沈阳大学微机原理课程设计交通灯.docx

1、沈阳大学微机原理课程设计交通灯课 程 设 计 任 务 书专 业自动化班 级12自动化2姓 名设 计 起 止 日 期2014.12.222014.12.26设计题目：交通灯系统设计设计任务（主要技术参数）：1.利用8253定时器、8255等接口，设计一电路，模拟十字路口交通灯控制。2.实现自动控制和手动应急控制。指导教师评语： 成绩： 签字：年 月 日课程设计说明书 NO.11 引言交通灯是采用计算机通过编写汇编语言程序控制的。红灯停，绿灯行的交通规则。广泛用于十字路口,车站, 码头等公共场所,成为人们出行生活中不可少的必需品,由于计算机技术的成熟与广泛应用,使得交通灯的功能多样化,远远超过老式

2、交通灯, 交通灯的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了交通灯的功能。诸如闪烁警示、鸣笛警示，时间程序自动控制、倒计时显示，所有这些，都是以计算机为基础的。还可以根据主、次干道的交通状况的不同任意设置各自的不同的通行时间。或者给红绿色盲声音警示的人性化设计。现在的交通灯系统很多都增加了智能控制环节，比如对闯红灯的车辆进行拍照。当某方向红灯亮时，此时相应的传感器开始工作，当有车辆通过时，照相机就把车辆拍下。要将交通灯系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节交通灯。因此，研究交通灯及扩大其应用，有着非常

3、现实的意义。 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.22 设计方案论证2.1设计原理此设计是通过并行接口芯片8255A和8086计算机的硬件连接，以及通过8253延时的方法，来实现十字路口交通灯的模拟控制。用LED演示交通灯变化规律：亮、灭、闪烁；通过8253计数器0和计数器1级联实现准确定时；用8255的某一输入输出口中的某些位控制东西、南北路口交通灯的状态；用8259A管理可屏蔽中断。2.2设计环境及设备PC机一台、8255并口：用做接口芯片。LED：共有12个LED灯开关2.3交通灯工作原理1东西方向车辆放行60秒钟。即东西绿灯和南北方向的红灯同时点亮1分钟；21分钟后，东西方向的红（绿）

4、灯闪烁5秒钟，以警示车辆将切换红绿灯。此时南北方向仍维持红灯点亮。3东西方向的红（绿）灯闪烁5秒钟后，转为南北方向放行60秒钟。即东西方向的红灯和南北方向的绿灯同时点亮60秒钟； 4南北方向放行60秒钟后，转为南北方向的红（绿）灯闪烁5秒钟，以警示将切换红绿灯。此时东西方向仍维持红灯点亮。 5南北方向的红（绿）灯闪烁5秒钟后转为东西方向放行1分钟。如此循环重复。 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.33 系统硬件设计3.1 8086简介Intel8086是16位的微处理器（其内部总线为16位，外部总线为8位，故称为准16位微处理器），它采用HMOS工艺40条引脚封装。8086工作时使用5V电源

5、，时钟频率5MHz（8086-1为10MHz，8086-2为8MHz）它有20根地址线，故可寻址的内存空间为1MB【2】。(1)8086的主要特性Intel8086/8088CPU是Intel公司推出的高性能的微处理器，具体如下主要特性：(a)8086CPU数据总线为16位，8088CUP数据总线为8位。(b)地址总线都是20位，低16位用于数据总线复用，可直接寻址为1MB的存储空间。(c)有16位的端口地址，可以寻址64KB的I/O端口。(d)有99条基本指令，指令功能强大。(e)有9种基本寻址方式。(f)可以处理内部和外部中断，外部中断源多达256个。(g)兼容性好，8086、8085在源

6、程序一级兼容。(h)8086/8088标准主频为5MHz，8086/8088-2主频为8MH【3】。(i)支持单处理器或多处理器系统工作。(2)8086CPU寄存器结构8086CPU中有14个16位的寄存器,其中有4个16位的通用寄存器,2个16位指针寄存器,2个16位变址寄存器,1个16位指令指针及1个16位标志寄存器【8】。通用寄存器包括累加器AX，基址寄存器BX，计数寄存器CX，数据寄存器DX四个寄存器，位于CPU的EU中，每个数据寄存器可存放16位操作数， 也可拆成两个8位寄存器，用来存放8位操作数。 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.4指针和变址寄存器包括：堆栈指针SP、基址指针B

