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1、8255A应用交通灯控制前 言随着电子技术的发展,计算机在现代科学技术的发展中起着越来越重要的作用。多媒体技术、网络技术、智能信息处理技术、自适用控制技术、数据挖掘与处理技术等都离不开计算机。本课程设计是基于微机原理与接口技术的简单应用。运用所学的微机原理和接口技术知识完成交通灯系统。通过硬件与软件的结合,用我们刚刚学过的汇编语言编写程序模拟分析了现代城市交通控制与管理问题的现状,结合交通的实际情况阐述了交通灯控制系统的工作原理,给出了一种简单实用的交通灯控制系统的硬件、软件电路设计方案。交通灯是采用计算机通过编写汇编语言程序控制的。红灯停,绿灯行的交通规则。广泛用于十字路口,车站, 码头等公
2、共场所,成为人们出行生活中不可少的必需品,由于计算机技术的成熟与广泛应用,使得交通灯的功能多样化,远远超过老式交通灯, 交通灯的数字化给人们生产生活带来了极大的方便,而且大扩展了交通灯的功能。诸如闪烁警示、鸣笛警示,时间程序自动控制、倒计时显示,所有这些,都是以计算机为基础的。还可以根据主、次干道的交通状况的不同任意设置各自的不同的通行时间。或者给红绿色盲声音警示的人性化设计。现在的交通灯系统很多都增加了智能控制环节,比如对闯红灯的车辆进行拍照。当某方向红灯亮时,此时相应的传感器开始工作,当有车辆通过时,照相机就把车辆拍下。要将交通灯系统产品化,应该根据客户不同的需求进行不同的设计,应该在程序
3、中增加一些可以人为改变的参数,以便客户根据不同的需要随时调节交通灯。因此,研究交通灯及扩大其应用,有着非常现实的意义。第一章交通灯设计的目的及要求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
4、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
5、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。本次课程设计是用固定的时间来设计交通灯的方案。 1.1设计目的 掌握8255A方式0的使用与编程方法 PC机及配套的接口电路实验装置IC芯片：8255A应用1.2设计要求 采用8255A设计交通灯控制的接口方案 插接电路 编写控制程序第二章 交通灯的设计方案设计中使用了8255A可编程并行接口实现了,对南北、东西方向交通的分别分别控制,设计采用定时控制的方式进行,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。城市十字交叉路口红绿灯控制系统主要负责控制东西走向和南北走向的红绿灯的状态和转换顺序,关键是各个状态之间的转换和进
6、行适当的时间延时,正是基于以上考虑,采用如下设计:1东西方向车辆放行30秒钟。即东西方向绿灯和南北方向的红灯同时点亮30秒；230秒后,东西方向的黄灯闪烁5次,以警示车辆将切换红绿灯。此时南北方向仍维持红灯点亮。3东西方向的黄灯闪烁之后,转为南北方向放行30秒钟。即东西方向的红灯和南北方向的绿灯同时点亮30秒钟；4南北方向放行60秒钟后,转为南北方向的黄灯闪烁5次,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后转为东西方向放行30秒钟。如此循环重复。 此外由于设计的需要,添加两个状态,即在黄灯点亮之后添加关闭的状态,这样来实现黄灯的闪烁。具体如下：考虑普通十字路口,交通
7、灯的控制可分东西向和南北向两组,每组可用红、黄、绿三个灯进行交通管理,所以本方案要点是对六个交通灯进行控制。由于灯光控制只需要开、关两个状态,所以可以采用开关量实施控制。开关量的输出可以采用8255A的端口,由于开关量有6位,所以采用8位端口,又因为灯光控制不需要联络信号,所以按照方式0输出即可。采用端口A,按一下方式连接：南北向：红灯接PA4,黄灯接PA5,绿灯接PA6;东西向：红灯接PA0,黄灯接PA1,绿灯接PA2;6个交通灯可能的状态如下：状态PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0PA状态说明00000000000关灯10001010014南北红,东西绿20001001012
