大學(xué)生微型計算機原理課程設(shè)計交通燈控制設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書專 業(yè)自動化班 級11自動化2姓 名設(shè) 計 起 止 日 期2013.12.162013.12.20設(shè)計題目：交通燈控制設(shè)計設(shè)計任務(wù)：1.利用8253定時器、8255等接口，設(shè)計一電路，模擬十字路口交通燈控制。2.實現(xiàn)自動控制和手動應(yīng)急控制。指導(dǎo)教師評語： 成績： 簽字：年 月 日課程設(shè)計說明書 no.11 引言交通燈是采用計算機通過編寫匯編語言程序控制的。紅燈停，綠燈行的交通規(guī)則。廣泛用于十字路口,車站, 碼頭等公共場所,成為人們出行生活中不可少的必需品,由于計算機技術(shù)的成熟與廣泛應(yīng)用,使得交通燈的功能多樣化,遠遠超過老式交通燈, 交通燈的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來了極

2、大的方便，而且大大地擴展了交通燈的功能。諸如閃爍警示、鳴笛警示，時間程序自動控制、倒計時顯示，所有這些，都是以計算機為基礎(chǔ)的。還可以根據(jù)主、次干道的交通狀況的不同任意設(shè)置各自的不同的通行時間?；蛘呓o紅綠色盲聲音警示的人性化設(shè)計?，F(xiàn)在的交通燈系統(tǒng)很多都增加了智能控制環(huán)節(jié)，比如對闖紅燈的車輛進行拍照。當某方向紅燈亮時，此時相應(yīng)的傳感器開始工作，當有車輛通過時，照相機就把車輛拍下。要將交通燈系統(tǒng)產(chǎn)品化，應(yīng)該根據(jù)客戶不同的需求進行不同的設(shè)計，應(yīng)該在程序中增加一些可以人為改變的參數(shù)，以便客戶根據(jù)不同的需要隨時調(diào)節(jié)交通燈。因此，研究交通燈及擴大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實的意義。2.課程設(shè)計的目的為了鞏固微型計算

3、機技術(shù)課程學(xué)到的相關(guān)知識，通過對本課程所學(xué)知識的綜合運用，使學(xué)生融會貫通課程中所學(xué)的理論知識，加深對計算機系統(tǒng)各個部分的工作原理及相互聯(lián)系的認識，加深對接口的理解，清晰地建立計算機系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)學(xué)生進行微機應(yīng)用系統(tǒng)硬件和軟件開發(fā)的實踐工作能力。3.設(shè)計方案論證比較復(fù)雜的程序設(shè)計一般采用模塊化程序設(shè)計的思想，設(shè)計過程一般如下：3.1分析與確定程序總體設(shè)計目標。3.2將總體目標劃分為若干任務(wù)（模塊），畫去模塊層次圖。3.3定義每個模塊的具體任務(wù)，明確它和其它模塊間的通信方式，寫出模塊說明。3.4編寫匯編語言源程序，并進行調(diào)試。3.5實現(xiàn)模塊的連接，形成完整的程序。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書

4、no.23.6編寫程序文檔，形成軟件產(chǎn)品。4.系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 8253簡介intel8253是nmos工藝制成的可編程計數(shù)器/定時器，有幾種芯片型號，外形引腳及功能都是兼容的，只是工作的最高計數(shù)速率有所差異。 圖1 8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖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d0d7（如上圖所示）（2） 讀/寫控制邏輯及控制引腳（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的工作方式也是有控制字來決定。（4） 計數(shù)通道0、計數(shù)通道1、計數(shù)通道2 3個計數(shù)通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同。

5、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存命令時，鎖定當前計數(shù)值。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.34.2 8086簡介intel8086是16位的微處理器（其內(nèi)部總線為16位，外部總線為8位，故稱為準16位微處理器），它采用hmos工藝40條引腳封裝。8086工作時使用5v電源，時鐘頻率5mhz（8086-1為10mhz，8086-2為8mhz）它有20根地址線，故可尋址的內(nèi)存空間為1mb【9】。另外，intel公司同期推出的in