7、P、源变址寄存器SI、和目的变址寄存器DI四个16位寄存器，可以来存放数据和地址。段寄存器包括：代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，附加段寄存器ES，堆栈段寄存器SS【4】。图1 8086CPU的内部功能结构图3.2 8255简介 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，并行接口是以数据的字节为单位与I/O 设备或被控制对象之间传递信息。CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8 位、16 位、32 位等。用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0-基本输入/出方式、方式1-选通输入/出方式、方式2-双向

8、选通工作方式【3】。 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.58255的内部结构及引脚图如图2所示。图2 8255内部结构及引脚图具体的各引脚功能如下【3】:D0D7为双向数据信号线，用来传送数据和控制字。RD为读信号线，与其它信号线一起实现对8255接口的读操作通常接系统总线的IOR信号。WR为写信号线，与其它信号一起实现对8255的写操作，通常接系统总线的IOW。CS为片选信号线，当它为低电平（有效）时，才能选中该8255芯片，也才能对8255进行操作【6】。A0，A1为口地址选择信号线。8255内部有3个口；A口，B口，C 口，还有一个控 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.6制寄存器，它

9、们可由程序寻址。A0，A1上的不同编码可分别寻址上述3个口和一个控制寄存器,具体规定如表1所示。表1 8255的寻址方式A1A0选择00A口01B口10C口11控制寄存器通常 A0，A1分别接系统总线A0和 A1，它们与CS一起来决定8255的接口地址。RESET为复位输入信号。此端上的高电平可使8255复位。复位后，8255的A口，B口，C 口均被定为输入状态。PA0PA7为A口的8条输入输出信号线。PB0PB7为B口的8条输入输出信号线。PC0PC7，8条线根据其工作方式可作为数据的输入或输出线，也可以用作控制信号的输出或状态信号的输入线 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.78255 工

10、作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图3所示【4】。 图3 置位/复位控制字格式8255的寻址：8255占外设编址的4个地址，即A口，B口，C口和控制寄存器各占一个外设接口地址。对同一个地址分别可以进行读写操作。例如，读A口可将A口的数据读出；写A口可将CPU的数据写入A口并输出【8】。如表2为方式0下系统的输入输出组合，其中分为A,B组，A组分为A口和C口，B组分为B口和C口。 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.8表2 方式0下，8255的16种输入输出组合A 组B组A口（PA0-PA7）C口（PC4-PC7）B口（PB0-PB7）C口（PC0-PC3）入入入入入入入出入入出入入入

11、出出入出入入入出入出入出出入入出出出出入入入出入入出出入出入出入出出出出入入出出入出出出出入出出出出 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.93.3 8253简介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。 图4 8253内部结构及引脚图 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D0D7（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的工作方式也是有控制

12、字来决定。（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 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.10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），OU

13、T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。图5 8253控制字 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.11 在Proteus环境下，结合课程设计题目，设计硬件原理图，搭建硬件电路软件设计1方式0-低电平输出（GATE信号上升沿继续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

14、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nCLK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nCLK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： 设定工作方式 设定计数初值 硬件启动 计数初值进入减1计数器 每输入一个时钟计数器减1的计数过程 计数过程结束3.4八个LED显示器及其接口十二个LED小灯为共阳极，一端接高电平，一端接

15、8255端口，当输出为0时，小灯才会亮。LED技术参数说明:发光二极管的压降一般为1.5-2.0V，即工作电压要求不高，而且构造简单，其工作电流一般取10-20mA为宜。 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.123.5模拟8086系统硬件接线图图6硬件连接图 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.134 交通灯软件设计4.1程序流程图图7程序流程图 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.144.2软件编程实现CS8253_T0 EQU 00010HCS8253_CTL EQU 01810HCS8255_PA EQU 00018HCS8255_PB EQU 00218HCS8255_CTL EQU

16、00618H CODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODESTART: PUSH CS POP DS CLI ;关中断 MOV DX,CS8253_CTL ;定时器0工作在方式3 MOV AL,00010000B OUT DX,AL MOV DX,CS8253_T0 MOV AL,01H ;频率12hz，计时为1s OUT DX,AL MOV AL,10000000B MOV DX,CS8255_CON OUT DX,AL 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.15 CALL STATUS0 ;初始状态(都是红灯)MLOOP: CALL STATUS1 ;南北绿灯,东西红

