基于8253的交通灯设计.docx

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基于8253的交通灯设计

合肥学院电子信息与电气工程专业

微机原理课程设计报告

课题名称：

基于8253交通灯控制的设计

学生班级：

08级自动化

（1）班

学生学号：

080507003008050700190805070039

学生姓名：

卢超陆晓坤吴金龙

指导教师：

王敬生

成绩评定：

2010年12月30日

目录

摘要2

一、设计方案与个芯片介绍3

1.1设计方案3

1.2芯片介绍3

1、8253定时计数器3

2、8255A6

二、硬件设计8

2.1最小系统介绍8

2.2接口电路设计9

三、汇编语言的编写11

3．1流程图11

3.2源代码12

3．3软硬件结合16

四、课程设计体会16

五、参考文献16

摘要

随着城市机动车量的不断增加，组多大城市如北京、上海、南京等出现了交通超负荷运行的情况，因此，自80年代后期，这些城市纷纷修建城市高速通道，在高速道路建设完成的初期，它们也曾有效地改善了交通状况。

然而，随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制，高速道路没有充分发挥出预期的作用。

而城市高速道路在构造上的特点，也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。

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通道，缓解主干道与匝道、城市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。

十字路口车辆穿梭，行人熙攘，车行车道，人行人道，有条不紊。

那么靠什么来实现这井然秩序呢？

靠的就是交通信号灯的自动指挥系统。

交通灯的控制方式很多，本系统采用可编程计数器8253A为中心器件来设计交通灯控制器，实现本系统的各种功能。

本设计采用8086最小模式系统。

关键字：

8086系统、可编程计数器8253A

一、设计方案与个芯片介绍

1.1设计方案

设8253各口地址分别为：

设8253基地址即通道0地址为04A0H；通道1为04A2H；通道2为04A4H；命令控制口为04A6H。

黄灯闪烁的频率为1HZ，所以想到由8253产生一个1HZ的方波，8255控制或门打开的时间，在或门打开的时间内，8253将方波信号输入或门使黄灯闪烁。

由于计数值最大为65535,1MHZ/65536的值远大于2HZ,所以采用两个计数器级联的方式,8253通道0的clock0输入由分频器产生的1MHZ时钟脉冲，工作在方式3即方波发生器方式，理论设计输出周期为0.01s的方波。

1MHZ的时钟脉冲其重复周期为T=1/1MHZ=1s，因此通道0的计数初值为10000=2710H。

由此方波分别作为clock1和clock2的输入时钟脉冲，所以通道1和通道2的输入时钟频率为100HZ，通道1作计数器工作在方式1，计数初值3000=BB8H既30s，计数到则输出一个高电平到8255的PA7口，8255将A口数据输入到8086，8086检测到高电平既完成30s定时。

通道2工作在方式3需输出一个1HZ的方波，通过一个或门和8086共同控制黄灯的闪烁，因此也是工作在方波发生器方式，其计数初值为100=64H，将黄灯的状态反馈到8055的端口PB7和PC7，同样输入到8086，8086通过两次检测端口状态可知黄灯的状态变化，计9次状态变化可完成5次闪烁。

