交通燈課程設(shè)計詳細電路圖

1、微機原理課程設(shè)計 一. 設(shè)計任務(wù)及要求： 交通信號燈的控制：1 通過8255A并口來控制LED發(fā)光二極管的亮滅。2 A口控制紅燈，B口控制黃燈，C口控制綠燈。3 輸出為0則亮，輸出為1則滅。4 用8253定時來控制變換時間 。要求：設(shè)有一個十字路口，1、3為南，北方向，2、4為東西方向，初始態(tài)為4個路口的紅燈全亮。之后，1、3路口的綠燈亮，2、4路口的紅燈亮，1、3路口方向通車。延遲30秒后，1、3路口的綠燈熄滅，而1，3路口的黃燈開始閃爍（1HZ）。閃爍5次后，1、3路口的紅燈亮，同時2、4路口的綠燈亮，2、4路口方向開始通車。延遲30秒時間后，2、4路口的綠燈熄滅，而黃燈開始閃爍。閃爍5次

2、后，再切換到1、3路口方向。之后，重復(fù)上述過程。二方案比較及評估論證: 分析題意，紅，黃，綠燈可分別接在8255的A口，B口和C口上，燈的亮滅可直接由8086輸出0，1控制。30秒延時及閃爍由8253控制，由閃爍的實現(xiàn)方法可分為兩種方案：方案一： 設(shè)8253各口地址分別為：設(shè)8253基地址即通道0地址為04A0H；通道1為04A2H；通道2為04A4H；命令控制口為04A6H。黃燈閃爍的頻率為1HZ，所以想到由8253產(chǎn)生一個1HZ的方波， 8255控制或門打開的時間，在或門打開的時間內(nèi)，8253將方波信號輸入或門使黃燈閃爍。由于計數(shù)值最大為65535,1MHZ/65536的值遠大于2HZ,所

3、以采用兩個計數(shù)器級聯(lián)的方式,8253通道0的clock0輸入由分頻器產(chǎn)生的1MHZ時鐘脈沖，工作在方式 3即方波發(fā)生器方式，理論設(shè)計輸出 周期為0.01s的方波。1MHZ的時鐘脈沖其重復(fù)周期為T=1/1MHZ=1s，因此通道0的計數(shù)初值為10000=2710H。由此方波分別作為clock1和clock2的輸入時鐘脈沖，所以通道1和通道2的輸入時鐘頻率為100HZ，通道1作計數(shù)器工作在方式1，計數(shù)初值3000=BB8H既30s，計數(shù)到則輸出一個高電平到8255的PA7口，8255將A口數(shù)據(jù)輸入到8086，8086檢測到高電平既完成30s定時。通道2工作在方式3需輸出一個1HZ的方波，通過一個或門

4、和8086共同控制黃燈的閃爍，因此也是工作在方波發(fā)生器方式，其計數(shù)初值為100=64H，將黃燈的狀態(tài)反饋到8055的端口PB7和PC7，同樣輸入到8086，8086通過兩次檢測端口狀態(tài)可知黃燈的狀態(tài)變化，計9次狀態(tài)變化可完成5次閃爍。三個通道的門控信號都未用，均接5V即可。方案二： 考慮到題目要求黃燈閃爍的頻率為1HZ，既每秒1次，那么前0.5秒黃燈亮,后0.5秒黃燈滅,所以最小的定時單位為0.5秒,頻率為2HZ,30秒即為60個0.5秒。顯然如方案一一樣一個計數(shù)器無法完成,所以采用兩個計數(shù)器級聯(lián)的方式,將計數(shù)器0的輸出OUT0接到計數(shù)器1的輸入端CLK1,CLK0=1MHZ,計數(shù)值為5000

