8255A交通灯课程设计

目录摘要………………………………………………………（3）第一章问题概述………………………………………（4）1.1设计题目…………………………………………………（4）1.2设计目的…………………………………………………（4）1.3仪器、设备及器材………………………………………（4）1.4设计内容…………………………………………………（4）1.5设计步骤…………………………………………………（4）1.6思考题……………………………………………………（4）第二章交通灯设计方案…………………………………（4）2.1方案设计…………………………………………………（5）2.2状态分析…………………………………………………（5）第三章交通灯控制系统的实现………………………………（7）3.1扩展并行I/O口8255……………………………………（7）3.28255A芯片的工作方式0………………………………（8）3.3电路插接…………………………………………………（8）3.4程序设计…………………………………………………（8）3.5程序运行测试……………………………………………（10）3.6运行结果分析与问题回答………………………………（11）第四章课程设计小结……………………………………（12）2摘要随着社会的发展,城市规模的不断扩大,城市交通成为制约城市发展的一大因素。人口和汽车日益增长，市区交通也日益拥挤，人们的安全问题当然也日益重要。因此，红绿交通信号灯成为交管部门管理交通的重要工具之一。有了交通灯，人们的安全出行也有了很大的保障。自从交通灯诞生以来，其内部的电路控制系统就不断的被改进，设计方法也开始多种多样，从而使交通灯显得更加智能化。尤其是近几年来，随着电子与计算机技术的飞速发展，电子电路分析和设计方法有了很大的改进，电子设计自动化也已经成为现代电子系统中不可或缺的工具和手段，这些都为交通灯控制系统的设计提供了一定的技术基础。本课程设计运用可编程并行接口芯片8255A作为扩展输出口，通过十二个发光二极管来模拟进行交通灯的燃灭管理，并详细阐述了其工作原理、基本功能框图、关键设计技术及软件工作流程，对选用芯片的特点进行了分析，并最后进行了软件实现，达到了系统要求的功能。关键词：交通灯、8255A3第一章问题概述1.1、设计题目8255A应用——交通灯控制1.2、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1.3、仪器、设备及器材●PC机及配套的接口电路实验装置●IC芯片：8255A1.4、设计内容●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1.5、设计步骤（1）方案设计考虑普通十字路口，交通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。（2）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。（3）编程与运行1.6、思考题：（1）代码在实验中起什么作用？（2）代码应当根据什么因素加以确定？4第二章交通灯设计方案2.1、方案设计考虑普通十字路口，假设为东西南北走向，在四个方向上分别需要红、黄、绿三盏交通灯来控制，这样共需要12盏交通灯,如图1所示。考虑到东西走向、南北走向分别一致，即东、西两走向相对应的交通灯信号相同可分别简化成一个灯，南、北走向的亦然。因此简化后，交通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。设计的交通信号灯自动控制系统主要完成十字路口东、西、南、北四个方向红、黄、绿灯的时间控制，控制图如下所示：绿色25秒，黄色闪烁5秒红色30秒东西方向东西方向红色30秒绿色25秒，黄色闪烁5秒南北方向南北方向2.2状态分析首先确定8255A端口与交通灯的连接方式。假定采用端口A，按以下方式连接：东西向：红灯接PA0，黄灯接PA1，绿灯接PA2；图１十字路口交通灯5南北向：红灯接PA4，黄灯接PA5，绿灯接PA6。下面列出６个交通灯所有可能的状态（假定发光状态为高电平有效）：状态ＰＡ７ＰＡ６ＰＡ５ＰＡ４ＰＡ３ＰＡ２ＰＡ１ＰＡ０ＰＡ状态说明０００００００００００关灯１０００１０１００１４南北：红东西：绿２０００１００１０１２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：红控制方案为一个东西南北走向的十字路，初始状态0为四个路口所有灯都熄灭。然后转状态1东西绿通车,南北红灯。经过一段延时转状态2东西绿灯灭,黄灯闪烁几次,南北仍然红灯。再延时转状态3东西灯熄灭，南北仍然红灯。过一段延时转状态4南北绿灯亮可以通车，东西红灯亮禁止通车。再延时转状态5南北黄灯闪烁几次,东西仍然红灯。再延时转状态６南北灯熄灭，东西仍然红灯。最后循环至状态1。状态变换的流程如图２所示：初始状态为０时，所有的交通灯都处于熄灭状态，状态１和状态４各持续３０秒，其它状态持续０.５秒，状态２和３、状态５和６之间各循环５次。整个控制过程，如果按照上面的流程，依次把相应的控制码输出到端口Ａ，６个交通灯就能按照要求实现交通管理。图２状态变换流程图6第三章交通灯控制系统的实现3.1扩展并行I/O口8255８２５５Ａ芯片是一个采用NMOS工艺制造的、４０引脚双列直插式封装组建的大规模集成电路，采用单一+5V电源供电。４０个引脚中有２４个为与外围设备的接口。