交通灯控制系统的设计

---

《微机原理与接口技术》课程设计报告

设计题目： 交通灯控制系统的设计

一、研究目的与意义

随着社会经济的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。人、车、路三者关系的协调，已成为交通管理部门需要解决的重要问题之一。城市交通控制系统是用于城市交通数据监测、交通信号灯控制与交通疏导的计算机综合管理系统，它是现代城市交通监控指挥系统中最重要的组成部分。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的城市高速道路，缓解主干道与匝道、城区同周边地区的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理和城市规划部门亟待解决的主要问题。
在大、中城市，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“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。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。
二、系统总体分析
系统使用8086及数码管、LED灯，实现红绿灯转换倒计时以及红路灯转换。
使用8086、8255、8253、数码管、交通灯构成电路。由于8086数据I/O口与地址I/O口分时复用，故使用地址锁存器，根据ALE信号先将地址锁存，然后输出实际有效数据信号。
8255有三个端口PA、PB、PC口，其中PC口又可以分为高四位与低四位分别进行操作。在本系统中，PA口与PB口、PC口低四位输出信号，PC口高四位输入信号。在系统设计初始时，我设计了两个时钟信号来源，分别是直接使用1HZ脉冲信号计时和使用1MHZ CLOCK的8253芯片计时。经过反复思考与实验，最终发现脉冲信号与8086速度无法匹配，故舍去。
三、系统硬件设计
3.1 硬件设计说明
8086分为两种工作模式：最大模式与最小模式。8086处理器的最小工作模式在系统中只有一个微处理器，所有的总线控制信号都由此处理器产生。而最大工作模式在系统中包含两个或多个处理器，一个主处理器为8086，其他为协处理器。
根据系统的规模，选用8086最小工作模式，即8086第33号引脚MN/MX引脚接正电极。ready连接正极。

图1 8086最小系统连接

为平衡外设与CPU速率不匹配，使用8255芯片。
由于8086数据总线与地址总线复用，所以AD应与地址锁存器相连接，ALE作为锁存信号。同事AD应该与8255、8253连接。
3.2 分模块设计与主要器件描述

图2 锁存器阵列

74273锁存器：以ALE为锁存讯号，为上升沿触发，D0~D7端口为输入端，与8086 AD端口相连。Q0~Q7为分离出来的地址信号。

图3 译码电路

M/IO表示目前CPU对内存操作还是IO端口操作，所以此处作为译码芯片74154的一个片选信号。A、B、C、D为译码输入， IO0~IO15为译码输出。

图4 8253芯片

8253 CS—片选信号，由CPU输入，低电平有效，通常由端口地址的高位地址译码形成。
RD、WR——读/写控制命令，由CPU输入， 低电平有效。RD有效时，CPU读取由A1A0所选定的通道内计数器的内容。WR有效时，CPU将计数值写入各个通道的计数器中， 或者是将方式控制字写入控制字寄存器中。CPU对8253的读/写操作。
由于本系统选用软件触发，所以GATE上拉。为匹配速率，使用高频率的时钟信号，此处选择1MHZ。

图5 8255芯片

8255有3个通道A、B、C与外设连接，每个通道又有8根线与外设连接，所以8255可以用24根线与外设连接，若进行开关量控制，则8255可同时控制24路开关。各通道的引脚编号如下：
A口：编号为PA0～PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。
B口：编号为PB0～PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。
C口：编号为PC0～PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255工作于应答I/O方式时，C口用于应答信号的通信。
CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.
RD:读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD产生一个低脉冲且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。
WR:写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR产生一个低脉冲且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。
D0～D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。

图6 数码管与交通灯

3.3 系统硬件连接图

图7 电路图（1）

图8 电路图（2）

四、系统软件设计
4.1 软件设计说明
（简单说明控制软件的设计思路和控制流程）
4.2 程序流程图

4.3 程序清单

;8255
A_PORT EQU 200H
B_PORT EQU 202H
C_PORT EQU 204H
CRTL_PORT EQU 206H
;8253
PORT_0 EQU 400H
PORT_1 EQU 402H
PORT_2 EQU 404H
PORT_CRTL EQU 406H

