交通灯控制系统方案设计书文档格式.docx
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电子信息与电气工程系
班级
自动化
(2)班
工程技术型
一、设计内容
在A道和B道的十字路口,A、B道各有两组交通指示灯,每组有红、黄绿三个灯。
A道的同色灯连在一起,B道的同色灯连在一起。
对各组的交通灯进行控制,以保证车辆在各道上通畅运行。
A、B组的交通灯工作过程为:
1.初始状态为A、B道都是红灯亮。
当控制系统启动后,A道的绿灯亮,B道的红灯亮。
2.当延时25秒后,A、B道的黄灯同时变亮,且延时5秒。
3.延时后,B道转为绿灯,A道转为红灯,且延时25秒。
4.25秒后,转为A、B道的黄灯亮,延时5秒后,回到第一步,以次重复进行,不断循环。
5.当遇到道路障通,或紧急情况时,A、B道全为红灯。
二、设计进程
(按课程设计周计算)
第一周设计任务:
(1):
明确学习目标,通过讨论研究题目程序。
(2):
三人轮流分工,把问题简单化。
并对实验室的单片机进行熟悉和调试
(3):
对程序进行调试直到正确为止
第二周设计任务:
(4):
构思交通灯的计划书
(5):
上网收取资料,对比和参考后完成课程设计报告
三、设计任务及要求
1.选用8088最小工作模式和适当的存储器及接口芯片,编程实现上述工作过程及要求。
2.用LED显示器显示绿灯延时时间。
3.用相应的发光二极管来代替交通灯,用发光二极管的亮灭显示交通灯的工作情况。
4.系统有启动按钮和停止按钮,按启动按钮后,系统从第一步开始循环,按停止按钮后,无论在那一步,应回到初始状态。
5.画出详细的硬件接线图。
6.给出程序的设计思路,画出详细的程序流程框图。
7.给出程序清单并加上必要的注释。
完成设计说明书(包括封面、目录、设计任务书、硬件设计思路、硬件原理图、软件设计思路、程序流程框图、程序清单、所用器件型号、总结体会、参考文献等)。
四、意义:
1.运用所学的微机原理和接口技术知识完成交通灯系统
2.熟悉8255的工作模式
五、参考文献:
1.《微型计算机原理及接口技术》实验指导书;
2.《汇编语言程序设计》南京大学出版社姚君遗编著;
3.《汇编语言程序设计教程》清华大学出版社杨记文编著;
4.《微型计算机原理及接口技术》中国科技大学出版社吴秀清周荷琴编著;
5.《汇编语言程序设计实验指导》清华大学出版社蔡启文,王志文,黄晓璐
系主任:
谭敏指导教师:
丁健
第四部分交通灯设计的简介
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,国内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B、A两方向各50秒;
要么根据交通规律,B方向60秒,A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“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。
第五部分交通灯的设计方案
设计中使用了8259中断控制器、8255A可编程并行接口实现了,对A、B方向交通的分别计时、分别控制,设计采用定时加中断控制的方式进行,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B走向和A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行适当的时间延时,正是基于以上考虑,采用如下设计:
1.初始状态为A、B道都是红灯亮。
2.当延时25秒后,A、B道的黄灯同时变亮,且延时5秒。
3.延时后,B道转为绿灯,A道转为红灯,且延时25秒。
4.25秒后,转为A、B道的黄灯亮,延时5秒后,回到第一步,以次重复进行,不断循环。
5.当遇到道路障通,或紧急情况时,A、B道全为红灯。
5.1电路原理
本课题的设计可通过实验平台上的一些功能模块电路组成,由于各模块电路内部已经连接,用户在使用时只要设计模块间电路的连接,因此,硬件电路的设计及实现相对简单。
完整系统的硬件连接如图1所示。
硬件电路由R-S触发器电路、发光二极管模块、8255可编程并行接口模块和紧急中断模块8259组成。
实验的对应接线关图系图如下所示:
5.2.系统原理
5.2.18259A的结构原理
1、数据总线缓冲器:
8259A与系统数据总线的接口,是8位双向三态缓冲器。
CPU与8259A之间的控制命令信息、状态信息以及中断类型信息,都是通过缓冲器传送的。
2、读/写控制逻辑:
CPU通过它实现对8259A的读/写操作。
3、级连缓冲器:
用以实现8259A芯片之间的级连,使得中断源可以由8级扩展至64级。
4、控制逻辑电路:
对整个芯片内部各部件的工作进行协调和控制。
5、中断请求寄存器IRR:
8位,用以分别保存8个中断请求信号,当响应的中断请求输入脚有中断请求时,该寄存器的相应位置1。
6、中断屏蔽寄存器IMR:
8位,相应位用以对8个中断源的中断请求信号进行屏蔽控制。
当其中某位置“0“时,则相应的中断请求可以向CPU提出;
否则,相应的中断请求被屏蔽,即不允许向CPU提出中断请求。
该寄存器的内容为8259A的操作命令字OCW1,可以由程序设置或改变。
7、中断服务寄存器ISR:
8位,当CPU正在处理某个中断源的中断请求时,ISR寄存器中的相应位置1。
8、用以比较正在处理的中断和刚刚进入的中断请求之间的优先级别,以决定是否产生多重中断或中断嵌套。
5.2.28255A的工作原理
1、8255A的内部结构:
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(输入没有锁存器)。
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7.5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。
D7~D0(databus):
三态、双向数据线,与CPU数据总线连接,用来传送数据。
(chipselect):
片选信号线,低电平有效时,芯片被选中。
A1,A0(portaddress):
地址线,用来选择内部端口。
(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。
RESET(reset):
复位信号线,高电平有效时,
将所有内部寄存器(包括控制寄存器)清0。