6、tel8088微處理器一種準16位微處理器，其內(nèi)部寄存器，內(nèi)部操作等均按16位處理器設(shè)計，與intel8088微處理器基本上相同，不同的是其對外的數(shù)據(jù)線只有8位，目的是為了方便地與8位i/o接口芯片相兼容。如圖所示是8086cpu的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)。從功能上來看，8086cpu可分為兩部分，即總線接口部件biu（businterfaceunit）和執(zhí)行部件eu（executionunit） 圖2 8086cpu的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.4(1)8086的主要特性intel8086/8088cpu是intel公司推出的高性能的微處理器，具體如下主要特性：(a)8086cp

7、u數(shù)據(jù)總線為16位，8088cup數(shù)據(jù)總線為8位。(b)地址總線都是20位，低16位用于數(shù)據(jù)總線復(fù)用，可直接尋址為1mb的存儲空間。(c)有16位的端口地址，可以尋址64kb的i/o端口。(d)有99條基本指令，指令功能強大。(e)有9種基本尋址方式。(f)可以處理內(nèi)部和外部中斷，外部中斷源多達256個。(g)兼容性好，8086、8085在源程序一級兼容。(h)8086/8088標準主頻為5mhz，8086/8088-2主頻為8mh【3】。(i)支持單處理器或多處理器系統(tǒng)工作。5. 設(shè)計要求在proteus環(huán)境下，結(jié)合課程設(shè)計題目，設(shè)計硬件原理圖，搭建硬件電路軟件設(shè)計1.采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計

8、軟件，可將整個軟件分成若干功能模塊。2.畫出程序流程圖。3.根據(jù)流程圖，編寫源程序。4.在proteus環(huán)境下，仿真調(diào)試程序6. 設(shè)計原理與硬件電路 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.5圖3系統(tǒng)硬件接線圖 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.6圖4 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖4 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖具體的各引腳功能如下【3】:d0d7為雙向數(shù)據(jù)信號線，用來傳送數(shù)據(jù)和控制字。rd為讀信號線，與其它信號線一起實現(xiàn)對8255接口的讀操作通常接系統(tǒng)總線的ior信號。wr為寫信號線，與其它信號一起實現(xiàn)對8255的寫操作，通常接系統(tǒng)總線的iow。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.7cs為片選信號線

9、，當它為低電平（有效）時，才能選中該8255芯片，也才能對8255進行操作【6】。a0，a1為口地址選擇信號線。8255內(nèi)部有3個口；a口，b口，c 口，還有一個控制寄存器，它們可由程序?qū)ぶ?。a0，a1上的不同編碼可分別尋址上述3個口和一個控制寄存器,具體規(guī)定如表1所示。表1 8255的尋址方式a1a0選擇00a口01b口10c口11控制寄存器通常 a0，a1分別接系統(tǒng)總線a0和 a1，它們與cs一起來決定8255的接口地址。reset為復(fù)位輸入信號。此端上的高電平可使8255復(fù)位。復(fù)位后，8255的a口，b口，c 口均被定為輸入狀態(tài)。pa0pa7為a口的8條輸入輸出信號線。pb0pb7為b口

10、的8條輸入輸出信號線。pc0pc7，8條線根據(jù)其工作方式可作為數(shù)據(jù)的輸入或輸出線，也可以用作控制信號的輸出或狀態(tài)信號的輸入線【7】。8255 工作方式控制字和c口按位置位/復(fù)位控制字格式如圖3所示【4】。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.8 圖圖5 置位/復(fù)位控制字格式8255的尋址：8255占外設(shè)編址的4個地址，即a口，b口，c口和控制寄存器各占一個外設(shè)接口地址。對同一個地址分別可以進行讀寫操作。例如，讀a口可將a口的數(shù)據(jù)讀出；寫a口可將cpu的數(shù)據(jù)寫入a口并輸出【8】。如表2為方式0下系統(tǒng)的輸入輸出組合，其中分為a,b組，a組分為a口和c口，b組分為b口和c口。8255的工作方式主要有

11、工作方式0、工作方式1和工作方式2。其中端口a可以工作在三種方式中的任一種；端口b只能工作在方式0和方式1；端口c通常作為控制信號使用，配合端口a和端口b的工作。在交通燈控制的設(shè)計中只用到了工作方式0。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.9表2 方式0下，8255的16種輸入輸出組合a 組b組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工作方式0，又稱為基本工作方式。在此方式下，可分別將a口的8條線，b口的8條線，c口高4

12、位對應(yīng)的4條線和c口的低四位對應(yīng)的四條線定義為輸入或輸出。故它們的輸入輸出共有16種不同的組合。工作方式1，既選通輸入輸出方式。在這種方式下，a口和b口仍作為數(shù)據(jù)的輸出口和輸入口，同時還要利用c口的某些位作為控制和狀態(tài)信號。工作方式2，又稱雙向輸入輸出方式。這種方式只有8255的口a才有。在a口工作于雙向輸入輸出方式時，要利用c口的5條線才能實現(xiàn)。因此，b口只能工作在工作方式0或工作方式1，而c口剩下的3條線可以作為輸入輸出線使用或b口方式1下的控制線【1】。 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.10 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.117.程序流程圖 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.

