微機原理 交通燈課程設計

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1、 高科學院 《 微型計算機原理與接口技術 》 資 料 標 簽 2014——2015 年 第一 學期 專 業(yè) ： 機械設計制造及其自動化 班 級 ： 2012級5班 學 號： 2012030537 姓 名： 獨永亮 指 導 教 師 ： 雷佩

2、 課程設計時間： 2014.12.18——2014.12.26 成 績： 批改時間： 二○一四～二○一五學年第 一 學期 高科學院 課程設計報告書 課程名稱： 微機原理課程設計 班 級： 2012級5班 學 號： 2012030537 姓

3、 名： 獨永亮 指導教師： 雷佩 二○一四年 十二 月 二十六 日 2014 年 秋 季學期 學生姓名 獨永亮 學 號 2012030537 專業(yè)方向 機械設計制造及其自動化 班 級 2012級5班 題目名稱 交通控制燈系統(tǒng) 題目介紹：紅綠燈是交通法規(guī)的無聲命令，是司機和行人的行為準則，是保證交通安全和道路暢通的關鍵。 一、 課程設計總結報告要求：

4、設計中使用了8259中斷控制器、8255可編程并行接口，實現(xiàn)了對南北、東西方向交通的分流控制，設計采用定時加中斷控制的方式進行,對兩個方向車輛的通行時間分別計時。 二、設計進度 周次 安排進度 備 注 第 16 周 周四 初步設計階段（查文獻） 對原始資料進行分析 周五 擬定初步方案 第 17 周 周一 硬件電路圖設計，軟件程序設計 周二 硬件圖與軟件程序聯(lián)機調試并驗證 周三 撰寫設計報告 周四 提交設計報告 指導教師簽字

5、: 目錄 前言………………………………………………………………… 1 1 交通燈設計的課題簡介………………………………………… 1 2 交通燈的設計方案……………………………………………… 1 3 交通燈具體設計………………………………………………… 2 3.1 電路原理………………………………………………… 2 3.2 系統(tǒng)原理………………………………………………… 3 3.2.1 8259A的工作原理……………………………………… 3 3.2.2 8255A的工作原理……………………………………… 3 4 程序原理圖……………………………………………

6、………… 5 5 程序設計………………………………………………………… 6 6 交通燈設計總結………………………………………………… 10 7 心得體會………………………………………………………… 10 8 參考文獻………………………………………………………… 11 前 言 因為在繁華的路口沒有安裝交通燈，時有慘劇發(fā)生。無規(guī)矩，不成方圓;紅燈停，綠燈行是我們必須遵循的交通規(guī)則。交通燈是采用計算機通過編寫匯編語言程序控制的。紅綠燈廣泛用于十字路口,車站等公共場所,成為人們出行生活中不可少的必需品,由于計算機技術的日益成熟與廣泛應用,使得交通燈的功能多樣化,

7、 交通燈的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便，而且大大地擴展了交通燈的功能。諸如閃爍警示、時間程序自動控制、倒計時顯示，所有這些，都是以計算機為基礎的。還可以根據(jù)主、次干道的交通狀況的不同，設置各自的不同的通行時間。或者給紅綠色盲聲音警示的人性化設計，現(xiàn)在的交通燈系統(tǒng)很多都增加了智能控制環(huán)節(jié)，比如對闖紅燈的車輛進行拍照。當某方向紅燈亮時，此時相應的傳感器開始工作，當有車輛通過時，照相機就把車輛拍下。這極大了保障了人民的生命安全。 13 1 交通燈設計的課題簡介 十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無聲命令，是司機和行人的行為準則。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鍵。

8、當前，國內大多數(shù)城市正在采用“自動”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈—綠燈”轉換間隔，并自動切換。它們一般由“通行與禁止時間控制顯示、紅黃綠三色信號燈和方向指示燈”三部分組成。在交通燈的通行與禁止時間控制顯示中，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，時間控制都是固定的。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復雜的，是高度非線性的、隨機的，還經(jīng)常受認為因素的影響。時逢節(jié)假日，不得不讓警察同志，冒著酷暑，嚴寒指揮交通，采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應用時間的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它無法判斷當前道路上交通車輛數(shù)的實際情況變化，其最大