PA7~PA0(portA):
A口输入/输出信号线。
PB7~PB0(portB):
B口输入/输出信号线。
PC7~PC0(portC):
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。
5.374L138工作原理
5.3.174LS138与74HC的引脚图
用与非门组成的3线-8线译码器74LS138
5.3.23线-8线译码器74LS138的功能表
无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出引脚,任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态,要么只有一个为低电平0,其余7个输出引脚全为高电平1。
如果出现两个输出引脚同时为0的情况,说明该芯片已经损坏。
当附加控制门的输出为高电平(S=1)时,可由逻辑图写出
由上式可以看出,同时又是这三个变量的全部最小项的译码输出,所以也把这种译码器叫做最小项译码器。
71LS138有三个附加的控制端、和。
当、时,输出为高电平(S=1),译码器处于工作状态。
否则,译码器被禁止,所有的输出端被封锁在高电平,如表3.3.5所示。
这三个控制端也叫做“片选”输入端,利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。
带控制输入端的译码器又是一个完整的数据分配器。
在图3.3.8电路中如果把作为“数据”输入端(同时),而将作为“地址”输入端,那么从送来的数据只能通过所指定的一根输出线送出去。
这就不难理解为什么把叫做地址输入了。
例如当=101时,门的输入端除了接至输出端的一个以外全是高电平,因此的数据以反码的形式从输出,而不会被送到其他任何一个输出端上。
第六部分交通灯系统的安装与调试
6.1调试过程及相应问题的记录
6.1.1、软件延时与定时器计时
软件延时,设计简单,使用方便,但是无法进行精确计时,无法在实际应用中进行使用,本次设计采用了,定时器0进行计时,每10ms产生一个脉冲信号,可以准确的计时并方便8段数码管进行显示
6.1.2、使用中断
使用中断比较麻烦,在实验中需要两次加载初始化程序和中断服务程序,并且需要手工指定中断服务地址和中断向量号;
但是使用中断可以进行多样化设计,强化程序功能与执行效率。
6.2调试结果
第七部分程序流程图
A、B道红灯同时点亮5s
A道的绿灯点亮25s同
时B道的红灯点亮25s
A、B道的黄灯同时延
时点亮5s
B道的绿灯点亮25s同
时A道的红灯点亮25s
A、B道的黄灯同时延时
点亮5s。
回到第一步
第八部分设计过程与总结
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范围内。
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。
通过把该算法的内容,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,如何协调计算机内部各个部件运行,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.
附录一:
附源程序
.MODELTINY
PCIBAR3EQU1CH。
8位I/O空间基地址(它就是实验仪的基地址,也为DMA&
32BITRAM板卡上的8237提供基地址)
Vendor_IDEQU10EBH。
厂商ID号
Device_IDEQU8376。
设备ID号
.STACK100
.DATA
IO_Bit8_BaseAddressDW?
msg0DB'
BIOS不支持访问PCI$'
msg1DB'
找不到StarPCI9052板卡$'
msg2DB'
读8位I/O空间基地址时出错$'
COM_ADDDW00F3H。
控制口偏移量
PA_ADDDW00F0H。
PA口偏移量
PB_ADDDW00F1H。
PB口偏移量
PC_ADDDW00F2H。
PC口偏移量
LED_DataDB10111110B。
东西绿灯,南北红灯
DB11111111B。
DB11011101B。
东西南北黄灯
DB11101011B。
东西红灯,南北绿灯
.CODE
START:
MOVAX,@DATA
MOVDS,AX
NOP
CALLInitPCI
CALLModifyAddress。
根据PCI提供的基地址,将偏移地址转化为实地址
movdx,com_add
moval,80H。
PA、PB、PC为基本输出模式
OUTDX,AL
MOVDX,PA_ADD。
红灯亮
MOVAL,10111011B
CALLDL5s
LEABX,LED_Data
START1:
MOVDX,PA_ADD
MOVAL,0
XLAT
OUTDX,AL。
CALLDL25S
MOVCX,5
START2:
MOVAL,1
CALLDL500ms
MOVAL,2
CALLDL5s。
东西南北黄灯
MOVAL,3
OUTDX,AL。
东西黄灯亮,南北红灯
MOVAH,06H
MOVDL,0FFH
INT21H
JZSTART1
JMPExit
DL500msPROCNEAR
PUSHAX
PUSHDX
MOVDX,500。
延时500ms
MOVAH,0FFH。
星研公司提供的软中断
POPDX
POPAX
RET
DL500msENDP
DL5SPROCNEAR
PUSHCX
MOVCX,10
DL5S1:
LOOPDL5S1
POPCX
ENDP
DL25SPROCNEAR
MOVCX,50
DL25S1:
InitPCIPROCNEAR
MOVAH,00H
MOVAL,03H
INT10H。
清屏
MOVAH,0B1H
MOVAL,01H
INT1AH
CMPAH,0
JZInitPCI2
LEADX,msg0
InitPCI1:
MOVAH,09H
InitPCI2:
MOVAH,0B1H
MOVAL,02H
MOVCX,Device_ID
MOVDX,Vendor_ID
MOVSI,0
JNCInitPCI3。
是否存在StarPCI9052板卡
LEADX,msg1
JMPInitPCI1
InitPCI3:
MOVDI,PCIBAR3
MOVAL,09H
INT1AH。
读取该卡PCI9052基地址
JNCInitPCI4
LEADX,ms
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