13、12 8. 程序代碼a_port equ 200hb_port equ 202hc_port equ 204hctrl_port equ 206hclk0 equ 100hclk1 equ 102hctrl equ 106hdata segment buf1 db 09h,11h,21h,12h,0ch,4ah,89h,49h buf2 db 0c5h,0a3h,95h,93h,95h,13h,15h,23h,0hdata endsstack segment para stack stack db 100 dup(?)stack endscode segment assume cs:code,

14、ds:data,ss:stackstart: mov ax,data mov ds,ax mov ax,stack mov ss,ax mov al,10010000b mov dx,ctrl_port out dx,al mov al,0 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.13mov dx,b_port out dx,al mov dx,c_port out dx,al call play lea si,buf1 lea bx,buf2aaa1: mov ch,bx mov cl,ch and cl,00001111b call show1 call delay call show2 ca

15、ll delay jmp aaa6aaa4: mov dx,a_port in al,dx and al,00000001b cmp al,00000000b jnz aaa7 mov al,00001001b mov dx,b_port out dx,al mov al,10010000b mov dx,c_port out dx,al 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.14jmp aaa4aaa7: mov dx,a_port in al,dx and al,00000010b cmp al,00000000b jnz aaa4 cmp cl,0 jnz aaa5 inc si inc

16、bx mov al,bx cmp al,0 jnz aaa1 jmp startaaa5: dec cl dec ch call show2 call delayaaa6: mov dx,a_port in al,dx and al,00000010b cmp al,00000010b jnz aaa6 jmp aaa4show1 proc 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.15 mov al,si mov dx,b_port out dx,al retshow1 endpshow2 proc mov al,ch mov dx,c_port out dx,al ret show2 endpp

17、lay proc mov al,00110111b mov dx,ctrl out dx,al mov ax,1000 mov dx,clk0 out dx,al mov al,ah out dx,al retplay endpdelay proc push cx 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.16 retdelay endpcode ends end start9.程序及硬件系統(tǒng)調(diào)試情況9.1程序運行結(jié)果：1 東西路右拐和南北路左拐綠燈點亮5秒，直通到均為紅燈2 5秒后，黃燈亮3秒鐘，。此時南北方向仍維持紅燈點亮。3 東西方向直通，為綠燈，南北 方向紅燈4 黃燈再亮三秒之后，東西路左拐

18、和南北路右拐綠燈點亮5 南北方向的黃燈亮3秒鐘后，南北方向直通，延時5秒6 閉合a口開關(guān)，四個路口全紅燈，表明緊急狀態(tài)。10.設(shè)計總結(jié)與體會經(jīng)過這一周的課程設(shè)計, 做關(guān)于交通燈系統(tǒng)設(shè)計,我認真查閱資料,學(xué)習關(guān)于這方面的知識,比如說要了解8086芯片中各個引腳的功能,怎么樣去使用8255這個可編程并行接口芯片，怎么樣使用8253來定時及輸出一定頻率的脈沖以及交通有哪些規(guī)則.在理論學(xué)習的基礎(chǔ)上,又下了一次苦工夫,算是明白了設(shè)計一個系統(tǒng)的過程;也讓我體會到要想成功地設(shè)計某個東西,光學(xué)好專業(yè)知識是不夠的,必須要系統(tǒng)的知識,無論在哪方面都要有個明白的概念,只有這樣才不至于在設(shè)計過程中摸不著頭腦,知道去哪些是需要查的資料,還有一點,我覺得我在芯片編程方面,特別是在初始化方面是我最大的困難,或許是我的匯編語言學(xué)得不夠好,我只能借助參考資料,查每一條指令的作用與功能,這樣一來又鞏固了我的對匯編語言的了解. 沈 陽 大 學(xué)課程設(shè)計說明書 no.17而且在設(shè)計中，