STACK SEGMENT STACK
   DB 256 DUP(?)
STACK ENDS
EDATA SEGMENT
   DB 10 DUP(?)
EDATA ENDS
DATA SEGMENT
   OUTBUFF DB 20 DUP(00H)
   LEDTAB DB 03fh,006h,05bh,04fh,066h,06dh,07dh,007h,07fh,06fh,077h,07ch,039h,05eh,079h,071h
DATA ENDS
CODE SEGMENT PUBLIC 'CODE'
   ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK,ES:EDATA
START:	MOV AX, DATA
	MOV DS, AX
	MOV AX, EDATA
	MOV ES, AX
	MOV AX, STACK
	MOV SS, AX
	
	MOV AL, 088H
	MOV DX, CRTL_PORT
	OUT DX, AL
	;8253
	MOV AL, 34H
	MOV DX, PORT_CRTL
	OUT DX, AL
	MOV AL, 1EH
	MOV DX, PORT_0
	OUT DX, AL
	MOV AL, 03H
	OUT DX, AL
	

	
	MOV AX, 15
	LEA DI, OUTBUFF
O4:	CMP BYTE PTR[DI + 10], 00H
	JNZ O1
	INC BYTE PTR [DI + 10]
	
	MOV DX, B_PORT
	MOV AL, 0100B
	OUT DX, AL
	
	MOV AX, 5
	JMP LOP1
O1:	CMP BYTE PTR [DI + 10], 01H
	JNZ O2 
	INC BYTE PTR [DI + 10]
	
	MOV DX, B_PORT
	MOV AL, 0010B
	OUT DX, AL
	
	MOV AX, 2
	JMP LOP1
O2:	CMP BYTE PTR [DI + 10], 02H
	JNZ O3
	INC BYTE PTR [DI + 10]
	
	MOV DX, B_PORT
	MOV AL, 0001B
	OUT DX, AL
	
	MOV AX, 5
	JMP LOP1
O3:	CMP BYTE PTR [DI + 10], 03H
	JNZ O0
	INC BYTE PTR [DI + 10]
	
	MOV DX, B_PORT
	MOV AL, 0010B
	OUT DX, AL
	
	MOV AX, 2
	JMP LOP1
O0: 	CMP BYTE PTR [DI + 10], 04H
	MOV AX, 00H
	MOV [DI + 10], AX
	JMP O4
	
LOP1:	
	PUSH AX
	CALL DISP
	MOV DX, C_PORT
	IN AL, DX
	TEST AL, 10H
	JNZ nz
	POP AX
	DEC AX
	JNZ LOP1
	JMP O4
   nz: 
	POP AX
	JMP LOP1
	
	;;显示
	DISP PROC NEAR
 AGAIN: PUSH AX
	PUSH BX
	PUSH CX
	PUSH DX
	PUSH SI
	PUSH DI
	PUSH BP
	MOV CL, 0FEH
	LEA SI, OUTBUFF
	CALL D10
	MOV [SI], AX
 LEDDISP:
 
	MOV AL, CL
	MOV DX, C_PORT
	OUT DX, AL
	LEA BX, LEDTAB
	MOV AL, [SI]
	XLAT
	MOV DX, A_PORT
	OUT DX, AL
	CALL DELAY_1S
	MOV AL, 0H
	MOV DX, A_PORT
	OUT DX, AL
	CMP CL, 0FDH
	JZ NEXT
	INC SI
	ROL CL, 1
	JMP LEDDISP
   NEXT:
	POP BP
	POP DI
	POP SI
	POP DX
	POP CX
	POP BX
	POP AX
	RET
   DISP ENDP
   
   ;;延时
   DELAY_1S PROC
	PUSH CX
	PUSH BX
	MOV BX, 01H
	D1:MOV CX, 06FH
	D2:LOOP D2
	DEC BX
	JNZ D1
	POP BX
	POP CX
	RET
   DELAY_1S ENDP
   
   ;;进制转换
   D10 PROC NEAR
      PUSH BX
      MOV BL, 10
      DIV BL
      POP BX
      RET
   D10 ENDP
   CODE ENDS
      END START