摘 要

   隨著電子技術的發展，計算機在現代科學技術的發展中起著越來

越重要的作用。多媒體技術、網絡技術、智能信息處理技術、自適用控制技術、數據挖掘與處理技術等都離不開計算機。本課程設計是基于微機原理與接口技術的簡單應用。運用所學的微機原理和接口技術知識完成交通燈系統。通過硬件與軟件的結合，用我們剛剛學過的匯編語言編寫程序模擬分析了現代城市交通控制與管理問題的現狀，結合交通的實際情況闡述了交通燈控制系統的工作原理，給出了一種簡單實用的交通燈控制系統的硬件、軟件電路設計方案。該系統適用于單主干道的十字路口，。現假定其主干道為東西方向，次干道為南北方向。可隨意進行更改雙向的通行時間，該功能能實現加中斷控制和手動控制的方式進行,紅綠燈切換時有閃爍功能以警示車輛和行人將進行紅綠燈切換。當有交通堵塞或緊急狀況時可進行中斷手動控制，使交通安全與交通流暢度得以保證。

前 言

電子課程設計是電子技術學習中非常重要的一個環節，是將理論知識和實踐能力相統一的一個環節，是真正鍛煉學生能力的一個環節。交通燈能保證行人過馬路的安全,控制交通狀況等優點受到人們的歡迎，在很多場合得到了廣泛的應用。

交通燈是采用計算機通過編寫匯編語言程序控制的。紅燈停，綠燈行的交通規則。廣泛用于十字路口,車站, 碼頭等公共場所,成為人們出行生活中不可少的必需品,由于計算機技術的成熟與廣泛應用,使得交通燈的功能多樣化,遠遠超過老式交通燈, 交通燈的數字化給人們生產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、鳴笛警示，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。還可以根據主、次干道的交通狀況的不同任意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。現在的交通燈系統很多都增加了智能控制環節，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。

要將交通燈系統產品化，應該根據客戶不同的需求進行不同的設計，應該在程序中增加一些可以人為改變的參數，以便客戶根據不同的需要隨時調節交通燈。因此，研究交通燈及擴大其應用，有著非常現實的意義。

目錄

第一章 交通燈控制系統設計的概述

十字道口的紅綠燈是交通法規的無聲命令，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。當前，國內大多數城市正在采用“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50秒；要么根據交通規律，東西方向60秒，南北方向40秒，時間控制都是固定的。交通燈的時間控制顯示，以固定時間值預先“固化”在單片機中，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，還經常受人為因素的影響。采用定時控制經常造成道路有效應用時間的浪費，出現綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當前道路上交通車輛數的實際情況變化，其最大的缺陷就在于當路況發生變化時，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，有一種使用“模糊控制”技術控制交通燈的方法。能夠根據十字路口兩個方向上車輛動態狀況，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。但是卻不像定時控制，能用數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。

第二章 交通燈控制的方案設計

設計中使用了8259中斷控制器、8255A可編程并行接口實現了，對南北、東西方向交通的分別計時、分別控制，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,可隨意進行更改雙向的通行時間。

城市十字交叉路口紅綠燈控制系統主要負責控制東西走向和南北走向的紅綠燈的狀態和轉換順序,關鍵是各個狀態之間的轉換和進行適當的時間延時,正是基于以上考慮,采用如下設計:

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點亮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。此時南北方向仍維持紅燈點亮。

3．東西方向的紅（綠）燈閃爍5秒鐘后，轉為南北方向放行60秒鐘。即東西方向的紅燈和南北方向的綠燈同時點亮60秒鐘；
    4．南北方向放行60秒鐘后，轉為南北方向的紅（綠）燈閃爍5秒鐘，以警示將切換紅綠燈。此時東西方向仍維持紅燈點亮。
    5．南北方向的紅（綠）燈閃爍5秒鐘后轉為東西方向放行1分鐘。如此循環重復。

第三章 交通燈的硬件設計

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相對簡單。完整系統的硬件連接如圖1所示。硬件電路由R-S觸發器電路、發光二極管模塊、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：

3.2．1 8259A的工作原理

1、數據總線緩沖器:8259A與系統數據總線的接口，是8位雙向三態緩沖器。CPU與8259A之間的控制命令信息、狀態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通過它實現對8259A的讀/寫操作。

3、級連緩沖器:用以實現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先級別，以決定是否產生多重中斷或中斷嵌套。

3.2．2 8255A的工作原理

1、8255A的內部結構:

1)數據總線緩沖器:這是一個雙向三態的8位數據緩沖器，它是8255A與微機系統數據總線的接口。輸入輸出的數據、CPU輸出的控制字以及CPU輸入的狀態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位數據輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數據輸入鎖存器。B端口包含一個8位數據輸入/輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數據輸入緩沖器。C端口包含一個8位數據輸出鎖存器和緩沖器，一個8位數據輸入緩沖器(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輸出的控制字或數據送至相應端口，也由它來控制把狀態信息或輸入數據通過相應的端口送到CPU。

2、引腳信號

8255A的引腳如圖7.5所示，分為數據線、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、雙向數據線，與CPU數據總線連接，用來傳送數據。

（chip select）：片選信號線，低電平有效時，芯片被選中。

A1, A0（port address）：地址線，用來選擇內部端口。

（read）：讀出信號線，低電平有效時，允許數據讀出。

（write）：寫入信號線，低電平有效時，允許數據寫入。

RESET（reset)：復位信號線，高電平有效時，

將所有內部寄存器（包括控制寄存器）清0。

PA7～PA0（port A）：A口輸入/輸出信號線。

PB7～PB0（port B）：B口輸入/輸出信號線。

PC7～PC0（port C）：C口輸入/輸出信號線。

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

交通燈控制系統程序流程圖

第四章   交通燈控制系統的軟件設計

4.1、交通燈控制系統的源程序

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   ;進棧 保存數據段

MOV AX,0000H;數據段清零

MOV DS,AX

MOV AX,OFFSET IRQ7  ;;7號中斷偏移地址

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10s

MOV BX,6H ;循環次數

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 ；無條件 跳轉，循環

JMP START； 無條件 跳轉，循環

IRQ7:  MOV DX,MY8255_A                  ；中斷服務程序，出現緊急情況

MOV AL,00000011B

OUT DX,AL

MOV DX,MY8255_C

MOV AL,11000011B

OUT DX,AL

CALL DELAYED1;   延時10s

MOV AL,20H

OUT 20H,AL

IRET            ；恢復

DELAYED1:                   ；延時程序10s

MOV AX,30

L3: MOV CX,0FFFFH

LOOP $

DEC AX

JNZ L3

RET

DELAYED2:MOV CX,0FFFFH ；   延時程序5s

LOOP $

RET

CODE ENDS

END START

4.2、系統硬件原理圖：

第五章  交通燈控制系統的設計總結

在本次設計中，使用了8259A中斷控制器、8255可編程并行接口實現了，對南北、東西方向交通的分別計時、分別控制，但是程序沒有實現對雙向交通的數碼顯示，數碼顯示模塊空缺，會盡快將程序補全，使其具有完整的交通燈功與其他設計相比。

十字道口的紅綠燈是交通法規的無聲命令，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。當前，國內大多數城市正在采用“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；要么根據交通規律，東西方向60秒，南北方向40秒，時間控制都是固定的。交通燈的時間控制顯示，以固定時間值預先“固化”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，還經常受認為因素的影響。采用定時控制經常造成道路有效應用時間的浪費，出現綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當前道路上交通車輛數的實際情況變化，其最大的缺陷就在于當路況發生變化時，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，有一種使用“模糊控制”技術控制交通燈的方法。能夠根據十字路口兩個方向上車輛動態狀況，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。但是卻不像定時控制，能用數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。

本次課程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,可隨意進行更改雙向的通行時間。

心得與體會

此次實習可以說是獲益匪淺。通過查閱了很多資料，了解了許多匯編程序的思想，擴展了自己的視野，不再僅僅局限于書本中幾條簡短的程序，而且更重要的是明白寫程序的態度：仔細謹慎，精益求精。在程序中添加了黃燈閃爍，更加醒目。另外加入能夠實現各路口綠燈顯示時間不同，適應在主干道和支線路口中使用。在系統加電調試中，針對一些問題，熟練掌握了根據原理分步測試，將錯誤之處縮小的最小范圍內。

    通過該課程設計，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。通過把該算法的內容，算法的執行順序在計算機上實現，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。

而且在設計中，把死板的課本知識變得生動有趣，激發了學習的積極性。把學過的計算機編譯原理的知識強化，能夠把課堂上學的知識通過自己設計的程序表示出來，加深了對理論知識的理解。以前對與計算機操作系統的認識是模糊的，概念上的，現在通過自己動手做實驗，從實踐上認識了操作系統是如何處理命令的，如何協調計算機內部各個部件運行，對計算機編譯原理的認識更加深刻。課程設計中程序比較復雜，在調試時應該仔細，在程序調試時，注意指針，將不必要的命令去除。