畢業(yè)論文：交通燈控制系統(tǒng)設計

1、畢業(yè)論文（設計）內容介紹論文（設計）題 目交通燈控制系統(tǒng)設計選題時間2013.12.5完成時間2014.5.14論文（設計）字數(shù)9492關 鍵 詞延遲 8255 交通燈 控制 設計 論文（設計）題目的來源、理論和實踐意義：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。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，結合交通的實際情況總結出了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，想出了一種簡單實用

2、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?？呻S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。論文（設計）的主要內容及創(chuàng)新點：在A道和B道的十字路口，橫向為A道，縱向為B道，各有兩組交通指示燈，每組有紅、黃、綠三個指示燈。A道的同色燈連在一起，B道的同色燈連在一起，對各組的交通指示燈進行控制，以確保車輛在每條道上都能通暢運行。 下面為A道和B道的工作過程：1. 初始狀態(tài)為A、B道都是紅燈亮。當控制系統(tǒng)啟動后，A

3、道的綠燈亮，B道的紅燈亮。2. 當延時25秒后，A、B道的黃燈同時變亮，且延時5秒。3. 延時后，B道轉為綠燈，A道轉為紅燈，且延時25秒。4. 25秒后，轉為A、B道的黃燈亮，延時5秒后，回到第一步，依次重復進行，不斷循環(huán)。5. 當遇到道路障通，或緊急情況時，A、B道全為紅燈。附：論文（設計）本人簽名： 年 月 日摘要：1Abstract：11. 引 言22. 交通燈設計的簡介23. 交通燈的設計方案33.1電路原理33.2.系統(tǒng)原理63.21 8259A的結構原理63.22 8255A的工作原理63.3 74LS138工作原理83.3.1 74LS138與74HC的引腳圖83.3.2 3線

4、-8線譯碼器74LS138的功能表94.交通燈系統(tǒng)的安裝與調試104.1調試過程及相應問題的記錄104.1.1、軟件延時與定時器計時104.1.2、使用中斷114.2調試結果115程序流程圖126.設計過程與總結137. 附源程序14參考文獻：18交通燈控制系統(tǒng)設計張強摘要：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控制系統(tǒng)。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(xiàn)代

5、城市交通控制與管理問題的現(xiàn)狀，結合交通的實際情況總結了交通燈控制系統(tǒng)的工作原理，想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?？呻S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。關鍵詞：延遲 8255 交通燈 控制 設計Design of traffic light control systemZhang QiangAbstract：With the development of electron

6、ic technology, computers in the development of modern science and technology play an increasingly important Effect .The course design is based on Microcomputer Principle and Interface Technology for simple applications. We have just learned to use the assembly language program to simulate the condit

7、ions of modern urban traffic control and management of the status quo. The actual situation with traffic light control system described working principle, software The system is suitable for a single main road intersection.Two-way free passage of time changes .This feature can achieve plus interrupt

8、 control and manual control of the way, Flashing traffic light switching functions as a warning to vehicles and pedestrians will be traffic lights switch. When there is traffic congestion or an emergency manual control can be interrupted, so that the degree of traffic safety and traffic flow can be

9、guaranteed. Key words： Delayed 8255 Traffic Light Control Design 1. 引 言交通燈控制系統(tǒng)設計是電子技術學習中一個非常重要的環(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐能力相結合的環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生能力的環(huán)節(jié)。交通燈能保證行人過馬路時的安全,因為有控制交通狀況等優(yōu)點受到人們的歡迎，所以在很多場合得到廣泛的應用。交通燈控制系統(tǒng)通過編寫的匯編語言程序，控制計算機的使用。紅燈停，綠燈行的交通規(guī)則，廣泛用于十字路口,車站等公共場所,成為人們外出生活中必不可少的物品,由于成熟與計算機技術的廣泛應用,交通燈功能的多樣化,遠遠超過了舊式交通燈, 通過數(shù)字化給生

10、產(chǎn)生活帶來了極大的便利。諸如閃爍警示、鳴笛警示，時間程序自動控制、倒計時顯示，以上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?；蛘呓o有紅綠色盲的人以聲音警示的人性化設計。現(xiàn)在的交通燈控制系統(tǒng)很多都增加了智能控制環(huán)節(jié)，例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。要將交通燈控制系統(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)不同的需要隨時調節(jié)交通燈。2. 交通燈設計的簡介目前，在國內的很多城市都是采用的自動紅綠燈控制系統(tǒng)，它不僅具有固