8、南北红,东西黄30001000010南北红,东西关40100000141南北绿,东西红50010000121南北黄,东西红60000000101南北关,东西红从状态1到状态6依次循环变换,又状态2和3,状态5和6之间各循环5次。其中状态1和状态4持续30秒,其他状态持续0.5秒。按照上面的流程,依次把相应的控制码输出到端口A,6个交通灯就能够按照要现交通管理。第三章交通灯的电路设计部分3.1 设计原理3.1.18255A的工作原理1数据总线缓冲器:这是一个双向三态的8位数据缓冲器,它是8255A与微机系统数据总线的接口。输入输出的数据、CPU输出的控制字以及CPU输入的状态信息都是通过这个缓冲
9、器传送的。2三个端口A,B和C:A端口包含一个8位数据输出锁存器和缓冲器,一个8位数据输入锁存器。B端口包含一个8位数据输入/输出锁存器和缓冲器,一个8位数据输入缓冲器。C端口包含一个8位数据输出锁存器和缓冲器,一个8位数据输入缓冲器。3 A组和B组控制电路:这是两组根据CPU输出的控制字控制8255工作方式的电路,它们对于CPU而言,共用一个端口地址相同的控制字寄存器,接收CPU输出的一字节方式控制字或对C口按位复位字命令。方式控制字的高5位决定A组的工作方式,低3位决定B组的工作方式。对C口按位复位命令字可对C口的每一位实现置位或复位。A组控制电路控制A口和C口上半部,B组控制电路控制B口
10、和C口下半部。4读写控制逻辑:用来控制把CPU输出的控制字或数据送至相应端口,也由它来控制把状态信息或输入数据通过相应的端口送到CPU。2、引脚信号8255A的引脚如图所示,分为数据线、地址线、读/写控制线、输入/输出端口线和电源线。D7D0data bus：三态、双向数据线,与CPU数据总线连接,用来传送数据。chip select：片选信号线,低电平有效时,芯片被选中。A1, A0port address：地址线,用来选择部端口。read：读出信号线,低电平有效时,允许数据读出。write：写入信号线,低电平有效时,允许数据写入。RESETreset：复位信号线,高电平有效时,将所有部寄存
11、器包括控制寄存器清0。PA7PA0port A：A口输入/输出信号线。PB7PB0port B：B口输入/输出信号线。PC7PC0port C：C口输入/输出信号线。VCC：5V电源。 GND：电源地线。 3、8255A的 工作方式:方式0-基本输入输出方式；方式1-选通输入输出方式；方式2-双向选通输入输出方式。3.1.2 程序原理编译完成后下载运行程序东西方向的绿灯点亮30s同时南北方向的红灯点亮30s东西方向的黄灯闪烁5次同时南北方向红灯持续点亮亮60s南北方向的绿灯点亮30s同时东西方向的红灯点亮30s南北方向的黄灯闪烁5次同时东西方向红灯持续点亮交通灯控制系统程序流程图3.2 电路及
12、源程序3.2.1电路插接本实验利用装置提供的8255A芯片和逻辑电平显示器进行。将8255的数据线D0-D7,地址线A0、A1,控制线RESET,RD,WR,分别于总线相连,电源和地分别连接到实验箱的+5和地。将8255A芯片的端口A与6个逻辑电平显示器发光二极管之间连接。注意,对于红绿灯,只需连接红或绿一端,而对于黄灯,则同时连接红绿两端。电路图3.2.2 源程序整个过程的代码表：14,12,10,12,10,12,10,12,10,12,10,41,21,01,21,01,21,01,21,01,21,01程序依次从代码表中取出控制码输出到端口A,输出14H和41H后延时30秒,输出其他码
