交通灯硬件课程设计.docx
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交通灯硬件课程设计
计算机科学与技术学院
硬件课程设计报告
姓名：
学号：
专业：
计算机科学与技术
班级：
设计题目：
交通灯硬件设计
成员：
指导教师：
职称：
年月日
摘要
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系统中最重要的组成部分。
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道路，缓解城市道路压力，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。
交通量的持续增长是造成这种状况的最根本原因，而传统的解决途径主要有两个：
一是加大交通基础设施建设的投入，但资金、土地等稀缺资源的有限性又是不可回避的问题，道路基础设施是不可能无限扩展的；另一个就是限制交通流量，主要是通过法律和行政的手段实现。
这又分两个方面：
一是控制车辆出行，如按车牌单、双号分别行驶，或是鼓励和发展公共交通，减少私家车的使用，美国等西方国家早在很多年前已在一些交通繁忙路段实施鼓励两人以上的车辆优先行驶的规定；再就是控制汽车保有量，以高额的税、费甚至控制上牌等来限制汽车数量的发展。
这些方法短期可以奏效，但有失公平、合理。
如何更有效地使用现有交通运输网络就是人们试图寻找更好地解决上述问题的重要途径之一。
人们希望通过增加技术含量的方法提高现有道路的利用率，提高道路交通的安全程度和道路使用的舒适性，所以对智能交通灯的设计和采纳做了相当多的研究与建模。
交通灯在安全行车过程中起着十分重要的作用，现在交通灯一般设在十字路口，在醒目位置用红、绿、黄三种颜色的指示灯，上一个倒计时的显示计时器来控制行车，对于一般情况下的安全行车、车辆分流发挥着作用,根据行车过程中出现的实际情况，如何全面有效地利用交通灯指示交通情况,我们尝试用8253、8255来控制交通灯，在软、硬件方面采取一些改进措施，交通灯在控制中灵活而有效。
第一章概述…………………………………………………………………………………1
1、接口技术………………………………………………………………………………1
2、接口技术在微机应用中的作用……………………………………………………1
3、分析与设计接口电路的基本方法………………………………………………………1
4、软件选择…………………………………………………………………………………2
第二章课程设计需求分析……………………………………………………………………3
1、交通环境问题………………………………………………………………………3
2、问题解决…………………………………………………………………3
3、问题分析……………………………………………………………………………………3
第三章8253A并行接口芯片介绍硬件设计…………………………………………………5
1、8253芯片的内部结构及引脚……………………………………………………………6
2、8253端口地址……………………………………………………………………………6
3、8253控制字………………………………………………………………………………6
第四章8255A并行接口芯片介绍硬件设计软件设计………………………………………7
1、8255芯片的内部结构及引脚……………………………………………………………7
2、8255端口地址……………………………………………………………………………9
3、8255控制字………………………………………………………………………………9
第五章系统设计………………………………………………………………………………10
1、设计原理…………………………………………………………………………………10
2、系统设计电路……………………………………………………………………………10
3、硬件接线…………………………………………………………………………………11
4、程序流程图………………………………………………………………………………12
第六章程序代码……………………………………………………………………………13
1、运行模式…………………………………………………………………………………13
2、程序代码…………………………………………………………………………………13
个人体会………………………………………………………………………………………19
参考目录………………………………………………………………………………………21
第一章概述
1、接口技术
微机接口技术是采用硬件与软件相结合的方法，研究微处理器如何与“外部世界”进行最佳连接，以实现CPU与“外部世界”进行高效可靠的信息交换的一门技术。
微机接口技术综合性很强，所涉及的知识面很宽，包括微机原理、汇编语言（或高级语言）程序设计、电子技术、自控原理以及通信技术等多门课程的基础理论和专业知识。
I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起。