11、定的紅綠燈過渡區(qū)間，而且還能自動切換。它由通行與停止時間控制顯示、紅黃綠三色信號燈和方向指示燈三部分組成。通常在紅綠交通燈的通行與停止時間控制顯示中, A、B兩方向分別50秒；但也可以根據(jù)交通規(guī)律，B方向60秒，A方向40秒，時間控制都是固定的。紅綠燈的時間控制顯示，以固定時間值預先存儲在在單片機中，每次以一定周期交替變化。然而，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，還要受到不確定因素的影響。采用定時控制容易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。它無法顧及當前道路上交通車輛數(shù)的實際情況變化，其最大的缺陷就是當路況發(fā)生變化時，不能正確滿足

12、司機與路人的實際需要。 目前，有一種使用“模糊控制”技術控制紅綠燈的方法，能夠根據(jù)十字路口兩個方向上車輛和行人的浮動狀況，自行判斷紅綠燈時間間隔，來確保最大車流量，減少路口的交通堵塞。定時控制能用數(shù)字顯示器顯示當前燈色的剩余時間，駕駛員能隨時清楚自己的駕駛動作，以便于及時停車或啟動。3. 交通燈的設計方案在本方案中使用了8259A中斷控制器，8255A可編程并行接口實現(xiàn)對A、B方向交通的分別計時和控制，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,可隨意更改雙向的通行時間。城市中的十字路口紅綠燈控制系統(tǒng)主要負責控制A道和B道的紅綠燈的轉換順序和狀態(tài),關鍵是進行適當?shù)臅r間延

13、時和各個狀態(tài)之間的轉換,基于以上想法,采用如下設計:A、B組的交通指示燈工作過程：1.初始狀態(tài)為A、B道都是紅燈亮。當控制系統(tǒng)啟動后，A道的綠燈亮，B道的紅燈亮。2.當延時25秒后，A、B道的黃燈同時變亮，且延時5秒。3.延時后，B道轉為綠燈，A道轉為紅燈，且延時25秒。4.25秒后，轉為A、B道的黃燈亮，延時5秒后，回到第一步，以次重復進行，不斷循環(huán)。5.當遇到道路障通，或緊急情況時，A、B道全為紅燈。3.1電路原理本方案的設計可以由實驗平臺上的一些功能模塊電路組成，因為各模塊電路內部已經(jīng)連接，所以用戶在使用時只要設計模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設計與實現(xiàn)相對簡單一點。具體的系統(tǒng)硬件連

14、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、8255A可編程并行接口模塊和緊急中斷模塊8259A組成。實驗的對應接線關系圖如2下所示： B0 B1 B2 BC3A0 C0A1 C 1 A2 C2A3 8255 C3 A4 C4 A5 C5A6 C6A7 C7 B4 B5 B6 B7KK1緊急情況 IRQ78259 IRQ6 D0D1D6D7東西D2D3D4D5南北圖1 交通燈硬件連線圖圖2 交通燈內部電路圖3.2.系統(tǒng)原理3.21 8259A的結構原理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?？梢詡魉虲PU與8259A之間的控制命令信息、狀態(tài)信息以

15、及中斷類型信息。2、讀/寫控制邏輯:CPU對8259A的讀/寫操作通過它實現(xiàn)。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，可以由程序設置

16、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。3.22 8255A的工作原理1、8255A的內部結構如圖3: 圖3 8255A內部結構圖1)數(shù)據(jù)總線緩沖器:這是一個8位雙向三態(tài)數(shù)據(jù)緩沖器，是微機系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線與8255A的接口?？梢詡魉虲PU輸出的控制字、輸入輸出的數(shù)據(jù)以及CPU輸入的狀態(tài)信息。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)

17、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

18、。2、引腳信號8255A的引腳如圖4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。D7D0（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，所有內部寄存器（包括控制寄存器）將清0。PA7PA0（port A）：A口輸入/輸出信號線。PB7PB0（port B

19、）：B口輸入/輸出信號線。PC7PC0（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； 圖4 8255A的引腳方式1-選通輸入輸出方式；方式2-雙向選通輸入輸出方式。3.3 74LS138工作原理3.3.1 74LS138與74HC的引腳圖用與非門組成的3線-8線譯碼器74LS138 圖5 與非門組成的74LS1383.3.2 3線-8線譯碼器74LS138的功能表 圖6 74LS138的功能表從上圖我們可以看到74LS138的八個輸出引腳，任何時刻要不全為高電平1芯片處于不工作狀態(tài)，要不只有一個為低電平0，

20、其余7個輸出引腳全為高電平1。如果出現(xiàn)兩個輸出引腳同時為0的情況，說明該芯片已經(jīng)損壞。當附加控制門的輸出為高電平（S1）時，可由邏輯圖寫出圖7 邏輯圖由上式可以看出，同時又是這三個變量的全部最小項的譯碼輸出，所以也把這種譯碼器叫做最小項譯碼器。74LS138有三個附加的控制端，輸出為高電平（S1），譯碼器處于工作狀態(tài)。否則，譯碼器被禁止，所有的輸出端被封鎖在高電平。這三個控制端也叫做“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多篇連接起來以擴展譯碼器的功能。帶控制輸入端的譯碼器又是一個完整的數(shù)據(jù)分配器。如果把作為“數(shù)據(jù)”輸入端（同時），而將作為“地址”輸入端，那么從送來的數(shù)據(jù)只能通過所指定的一根輸出線