9、的缺陷就在于當路況發(fā)生變化時，不能滿足司機與路人的實際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導致交通堵塞，導致城市交通效率的下降。 目前，有一種控制交通燈的方法，能夠根據(jù)十字路口兩個方向上車輛動態(tài)狀況，顯示前方擁堵狀況警示司機，自動判斷紅綠燈時間間隔，以保證最大車流量，減少道口的交通堵塞。但是卻不能夠像定時控制那樣，能用數(shù)字顯示器顯示當前燈色剩余時間，以便于駕駛員隨時掌握自己的駕駛動作，及時停車或啟動。 2 交通燈的設計方案 設計中使用了8259中斷控制器、8255可編程并行接口，實現(xiàn)了對南北、東西方向交通的分流控制，設計采用定時加中斷控制的方式進行,對兩個方向車輛的通行時間分別計時。 城

10、市十字交叉路口紅綠燈控制系統(tǒng)主要負責控制東西走向和南北走向的紅綠燈的狀態(tài)和轉換順序,關鍵是各個狀態(tài)之間的轉換和進行適當?shù)臅r間延時,正是基于以上考慮,設計如下: 1、東西方向車輛放行60秒鐘。即東西方向的綠燈和南北方向的紅燈同時點亮1分鐘； 2、1分鐘后，東西方向的黃燈閃爍5秒鐘，以警示車輛將切換紅綠燈。此時南北方向仍維持紅燈點亮。在南北方向亮紅燈期間，在2位數(shù)碼管上顯示計數(shù)值（每秒減1），從65減為0。 3、東西方向的黃燈閃爍5秒鐘后，轉為南北方向放行20秒鐘。即東西方向的紅燈和南北方向的綠燈同時點亮20秒鐘； 4、南北方向放行20秒鐘后，轉為南北方向的黃燈

11、閃爍5秒鐘，以警示將切換紅綠燈。此時東西方向仍維持紅燈點亮。 5、南北方向的黃燈閃爍5秒鐘后，再轉為東西方向車輛放行1分鐘。如此循環(huán)重復。 3 交通燈的具體設計 3.1電路原理 本課題的設計可通過實驗平臺上的一些功能模塊電路組成，由于各模塊電路內部已經(jīng)連接，用戶在使用時只要設計模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設計及實現(xiàn)相對簡單。完整系統(tǒng)的硬件連接如圖所示。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。實驗的對應接線關圖系圖如下所示： 上電路圖為紅綠燈模擬設計總電路圖，通過8086CPU系統(tǒng)總線來控制8255的A端口、B端口

12、，而A、B端口分別接LED發(fā)光二極管來控制十字路口紅綠燈。 紅、黃、綠燈的表示情況如下：由于儀器上面只有8個發(fā)光二級管，且從高到低依次標注了顏色。由8255控制8個LED發(fā)光二極管的亮與暗來表達十字路口的交通信號，A口表示東、南方向，B口表示西、北方向,綠燈和紅燈共同表示黃燈。可以通過發(fā)光二極管來判斷具體是哪個方向、哪個燈亮。 3.2.系統(tǒng)原理 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。

13、 2、讀/寫控制邏輯:CPU通過它實現(xiàn)對8259A的讀/寫操作。 3、級連緩沖器:用以實現(xiàn)8259A芯片之間的級連，使得中斷源可以由8級擴展至64級。 4、控制邏輯電路:對整個芯片內部各部件的工作進行協(xié)調和控制。 5、中斷請求寄存器IRR:8位，用以分別保存8個中斷請求信號，當響應的中斷請求輸入腳有中斷請求時，該寄存器的相應位置1。 6、中斷屏蔽寄存器IMR:8位，相應位用以對8個中斷源的中斷請求信號進行屏蔽控制。當其中某位置“0“時，則相應的中斷請求可以向CPU提出；否則，相應的中斷請求被屏蔽，即不允許向CPU提出中斷請求。該寄存器的內容為8259A的操作命令字OCW1，可以由程

14、序設置或改變。 7、中斷服務寄存器ISR:8位，當CPU正在處理某個中斷源的中斷請求時，ISR寄存器中的相應位置1。 8、用以比較正在處理的中斷和剛剛進入的中斷請求之間的優(yōu)先級別，以決定是否產(chǎn)生多重中斷或中斷嵌套。 3.2.2 8255的工作原理 1、8255的內部結構: 8255的內部結構及引腳 8255可編程外圍接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三個并行接口，用+5V單電源供電，能在以下三種方式下工作：方式0--基本輸入/出方式、方式1--選通輸入/出方式、方式2--雙向選通工作方式。8255的內部結構及引腳如上圖所示，8255

