基于80868088的交通信號燈設計

1、課程設計報告書課題名稱： 基于8086/8088的交通信號燈設計 院系名稱： 開課名稱： 微型計算機原理及應用 專業(yè)班級： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 2010年X月X日目錄引 言1一、設計內(nèi)容2二、設計目的2三、設計任務和要求.2四、設計方案.34.1設計內(nèi)容分析34.2交通燈的組成3 4.3電路設計的思路.5 4.3.1計時功能實現(xiàn)邏輯.5 4.3.2譯碼電路設計.5 4.3.3總設計框圖.6 4.4元器件的介紹.6 4.4.1 8086/8088CPU.74.4.2可編程并行通信接口8255A芯片84.4.3可編程中斷控制器8259A芯片94.4.4可編程計數(shù)/定時控制器器8253

2、芯片114.4.5 ADC0809A/D轉換器芯片134.4.6濕度傳感器144.5 程序設計流程圖15五、調(diào)試175.1 調(diào)試結果175.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題17參考文獻18附錄一 程序代碼20附錄二 電路圖.23引言數(shù)字電子技術基礎是高等學校弱電類各專業(yè)的一門重要的技術基礎課程。這門課程發(fā)展迅速、實用性和應用性強，側重于邏輯行為的認知和驗證。從最早的手牽皮帶到20世紀50年代的電氣控制，從采用計算機控制到現(xiàn)代化的電子定時監(jiān)控，交通信號燈在科學化、自動化上不斷地更新、發(fā)展和完善。1858年，在英國倫敦主要街頭安裝了以燃煤氣為光源的紅、藍兩色的機械扳手式信號燈，用以指揮馬車通行。1914年，電

3、氣啟動的紅綠燈出現(xiàn)在美國，這種紅綠燈由紅、綠、黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。紅燈亮表示“停止”，綠燈亮表示“通行”。但是在1869年1月2號的一天一位警察被煤氣紅綠燈所引起的爆炸所炸傷而被取消。1914年，紅綠燈又重新被啟用，這次的紅綠燈是電氣啟動的，這種紅綠燈由紅、綠、黃三色圓形的投光器組成，安裝在紐約市5號大街的一座高塔上。1918年，又出現(xiàn)了帶控制的紅綠燈和紅外線紅綠燈。帶控制的紅綠燈，一種是把壓力探測器安在地下，車輛一接近紅燈便變?yōu)榫G燈；另一種是用擴音器來啟動紅綠燈，司機遇紅燈時按一下嗽叭，就使紅燈變?yōu)榫G燈。利用紅外線紅綠燈，當行人踏上對壓力敏感的路面時，它

4、就能察覺到有人要過馬路，紅外光束能把信號燈的紅燈延長一段時間，推遲汽車放行，以免發(fā)生交通事故。黃色信號燈的發(fā)明者是我國的胡汝鼎。他在美國通用電器公司任職的時候，想到在紅、綠燈中間再加上一個黃色信號燈，作為紅燈和綠燈之間的緩沖，提醒人們注意安全。于是紅、黃、綠三色信號燈即成為了一個完整的指揮信號家族。城1968年，聯(lián)合國道路交通和道路標志信號協(xié)定對各種信號燈的含義作了規(guī)定。綠燈是通行信號，面對綠燈的車輛可以直行，左轉彎和右轉彎，除非另一種標志禁止某一種轉向。左右轉彎車輛都必須讓合法地正在路口內(nèi)行駛的車輛和過人行橫道的行人優(yōu)先通行。紅燈是禁行信號，面對紅燈的車輛必須在交叉路口的停車線后停車。黃燈是

5、警告信號，面對黃燈的車輛不能越過停車線，但車輛已十分接近停車線而不能安全停車時可以進入交叉路口。本文討論的交通燈控制系統(tǒng)就屬于該種類型。微機原理課程設計報告一、 設計內(nèi)容設計一個基于8086/8088微型計算機的一個交通信號燈控制系統(tǒng)，要求能完成基本的交通燈控制，如紅、綠、黃三種燈的定時交替點亮與熄滅；能提供行人通過時的臨時信號修改；能提供當時當?shù)氐臏囟取穸刃畔?；提供基本的鍵盤輸入。二、 設計目的要求學生了解8086/8088微型計算機控制系統(tǒng)的基本設計方法與思路，能獨立查閱資料并匯總，具備一定的控制系統(tǒng)設計能力，掌握繪制電路原理圖的能力，能編寫一定難度的匯編程序并調(diào)試。三、 設計任務和要求