21、送出去。這就不難理解為什么叫做地址輸入了。例如當101時，門的輸入端除了接至輸出端的一個以外全是高電平，因此數(shù)據(jù)以反碼的形式輸出，而不會被送到其他任何一個輸出端上。4.交通燈系統(tǒng)的安裝與調試4.1調試過程及相應問題的記錄4.1.1、軟件延時與定時器計時軟件延時，設計簡單，使用方便，但是無法進行精確計時，無法在實際應用中進行使用，本次設計采用了定時器0進行計時，每10ms產(chǎn)生一個脈沖信號，可以準確的計時并方便8段數(shù)碼管進行顯示4.1.2、使用中斷使用中斷比較麻煩，在試驗中需要兩次加載初始化程序和中斷服務程序，并且需要手工指定中斷服務地址和中斷向量號；但是使用中斷可以進行多樣化設計，強化程序功能與

22、執(zhí)行效率。4.2調試結果A、B組的交通燈工作過程為：1.初始狀態(tài)為A、B道都是紅燈亮。當控制系統(tǒng)啟動后，A道的綠燈亮，B道的紅燈亮。2.當延時25秒后，A、B道的黃燈同時變亮，且延時5秒。3.延時后，B道轉為綠燈，A道轉為紅燈，且延時25秒。4.25秒后，轉為A、B道的黃燈亮，延時5秒后，回到第一步，以次重復進行，不斷循環(huán)。5.當遇到道路障礙，或緊急情況時，A、B道全為紅燈。5程序流程圖編譯完成后下載運行程序A、B道紅燈同時點亮5sA道的綠燈點亮25s同時B道的紅燈點亮25s按下KK1A、B道的黃燈同時延時點亮5sB道的綠燈點亮25s同時道的紅燈點亮25sA、B道的黃燈同時延時點亮5s。回到第

23、一步緊急情況A、B道方向的紅燈同時被點亮10s圖8 交通燈程序流程圖6.設計過程與總結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。另外加入能夠實現(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。通過對交通燈控制系統(tǒng)的設計，我熟練掌握了什么是編程、編程工作的基本過程及其各部分的基本任務，了解了編程的生成過程、構造工具及其相關的技術，熟悉了

24、關于編程的總流程和設計框圖，對課本上的知識有了更深的理解，課本上的知識是機械的，表面的。通過在計算機上實現(xiàn)算法的內容和算法的執(zhí)行順序，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

25、意指針，將不必要的命令去除7. 附源程序MODELTINYPCIBAR3EQU1CH;8位I/O空間基地址(它就是實驗儀的基地址, 也為DMA & 32 BIT RAM板卡上的8237提供基地址) Vendor_IDEQU 10EBH;廠商ID號Device_IDEQU8376;設備ID號STACK100DATACOM_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;東西綠燈，南北紅燈DB11111111B;DB11011101B;東西

26、南北黃燈DB11101011B;東西紅燈，南北綠燈.CODE START:MOVAX,DATAMOVDS,AXNOPCALLInitPCICALLModifyAddress ;根據(jù)PCI提供的基地址,將偏移地址轉化為實地址mov dx,com_addmov al,80H;PA、PB、PC為基本輸出模式OUT DX,ALMOV DX,PA_ADD ;紅燈亮MOV AL,10111011BOUT DX,ALCALL DL5sLEA BX,LED_DataSTART1:MOV DX,PA_ADDMOV AL,0XLATOUT DX,AL;東西綠燈，南北紅燈CALL DL25SMOV CX,5 STA

27、RT2:MOV AL,1XLATOUT DX,ALCALL DL500msMOV AL,2XLATOUT DX,AL CALL DL5s;東西南北黃燈 MOV AL,3 XLATOUT DX,AL ;東西黃燈亮，南北紅燈CALL DL25SMOVAH,06HMOVDL,0FFHINT21HJZSTART1JMPExitDL500msPROCNEARPUSHAXPUSHDXMOVDX,500;延時500msMOVAH,0FFH;星研公司提供的軟中斷INT21HPOPDXPOPAXRETDL500msENDPDL5SPROCNEARPUSHCXMOVCX,10DL5S1:CALLDL500msLOOPDL5S1POPCXRETENDPDL25SPROCNEARPUSHCXMOVCX,50DL25S1:CALLDL500msLOOPDL5S1POPCXRETENDPInitPCIPROCNEARMOVAH,00HMOVAL,03HINT1