15、工作方式控制字和C口按位置位/復位控制字格式如下圖所示 2、8255工作方式控制字和C口按位置位/復位控制字格式 （1）數(shù)據(jù)總線緩沖器:這是一個雙向三態(tài)的8位數(shù)據(jù)緩沖器，它是8255A與微機系統(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)信息都是通過這個緩沖器傳送的。 （2）三個端口A，B和C:A端口包含一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。B端口包含一個8位數(shù)據(jù)輸入/輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。C端口包含一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器

16、(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，它們對于CPU而言，共用一個端口地址相同的控制字寄存器，接收CPU輸出的一字節(jié)方式控制字或對C口按位復位字命令。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C口按位復位命令字可對C口的每一位實現(xiàn)置位或復位。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:用來控制把CPU輸出的控制字或數(shù)據(jù)送至相應端口，也由它來控制把狀態(tài)信息或輸入數(shù)據(jù)通過相應的端口送到CPU。 3、引腳信號 8255A的引腳如圖所示，分為數(shù)據(jù)線、地址線、

17、讀/寫控制線、輸入/輸出端口線和電源線。 4程序原理圖 交通燈控制系統(tǒng)程序流程圖如下： 芯片初始化 東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮20秒 東西方向黃燈閃爍，南北方向紅燈亮5秒 東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮20秒 東西方向紅燈亮，南北方向黃燈閃爍5秒 有鍵按下？ 返回到DOS 結束 否 是 5 程序設計 IOY0 EQU 0DA00H ;片選IOY0對應的端口始地址 MY8255_A EQU IOY0+00H*4

18、 ;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 ENDS DATA SEGMENT LA DB ? ;定義數(shù)據(jù)變量 LB DB ? DATA ENDS CODE

19、 SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,MY8255_MODE ;定義8255工作方式 MOV AL,80H ;工作方式0，A口和B口為輸出 OUT DX,AL LOOP1: MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，東方向綠燈亮,南方向紅燈亮 MOV AL,3CH OUT DX,AL MOV DX,

20、MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，西方向綠燈亮,北方向紅燈亮 MOV AL,3CH OUT DX,AL CALL DALLY1 MOV CX,08H L1: MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，東方向黃燈亮,南方向紅燈亮 MOV AL,0FCH OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，西方向黃燈亮, 北方向紅燈亮 MOV AL,0FCH OUT DX,AL

21、CALL DALLY2 MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，東方向黃燈滅,南北方向紅燈亮 MOV AL,30H OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，西方向黃燈滅,南北方向紅燈亮 MOV AL,30H OUT DX,AL CALL DALLY2 LOOP L1 MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，東方向紅燈亮,南方向綠燈亮 MOV AL,0C3H OUT DX,AL MOV DX

22、,MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，西方向紅燈亮,北方向綠燈亮 MOV AL,0C3H OUT DX,AL CALL DALLY1 MOV CX,08H L2: MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，南方向黃燈亮,東方向紅燈亮 MOV AL,0F3H OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，北方向黃燈亮,西方向紅燈亮 MOV AL,0F3H OUT DX,AL C

23、ALL DALLY2 MOV DX,MY8255_A ;寫A口發(fā)出的數(shù)據(jù)，南北方向黃燈滅,東方向紅燈亮 MOV AL,0C0H OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;寫B(tài)口發(fā)出的數(shù)據(jù)，南北方向黃燈滅,西方向紅燈亮 MOV AL,0C0H OUT DX,AL CALL DALLY2 LOOP L2 MOV AH,1 ;判斷是否有按鍵按下，調用功能號1 INT 16H

24、 ;ROM BIOS 功能調用 JZ LOOP1 ;無按鍵則跳回繼續(xù)循環(huán)，有則退出 QUIT: MOV AX,4C00H ;結束程序退出 INT 21H ;DOS 系統(tǒng)功能調用 DALLY PROC NEAR ;軟件延時子程序 PUSH CX PUSH AX MOV CX,0FFFH D1: MOV AX,0FFFFH D2:

25、 DEC AX JNZ D2 LOOP D1 POP AX POP CX RET DALLY ENDP DALLY1 PROC NEAR ;軟件延時子程序，東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮 PUSH CX PUSH AX MOV CX,1EH D3: CALL DALLY LOOP D3 POP AX POP CX RET DALLY1 ENDP DALLY2

26、 PROC NEAR ;軟件延時子程序，黃燈閃爍（即亮與滅）的時間間隔， PUSH CX PUSH AX MOV CX,02H D4: CALL DALLY LOOP D4 POP AX POP CX RET DALLY2 ENDP CODE ENDS END START 6 交通燈設計總結 通過這次課程設計，讓我在課本理論知識的基礎上，更深入的了解了各種芯片的用法和程序的完成過程，調試方法及技巧，更加深了對微機原理這門課程的認識和理

27、解。在這一星期微機接口的課程設計，我對微機接口芯片有了更進一步的了解。這次實驗通過使用了8259A中斷控制器、8255可編程并行接口實現(xiàn)了對南北、東西方向交通的分別控制。了解了紅綠燈，電子警報器，定時器，等一系列通過電腦編程來完成的設備，不僅豐富了知識，還對生活中的各種自動化程序產(chǎn)生了濃厚的興趣。同時知道了紅綠燈設計過程中產(chǎn)生的各種缺陷，以及各種改良方法，或許以后會出現(xiàn)更加安全，智能的紅綠燈?，F(xiàn)階段的交通燈的時間控制顯示，以固定時間值在芯片中，每次只是以一定周期交替變化。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復雜的，是高度非線性的、隨機的，還經(jīng)常受認為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效

28、應用時間的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當前道路上交通車輛數(shù)的實際情況變化，其最大的缺陷就在于當路況發(fā)生變化時，不能滿足司機與路人的實際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導致交通堵塞，導致城市交通效率的下降。因此，缺陷的存在不可避免，現(xiàn)階段的技術還未達到更高級的水準。 7 心得與體會 此次課程設計可以說是獲益匪淺。通過查閱了很多資料，了解了許多匯編程序的過程以及思路，擴展了自己的視野，不再局限于書本中幾條簡短的程序，同時體會到寫程序的辛苦，而且更重要的是明白寫程序的態(tài)度：態(tài)度端正，思維嚴謹。另外，學習到了匯編過程，從點到面，提出問題到分析問題，找到解決方案。通過

29、該課程設計，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，熟悉了編譯程序總流程框圖，了解了編譯程序的生成過程、構造工具及其相關的技術對課本上的知識有了更深的理解，課本上的知識師機械的，表面的。把理論的內容，在計算機上實現(xiàn)，把原來以為很深奧的書本知識變的更為簡單，對實驗原理有更深的理解。通過課程設計，我的實際操作能力和設計能力都得到了一定的提高，但理論與實踐之間永遠是存在著一定差距的，要把理論知識充分靈活地運用于實踐是需要一定的實踐經(jīng)驗和牢固的理論基礎，希望以后能有更多這樣的實踐的機會。 8 主要參考文獻 [1].《微機原理與接口技術實驗與實踐教程 》 湯書森主編， 清

30、華大學出版社2008.2 [2].《微機原理里與接口技術》(第2版) 彭虎、周佩玲、傅忠謙編著，電子工業(yè)出版社 ， 出版時間 2008.4.1 [3].《微機原理里與接口技術》(第2版) 馮博琴 吳寧主編，清華大學出版社2007.8 [4].《微機接口實踐指導書 》 陳小竹主編， 中國計量信息工程 院 2005.3 微機原理與接口技術課程設計成績評定表 姓 名 獨永亮 學 號 2012030537 專業(yè)班級 機械設計制造及其自動化 課程設計題目：交通燈控制系統(tǒng) 課程設計記錄：

31、成績評定依據(jù)： 評 定 項 目 評 分 成 績 1.選題合理、目的明確（10分） 2.設計方案可行性、創(chuàng)新性（20分） 3.設計結果（系統(tǒng)原理圖、源程序、調試運行結果）（30分） 4.平時成績（態(tài)度認真、遵守紀律）（10分） 5.設計報告的規(guī)范性、參考文獻充分（不少于5篇）（10分） 6.答辯（20分） 總 分 最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定） 指導教師簽字： 年 月 日