硬件课程设计实验报告模拟交通灯.docx

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硬件课程设计实验报告模拟交通灯

硬件部件设计与调试

实验题目：

模拟交通灯

实验目的与要求：

⒈ 了解交通灯管理的基本工作原理

⒉ 熟悉8259A中断控制器的工作原理和应用编程

⒊ 熟悉8255A并行接口的各种工作方式和应用

⒋ 熟悉8253计数器/定时器的工作方式及应用编程，掌握利用软硬件相结合定时的方法

⒌ 掌握多位LED显示问题的解决 

实验原理与方法：

●8259、8255A和8253的工作原理：

一、8259的工作原理：

1、数据总线缓冲器:

8259A与系统数据总线的接口，是8位双向三态缓冲器。

CPU与8259A之间的控制命令信息、状态信息以及中断类型信息，都是通过缓冲器传送的。

2、读/写控制逻辑:

CPU通过它实现对8259A的读/写操作。

3、级连缓冲器:

用以实现8259A芯片之间的级连，使得中断源可以由8级扩展至64级。

4、控制逻辑电路:

对整个芯片内部各部件的工作进行协调和控制。

5、中断请求寄存器IRR:

8位，用以分别保存8个中断请求信号，当响应的中断请求输入脚有中断请求时，该寄存器的相应位置1。

6、中断屏蔽寄存器IMR:

8位，相应位用以对8个中断源的中断请求信号进行屏蔽控制。

当其中某位置“0“时，则相应的中断请求可以向CPU提出；否则，相应的中断请求被屏蔽，即不允许向CPU提出中断请求。

该寄存器的内容为8259A的操作命令字OCW1，可以由程序设置或改变。

7、中断服务寄存器ISR:

8位，当CPU正在处理某个中断源的中断请求时，ISR寄存器中的相应位置1。

8、用以比较正在处理的中断和刚刚进入的中断请求之间的优先级别，以决定是否产生多重中断或中断嵌套。

二、8255A的工作原理：

1、8255A的内部结构:

1）数据总线缓冲器:

这是一个双向三态的8位数据缓冲器，它是8255A与微机系统数据总线的接口。

输入输出的数据、CPU输出的控制字以及CPU输入的状态信息都是通过这个缓冲器传送的。

2）三个端口A，B和C:

A端口包含一个8位数据输出锁存器和缓冲器，一个8位数据输入锁存器。

B端口包含一个8位数据输入/输出锁存器和缓冲器，一个8位数据输入缓冲器。

C端口包含一个8位数据输出锁存器和缓冲器，一个8位数据输入缓冲器（输入没有锁存器）。

3）A组和B组控制电路:

这是两组根据CPU输出的控制字控制8255工作方式的电路，它们对于CPU而言，共用一个端口地址相同的控制字寄存器，接收CPU输出的一字节方式控制字或对C口按位复位字命令。

方式控制字的高5位决定A组的工作方式，低3位决定B组的工作方式。

对C口按位复位命令字可对C口的每一位实现置位或复位。

A组控制电路控制A口和C口上半部，B组控制电路控制B口和C口下半部。

4）读写控制逻辑:

用来控制把CPU输出的控制字或数据送至相应端口，也由它来控制把状态信息或输入数据通过相应的端口送到CPU。

2、8255A的工作方式:

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。

三、8253的工作原理：

8253是可编程的计数器/定时器,其内部有三个独立的16位计数器/定时器通道,每个计数器通道均可按6种不同的方式工作,并且都可以按二进制或十进制计数。

其CLK0～CLK2是计数器0～2的时钟脉冲输入端,GATE0～GATE2是门控脉冲输入端,OUT0～OUT2是输出端。

●交通信号灯实时控制和管理的总体设计

   芯片选择及端口选择

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8235的计数器2定时向实验系统主片8259A的IRQ7请求中断，以实现要求的1分钟、5秒钟和20秒的定时。

实验系统8235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。

3、用实验系统的发光二极管模拟红绿灯。

    注：

8259A的端口地址为：

218H、219H

        8255A的端口地址为：

端口A-200H、端口B-201H、端口C-202H、控制端口-203H

8253的端口地址为：

计数器0-208H、计数器1-209H、计数器2-20aH、控制寄存器0-20bH。

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8259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。

●方案论证：

软件延时，设计简单，使用方便，但是无法进行精确计时，无法在实际应用中进行使用，本次设计采用了，定时器0进行计时，每10ms产生一个脉冲信号，可以准确的计时并方便8段数码管进行显示。

使用中断比较麻烦，在试验中需要两次加载初始化程序和中断服务程序，并且需要手工指定中断服务地址和中断向量号；但是使用中断可以进行多样化设计，强化程序功能与执行效率。