具体是设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输；能够进行信息格式的转换，例如串行和并行的转换；能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数／模或模／数转换器等；协调时序差异；地址译码和设备选择功能；设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。
按照电路和设备的复杂程度，I/O接口的硬件主要分为两大类：
（1）I/O接口芯片
（2）I/O接口控制卡
2、接口技术在微机应用中的作用
随着集成电路集成度的增高，电子计算机向微型化和超微型化方向发展，微型计算机已成为导弹、智能机器人、卫星等复杂系统必不可少的智能部件。
目前，微机不仅作为科学计算、实时控制、现代化通信和管理的手段，而且也成为人类进行学习、看病、咨询、购物、旅游等生活服务和娱乐的工具。
然而，在微机系统中，微处理器的这种神通广大的功能必须通过外部设备才能实现，而外设与微处理器之间的信息交换及通信又是靠接口来实现的，所以，微机应用系统的研究和微型化产品的开发，从硬件角度来讲，就是接口电路的研究和开发，接口技术已成为直接影响微机系统的功能和微机推广应用的关键。
微机的应用是随着外部设备的不断更新和接口技术的发展而深入到各个领域的。
因此，掌握微机接口技术就成为当代的科技和工程技术人员应用微型计算机必不可少的基本技能。
3、分析与设计接口电路的基本方法
一、两侧分析法
凡是接口都有两侧，一侧是CPU，另一侧是外设。
两侧分析法是分析接口电路的基本方法。
二、硬软结合法
以硬件为基础，硬件与软件相结合是设计接口电路的基本方法。
<1>硬件设计方法
①合理选用外围芯片
②有针对性地设计附加电路
<2>软件设计方法
2用汇编语言（或高级语言）直接对低层硬件编程
②采用DOS系统功能调用和BIOS调用编程
4、软件选择
我所用的编译软件是HK88TE，如下图所示：
第二章硬件课程需求与分析
1、交通环境问题
城市交通发展应当符合国家确定的可持续发展战略，支持城市社会经济发展，满足居民不断增长的交通需求，同时也应有利于城市环境状况的改善。
城市社会经济的发展，需要安全、高效、清洁、经济的城市交通运输系统；城市居民生活质量的提高，需要安全、方便、舒适、快捷、低价的公共交通服务；城市环境的改善需要有利于环境改善的交通政策。
因此，城市交通发展目标必须与城市社会的经济发展目标相协调，与城市可持续发展目标相一致。
但是现在的城市交通存在以下几点问题：
（1）空间资源的低效配置，
（2）时间资源浪费，
（3）空气污染，
（4）噪声污染，
（5）资源消耗，
（6）交通事故。
2、问题解决
城市交通发展需要政府与科学的共同努力。
在政府制定的法规、宏观政策、产业和技术政策的指导下，科学技术应起主要的作用。
在城市总体规划下，编制城市公共交通的专业规划，纳入国民经济和社会发展计划并组织实施。
制定、完善城市交通发展政策，确立城市公共交通在城市交通中的优先和主导地位。
重视发挥科学技术作用，加强科学研究，为政府出台有关措施提供科学依据；为改进运输工具，推动机动车污染控制，改善燃料品质，加强城市交通管理提供技术支持。
重视应用交通价格手段。
城市交通人格政策应当支持交通可持续发展，交通税费收入应当有助于方便大多数人及改善环境的交通方式，加大对公共交通的财政扶持。
所以在交通十字路口加大科学投资，使交通问题易发点变得更加顺畅！
3、问题分析
下面是一个典型的十字路口，交通灯一共分四种状态如图
第三章8253A并行接口芯片介绍
1、8253芯片的内部结构及引脚
intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异。
8253内部有三个计数器，分别成为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。
每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。
每个计数器通过三个引脚和外部联系，一个为时钟输入端CLK，一个为门控信号输入端GATE，另一个为输出端OUT。
每个计数器内部有一个8位的控制寄存器，还有一个16位的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。
8253中各通道可有6种可供选择的工作方式，以完成定时、计数或脉冲发生器等多种功能。
8253的各种工作方式如下：
1.方式0：
计数结束则中断
2.方式1：
单脉冲发生器
3.方式2：
速率波发生器
4.方式3：
方波发生器
5.方式4：
软件触发方式计数
6.方式5：
硬件触发方式计数
8255内部结构框图如下图所示
图18253内部结构框图
8253引脚图如图2所示，各引脚功能如下：
D7~D0是数据线引脚，
RD和WD分别是读写控制引脚，
CS是片选信号，
A1,A0是片内地址选择引脚，
CLK0、CLK1、CLK2输入引脚
GATE0、GATE1、GATE2输入引脚，
OUT0、OUT1、OUT2输出引脚。
图28253引脚图
2、8253端口地址
表18253端口地址表
端口
地址
控制口
203H
3、8253控制字
第四章8255A并行接口芯片介绍
