应用8255A实现交通灯控制设计

二○一一～二○一二学年第二学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称：微机原理课程设计班级：电子信息工程2009级6班学号：200904135150姓名：张强指导教师：徐守明二○一二年二月二十日前言随着计算机科学技术的不断发展，微型计算机得到了广泛的应用，是人们利用计算机设计和开发各种应用系统的基础。同时微型计算机接口技术也是一门实践性较强的课程，理论与实践相结合可以更好的掌握知识，这也是这次交通灯系统控制的设计目的。交通灯是交通安全的关键，已广泛应用于城乡的十字路口，它的有无作为交通安全检查的重要依据，是交通秩序正常进行的有力保障。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。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。本次的交通灯控制系统主要由8255A并行口、8253定时/计算器、8259单极中断控制器以及74LS139译码器实验等芯片组成。整个课程设计主要使用8255A的A口和B口模拟十字路口交通灯的闪烁情况。主要包括以下五个方面：1.课程设计题目名称；2.课程设计要求完成的任务；3.系统设计文档（包括了总体设计、详细设计以及程序设计等文档）；4、课程设计总结；5.参考文献本次课程设计以固定的程序实现对交通灯实行控制，没有实现智能化，但智能化是交通控制系统是交通控制系统发展的必然趋势，也是满足日益发展的社会需要。通过本次的课程设计，更好的学习微机接口的应用技术，使我们将课堂所学到的知识和实践有机结合起来，初步掌握计算机应用系统设计的步骤和接口设计的方法，提高分析和解决实际问题的能力。由于时间仓促和水平所限，本次课程设计难免有欠妥之处，请不吝批评指正。摘要：本文介绍了以计算机为核心.利用可编程并行接口芯片8255A的软硬件功能，实现对交通灯控制关键词：计算机可编程并行接日芯片交通灯8255A目录封面———————————————————————1前言————————————————————————2目录————————————————————————3课程设计任务书—————————————————————4第一章课程设计题目及要求———————————————5第二章系统设计————————————————————62.1交通灯控制系统介绍2.2芯片选择2.3系统原理第三章详细设计————————————————————93.1硬件设计3.1.18255A并行接口————————————————103.1.28259A可编程中断控制器————————————123.1.38253可编程定时器/计数器———————————133.2软件设计—————————————————————153.3程序流程图—————————————————————21第四章程序设计————————————————————22第五章调试结果————————————————————245.1实验步骤5.2调试记录与分析第六章小结————————————————————25第七章参考文献————————————————————26第八章附录——————————————————————27Ⅰ课程设计题目：交通灯Ⅱ原始资料1、《微型计算机及接口》实验指导书2、《微型计算机接口技术及应用》教材3、交通灯的工作原理（图书馆借、网上搜索、下载）Ⅲ课程设计任务内容1.课程设计的目的意义：通过课程设计培养同学们的系统设计能力，使同学们达到以下能力训练：⑴、调查研究、分析问题的能力；⑵、使用设计手册、技术规范的能力；⑶、查阅中外文献的能力；⑷、制定设计方案的能力；⑸、计算机应用的能力；⑹、设计计算和绘图的能力；⑺、技术经济指标的分析能力；⑻、语言文字表达的能力。2.本课题研究的主要内容：使用8255A的A口和B口模拟十字路口交通灯的闪烁情况。基本要求：⑴、设计实验电路（要求利用FD-88实验仪的硬件资源）⑵、分析实验原理⑶、列出实验接线表⑷、采用汇编语言编写实验程序⑸、通过实验验证功能的实现⑹、编写课程设计说明书第一章课程设计题目以及要求一、课程设计题目：交通灯使用8255A的A口和B口模拟十字路口交通灯的闪烁情况二、基本要求：1、设计实验电路（要求利用FD-88试验仪的硬件资源）2、分析实验原理3、列出实验接线表4、采用汇编语言编写实验程序5、通过实验验证功能的实现6、编写课程设计说明书。第二章系统设计2．1交通灯控制系统介绍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。假设为某个十字路口设计一个交通灯控制系统，1、3为东，南方向，2、4为西，北方向，初始态为4个路口的红灯全亮。之后，1、3路口的绿灯亮，2、4路口的红灯亮，1、3路口方向通车。延迟一段时间后，1、3路口的绿灯熄灭，而1、3路口的黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，1、3路口的红灯亮，同时2、4路口的绿灯亮，2、4路口方向开始通车。延迟一段时间后，2、4路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到1、3路口方向。之后，重复上述过程。2.1.1主要内容在十字路口的东西和南北两个方向都各有红、黄、绿三个信号灯。