6、1. 設計一個基于8086/8088微型計算機的一個交通信號燈控制系，要求使用如下器件：8086、8259、8253、8255、ADC0809、溫度傳感器（可自選）和濕度傳感器（可自選）、健盤；2. 交通燈的亮、滅情況如下：東、西兩個相對路口紅燈亮12s，南、北兩個路口綠燈亮6s，后轉為黃燈亮6s；南、北兩個相對路口紅燈亮12s，東、西兩個路口綠燈亮6s，后轉為黃燈亮6s；3. 每個路口設一個緊急按鍵，可以中斷當前的交通燈狀態(tài)，使當前路口為綠燈，經(jīng)12s后恢復原來的工作狀態(tài)；4. 使用8253提供時間定時；5. 說明書正文不少于13頁；6. 提供完整的電路原理圖；7. 提供軟件流程圖與完整的程

7、序；8. 按要求時間提交課程設計。4.1、設計內(nèi)容分析通過分析設計要求找出燈亮的規(guī)律：1. 東西南北兩個方向起始狀態(tài)全為紅,延續(xù)3秒。2. 東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮，延續(xù)3秒。3. 東西方向紅燈亮，南北方向綠燈以頻率1HZ閃爍3秒。4. 東西方向紅燈亮，南北方向黃燈亮，延續(xù)6秒。5. 東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，延續(xù)3秒。6. 東西方向綠燈亮以頻率1HZ閃爍3秒，南北方向紅燈。7. 東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮，延續(xù)6秒。8. 東西方向紅燈亮，南北方向紅燈亮循環(huán)以上步驟。9.每一個路口有一個緊急按鍵，可以中斷當前的交通狀態(tài)，是當前的路口為綠燈，經(jīng)過12秒后恢復4.2、交通燈的組成交

8、通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該 系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經(jīng)驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖車道的交通燈是兩方向車道的交通燈的運行狀態(tài)共有4種(因人行道的交通燈和同步的,所以不考慮)，如圖2所示狀態(tài)0支干道綠燈亮狀態(tài)1支干道黃燈亮狀態(tài)2主干道綠燈亮狀態(tài)3主干道黃燈亮圖2一般十字路口的交通燈控制系統(tǒng)的工作過程如下：（1）圖甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈

9、亮足規(guī)定的時間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。（2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。（3）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔TL時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號ST，轉到下一工作狀態(tài)。（4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔TY時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號

10、ST，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。4.3、電路設計的思路4.3.1、計時功能實現(xiàn)邏輯：通過8253計數(shù)器0和計數(shù)器1級聯(lián)實現(xiàn)準確定時；用8255的A口低六位控制東西、南北路口交通燈的狀態(tài)；燈的亮滅可直接由8086輸出0，1控制。用8259A管理可屏蔽中斷即開機初始化。采用兩個計數(shù)器級聯(lián)的方式, 并且計數(shù)器0工作于方式3用于產(chǎn)生方波信號，計數(shù)器1工作方式0，計數(shù)到時高電平信號。計數(shù)器1的輸出端OUT1接入8255芯片的PC0口，通過查詢8255的C口的值，以完成計時功能。將計數(shù)器0的輸出OUT0接到計數(shù)器1的輸入端CLK1,而CLK0的輸入采用1.19MHZ的時鐘頻率, 計數(shù)器0計數(shù)初值為5

11、9499=0E86BH,則OUT0=20HZ, 即計數(shù)器1的時鐘頻率為20HZ。當計數(shù)器1的記數(shù)初值為9時,0.5S后OUT1輸出一高電平。8086通過讀取8255C口的值，來決定對A口寫入的數(shù)據(jù)。因此每隔0.5秒8086變換燈的狀態(tài)，持續(xù)6次即完成3秒的閃爍功能。4.3.2譯碼電路設計通過分析8259、8253、8255各端口地址，設計合理的地址譯碼電路。8259的地址為20H、21H,8253的地址為40H、41H、42H、43H，8255的端口地址為0F0H、0F1H、0F2H、0F3H。故芯片的地址只與8086的地址的低8位有聯(lián)系。分析發(fā)現(xiàn)8259、8253、8255各端口地址的低八位