13、字后延时0.5秒,整个过程循环进行。程序如下DATA SEGMENTTIME1 EQU 10TIME2 EQU 80OUT_CODEDB 14H, 5 DUP, 41H, 5 DUP ,0DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DX,307HMOV AL,80HOUT DX,ALMOV DX,304HLOOP0:LEA SI,OUT_CODELOOP1:MOV AL,SIAND AL,ALJZ LOOP0OUT DX,ALINC SIMOV CX,TIME1TEST AL,44HJZ DELA
14、Y 1MOV CX,TIME2DELAYL: PUSH CXPUSH AXMOV CX,0040HL1: MOV AX,056CHL2:DEC AXJNZ L2LOOP L1POP AXPOP CXLOOP DELAYLMOV AX,0BHINT 21HAND AL,ALJZ LOOP1XOR AL,ALOUT DX,ALMOV AH,4CHINT 21HCODE ENDSENDS START第四章交通灯系统的调试与出现的问题4.1出现的问题 按照电路图将电路连接好后,编写程序,然后打开电源,编译,运行程序。观察出现的现象。调试的过程中发现电路接好之后,6个灯都亮了,而程序运行之后,所有的灯都
15、不亮了。这时没有办法,只有检查电路和程序,检查的过程中发现了8255A在连接过程中有部分线路连接错误,如片选接两个反相器之后应接在Y0上,结果我接在了Y1上,而PA0PA7应直接接在逻辑电平显示的地方,结果我加了很多的反相器,实际上这些反相器已经嵌在电路里了。电路检查好后,重新运行程序,观察到交通红绿灯的效果。4.2调试结果1东西方向车辆放行30秒钟。即东西方向绿灯和南北方向的红灯同时点亮30秒；230秒后,东西方向的黄灯闪烁5次,以警示车辆将切换红绿灯。此时南北方向仍维持红灯点亮。3东西方向的黄灯闪烁之后,转为南北方向放行30秒钟。即东西方向的红灯和南北方向的绿灯同时点亮30秒钟；4南北方向
16、放行60秒钟后,转为南北方向的黄灯闪烁5次,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后转为东西方向放行30秒钟。如此循环重复。第五章课程设计总结这次课程设计是关于交通灯的设计,设计中假设的是十字路口的交通灯,设计南北和东西方向的红绿灯的变化。如果说要做个完善的交通灯设计,当然要采用中断程序来控制此次实习可以说是获益匪浅。通过查阅了很多资料,了解了许多汇编程序的思想,扩展了自己的视野,不再仅仅局限于书本中几条简短的程序,而且更重要的是明白写程序的态度：仔细谨慎,精益求精。在程序中添加了黄灯闪烁,更加醒目。另外加入能够实现各路口绿灯显示时间不同,适应在主干道和支线路口中
17、使用。在系统加电调试中,针对一些问题,熟练掌握了根据原理分步测试,将错误之处缩小的最小围。通过该课程设计,掌握了什么是编译程序,编译程序工作的基本过程及其各阶段的基本任务,熟悉了编译程序总流程框图,了解了编译程序的生成过程、构造工具及其相关的技术对课本上的知识有了更深的理解,课本上的知识师机械的,表面的。通过把该算法的容,算法的执行顺序在计算机上实现,把原来以为很深奥的书本知识变的更为简单,对实验原理有更深的理解。而且在设计中,把死板的课本知识变得生动有趣,激发了学习的积极性。把学过的计算机编译原理的知识强化,能够把课堂上学的知识通过自己设计的程序表示出来,加深了对理论知识的理解。以前对与计算
18、机操作系统的认识是模糊的,概念上的,现在通过自己动手做实验,从实践上认识了操作系统是如何处理命令的,如何协调计算机部各个部件运行,对计算机编译原理的认识更加深刻。课程设计中程序比较复杂,在调试时应该仔细,在程序调试时,注意指针,将不必要的命令去除。主要参考文献1.微机原理里与接口技术 虎、周佩玲、傅忠谦、编著电子工业出版时间： 2008-4-12.汇编语言程序设计实验指导 蔡启先,王智文,黄晓璐 编著清华大学出版时间： 2008-3-13. 汇编语言程序设计 晓明,白凤凤,雅红 编著国防工业出版时间： 2009-1-14汇编语言实验教程 坤 编著清华大学出版时间： 2008-7-15. 汇编语言程序设计教程卜艳萍,周伟 编著清华大学出版时间： 2007-6-1