在本设计中程序每10MS请求一次中断，实现精确定时与数码管显示刷新。

实验设计思路与实现：

●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。

发光二极管显示模块由8255输出来控制发光二极管的亮灭。

8255输出为低电平时，对应的发光二极管就点亮，否则就熄灭。

8255的接口电路如图2所示。

交通灯的对应关系如下：

L7

L6

L5

L2

L1

L0

PC7

PC6

PC5

PC2

PC1

PC0

13红灯

13黄灯

13绿灯

24红灯

24黄灯

24绿灯

实验平台上提供一组六个LED数码管。

插孔CS1用于数码管段选的输出选通，插孔CS2用于数码管位选信号的输出选通。

本设计用4个数码管来倒计时。

紧急中断模块是由单脉冲发生单元和8259中断控制器，单脉冲发生单元主要用来请求中断，然后做出紧急情况处理。

图28255接口电路

●软件设计思路：

设计数器0的计数初值为25000，由于CLK0接脉冲信号，频率为2.5MHZ，所以每10ms中断一次。

利用CX对不同的状态时间计数，用来实现计数器0对1分钟，20秒钟，5秒钟的定时。

中断子程序分为数码显示刷新部分和红绿黄灯各种状态切换部分。

每进入中断即刷新LED显示。

用对于东西车道和南北车道黄灯闪烁利用标志位判断实现，满足比较条件就暗，不满足条件就亮。

8253计数的起停由8255的PA0控制，8255的PA0输出1时，8253开始计数，交通灯按正常状态切换工作，PA0输出0时，计数器停止工作，交通灯不再按正常状态切换。

8253开始计数后每100ms发出一个中断申请信号，在中断子程序中先刷新数码管，然后判断当前状态，进入相应的处理程序进行处理。

主程序负责系统的初始化，然后数码管数据输出显示，同时检测PC键盘按键，有按键就退出程序。

主程序的流程图如图3所示。

图3主程序的流程图

定时中断子程序是本设计的重点，负责完成数码管输出数据刷新和各个状态的处理切换。

中断子程序包括数码管输出数据刷新程序和各状态处理程序。

数码管输出数据刷新子程序是实现倒计时25s，用LEDOUT表示输出的数据，cnt用来软件计时1s，就是计数10个100ms。

LED输出是要将输出的数据转化为段选码。

根据当前的状态跳转到相应的处理程序，在处理程序中完成定时和状态的切换。

状态1和3的流程是一样的，先点亮对应的交通灯，再判断定时到了就可以切换了。

状态2和4要实现黄灯的闪烁，间隔点亮和熄灭就可以了。

状态1和3处理程序的流程图（以状态1为例）如图6所示，其中NUM是状态1对应的PC口输出。

外部中断服务子程序主要用来处理紧急情况，将2个方向的车都停止运行，点亮所有红灯。

下次中断来时恢复以前的状态。

用一个标志位FLAG判断是第一次进入还是恢复状态。

●源程序清单：

本次设计中，选用8235的计数器0定时向实验系统主片8259A的IRQ0请求中断。

设置8253的计数器0每10ms请求一次中断，工作于模式3；8255的A端口控制交通灯。

初始化程序：

DATA SEGMENT 

     LED  DB  3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H       ；存放七段代码表

           DB  7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H        

D1      EQU 10H

D2      EQU 200H            ；8255A端口A

EA   EQU 200H               ；8259端口地址

EE   EQU 203H

CONTROL EQU 20bH          ；8253端口地址

COUNT0  EQU 208H 

COUNT1  EQU 209H                  

COUNT2  EQU 20aH

Z8279    EQU       222H

D8279    EQU       220H

LEDMOD   EQU       00   ;左边输入,八位显示外部译码八位显示

LEDFEQ   EQU       38H  ;扫描频率

DATA ENDS

CODE SEGMENT

    ASSUME CS:

CODE,DS:

DATA

CODE   SEGMENT

      ASSUME CS:

CODE

CONT    DB 0

CONT1    DB 0

CONT2    DB 0

BKSD    DB 0

BKAD    DB 0

BKDA    DB 0

TEMP    DB 0

;*******************************************

START:

MOV AX,0

MOV DS,AX

MOV AX,OFFSET IRQ0

ADD AX,2000H

MOV SI,0FH*4

MOV [SI],AX

MOV AX,0

MOV [SI+2],AX

IN AL,218H

AND AL,7FH

OUT 219H,AL

CLI

MOV AL,80H        ;初始化8255

OUT EE,AL

MOV AL,00

OUT EA,AL

MOV AL,0f0H

OUT EA,AL

MOV   DX,218H      ;8259初始化

MOV   AL,00010010b

OUT   DX,AL

MOV   AL,08H

MOV   DX,219H

OUT   DX,AL

MOV     DX,203H    ;设置为全输出

MOV     AL,80H

OUT     DX,AL

MOV     DX,200H

MOV     AL,0ffh

OUT     DX,AL       ;清LED

MOV     DX,200H     ;全红