微机原理课程设计交通信号灯模拟控制系统的设计本科论文.docx
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微机原理课程设计交通信号灯模拟控制系统的设计本科论文
成绩
南京工程学院
通信工程学院
课程设计说明书（论文）
题目交通信号灯模拟控制系统的设计
课程名称微机原理与接口技术
专业
班级
学生姓名
学号
设计地点
指导教师
设计起止时间：
2013年12月23日至2013年12月27日
目录
1、设计目的……………………………………………………………………….2
2、设计内容及要求……………………………………………………………….2
3、设计原理……………………………………………………………………….2
3.1、电路接线方案………………………………………………………………...……...…2
3.2、定时问题………………………………………………………………………….....….3
3.3、工作状态……………………………………………………………………...…….…..3
4、实验元件解释……………………………………………..……………………3
4.1、可编程并行通信接口8255A…………………………………….……………..........3
4.2、可编程计数器/定时器8253…………………………………………………………....4
5、程序流程图及说明…………………………………………..………………....5
5.1、基本和中级要求的流程图………………………………………………..……………5
5.2、高级要求的流程图……………………………………………………………………..6
5.3、流程图说明………………………………………………………………….………….7
6、实验源代码及解释………………………………….………………….…...…7
7、实际接线图……………………………………………………..….………….13
8、运行结果………………………………………………………….……..…….13
9、设计心得与体会…………………………..………………….……………….16
10、主要参考文献………………………………………………………..………16
1、设计目的
通过课程设计加深理解课堂教学内容，掌握微机原理的基本应用方法。
通过实验熟悉微机基本接口芯片的外型、引脚、编程结构，掌握汇编语言程序设计和微机基本接口电路的设计、应用方法，做到理论联系实际。
2、设计内容及要求
2.2.1功能要求：
1）假设在一个A道（东西方向）和B道（南北方向）交叉的十字路口安装有自动信号灯。
当A道和B道均有车辆要求通过时，A道和B道轮流放行。
A道放行7秒钟，B道再放行5秒钟，依次轮流。
绿灯转换红灯时黄灯亮1秒钟。
2）一道有车，另一道无车时（实验时用开关K5和K6控制），交通控制系统能立即让有车道放行。
3）有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通过，A、B道均为红灯，紧急车由K7开关模拟，有紧急车时另有一红灯闪烁。
2.2.2难度要求：
4）基本要求：
采用8255输出控制信号灯，8255输入K5、K6、K7控制开关信号，用循环程序软件定时实现功能要求；（60分）
5）中级要求：
采用8255输出控制信号灯，8255输入K5、K6、K7控制开关信号，用8253硬件定时，软件查询方式实现功能要求；（80分）
6）高级要求：
在中级要求的基础上，增加用8255输出驱动LED数码显示器显示绿灯倒计时秒数，黄灯时不显示时间。
（100分）
3、设计原理
设计任务中的A道代表东西方向，B道代表南北方向。
3.1、电路接线方案：
交通信号灯由实验仪的LED发光二极管模拟，由8255-PA输出控制：
见下表。
带时间显示的交通信号灯模拟控制系统8255A输入/输出信号一览表（供参考）
8255-PB输出方式
PCH输入方式
8255-PA输出方式
PCL输出方式
引脚
输出信号
引脚
输入信号
引脚
输出信号
引脚
输出信号
PB7
驱动数码管字型
PC7
K7
PA7
紧急车辆闪光
PB6
PC6
K6
PA6
东西红灯
PB5
PC5
K5
PA5
东西黄灯
PB4
PC4
8253-OUT2
PA4
东西绿灯
PB3
PA3
PC3
PB2
PA2
南北红灯
PC2
PB1
PA1
南北黄灯
PC1
PB0
PA0
南北绿灯
PC0
数码管的位码选择
注：
1）、8255-PA输出方式可根据实验设备红绿黄灯具体位置改变
2）、采用软件延时，则8255的PC4不用接8253-OUT2。
数码管的位码选择
3.2、定时问题
用8253#2工作方式0进行500ms定时，CLK2接125kHz时钟信号，GATE2接高电平，OUT2接8255-PC4。