三个通道的门控信号都未用，均接＋5V即可。

1.2芯片介绍

1、8253定时计数器

8253内部可分为6个模块，每个模块的功能如下：

（1）数据总线缓冲器及数据总线D0～D7（如上图所示）

（2）读/写控制逻辑及控制引脚

（3）控制字寄存器

在初始化编程时，CPU写入方式控制字到控制字寄存器中，用以选择计数通道及其相应的工作方式。

8253的控制字：

8253的工作方式也是有控制字来决定，其控制字意义如下：

（4）计数通道0、计数通道1、计数通道2

3个计数通道内部结构完全相同。

每个计数通道都由一个16位计数初值寄存器、一个16位减法计数器和一个16位计数值锁存器组成

计数初值存于预置寄存器，在计数过程中，减法计数器的值不断递减，而预置寄存器中的预置不变。

输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值。

计数器的3个引脚说明：

1.CLK时钟输入信号

在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减1。

2.GATE门控输入信号

控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型。

3.OUT计数器输出信号

当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号。

8253有6种工作方式，由方式控制字确定。

区分这6种工作方式的主要标志由3点：

一是输出波形不同；二是启动计数器的触发方式不同；三是计数过程中门控信号GATE对计数器操作的控制不同。

1．.方式0--低电平输出（GATE信号上升沿继续计数）

2．方式1--低电平输出（GATE信号上升沿重新计数）

3．方式2--周期性脉冲输出

4．方式3--周期性方波输出

OUT输出低电平，装入计数值n后，OUT立即跳变为高电平。

如果当前GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，OUT保持为高电平，若n为偶数，则当计数值减到n/2时，OUT跳变为低电平，一直保持到计数值为“0”，系统才重新置入计数值n，实现循环计数。

这时OUT端输出周期为n×CLK周期，占空比为1：

1的方波序列：

若n为奇数，则OUT端输出周期为n×CLK周期，占空比（n+1）/2:

（n-1）/2的近似方波序列。

5．方式4--单次负脉冲输出（软件触发）

6．方式5--单次负脉冲输出（硬件触发）

每种工作方式的设置过程类似：

⑴设定工作方式

⑵设定计数初值

〔⑶硬件启动〕

⑷计数初值进入减1计数器

⑸每输入一个时钟计数器减1的计数过程

⑹计数过程结束

2、8255A

8255的内部结构

8255A是一个40引脚的双列直插式集成电路芯片

按功能可把8255A分为三个逻辑电路部分，即：

口电路、总线接口电路和控制逻辑电路。

（1）口电路

8255A共有三个8位口，其中A口和B口是单纯的数据口，供数据I/O使用。

而C口则既可以作数据口，又可以作控制口使用，用于实现A口和B口的控制功能。

数据传送中A口所需的控制信号由C口高位部分（PC7～PC4）提供，因此把A口和C口高位部分合在一起称之为A组；同样理由把B口和C口低位部分（PC3～PC0）合在一起称之为B组。

（2）总线接口电路

总线接口电路用于实现8255A和单片微机的信号连接。

其中包括：

（a）数据总线缓冲器

数据总线缓冲器为8位双向三态缓冲器，可直接和80C51的数据线相连，与I/O操作有关的数据、控制字和状态信息都是通过该缓冲器进行传送。

（b）读/写控制逻辑

与读写有关的控制信号有

CS—片选信号（低电平有效）

RD—读信号（低电平有效）

WR—写信号（低电平有效）

A0、A1—端口选择信号。

8255A共有四个可寻址的端口（即A口、B口、C口和控制寄存器），用二位地址编码即可实现选择。

参见下表。

RESET—复位信号（高电平有效）。

复位之后，控制寄存器清除，各端口被置为输入方式。

读写控制逻辑用于实现8255A的硬件管理：

芯片的选择，口的寻址以及规定各端口和单片微机之间的数据传送方向。

（c）控制逻辑电路

控制逻辑电路包括A组控制和B组控制，合在一起构成8位控制寄存器。

用于存放各口的工作方式控制字

8255A工作方式及数据I/O操作

（1）8255A的工作方式

8255A共有三种工作方式，即方式0、方式1、方式2.

（a）方式0基本输入/输出方式

方式0下，可供使用的是两个8位口（A口和B口）及两个4位口（C口高4位部分和低4位部分）。

四个口可以是输入和输出的任何组合。

方式0适用于无条件数据传送，也可以把C口的某一位作为状态位，实现查询方式的数据传送。

（b）方式1选通输入/输出方式

A口和B口分别用于数据的输入/输出。

而C口则作为数据传送的联络信号。

具体定义见表7–2。

可见A口和B口的联络信号都是三个，如果A或B只有一个口按方式1使用，则剩下的另外13位口线仍然可按方式0使用。

如果两个口都按方式1使用，则还剩下2位口线，这两位口线仍然可以进行位状态的输入输出。

方式1适用于查询或中断方式的数据输入/输出。

（c）方式2双向数据传送方式

只有A口才能选择这种工作方式，这时A口既能输入数据又能输出数据。

在这种方式下需使用C口的五位线作控制线，信号定义如表7–2所示。

方式2适用于查询或中断方式的双向数据传送。

如果把A口置于方式2下，则B口只能工作于方式0.