12、其中D2、D3均為0，將8086的地址總線的D2、D3。將8086的地址總線的D0、D1分別與8253和8255的A0、A1連接，利用D4、D5、D6、D7構成譯碼電路。將8086的地址總線的D0與8259的A0連接。4.3.3、總體設計框圖鍵盤可編程并行通信接口8255A8086ADC0809A/D轉換器可編程計數(shù)/定時控制器8253PTC濕度傳感器可編程中斷控制器8259發(fā)光二極管系統(tǒng)硬件連接框圖4.4、元器件的介紹4.4.1、8086/8088 CPU （1） 8086 CPU從功能上可分為為兩部分，即總線接口部分和執(zhí)行部件。 執(zhí)行部件的組成： （1）四個通用寄存器，即AX,BX,CX,

13、DX; （2）四個專用寄存器，即基數(shù)指針寄存器BX，堆棧指針寄存器SP，源變址寄存器SI，目的變址寄存器DI; （3）標準寄存器（FR）； （4）算術邏輯部件（ALU） 總線部件的組成： （1）四個段地址寄存器 CS16位代碼段寄存器； DS16位數(shù)據(jù)段寄存器； ES16位附加段寄存器； SS16位堆棧段寄存器； （2）16位指令指針寄存器IP （3）20位的地址加法器 （4）6字節(jié)的指令隊列（2）8086的結構框圖 4.4.2可編程并通信接口芯片 8255A8255A是一種可編程的芯片，它采用雙列直插封裝，用5V電源供電。內(nèi)部有3個8位的I/0端口：A口、B口和C口。這三個端口也可以分為各有

14、12位的兩組：A組和B組。A組包含A口8位和C口的高四位，B組包含B口8位和C口的低四位；A組控制和B組控制用于實現(xiàn)方式選擇操作；讀寫控制邏輯用于控制芯片內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)和控制字經(jīng)數(shù)據(jù)總線緩沖器送入各組接口寄存器中。由于8255A數(shù)據(jù)總線緩沖器是雙向三態(tài)8位驅動器，因此可以直接和8088系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。8255A的內(nèi)部邏輯結構見圖4.4.2。A組端口A組端口C高4位A組端口C低4位B組端口A組控制B組控制數(shù)據(jù)總線緩沖器讀寫控制邏輯雙向數(shù)據(jù)總線D0-D7I/0PA7-PA0I/0PC7-PC0I/0PC0-PC20I/0PB7-PB0-CSCPU接口內(nèi)部邏輯外設接口-RD-WRA1 A0RES

15、ET圖4.4.2 8255A的內(nèi)部結構8255A有三種工作方式：方式0、方式1和方式2。它通過對控制寄存器寫入不同的方式選擇控制字來決定其三種不同的工作方式。方式0是基本輸入輸出方式。該方式下的A口8位和B口8位可以由輸入的控制字決定為輸入或輸出，C口分成高4位（PC4-PC7）和低4位（PC0-PC3）兩組，也有控制字決定其輸入或輸出。需要注意的是，該方式下，只能將C口其中一組的四位全部置為輸入或輸出。方式1選通輸入輸出方式，又叫單向輸入輸出方式。它分為A、B兩組，A組由數(shù)據(jù)口A和控制口C的高4位組成，B組由數(shù)據(jù)口B和控制口C的低4位組成。數(shù)據(jù)口的輸入輸出都是鎖存的，與方式0不同，由控制字來

16、決定它是作為輸入還是輸出。C口的相應位用于寄存數(shù)據(jù)傳送中所需的狀態(tài)信號和控制信息。方式2為雙向輸入輸出方式。本方式只有A組可以使用。此時A口為輸入輸出雙向口，C口中的5位（PC3-PC7）作為A口的控制位。在本系統(tǒng)中，8255A的三個端口均工作于方式0，全部為輸出口。4.4.3 可編程中斷控制器8259A （1） 芯片介紹一個8259A芯片的可以接最多8個中斷源，但由于可以將2個或多個8259A芯片級連（cascade），并且最多可以級連到9個，所以最多可以接64個中斷源。早期，IBM PC/XT只有1個8259A，. 但設計師們馬上意識到這是不夠的，于是到了IBM PC/AT，8259A被增