5、0=C350H,OUT0=20HZ,CLK1=20HZ,記數(shù)值=10,OUT1=2HZ。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2，產(chǎn)生負(fù)脈沖信號，計數(shù)器1的輸出端OUT1接入8255芯片的PC5口，用于讀取負(fù)脈沖個數(shù)，以完成計時功能。 8086及8255設(shè)置同方案一，8086則每隔0.5秒變換一次黃燈的狀態(tài)，持續(xù)五次，完成閃爍的功能。經(jīng)比較，方案二8086在黃燈閃爍時需頻繁發(fā)送數(shù)據(jù)到8255，加重了系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，因此我決定采用方案一。三系統(tǒng)原理工作原理說明：此方案是通過并行接口芯片8255A和8086計算機的硬件連接，以及通過8253延時的方法，來實現(xiàn)十字路口交通燈的模擬控制

6、。如硬件連接圖所示，紅燈（RLED），黃燈（YLEDD）和綠燈（GLED）分別接在8255的A，B，C口的低四位端口，PA0，PA1，PA2，PA3分別接1，2，3，4路口的紅燈，B，C口類推。8086工作在最小模式，低八位端口AD0AD7接到8255和8253的D0D7，AD8AD15通過地址鎖存器8282，接到三八譯碼器，譯碼后分別連到8255和8253的CS片選端。8253的三個門控端接+5V，CLOCK0接由分頻器產(chǎn)生的1MHZ的時鐘脈沖，OUT0接到CLOCK1和CLOCK2，OUT1接到8086的AD18，8086通過檢測此端口是否有高電平來判斷是否30S定時到。OUT2產(chǎn)生1MH

7、Z方波通過或門和8255的B口共同控制黃燈的閃爍。8255三個口全部工作在方式0既基本輸入輸出方式，紅綠燈的轉(zhuǎn)換由軟件編程實現(xiàn)。四硬件原理及電路圖由于8255A與8086CPU是以低八位數(shù)據(jù)線相連接的，所以應(yīng)該是8255A的、線分別與8086CPU的、線相連，而將8086的線作為選通信號。如果是按8255A內(nèi)部地址來看，則在圖中它的地址是PA口地址即(CS+000H)，PB口地址為(CS+001H)，PC口地址為(CS+002H)，命令控制口地址為(CS+003H)，其中，CS為8255片選信號的首地址；若是按8086CPU地址來看，則8255A的地址是PA口地址即(CS+000H)，PB口地

8、址為(CS+002H)，PC口地址為(CS+004H)，命令控制口地址為(CS+006H)。當(dāng)CS0288H，則PA口地址為0288H，PB口地址為028AH，PC口地址為028CH，命令控制口地址為028EH。下面，分析8086各個引腳的連接方法。（1）引腳：通常用此引線產(chǎn)生片選信號，當(dāng)為1，0編碼時，在數(shù)據(jù)總線低8位和偶地址之間進行字節(jié)傳送（）。（2）CLK（Clock）時鐘信號（輸入）：CLK為CPU和總線控制器提供基本的定時脈沖。時鐘周期是非對稱的，當(dāng)它為有效高電平的時間和時鐘周期的比為33時，提供最佳的內(nèi)部定時。由8284時鐘發(fā)生器產(chǎn)生，8086CPU使用的時鐘頻率，因芯片型號不同，

9、時鐘頻率不同。這里采用5MHz。（3）(+5V),GND(地)：CPU所需電源5V。GND為地線。（4）QS0ALE（Address Latch Enable）地址鎖存允許信號，輸出高電平有效，作地址鎖存器8282/8283的片選信號，在地址周期狀態(tài)，ALE有效，表示AB、DB上傳送的是地址信息，將它鎖存。這是由于AB、DB分時復(fù)用所需要的，ALE信號線不能懸空。如圖所示，加入2片地址鎖存器8282。（5）RESET:復(fù)位信號，輸入，高電平有效。8086接到復(fù)位信號后，停止現(xiàn)行操作，并初始化段寄存器DS,SS,ES，標(biāo)志寄存器PSW，指令指針I(yè)P和指令隊列，而使CS=FFFFH。RESET信號