主程序通过查询8255-PC4的状态，获知准确的定时信息。
也可以采用软件延时，500ms延时子程序参见实验一。
3.3、工作状态
根据设计任务功能要求，依K5、K6、K7的状态分为四种工作状态：
状态0：
K5、K6、K7均断开（1电平）或K5、K6均闭合K7断开，A、B道交替通行；状态1：
仅K5闭合，A道有车、B道无车；状态2：
仅K6闭合，A道无车，B道有车；K5和K6均闭合，A、B道都有车，A、B道交替通行；状态3：
K7闭合，有紧急车辆通行。
4、实验元件及解释
4.1、可编程并行通信接口8255A
8255A的端口地址设为A口—0F000H，B口—0F001H，C口—0F002H,寄存器端口—0F003H
将LED灯的D0~D7分别与8255A的PC0~PC7相连，具体连接如下：
D0—1路口绿灯，D4—1路口红灯。
D1—2路口绿灯，D5—2路口红灯。
D2—3路口绿灯，D6—3路口红灯。
D3—4路口绿灯，D7—4路口红灯。
其中：
1、3路口魏东西方向，2,4路口为南北方向。
系统中的8255A电路如图（B4区：
8255A电路）
4.2、可编程计数器/定时器8253
用LED（发光二极管）模拟信号灯，8255A实现对信号灯的控制（PC0~PC6分别接D0~D6），8253的计数器2实现基本单位定时（如10ms）信号的输出；再用8255A的PA口查询定时信号的变化，并统计脉冲数，以实现3min、5s和1s的定时
实验系统中8253计数器2的CLK2可接OPCLK，频率为1.19318MHz，GATE2接+VCC，OUT2接8255A的PA0。
定时可采用软硬件香结合的方式实现。
系统中8253电路如图（C5区：
8253电路）
8253端口地址：
0#计数器—0B000H，1#计数器—0B001H，2#计数器—0B002H，控制寄存器—0B003H。
5、程序流程图及说明
5.1、基本和中级要求的流程图：
5.2、高级要求的流程图
5.3、流程图说明
流程图1设计思想：
1、主程序每0.5秒循环一次，每次查询三个开关状态，及时响应开关状态的变化。
其中CNT0和CNT3分别用于记录状态0和状态3工作进程的进程计数器，可以用寄存器或内存变量实现。
2、常用的工作状态0是A、B道交替通行，一个周期用时14秒。
用CNT0以0.5秒为单位进行加1计数，从0到27循环计数，CNT0/2就可知本周期进行到第几秒了。
根据设计任务功能要求，第0秒，A道红灯、B道黄灯；第1~7秒，A道绿灯、B道红灯；第8秒，A道黄灯、B道红灯；第9~13秒，A道红灯、B道绿灯。
3、工作状态3中，CNT3只有2种状态（0和0FFH），用于控制紧急车辆的灯光闪烁。
4、时间显示采用实验仪的数码管显示。
只用一个数码显示器显示绿灯通行倒计时，A道显示数=8-CNT0/2，B道显示数=14-CNT0/2。
参考流程图2。
如果用2个数码显示器分别显示A道、B道的倒计时，则需要用到动态显示扫描技术，难度较大，定为加分项目。
在500ms延时子程序中循环调用动态显示扫描子程序，定时器的定时周期应缩短到5ms。
参考流程图3。
此功能难度较大，定为加分项目。
2个数码管的位码选择（低电平有效）有8255的PC3、PC0来确定，接线到数码管选择脚接口JP41（注意JP41的接插方法：
JP41只接插一半，用PCL接JP41的1-4引脚。
如果PCL与JP41完全连接，PC4对应位会显示倒计时数码）。
显示内容由8255的B口接线到数码管段码接口JP42。
6、实验源代码及解释
源程序如下：
.MODELTINY
COM_ADDREQU0B003H;8253控制寄存器端口地址
T0_ADDREQU0B000H;计数器0
T1_ADDREQU0B001H;计数器1
T2_ADDREQU0B002H;计数器2
COM_ADDEQU0F003H;8255控制寄存器端口地址
PA_ADDEQU0F000H;PA口
PB_ADDEQU0F001H;PB口
PC_ADDEQU0F002H;PC口
.STACK300
.DATA
LED_DATADB10111101B;东西红灯，南北黄灯
DB11101011B;东西绿灯，南北红灯
DB11011011B;东西黄灯，南北红灯
DB10111110B;东西红灯，南北绿灯
DB00111011B;东西红灯，南北黄灯，紧急车辆闪光亮
DB10111011B;东西红灯，南北黄灯，紧急车辆闪光灭
SHUMADB01111111B;0
DB00000110B;1
DB01011011B;2
DB01001111B;3
DB01100110B;4
DB01101101B;5
DB01111101B;6
DB00000111B;7
DB01111111B;8
CNT0DB?