17、灯 CALL STATUS2 ;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯 CALL STATUS3 ;南北红灯,东西绿灯 CALL STATUS4 ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯 JMP MLOOPSTATUS0: MOV AL,0F0H ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,ALMOV BL,10 STI ;开中断LOOPA: CMP CL,1 ;判断是否计时为1s JNE LOOPA ;不到一s则回去 MOV CL,0 CLI ;关中断 RET STATUS1: MOV AL,05AH ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL

18、,50 STI ;开中断 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.16LOOPB: CMP CL,5 ;判断是否计时为5s JNE LOOPB ;不到一s则回去 MOV CL,0 CLI ;关中断 ;延时5秒 RET STATUS2: MOV CX,3 ;绿灯闪3次FLASH: MOV AL,050H ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,3CALL DELAY ;延时0.3秒 MOV AL,05AH ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,ALMOV BL,3 CALL DELAY ;延时0.3秒 LOOP FLA

19、SH MOV AL,0FAH ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,10 STI ;开中断 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.17LOOPC: CMP CL,1 ;判断是否计时为1s JNE LOOPC ;不到一s则回去 MOV CL,0 CLI ;关中断 ;延时1秒 RET STATUS3: MOV AL,0A5H ;南北红灯,东西绿灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,50 STI ;开中断LOOPD: CMP CL,5 ;判断是否计时为5s JNE LOOPD ;不到一s则回去 MOV CL,0 CL

20、I ;关中断 ;延时5秒 RET 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.18STATUS4: ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯 MOV CX,3 ;绿灯闪3次FLASH1: MOV AL,0A0H MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,3 CALL DELAY ;延时0.3秒 MOV AL,0A5H MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,3 CALL DELAY ;延时0.3秒 LOOP FLASH1 MOV AL,0F5H ;南北红灯,东西黄灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,10 STI ;开中断 L

21、OOPE: CMP CL,1 ;判断是否计时为1s JNE LOOPE ;不到一s则回去 MOV CL,0 CLI ;关中断 ;延时1秒 RET 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.19DELAY PROC NEAR PUSH CXDL1: MOV CX,8000HDL2: LOOP DL2 DEC BL CMP BL,0JNE DL1 POP CX RET DELAY ENDP IRQ2: CLI MOV AL,BL NOT AL MOV BL,AL ADD CL STI IRET CODE ENDSEND START 沈 阳 大 学课程设计说明书 NO.205 仿真结果图8仿真结果图6 设

22、计体会一周的微机课程设计很快就结束了，在课程设计的这段时间里，我不仅学到了许多新的知识，而且加深了我对以前学习的理论知识的掌握。以前我们学的东西仅限于课本，对实实在在的应用还比较模糊，这次课程设计有利于同学们学习目的的明确性和主动性。通过这次课程设计，我们知道了哪些东西是应该确实掌握的，在学校里，没有实实在在的实习，我们总以为学的东西没太多用，当我们在课程设计过程中了解到我们学的东西是如此重要时，我们学习的积极性有了，目的性提高了。总之，经过这次课程设计，我对今后的专业学习所要注意的事项有了更深刻地了解，这对我以后的学习必将产生深远的影响。 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.217 参考文

23、献1齐志儒、高福祥.汇编语言程序设计.沈阳：东北大学出版，2008.2:13-282刘均、周苏、金海荣.汇编语言程序设计实验教程.北京：科学出版社，2011.4:286-3183周佩玲、彭虎、傅忠谦.微机原理与接口技术.北京：电子工业出版社，2004.4:213-2584方立友.微机原理与汇编语言实用教程.北京：清华大学出版社，2008.5:159-1895凌志浩.微机原理与接口技术.上海：华东理工大学出版社，2006.3:223-2286彭虎、周佩玲、傅忠谦.微机原理里与接口技术(第2版)M北京：电子工业出版社2007.1:133-2867顾晖等.微机原理与接口技术-基于8086和Proteus仿真M电子工业出版社, 2005.2:187-258 8戴梅萼等.微型计算机技术及应用M北京:清华大学出版社,2012.1:12-54 9沈美明等.IBM-PC汇编语言程序设计M北京:清华大学出版社, 2006.4:113-22810彭虎等.微机原理与接口技术(第2版)M电子工业出版社，2003.1:223-238 沈 阳 大 学