17、加到2個以適應更多外部設備的需要，其中一個被稱作Master，另外一個被稱作Slave，Slave以級連的方式連接在Master上。如今絕大多數(shù)的PC都擁有兩個8259A，這樣 最多可以接收15個中斷源。 （2）8259A的內(nèi)部結構控制邏輯服務寄存器優(yōu)先級分析器中斷請求寄存器中斷屏蔽寄存器IMR內(nèi)部總線IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7數(shù)據(jù)總線控制器讀寫電路級聯(lián)緩沖器/比較器CAS0CAS1CAS2D0-D7-RD-WRA0-CSSP/-ENINT-INTA對8259A編程和初始化的時候，首先要寫初始化命令字ICW1-ICW4。寫ICW1以確定中斷請求信號類型，清除中斷屏蔽寄存器

18、，進行中斷優(yōu)先級排隊和確定系統(tǒng)是用單片還是多片。寫ICW2用來定義中斷向量的高五位類型碼。ICW3可以定義主片8259A中斷請求線上IR0-IR7有無級聯(lián)的8259A從片。寫ICW4用來定義8259A工作時用8085模式還是8088模式，以及中斷服務寄存器復位方式等。初始化命令字寫完以后，要寫8259A的控制命令字，它包括OCW1-OCW3。寫OCW1可以設置或清除對中斷源的屏蔽。寫OCW2設置優(yōu)先級是否進行循環(huán)、循環(huán)的方式和中斷結束的方式。8259A復位時自動設置IR0優(yōu)先權最高，IR7優(yōu)先權最低。寫OCW3用來設置查詢方式和特殊屏蔽方式，并可以讀取8259A中斷寄存器的當前狀態(tài)。在本系統(tǒng)中

19、，使用8259A的循環(huán)等待中斷工作方式。4.44 可編程計數(shù)/定時控制器 8253 （1）8253芯片的內(nèi)部結構可編程計數(shù)/定時控制器器8253芯片具有定時、計數(shù)雙功能。它由數(shù)據(jù)總線緩沖存儲器、讀/寫控制器、控制字寄存器及3個計數(shù)通道組成，共有24條引腳，其內(nèi)部結構流程圖及引腳信號圖如4.4.4.1。 8253內(nèi)部結構框圖 8253引腳圖 圖4.4.4.1數(shù)據(jù)總線緩沖存儲器由8位雙向三態(tài)緩沖存儲器構成，是CUP與8253之間交換信息的必經(jīng)之路。讀/寫控制器接受CPU送入的讀/寫控制信號，并完成對芯片內(nèi)部各功能部件的控制功能，因此，它實際上是8253芯片內(nèi)部的控制器?？山邮艿目刂菩盘枺海?） A

20、1A0端口選擇信號，由CPU輸入。8253內(nèi)部有3個獨立的通道，和一個控制字寄存器，它們構成8253芯片的4個端口，CPU可對3個通道進行讀/寫操作，對控制字寄存器進行寫操作。（2） CS片選信號，由CPU輸入，低電平有效，通常由端口地址的高位地址譯碼形成。（3） RD、WR讀/寫控制命令，由CPU輸入，低電平有效。RD有效時，CPU讀取由A1A0所選定的通道內(nèi)計數(shù)的內(nèi)容。WR有效時，CPU將計數(shù)值寫入各個通道的計數(shù)器中，或者是將方式控制字寫入控制字寄存器中。8253內(nèi)部包含3個功能完全相同的通道，每個通道內(nèi)部設有一個16位計數(shù)器，可進行二進制或十進制（BCD碼）計數(shù)。與此計數(shù)器相對應，每個通