;定义一个字节变量，初始值不定
CNT3DB?
.CODE
START:
MOVAX,@DATA;AX=0040H
MOVDS,AX
MOVDX,COM_ADD;8255初始化
MOVAL,88H;AL=10001000，A口方式0输出，B口方式0输出，C口高四位输入，低四位输出
OUTDX,AL;把AL中的内容送入DX端口
MOVDX,COM_ADDR;8253初始化
MOVAL,0B0H;AL=10110000,通道2，先读/写寄存器低字节，后读/写高字节
OUTDX,AL;把AL中的内容送入DX端口
MOVDX,PC_ADD;位码选择
INAL,DX;把DX端口的数据送入AL
ANDAL,0FEH;逻辑与指令，使最低位清零
ORAL,01H;逻辑或指令，使最低位置1
OUTDX,AL;把AL中的内容送入DX端口
MOVCNT0,0;CNT0=0
MOVCNT3,0;CNT3=0
LP:
CALLDL500ms;调用DL500ms的指令
MOVDX,PC_ADD;将PC端口地址送给DX
INAL,DX;把DX端口的数据送入AL
TESTAL,80H;10000000PC7检查AL的D7=1?
JZK7;ZF=1，转移
JMPJMP1;无条件转JMP1
K7:
MOVCH,CNT3;紧急情况
CMPCH,0;比较CH-0
JZRRS;ZF=1则转移
RRM:
MOVAL,5;AL=0005H
XLAT;AX=BBH;RedRedDark
MOVDX,PA_ADD;DX=0F000H
OUTDX,AL;将AL的值写入DX端口
JMPLAST0;跳转到JMP1
RRS:
MOVAL,4;AL=0004H
XLAT;AX=3BH;RedRedLight
MOVDX,PA_ADD;DX=0F000H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
CALLDL500ms;调用DL500ms指令
MOVAL,5;AL=0005H
XLAT;AX=BBH;RedRedDark
MOVDX,PA_ADD;DX=0F000H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
LAST0:
MOVDX,PB_ADD;DX=0F001H
MOVAL,00H;AL=00H
OUTDX,AL;将AL的值写入DX端口
XORCH,0FFH;异或指令，使操作数的某些位保留（与“0异或”）使某些位取反（与“1异或”）
MOVCNT3,CH;CH=0FFH
MOVCNT0,0;CNT0=0
JMPLP;跳转到LP指令
JMP1:
MOVDX,PC_ADD;DX=0F002H
INAL,DX;将DX端口的内容赋值给AL
TESTAL,20H;检测（00100000）PC5
JNZJMP2;ZF=0，转移
MOVDX,PC_ADD;DX=0F002H
INAL,DX;将DX端口的内容赋值给AL
TESTAL,40H;检测（01000000）PC6
JNZK5;ZF=0,转移
JMPJMP3;无条件跳转JMP3指令
K5:
MOVAL,1;AL=0001
XLAT;00EBH
MOVDX,PA_ADD;DX=0F000H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
MOVDX,PB_ADD;DX=0F001H
MOVAL,00H;AL=00H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
MOVCNT0,0;CNT0=0
MOVCNT3,0;CNT3=0
JMPLP;无条件跳转LP
JMP2:
MOVDX,PC_ADD;DX=0F002H
INAL,DX;将DX端口中的内容赋值给AL
TESTAL,40H;检测（01000000）PC6
JZK6;ZF=1,则转移
JMPJMP3;无条件转移JMP3
K6:
MOVAL,3;AL=0003
XLAT;DBH
MOVDX,PA_ADD;DX=0F000H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
MOVDX,PB_ADD;DX=0F001H
MOVAL,00H;AL=00H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
MOVCNT0,0;CNT0=0
MOVCNT3,0;CNT3=0
JMPLP;无条件跳转LP指令
LP1:
JMPLP;无条件跳转LP指令
JMP3:
MOVCNT3,0;CNT3=0
MOVCH,CNT0;CH=CNT0
SHRCH,1;CH=CNT0/2,CH右移一位
LEABX,LED_Data;取源操作地址的偏移量，并把它送到目的操作数所在单元
CMPCH,0;比较CH-0
JZRY;ZF=1，相等则转移