10、至少保持四個周期以上的高電平，當(dāng)它變?yōu)榈碗娖綍r(一個下降沿)，CPU執(zhí)行重啟過程，8086將從地址FFF0H開始執(zhí)行指令。通常FFFF0H單元開始的幾個單元中存放一條JMP指令，將入口轉(zhuǎn)到引導(dǎo)和裝配程序中，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的初始化,引導(dǎo)監(jiān)控程序或操作系統(tǒng)程序。由于出現(xiàn)突然斷電或其它情況時，8086可能正在執(zhí)行交通燈程序，現(xiàn)有的地址丟失，應(yīng)按下RESET鍵重新開始。另外，應(yīng)將8255A與8086的RESET線相連，保持同步。（6）MN/(Minimun/Maximun): 最小、最大工作模式選擇信號，輸入。此時MN/接5V，構(gòu)成單處理器系統(tǒng)，系統(tǒng)控制信號由CPU提供。接下來，對8282芯片作一下說

11、明： :8位數(shù)據(jù)輸入；:8位數(shù)據(jù)輸出；STB:選通信號；：輸出允許信號，在不帶DMA控制器的8086單處理器系統(tǒng)中，它接地。其實，這就是8個D觸發(fā)器。由于只用，所以用兩片即可。最后，對時鐘發(fā)生器8284芯片按兩部分進行說明： (1)時鐘信號發(fā)生器：=0時，時鐘信號輸入由X1 、X2 端接上晶體，由晶體振蕩器產(chǎn)生時鐘信號；CLK：3分頻OSC后的時鐘，輸出頻率4.77MHz，占空比為1/3，大約滿足8086CPU的輸入頻率5MHz、占空比33的要求。 (2)復(fù)位生成電路：由輸入的信號來觸發(fā)內(nèi)部同步觸發(fā)器，由此產(chǎn)生信號RESET，送到CPU的RESET端，復(fù)位信號由CLK的下降沿同步。此時，端接“

12、電源好“信號，使系統(tǒng)上電后自動復(fù)位。此為最小模式系統(tǒng)，除了8086CPU，I/O接口芯片8255A，定時計數(shù)芯片8353外，其它配置如下： 1片8284A，作為時鐘發(fā)生器；2片8282，作為地址鎖存器；2片74LS138，作為地址選通譯碼器；1個二輸入或非門；1個4輸入或非門；1個二輸入與非門；4個或門12個發(fā)光二極管；12個限流電阻；1個復(fù)位信號開關(guān)。五軟件思想1流程圖初始化8255，8253紅燈全亮綠燈黃燈全滅1，3綠燈亮2，4紅燈亮等待8253延時30s時間是否到？YN1，3綠燈滅2，4紅燈不變1，3黃燈閃爍等待黃燈閃爍5次？YN1，3紅燈亮2，4綠燈亮8253延時30s2，4綠燈滅黃燈

13、閃爍5次2源程序： DATA SEGMENT; 設(shè)置數(shù)據(jù)段，以及端口地址分配 PORTA EQU 218H PORTB EQU 219H PORTC EQU 21AH PTCON8255 EQU 21BH PORT0 EQU 238H PORT1 EQU 239H PORT2 EQU 240H PTCON8253 EQU 241H DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,CS:CODEINIT: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX, PTCON8253 MOV AL,36H OUT DX,AL MOV DX,PORT0 MOV AX,27

14、10H OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL;通道0工作方式3 周期0.01s MOV DX, PTCON8253 MOV AL,71H OUT DX,AL;通道1工作方式1 MOV DX, PTCON8253 MOV AL,96H OUT DX,AL MOV DX,PORT2 MOV AL,64H OUT DX,AL;通道2工作方式3 周期1s 8253初始化完成 MOV DX, PTCON8255 MOV AL,80H OUT DX,AL;8255初始化 A，B，C口均工作在方式0 MOV DX,PORTA MOV AL,0 OUT DX,AL MOV DX,PORT

15、B MOV AL,0FH OUT DX,AL MOV DX,PORTCMOV AL,0FHOUT DX,AL;燈初始化完成STA: MOV DX,PORTAMOV AL,0A0HOUT DX,ALMOV DX,PORTBMOV AL,0F0HOUT DX,ALMOV DX,PORTCMOV AL,50HOUT DX,AL;1，3綠燈亮，2，4紅燈亮MOV DX,PORT1MOV AX,0BB8HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL;8253通道1賦值 開始計時SCAN1: MOV AL,0MOV DX,PTCON8255MOV AL,90HOUT DX,ALMOV DX,PO