D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1__RD___WR__CSPA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC73658927282930313233346373839401234181920212223242514151617131211108255RESET1.数据总线缓冲器这是一个三态双向缓冲器，其宽度是8位，用做8255的内部数据总线与系统中的数据总线相连时的缓冲部件。缓冲器向数据总线送出数据，或从数据总线接收数据都是CPU指令控制下进行的。2.读写逻辑控制这一部件用来管理所有的数据、控制字或状态资的传送。他接收来自CPU的各种控制信号，并以此为依据，控制数据总线缓冲器数据的传送方向。与CPU相连的个引脚说明如下：1)CS：芯片选择信号。来自地址译码器，低电平有效。2)RD：芯片读出信号。来自系统总线，低电平有效。3)WR：芯片写入信号。来自系统总线，低电平有效。4)RESET复位信号。当它为高电平时，清除所有内部寄存器的内容，并将3个数据端口PA,PB,PC置为输入方式。5)A1，A0：端口地址选择信号。用于选择8255A的3个数据端口和1个控制口。当A1A0为00、图３8255A芯片引脚图701、10时，分别选择数据端口PA、PB、PC；当A1A0为11时，选择控制口。6)Vcc、GND：电源和地线。3.端口PA,PB与PC8255A有三个与外围设备相连的端口PA，PB，PC。各端口可以独立工作，由程序控制位将它设成各种不同的工作方式。端口A，B一般用做独立的输入或输出端口，每个端口包括一个四位琐存器，分别与A口，B口配合使用，作为与外设之间的联络信号。3.28255A芯片的工作方式0方式0——基本的输入/输出方式：不需要任何联络（选通、握手）信号，相当于该端口在单片机与外设之间建立一个直接的数据通信，端口A、B、C都可作为输入或输出口使用。应用场合：1）无条件传送数据：默认为传送数据的双方均已准备好。2）查询方式传送数据：可以由程序定义C口的某些位作为联络信号线，以配合A口、B口完成查询方式下的数据传送。3.3电路插接本课程设计利用实验装置提供的8255A芯片和逻辑电平显示器进行。先将8255A的数据线、地址线、控制线连接好，插接工作只需连接8255A的端口A与6个逻辑电平显示器发光二极管之间的连线即可。注意发光二极管是双色的，每个管对应有红、绿两个端子，要正确选用；对于黄灯，则同时连接红、绿两个端子，便可发出黄光。有关电路图如图4所示。3.4程序设计首先构造整个流程对灯光进行控制的代码表：14,12,10,12,10,12,10,12,10,12,10,41,21,01,21,01,21,01,21,01,21,01以上均为十六进制且假设黄灯闪烁5次。程序依次从代码表中取出控制码输出到端口A，输出图５8255A交通控制灯电路8“14H”和“41H”后延时30秒，输出其它码字后延时0.5秒，整个过程循环进行。假设8255A的口地址为304——307H。控制流程图如图6所示。控制程序代码如下：DATASEGMENTTIME1EQU10TIME2EQU80OUT_CODEDB14H,5DUP(12H,10H),41H,5DUP(21H,01H),0DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXMOVDX,307HMOVAL,80H;送方式字OUTDX,ALMOVDX,304HLOOP0:LEASI,OUT_CODE图6交通灯控制流程图9LOOP1:MOVAL,[SI]ANDAL,ALJZLOOP0OUTDX,ALINCSIMOVCX,TIME1TESTAL,44H;测码字为14H或41HJZDELAY1;均非MOVCX,TIME2DELAY1:PUSHCXPUSHAXMOVCX,0040HA1:MOVAX,056CHA2:DECAXJNZA2LOOPA1POPAXPOPCXLOOPDELAY1MOVAH,0BH;检测是否有键盘输入INT21HANDAL,ALJZLOOP1XORAL,AL;关灯退出OUTDX,ALMOVAH,4CHINT21HCODEENDSENDSTART3.5程序运行测试初始时，所有的灯都处于熄灭状态，在debug环境下运行程序，可以看到只有L2（东西，绿色）、L4（南北，红色）亮，一段时间后只有L1（东西，黄色）、L4（南北，红色）亮，接着只有L4（南北，红色）亮，再过一段时间只有L0（东西，红色）、L6（南北，绿色）亮，又过一段时间只有L0（东西，红色）、L5（南北，黄色）亮，过一段时间后只有L0（东西，红色）亮，接着进入下一次循环。直到有键盘输入时停止。循环过程表示如图7。103.6运行结果分析与问题回答1.控制代码在实验中起什么作用？按上述接线方式连接好电路后，运行程序，可以看到交通灯在按设计的要求进行变化，可以模拟出十字路口交通灯的信号指示情况，完成交通指示的任务，表明设计是合理的。而控制代码可以对8255A进行控制，使8255A的输出端口输出不同的电平信号，从而控制与之相连的逻辑电平显示器显示不同的信号，也就是说发光二极管的状态最终是由程序来控制的。2.控制代码应当根据什么因素加以确定？在测试过程中，由于计算机运行速度的影响，交通灯亮灭的时间与设计时预期的时间有一定的误差，可以改变程序中的TIME值从而可以调整延时时间，按键盘任意键，程序运行终止。控制代码是控制8255A的工作，因此程序代码还和8255A的工作方式有关。图7运行结果循环框图11第四章课程设计小结本设计完成了十字路口交通信号灯的控制功能，主要包括控制器的选择，功能特性的应用。论文采用软件工程的设计方法，通过使用8255A对交通信号灯进行控制，提出用数字信号自动控制十字路口两组红、黄、绿交通灯的状态转换方法，指挥各种车辆和行人安全通