué)過的計(jì)算機(jī)編譯原理的知識(shí)強(qiáng)化，能夠把課堂上學(xué)的知識(shí)通過自己設(shè)計(jì)的程序表示出來(lái)，加深了對(duì)理論知識(shí)的理解。以前對(duì)與計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)是模糊的，概念上的，現(xiàn)在通過自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，從實(shí)踐上認(rèn)識(shí)了操作系統(tǒng)是如何處理命令的，如何協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)內(nèi)部各個(gè)部件運(yùn)行，對(duì)計(jì)算機(jī)編譯原理的認(rèn)識(shí)更加深刻。課程設(shè)計(jì)中程序比較復(fù)雜，在調(diào)試時(shí)應(yīng)該仔細(xì)，在程序調(diào)試時(shí)，注意指針，將不必要的命令去除。