摘 要

   隨著電子技術的發(fā)展，計算機在現(xiàn)代科學技術的發(fā)展中起著越來

越重要的作用。多媒體技術、網(wǎng)絡技術、智能信息處理技術、自適用控制技術、數(shù)據(jù)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(tǒng)。通過硬件與軟件的結(jié)合，用我們剛剛學過的匯編語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，給出了一種簡單實用的交通燈控制系統(tǒng)的硬件、軟件電路設計方案。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。可隨意進行更改雙向的通行時間，該功能能實現(xiàn)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(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生能力的一個環(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(guī)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(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、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(jù)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(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。

要將交通燈系統(tǒng)產(chǎn)品化，應該根據(jù)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(shù)，以便客戶根據(jù)不同的需要隨時調(diào)節(jié)交通燈。因此，研究交通燈及擴大其應用，有著非常現(xiàn)實的意義。

目錄

第一章 交通燈控制系統(tǒng)設計的概述

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。當前，國內(nèi)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(zhuǎn)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(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。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(jīng)常受人為因素的影響。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。    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(jù)十字路口兩個方向上車輛動態(tài)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(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。

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(xiàn)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(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(zhuǎn)換順序,關鍵是各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和進行適當?shù)臅r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(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點亮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(zhuǎn)為東西方向放行1分鐘。如此循環(huán)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(nèi)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(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(nèi)部各部件的工作進行協(xié)調(diào)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(nèi)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(yōu)先級別，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(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?qū)�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。

2、引腳信號

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，用來傳送數(shù)據(jù)。

（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(nèi)部端口。

（read）：讀出信號線，低電平有效時，允許數(shù)據(jù)讀出。

（write）：寫入信號線，低電平有效時，允許數(shù)據(jù)寫入。

RESET（reset)：復位信號線，高電平有效時，

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(tǒng)程序流程圖

第四章   交通燈控制系統(tǒng)的軟件設計

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(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 ；無條件 跳轉(zhuǎn)，循環(huán)

JMP START； 無條件 跳轉(zhuǎn)，循環(huán)

IRQ7:  MOV DX,MY8255_A                  ；中斷服務程序，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(tǒng)硬件原理圖：

第五章  交通燈控制系統(tǒng)的設計總結(jié)

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(xiàn)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(xiàn)對雙向交通的數(shù)碼顯示，數(shù)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(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。當前，國內(nèi)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(zhuǎn)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。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(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。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(jù)十字路口兩個方向上車輛動態(tài)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(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。

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(tài)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?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)加電調(diào)試中，針對一些問題，熟練掌握了根據(jù)原理分步測試，將錯誤之處縮小的最小范圍內(nèi)。

    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(gòu)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(nèi)容，算法的執(zhí)行順序在計算機上實現(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。

而且在設計中，把死板的課本知識變得生動有趣，激發(fā)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(tǒng)的認識是模糊的，概念上的，現(xiàn)在通過自己動手做實驗，從實踐上認識了操作系統(tǒng)是如何處理命令的，如何協(xié)調(diào)計算機內(nèi)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(diào)試時應該仔細，在程序調(diào)試時，注意指針，將不必要的命令去除。