CMPCH,8;定时8s
JBGR;CF=1,低于则转移
CMPCH,8;定时8s
JZYR;ZF=1，相等则转移
JMPRG;无条件转移RG
RG:
MOVAL,3;AL=0003RedGreen
XLAT;BEH
MOVDX,PA_ADD;DX=0F000H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
PUSHBX;5~1S倒计时
LEABX,SHUMA;转换字形码
MOVAL,14
SUBAL,CH;AL=AL-CH/2
XLAT;表转换
MOVDX,PB_ADD
OUTDX,AL
POPBX;显示倒计时
LAST:
INCCNT0;指向下一个元素
CMPCNT0,28;一个计时周期28s
JNZLP1;ZF=0，则转移
MOVCNT0,0;CNT0=0
JMPLP1;无条件转移LP1
RY:
MOVAL,0;AL=0000RedYellow
XLAT;表转换
MOVDX,PA_ADD;DX=0F000H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
MOVDX,PB_ADD;DX=0F001H
MOVAL,00H;AL=00H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
JMPLAST;无条件转LAST指令
GR:
MOVAL,1;AL=0001GreenRed
XLAT;表转换
MOVDX,PA_ADD;AX=0F000H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
PUSHBX;7~1s倒计时
LEABX,SHUMA;转换字形码
MOVDX,PB_ADD;DX=OF001H
MOVAL,8;AL=0008
SUBAL,CH;AL=AL-CH/2
XLAT;表转换BDH
MOVDX,PB_ADD;DX=0F001H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
POPBX;显示计时
JMPLAST;无条件转移LAST指令
YR:
MOVAL,2;AL=0002
XLAT;表转换EBHYelloRed
MOVDX,PA_ADD;DX=0F000H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
MOVDX,PB_ADD;DX=0F001H
MOVAL,00H;AL=0000
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
JMPLAST;无条件转移LAST指令
DL500ms:
PROCNEAR
MOVDX,T2_ADDR
MOVAL,24H;62500=F424H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
MOVAL,0F4H;AL=0F4H
OUTDX,AL;将AL的值送入DX端口
DELAY:
MOVDX,PC_ADD;DX=0F002H
INAL,DX;00010000PC4~OUT2
TESTAL,10H;查AL=10H?
JZDELAY;ZF=1,则转移
RET
DL500msENDP
ENDSTART;汇编结束
7、实际接线图
8、运行结果
当系统工作于状态1时，A、B道交替通行
当系统工作于状态2时，仅K5闭合，A道有车，B道无车：
当系统工作于状态3时，仅K6闭合，A道无车，B道有车：
当系统工作于状态4时，K7闭合，有紧急车辆通行：
9、设计心得及体会
为期一周的课程设计在不知不觉中已经结束了，短短的几天，让我重拾课本中关于并行通信接口8255A和8253计数器/定时器的原理及其应用，抛开我们应该掌握的知识和技能，我还明白了一些做人的道理，让我受益匪浅。
验收的时候，老师每个人都看了一遍，第二遍的时候，老师让我们自己选择是否留下来答辩，这个时候，我矛盾了，因为老师说，在答辩的过程中，一旦发现你什么都不会，那这次的课程设计就可能不及格。
当时，我的自卑感来作祟了，因为，我觉得自己比不上那些留下来答辩的人，也许有这么几个很水的人留下来浑水摸鱼的，在这方面我很佩服他们。
也许就是分分钟的选择吧。
老师问留下来答辩的人的问题的时候，我听了两个，我也都会。
为了逃避自己当时已经后悔了的事实，我很快逃走了。
事后，我反复思考这件事，我知道，人不能盲目地自卑或者自信。
这次的教训深深地警醒着我，我！
必须相信自己！
10、主要参考文献
[1]李干林.微机原理及接口技术实验指导书[M].北京：
北京大学出版社，2010年8月
[2]周荷琴冯焕清.微型计算机原理与接口技术（第5版）中国科学技术大学出版社，2013年1月
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