16、RTAIN AL,DXAND AL,0FHCMP AL,1JNZ SCAN1；掃描PA7口FLA1: MOV DX, PTCON8255MOV AL,80HOUT DX,ALMOV DX,PORTCMOV AL,0F0HOUT DX,ALMOV DX,PORTBMOV AL,50HOUT DX,ALMOV CX,0TEST1: MOV DX,PTCON8255；檢測PB7MOV AL,82HOUT DX,ALMOV DX,PORTBIN AL,DXAND AL,0FHMOV AH,ALMOV DX,PTCON8255MOV AL,82HOUT DX,ALMOV DX,PORTBIN AL,DX

17、AND AL,0FHXOR AL,AHADD CL,ALCMP CL,9JNZ TEST1;閃爍5次MOV DX, PTCON8255MOV AL,80HOUT DX,ALMOV DX,PORTAMOV AL,50HOUT DX,ALMOV DX,PORTBMOV AL,0F0HOUT DX,ALMOV DX,PORTCMOV AL,0A0H;1，3紅燈亮，2，4綠燈亮MOV DX,PORT1MOV AX,0BB8HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL;8253通道1賦值 開始計時SCAN2: MOV AL,0MOV DX,PTCON8255MOV AL,90HOUT DX,

18、ALMOV DX,PORTAIN AL,DXAND AL,0FHCMP AL,1JNZ SCAN2FLA2: MOV DX, PTCON8255MOV AL,80HOUT DX,ALMOV DX,PORTCMOV AL,0F0HOUT DX,ALMOV DX,PORTBMOV AL,0A0HOUT DX,ALTEST2: MOV DX,PTCON8255MOV AL,88HOUT DX,ALMOV DX,PORTCIN AL,DXAND AL,0FHMOV AH,ALMOV DX,PTCON8255MOV AL,88HOUT DX,ALMOV DX,PORTCIN AL,DXAND AL,0F

19、HXOR AL,AHADD CL,ALCMP CL,9 JNZ TEST2;閃爍5次 CODE ENDS END STA 六調(diào)試記錄及結(jié)果分析(1)本電路沒有設(shè)置顯示倒計時的七段LED數(shù)碼管，如果應(yīng)用到街道上，不利于司機、行人把握（2）在上機調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，由于此軟件延時的時間均為估算時間，不是特別準(zhǔn)確，對于交通要求特別高的地方不宜采用。如果是放到一個大的交通燈系統(tǒng)中，會影響到各個交通燈的運行時間，可能整個系統(tǒng)對交通的指揮調(diào)度會大大偏離理論計算，不能有效地防止和消除交通堵塞現(xiàn)象；（3）當(dāng)出現(xiàn)緊急情況，在特種車（如消防車、救護車）正要通過時，這種編程方式就不能完成； 但是，可以看到以上方案的一般性，

20、只要將程序里的數(shù)據(jù)排列或規(guī)律稍加修改就可應(yīng)用到任何一個路口的某一個方向上的交通燈上了，可移植性很強。 七參考資料微型計算機原理及運用 譚浩強 清華大學(xué)出版社微機原理及接口技術(shù)微機接口技術(shù)應(yīng)用匯編語言程序設(shè)計八芯片資料18255 8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A是一個40引腳的雙列直插式集成電路芯片按功能可把8255A分為三個邏輯電路部分，即：口電路、總線接口電路和控制邏輯電路。（1）口電路 8255A共有三個8位口，其中A口和B口是單純的數(shù)據(jù)口，供數(shù)據(jù)I/O使用。而C口則既可以作數(shù)據(jù)口，又可以作控制口使用，用于實現(xiàn)A口和B口的控制功能。數(shù)據(jù)傳送中A口所需的控制信號由C口高位部分（PC7PC4）提供