红、黄、绿交通灯的变化规律为：1）南北方向的绿灯、东西方向的红灯同时亮20秒。2）南北方向的绿灯灭、黄灯亮5秒，同时东西方向的红灯继续亮。3）南北方向的黄灯灭、红灯亮，同时东西方向的红灯灭、绿灯亮，持续20秒。4）南北方向的红灯继续亮，同时东西方向的绿灯灭、黄灯亮5秒。5）转1）重复。2.1.2工作原理交通灯的工作过程如下：设十字路口的1、3为南，北方向，2、4为东西方向，初始态为4个路口的红灯全亮。之后，1、3路口的绿灯亮，2、4路口的红灯亮，1、3路口方向通车，2个路口的LED数码管开始倒计时25秒。延迟20秒后，1、3路口的绿灯熄灭，而1，3路口的黄灯开始闪烁（1HZ）。闪烁5次后，1、3路口的红灯亮，同时2、4路口的绿灯亮，2、4路口方向开始通车，2个路口的LED数码管重新开始倒计时25秒。延迟20秒时间后，2、4路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁。闪烁5次后，再切换到1、3路口方向。之后，重复上述过程。当有紧急情况时，2个方向都红灯亮，倒计时停止，车辆禁止通行，当紧急情况结束后，控制器恢复以前的状态继续工作。在设计中采用6个发光二极管来模拟2个路口的黄红绿灯，每个路口用2个数码管来显示通行或禁止剩余的时间。紧急情况用一个单脉冲发生单元申请中断来模拟，紧急情况结束后，再发一个中断来恢复以前的状态。根据前面的介绍，本设计硬件由定时模块、发光二极管模块、数码管显示模块和紧急中断模块组成。定时模块采用硬件定时和软件定时相结合的方法，用8253定时/计数器定时100ms，再用软件计时实现所需的定时。发光二极管模块由8255控制发光二极管来实现。数码管显示模块由实验平台上的LED显示模块实现。紧急中断模块是由单脉冲发生单元和8279中断控制器组成。程序主要是由定时子程序、发光二极管显示子程序、数码管显示子程序和中断服务程序组成。包括对8253、8255以及8259等可编程器件的编程。交通灯显示模块2.2、芯片选择1．用实验系统8255A实现对信号灯的控制（所用端口自定）；2位数码显示用8255A实现控制。2.用实验系统8253的计数器2定时向实验系统主片8259A的IRQ7请求中断，以实现定时；实验系统8253的计数器2的CLK2接OPCLK，频率为1.19318MHZ；GATE2已接+5V；定时采用软硬件相结合的方式实现。⒊用实验系统的发光二极管模拟红绿灯2.3系统原理本次系统利用8253定时，8259中断、8255A并口输出实现交通灯模拟控制的硬件电路，利用汇编语言程序编写源程序代码实现软件部分；能自动控制和手动控制，可以调整自动模式的绿灯和红灯时间。通过接口芯片8255构成并行接口电路，用它的A口和B口模拟交通灯的闪烁情况，A口表示东、南方向，B口表示西、北方向,绿灯和红灯共同表示黄灯。首先片选对应的端口地址，定义8255A的工作方式位0；然后对端口A和B进行不同的数据写入，控制交通灯的亮度以及闪烁情况，采用延时子系统。第三章详细设计3.1硬件设计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。硬件电路由定时模块、发光二极管模块、数码管显示模块和紧急中断模块组成。定时模块是由8253的计数器0来实现定时100ms。Clk0接实验平台分频电路输出Q6，f＝46875hz。GATE0接8255的PA0，由8255输出来控制计数器的起停。OUT0接8259的IRQ2，定时完成申请中断，进入中断服务程序。Q6OUT08253GATE0Clk0PA08255PC地址CS1译码CS2电路CS3CS4路数码管显示模块IRQ28259IRQ3发光二极管电路单脉冲发生单元PCBUS图1系统硬件电路图3.1.1.8255A并行接口一.8255A的引脚及功能8255A是一个采用NMOS工艺制造的40个引脚的双列直插式组建，其外部引脚如下图所示：功能：8255A具有面向主机系统总线和面向外设两个方向的连接能力，即通过8255A，CPU可直接同外设相连接，负责CPU和外设之间的数据传送。1、面向系统总线的信号线D0~~D7：双向数据线;CPU通过它向8255A发送命令、数据；8255A通过它向CPU回送状态、数据/CS：选片信号线，该信号线低电平有效，由系统总线经I/O地址译码器产生A1、A0：芯片内部端口地址信号线，与系统地址总线地位相连/RD：读信号线，该信号低电平有效，CPU通过执行IN指令，发读信号将数据或状态信号从8255A读至CPU/WR：写信号线，该信号低电平有效，CPU通过执行OUT指令，发写信号，将命令或数据写入8255ARESET：复位信号线，该信号高电平有效。2、面向I/O设备的信号线PA0~~PA1:端口A的输入/输出线PBO~~PB7:端口B的输入/输出线PC0~~PC7:端口C的输入/输出线这24根信号线均可用来连接I/O设备，通过它们传送数字量信息或开关量信息二、内部结构1、数据总线缓冲器2、读/写控制逻辑3、A组和B组控制电路4、数据端口A、B、C三、8255的工作方式1、方式0——基本输入/输出方式8255工作在方式0时，三个端口分成彼此的两个8位口，即A口和B口，两个4位口，这4个并行口都能设定为输入或输出。方式0常用于无条件查询传送2、方式1——选通输入/输出方式3、方式2——双向输入/输出方式3.1.28259A可编程中断控制器一、8259A的引脚及功能8259A的引线分为3部分，即与CPU的接口引