1、8255芯片的内部结构及引脚
8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种工作方式下工作：
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
8255内部结构框图如图3所示：
图38255内部结构框图
8255引脚图如图4所示，各引脚功能如下：
D7~D0——与CPU侧连接的八条双向数据线；
WR（低电平有效）——写输入信号；
RD（低电平有效）——读输入信号；
CS（低电平有效）——片选输入信号；
A0、A1——片内寄存器选择输入信号；
PA7~PA0——A口外设双向数据线；
PB7~PB0——B口外设双向数据线；
PC7~PC0——C口外设双向数据线；
RESET——复位输入信号
图48255引脚图
表28255端口地址表
2、8255端口地址
端口
地址
控制口
20BH
3、8255控制字
第五章系统设计
1、设计原理
本系统设计的交通灯控制是以脉冲发生器产生1MHZ的脉冲，然后将产生的脉冲接到8253A的CLK0口，通过8253编译产生周期1秒的脉冲，将8253AOUT1连接到8255PC0，通过8255A来判断脉冲来控制交通灯亮灯的时间和颜色，将8255APB0、PB1、PB2、PB3连接四个LED双色灯用作人行道的显示，8279控制端连接74S138的编译地址来显示交通灯的亮灯时间。
系统原理图如图5所示
图5交通灯原理图
2、系统设计电路
由于没有安装相应的软件，所以很难画出相应的系统设计图，这是我自己用画图软件做的，有点简单了，但还是能理解的。
电路分别用到8253、8255、8259
3、硬件连线图
连线路线：
1M脉冲——8253clk0
5V电压——8253gate0、1两个
8253out0——clk1
8253out1——8255pc0
8253cs——地址200-207
8255cs——地址208-20F
8279cs——地址210-217
8255pb0.\,pb1,pb2,pb3——任意四个led双色灯
4、程序流程图
产生
1MHZ
频率
显示
第六章程序代码
1、运行模式
程序运行时，首先南北灯红，东西灯绿，然后是南北灯红，东西灯黄，这样过了半个周期，跳转；南北灯绿，东西灯红，然后南北灯黄，东西灯绿，这就一个周期。
在南北灯红的时候，人行道灯显示红，在南北灯黄的时候，人行道灯黄；在东西灯红的时候，人行道灯显示红，在东西灯黄的时候，人行道灯黄。
交通灯由“0”和“1”控制，当状态是“00”时，这个灯显示黄，当状态是“01”时，这个灯显示红，当状态是“10”时，这个灯显示绿，1、2、3、4代表双色灯。
如下图所示：
灯的颜色
状态
人行道颜色
南北红东西绿
01011010
1红，3黄
南北红东西黄
01010000
1红，3黄
南北绿东西红
10100101
2黄，4红
南北黄东西红
10100000
2黄，4红
2、程序代码
CON55EQU20BH
PAEQU208H
PBEQU209H
PCEQU20AH
C8279EQU212H
D8279EQU210H
CON53EQU203H
P0EQU200H
P1EQU201H
P2EQU202H
C8279EQU212H
D8279EQU210H
LEDMODEQU00;左边输入,八位显示外部译码八位显示
LEDFEQEQU38H;扫描频率
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE,DS:
CODE
START:
PUSHCS
POPDS
;初始化8253
MOVDX,CON53
MOVAL,00110111B
OUTDX,AL
MOVDX,P0
MOVAX,5000H
OUTDX,AL
MOVAL,AH
OUTDX,AL
MOVDX,CON53
MOVAL,01110111B
OUTDX,AL
MOVDX,P1
MOVAX,200H
OUTDX,AL
MOVAL,AH
OUTDX,AL
MOVDX,CON53
MOVAL,10110001B
OUTDX,AL
MOVDX,P2
MOVAX,3000H
OUTDX,AL
MOVAL,AH
OUTDX,AL
;8255初始化
MOVDX,CON55
MOVAL,10001001B
OUTDX,AL
MOVDX,PA
MOVAL,0f0h
OUTDX,AL
MOVDX,PB
MOVAL,11111111B
OUTDX,AL
MOVBL,00H
;初始化8279
MOVDX,C8279
MOVAL,LEDMOD
OUTDX,AL
MOVAL,LEDFEQ
OUTDX,AL
MOVAL,0D3H
OUTDX,AL
L0:
MOVAL,00H
MOVDX,PC
INAL,DX
ANDAL,01H
CMPAL,00H
JEL0
LL:
INAL,DX
TESTAL,01H
JNZLL
CMPBL,3H
JSL1
CMPBL,5H
JSL2
CMPBL,8H
JSL3
CMPBL,0AH
JSL4
MOVBL,00H
JMPL0
L1:
MOVDX,PA
MOVAL,01011010B;南北红,东西绿
OUTDX,AL
MOVDX,PB
MOVAL,11110110B
OUTDX,AL