（2）数据输入操作

用于输入操作的联络信号有：

STB（StroBe）—选通脉冲，输入，低电平有效。

当外设送来STB信号时，输入数据装入8255A的锁存器。

IBF（InputBufferFull）—输入缓冲器满信号，输出，高电平有效。

IBF信号有效，表明数据已装入锁存器，因此它是一个状态信号。

INTR（InterruptRequest）—中断请求信号，高电平有效，当IBF数据输入过程：

当外设准备好数据输入后，发出信号，输入的数据送入缓冲器。

然后IBF信号有效。

如使用查询方式，则IBF即作为状态信号供查询使用；如使用中断方式，当信号由低变高时，产生INTR信号，向单片微机发出中断。

单片微机在响应中断后执行中断服务程序时读入数据，并使INTR信号变低，同时也使IBF信号同时变低。

以通知外设准备下一次数据输入。

（3）数据输出操作

用于数据输出操作的联络信号有：

ACK（Acknowledge）—外设响应信号输入，低电平有效。

当外设取走输出数据，并处理完毕后向单片微机发回的响应信号为高，信号由低变高（后沿）时，中断请求信号有效。

向单片微机发出中断请求。

OBF（OutputBufferFull）——输出缓冲器满信号，输出，低电平有效。

当单片微机把输出数据写入8255A锁存器后，该信号有效，并送去启动外设以接收数据。

INTR—中断请求信号，输出，高电平有效。

数据输出过程：

外设接收并处理完一组数据后，发回ACK信号。

该信号使OBF变高，表明输出缓冲器已空。

如使用查询方式，则OBF可作为状态信号供查询使用；如使用中断方式，则当ACK信号结束时，INTR有效，向单片微机发出中断请求。

在中断服务过程中，把下一个输出数据写入8255A的输出缓冲器。

写入后OBF有效，表明输出数据已到，并以此信号启动外设工作，取走并处理8255A中的输出数据。

8255的引脚图

二、硬件设计

2.1最小系统介绍

（1）8086CPU构成的最小模式系统

图2.1.1最小系统结构示意图

（2）8086最小系统配置模拟图

在最小模式系统中，除了8086CPU，存储器及I/O接口芯片外，还加入了一片8284A作为时钟发生器，三片8282/8283或74LS373作为地址锁存器，二片8286/8287或74LS245作为双向数据总线收发器。

数据总线和地址总线分时复用。

图2.1.2最小系统模拟图

2.2接口电路设计

1、系统的片选连接图如下所示：

2、外设的接口电路

三、汇编语言的编写

3．1流程图

3.2源代码

DATASEGMENT;设置数据段，以及端口地址分配

PORTAEQU218H

PORTBEQU219H

PORTCEQU21AH

PTCON8255EQU21BH

PORT0EQU238H

PORT1EQU239H

PORT2EQU240H

PTCON8253EQU241H

DATAENDS

CODESEGMENT

ASSUMEDS:

DATA,CS:

CODE

INIT:

MOVAX,DATA

MOVDS,AX

MOVDX,PTCON8253

MOVAL,36H

OUTDX,AL

MOVDX,PORT0

MOVAX,2710H

OUTDX,AL

MOVAL,AH

OUTDX,AL;通道0工作方式3周期0.01s

MOVDX,PTCON8253

MOVAL,71H

OUTDX,AL;通道1工作方式1

MOVDX,PTCON8253

MOVAL,96H

OUTDX,AL

MOVDX,PORT2

MOVAL,64H

OUTDX,AL;通道2工作方式3周期1s8253初始化完成

MOVDX,PTCON8255

MOVAL,80H

OUTDX,AL;8255初始化A，B，C口均工作在方式0

MOVDX,PORTA

MOVAL,0

OUTDX,AL

MOVDX,PORTB

MOVAL,0FH

OUTDX,AL

MOVDX,PORTC

MOVAL,0FH

OUTDX,AL;灯初始化完成

STA:

MOVDX,PORTA

MOVAL,0A0H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTB

MOVAL,0F0H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTC

MOVAL,50H

OUTDX,AL;1，3绿灯亮，2，4红灯亮

MOVDX,PORT1

MOVAX,0BB8H

OUTDX,AL

MOVAL,AH

OUTDX,AL;8253通道1赋值开始计时

SCAN1:

MOVAL,0

MOVDX,PTCON8255

MOVAL,90H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTA

INAL,DX

ANDAL,0FH

CMPAL,1

JNZSCAN1；扫描PA7口

FLA1:

MOVDX,PTCON8255

MOVAL,80H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTC

MOVAL,0F0H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTB

MOVAL,50H

OUTDX,AL

MOVCX,0

TEST1:

MOVDX,PTCON8255；检测PB7

MOVAL,82H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTB

INAL,DX

ANDAL,0FH

MOVAH,AL

MOVDX,PTCON8255

MOVAL,82H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTB

INAL,DX

ANDAL,0FH

XORAL,AH

ADDCL,AL

CMPCL,9

JNZTEST1;闪烁5次

MOVDX,PTCON8255

MOVAL,80H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTA

MOVAL,50H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTB

MOVAL,0F0H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTC

MOVAL,0A0H;1，3红灯亮，2，4绿灯亮

MOVDX,PORT1

MOVAX,0BB8H

OUTDX,AL

MOVAL,AH

OUTDX,AL;8253通道1赋值开始计时

SCAN2:

MOVAL,0

MOVDX,PTCON8255

MOVAL,90H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTA

INAL,DX

ANDAL,0FH

CMPAL,1

JNZSCAN2

FLA2:

MOVDX,PTCON8255

MOVAL,80H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTC

MOVAL,0F0H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTB

MOVAL,0A0H

OUTDX,AL

TEST2:

MOVDX,PTCON8255

MOVAL,88H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTC

INAL,DX

ANDAL,0FH

MOVAH,AL

MOVDX,PTCON8255

MOVAL,88H

OUTDX,AL

MOVDX,PORTC

INAL,DX

ANDAL,0FH

XORAL,AH

ADDCL,AL

CMPCL,9

JNZTEST2;闪烁5次

CODEENDS

ENDSTA

3．3软硬件结合

在PROTEUS中导入会汇编语言，调试运行。

我们经过调试但是无法正常运行！

原因是硬件电路图连接出错，但是目前无法改正！

四、课程设计体会

首先要说的是我们的课程设计没有实现之前的任务要求。

主要原因是对各个芯片的实际应用不是特别的了解，只是对理论上的芯片框图有出略的认识。

在PROTEUS中的设计也只是学会了初步的知识，对于深入的学习还需要时间。

还有就是源代码的编写，可以说对源代码是一窍不通，根本不知道如何编写源代码。

这也是本学期学习的失败！

希望自己以后能够逐步掌握这方面的知识！

经过这两周的课程设计,做关于交通灯系统设计,我们认真查阅资料。

进一步学习关于这方面的知识：

比如说要了解8086芯片中各个引脚的功能、；怎么样去使用8255这个可编程并行接口芯片；怎么样使用8253来定时及输出一定频率的脉冲；怎么样用8282这个地址锁存器来存储高位地址和低位地址以及交通有哪些规则。

在理论学习的基础上,又下了一次苦工夫,算是明白了设计一个系统的过程。

也让我体会到要想成功地设计某个东西,光学好专业知识是不够的。

必须要系统的知识,无论在哪方面都要有个明白的概念,只有这样才不至于在设计过程中摸不着头脑。

如此,我们体会到学习理论知识固然重要,但在你学完了之后,你不在实践中运用你所学的知识。

我想学是白学了,过一段时间后,你可能什么都记不起来了,或许在学的时候心里有一个概念。

认为这个知识我曾经学得不错,我现在怎么想不起来了,一心想依赖课本;如果我们用实践来学习知识,你会努力地去搜索你想要需要的东西,即使是过了一段时间后,你也会记得你曾经对这点不明白认真地查阅过,所以你不容易忘记!

五、参考文献

《微型计算机原理及接口技术》中国科技大学出版社吴秀清周荷琴编著

《16-32位微型计算机技术及应用》清华大学出版社戴梅萼史嘉权编著

<<汇编语言程序设计》南京大学出版社姚君遗编著

《汇编语言程序设计教程》清华大学出版社杨记文编著

《微型计算机原理及接口技术》实验指导书