21、，因此把A口和C口高位部分合在一起稱之為A組；同樣理由把B口和C口低位部分（PC3PC0）合在一起稱之為B組。（2）總線接口電路總線接口電路用于實現(xiàn)8255A和單片微機的信號連接。其中包括： （a）數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器為8位雙向三態(tài)緩沖器，可直接和80C51的數(shù)據(jù)線相連，與I/O操作有關(guān)的數(shù)據(jù)、控制字和狀態(tài)信息都是通過該緩沖器進行傳送。（b）讀/寫控制邏輯與讀寫有關(guān)的控制信號有CS片選信號（低電平有效）RD讀信號（低電平有效）WR寫信號（低電平有效）A0、A1端口選擇信號。8255A共有四個可尋址的端口（即A口、B口、C口和控制寄存器），用二位地址編碼即可實現(xiàn)選擇。參見下表。RESET

22、復(fù)位信號（高電平有效）。復(fù)位之后，控制寄存器清除，各端口被置為輸入方式。讀寫控制邏輯用于實現(xiàn)8255A的硬件管理：芯片的選擇，口的尋址以及規(guī)定各端口和單片微機之間的數(shù)據(jù)傳送方向。（c）控制邏輯電路控制邏輯電路包括A組控制和B組控制，合在一起構(gòu)成8位控制寄存器。用于存放各口的工作方式控制字8255A工作方式及數(shù)據(jù)I/O操作（1）8255A的工作方式 8255A共有三種工作方式，即方式0、方式1、方式2.（a）方式0 基本輸入/輸出方式 方式0下，可供使用的是兩個8位口（A口和B口）及兩個4位口（C口高4位部分和低4位部分）。四個口可以是輸入和輸出的任何組合。方式0適用于無條件數(shù)據(jù)傳送，也可以把C

23、口的某一位作為狀態(tài)位，實現(xiàn)查詢方式的數(shù)據(jù)傳送。（b）方式1 選通輸入/輸出方式 A口和B口分別用于數(shù)據(jù)的輸入/輸出。而C口則作為數(shù)據(jù)傳送的聯(lián)絡(luò)信號。具體定義見表72。可見A口和B口的聯(lián)絡(luò)信號都是三個，如果A或B只有一個口按方式1使用，則剩下的另外13位口線仍然可按方式0使用。如果兩個口都按方式1使用，則還剩下2位口線，這兩位口線仍然可以進行位狀態(tài)的輸入輸出。方式1適用于查詢或中斷方式的數(shù)據(jù)輸入/輸出。 （c）方式2 雙向數(shù)據(jù)傳送方式只有A口才能選擇這種工作方式，這時A口既能輸入數(shù)據(jù)又能輸出數(shù)據(jù)。在這種方式下需使用C口的五位線作控制線，信號定義如表72所示。方式2適用于查詢或中斷方式的雙向數(shù)據(jù)傳

24、送。如果把A口置于方式2下，則B口只能工作于方式0.（2）數(shù)據(jù)輸入操作用于輸入操作的聯(lián)絡(luò)信號有：STB(StroBe)選通脈沖，輸入，低電平有效。 當(dāng)外設(shè)送來STB信號時，輸入數(shù)據(jù)裝入8255A的鎖存器。IBF(Input Buffer Full) 輸入緩沖器滿信號，輸出，高電平有效。IBF信號有效，表明數(shù)據(jù)已裝入鎖存器，因此它是一個狀態(tài)信號。INTR(INTerrupt Request)中斷請求信號，高電平有效，當(dāng)IBF數(shù)據(jù)輸入過程：當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)輸入后，發(fā)出信號，輸入的數(shù)據(jù)送入緩沖器。然后IBF信號有效。如使用查詢方式，則IBF即作為狀態(tài)信號供查詢使用；如使用中斷方式，當(dāng)信號由低變高時，