JMPREAD
L2:
MOVDX,PA
MOVAL,01010000B;南北红，东西黄
OUTDX,AL
MOVDX,PB
MOVAL,11110110B
OUTDX,AL
JMPREAD
L3:
MOVDX,PA
MOVAL,10100101B;南北绿,东西红
OUTDX,AL
MOVDX,PB
MOVAL,11111001B
OUTDX,AL
JMPREAD
L4:
MOVDX,PA
MOVAL,10100000B;南北黄，东西红
OUTDX,AL
MOVDX,PB
MOVAL,11111001B
OUTDX,AL
JMPREAD
READ:
;8279输入
MOVCL,03H
SUBCL,BL
CMPBL,3H
JSOUT1
MOVCL,05H
SUBCL,BL
CMPBL,5H
JSOUT1
MOVCL,0AH
SUBCL,BL
CMPBL,8H
JSOUT1
MOVCL,0AH
SUBCL,BL
CMPBL,0AH;数码管1的显示判断
OUT1:
MOVDX,C8279
MOVAL,80H
OUTDX,AL
MOVAL,CL
MOVCL,BL
LEABX,LED
XLAT
MOVDX,D8279;将AL中内容写到数码管上
OUTDX,AL
MOVBL,CL
MOVCL,05H
SUBCL,BL
CMPBL,3H
JSOUT2
MOVCL,05H
SUBCL,BL
CMPBL,5H
JSOUT2
MOVCL,08H
SUBCL,BL
CMPBL,8H
JSOUT2
MOVCL,0AH
SUBCL,BL
CMPBL,0AH;数码管1的显示判断
OUT2:
MOVDX,C8279
MOVAL,84H
OUTDX,AL
MOVAL,CL
MOVCL,BL
LEABX,LED
XLAT
MOVDX,D8279;将AL中内容写到数码管上
OUTDX,AL
MOVBL,CL
INCBL
JMPL0
LEDDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H
DB5EH,79H,71H
CODEENDS
ENDSTART
个人体会
通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中，我通过这个方案包括设计了一套电路原理和电路连接图，和芯片上的选择。
这个方案总共使用了8255A、8253A、74LS138，还有8279。
当然我对8279很不熟悉，以前都没有怎么接触过，感觉很麻烦。
说实话，我在选择设计方案时很矛盾，因为自己对这些都感觉很陌生，就那个彩灯很好，上学期做过，我看班级好多人都在做这个。
之所以选择交通灯，我感觉做就做点自己喜欢的、有点用的。
我不喜欢重复。
刚开始的时候，在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老是这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多；还有就是在调节实验箱的时候也浪费了不少时间，我做的是交通灯得用中间的四个交通灯，有时候看着那四个灯是在发着黄光，在测试的时候根本没有反应，我还以为是自己的程序有错误或者是机子其他的问题，我感觉浪费时间在坏箱子上面很冤。
我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，所以在这次课程设计过程中，我更深了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。
比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我对各个元件印象深刻。
在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。
从开始时满腹激情到最后失望背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。
我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会；我想说，确实很累，但当我看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
同时，对给过我帮助的所有同学和两位指导老师表示忠心的感谢！
此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，让我受益非浅，对在今后的学习或是生活都有帮助。
在此，
再次感谢于王老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！
参考文献
1、周荷琴，吴秀清编著微型计算机原理与接口技术（第四版）安徽：
中国科学技术大学出版社，2008
2、杨全胜现代微机原理与接口技术电子工业出版社2003
3、李顺增，吴国东，赵河明等.微机原理及接口技术.北京：
机械工业出版社,2006
4、眭碧霞.微型计算机原理与组成[M].人民邮电出版社，2003.8
5、何小海严华微机原理与接口技术科学出版社2005
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