21、道內(nèi)設有一個16位計數(shù)值鎖存器，必要時用來鎖存計數(shù)值。當某通道用作計數(shù)器時，應將要求計數(shù)的次數(shù)預置到該通道的計數(shù)器中，被計數(shù)的事件以脈沖方式從CLKi端輸入，每輸入一個計數(shù)脈沖，計數(shù)器內(nèi)容減“1”，待計數(shù)值計到“0”，OUTi端將有輸出，表示計數(shù)次數(shù)到。當某通道用作定時器時，由CLKi端輸入一定頻率的時鐘脈沖。根據(jù)要求定時的時間長短確定所需的計數(shù)值，并預置到計數(shù)器中，每輸入一個時鐘脈沖，計數(shù)器內(nèi)容減“1”，待計數(shù)值計到“0”，OUTi端將有輸出，表示定時時間到?？刂谱旨拇嫫饔脕泶娣庞蒀PU寫入8253的方式選擇控制字，由它來定義8253中各通道的工作方式。 圖4.4.4.2SC1、SC0位用來

22、選擇通道。RL1、RL0位用來定義對所選通道中的計數(shù)器的操作。BCD位用來定義是采用二進制計數(shù)還是十進制計數(shù)。M2M1M0位用來定義所選通道的6種工作方式。（2）8253的工作方式8253可以工作在方式0到方式5，常用的有方式2頻率發(fā)生器方式和方式3方波發(fā)生器方式。在方式2時，當初值裝入后，OUT變?yōu)楦?；計?shù)結束，OUT變?yōu)榈?。該方式下如果計?shù)未結束，但GATE為低時，立即停止計數(shù)，將OUT變?yōu)楦?；當GATE再變高時，便啟動一次新的計數(shù)周期。在方式3時，當裝入初值后，在GATE上升沿啟動計數(shù)，OUT輸出高電平；當計數(shù)完成一半時，OUT輸出低電平。在本系統(tǒng)中，8253A工作于方式3方波發(fā)生器方式

23、。4.4.5 ADC0809轉換器 （1）芯片介紹ADC 0809是National半導體公司生產(chǎn)CMOS材料的A/D轉換器。它是具有8個通道的模擬量輸出線，可在程序控制下對任意通道進行A/D轉換，得到8位二進制數(shù)字量。（2）ADC0809內(nèi)部結構ADC0809內(nèi)部結構圖ADC0809引腳結構ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負端。START：A/D轉換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉換）.EOC：轉換

24、結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。 ADC0809引腳圖4.4.6濕度傳感器（1） 芯片介紹 濕度傳感器是把相對濕度的變化轉換成電信號的器件。 感濕特點：在基片涂覆材料形成感濕膜?？諝庵械乃魵馕接诟袧癫牧虾?，原件的阻抗、介電常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏原件。 濕敏電阻器可分為：半導體陶瓷濕敏電阻器、元素材料濕敏電阻器、化合物濕敏電阻器、高分子濕敏電阻器。（2） 芯片內(nèi)部結構工作原理：水分子具有很強的電子親和力，易于在多孔性半導體陶瓷表面附著，

25、并俘獲電子，在半導體陶瓷表面形成空穴積累，導致半導體陶瓷的電阻率降低。晶胞間界水分子的電離。4.4.5 程序流程圖設計初始化 8255、8253、8259開始2、3路口，2、4路口紅燈亮等待8253延時6秒1、3路口綠燈亮2、4路口紅燈亮等待8253延時6秒的時間是否？1、3路口綠燈滅2、4路口等不變1、3路口黃燈亮6秒1、3路口紅燈亮，2.4路口綠燈亮，延時6秒2、4路口紅燈亮，1、3路口燈不變，2、4路口黃燈閃爍6秒緊急按鍵中斷當前交通狀態(tài)，是當前路口為路燈，延時12秒N Y速度五、調(diào)試5、1調(diào)試結果（1）東南西北四個方向都是紅燈。（2）3s后，南北方向車輛開始通行，此時南北路口的等切換成綠燈，東西方向的燈不變。（3）6s后，南北方向的綠燈轉換成黃燈，由此來告訴司機即將變成紅燈，東西方向的不變。（4）南北方向的黃燈閃爍6s后，東西方向的燈變成綠燈，東西方向的車輛開始通行，南北方向的路燈變成紅色，車輛禁止通行。（5）東西方向的車輛通行6s之后，東西路口的綠