25、產(chǎn)生INTR信號，向單片微機發(fā)出中斷。單片微機在響應(yīng)中斷后執(zhí)行中斷服務(wù)程序時讀入數(shù)據(jù)，并使INTR信號變低，同時也使IBF信號同時變低。以通知外設(shè)準(zhǔn)備下一次數(shù)據(jù)輸入。（3）數(shù)據(jù)輸出操作用于數(shù)據(jù)輸出操作的聯(lián)絡(luò)信號有：ACK(ACKnowledge)外設(shè)響應(yīng)信號輸入，低電平有效。當(dāng)外設(shè)取走輸出數(shù)據(jù)，并處理完畢后向單片微機發(fā)回的響應(yīng)信號為高，信號由低變高(后沿)時，中斷請求信號有效。向單片微機發(fā)出中斷請求。OBF（Output Buffer Full）輸出緩沖器滿信號，輸出，低電平有效。當(dāng)單片微機把輸出數(shù)據(jù)寫入8255A鎖存器后，該信號有效，并送去啟動外設(shè)以接收數(shù)據(jù)。INTR中斷請求信號，輸出，高電

26、平有效。數(shù)據(jù)輸出過程：外設(shè)接收并處理完一組數(shù)據(jù)后，發(fā)回ACK信號。該信號使OBF變高，表明輸出緩沖器已空。如使用查詢方式，則OBF可作為狀態(tài)信號供查詢使用；如使用中斷方式，則當(dāng)ACK信號結(jié)束時，INTR有效，向單片微機發(fā)出中斷請求。在中斷服務(wù)過程中，把下一個輸出數(shù)據(jù)寫入8255A的輸出緩沖器。寫入后OBF有效，表明輸出數(shù)據(jù)已到，并以此信號啟動外設(shè)工作，取走并處理8255A中的輸出數(shù)據(jù)。表72 8255A C口聯(lián)絡(luò)信號定義28253定時計數(shù)器8253內(nèi)部可分為6個模塊，每個模塊的功能如下： 1. 數(shù)據(jù)總線緩沖器及數(shù)據(jù)總線D0D72. 讀/寫控制邏輯及控制引腳CS* A1 A0I/O地址讀操作RD

27、*寫操作WR*0 0 00 0 10 1 00 1 140H41H42H43H讀計數(shù)器0讀計數(shù)器1讀計數(shù)器2無操作寫計數(shù)器0寫計數(shù)器1寫計數(shù)器2寫控制字3. 控制字寄存器在初始化編程時，CPU寫入方式控制字到控制字寄存器中，用以選擇計數(shù)通道及其相應(yīng)的工作方式。8253的控制字：8253的工作方式也是有控制字來決定，其控制字意義如下4. 計數(shù)通道0、計數(shù)通道1、計數(shù)通道23個計數(shù)通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同。每個計數(shù)通道都由一個16位計數(shù)初值寄存器、一個16位減法計數(shù)器和一個16位計數(shù)值鎖存器組成計數(shù)初值存于預(yù)置寄存器，在計數(shù)過程中，減法計數(shù)器的值不斷遞減，而預(yù)置寄存器中的預(yù)置不變。輸出鎖存器用于寫入鎖

28、存命令時，鎖定當(dāng)前計數(shù)值。計數(shù)器的3個引腳說明：（1）CLK時鐘輸入信號在計數(shù)過程中，此引腳上每輸入一個時鐘信號（下降沿），計數(shù)器的計數(shù)值減1（2） GATE門控輸入信號控制計數(shù)器工作，可分成電平控制和上升沿控制兩種類型（3） OUT計數(shù)器輸出信號當(dāng)一次計數(shù)過程結(jié)束（計數(shù)值減為0），OUT引腳上將產(chǎn)生一個輸出信號8253有6種工作方式，由方式控制字確定區(qū)分這6種工作方式的主要標(biāo)志由3點：一是輸出波形不同；二是啟動計數(shù)器的觸發(fā)方式不同；三是計數(shù)過程中門控信號GATE對計數(shù)器操作的控制不同。1.方式0-低電平輸出（GATE信號上升沿繼續(xù)計數(shù)）2方式1-低電平輸出（GATE信號上升沿重新計數(shù)）3方式2-周期性脈沖輸出4方式3-周期性方波輸出OUT輸出低電平，裝入計數(shù)值n后，OUT立即跳變?yōu)楦唠娖?。如果?dāng)前GATE為高電平，則立即開始減“1”