基于8086的信號(hào)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、l 1. 設(shè)計(jì)題目應(yīng)用軟件定時(shí)方式控制信號(hào)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)l 2. 設(shè)計(jì)目的鞏固“微機(jī)原理”課程學(xué)過(guò)的知識(shí)，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的聯(lián)系。通過(guò)本課程設(shè) 計(jì)，使學(xué)生初步了解微機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)備，學(xué)會(huì) 8086 系列編程指令的基本功能。l 3. 設(shè)計(jì)思路3.1 硬件接口器件的選擇以 8086 作為 cpu,且工作在最小組態(tài)下, 74hc373 用于鎖存 8086 的地址而 將其地址送出，74hc138 進(jìn)行端口地址的譯碼，8255 做輸入定時(shí)時(shí)間的開(kāi)關(guān)和顯 示倒計(jì)時(shí)時(shí)間的輸入輸出接口芯片, 8253 作為 1 秒鐘的定時(shí)器, 8259 用作中斷 控制器。3.2定時(shí)的啟動(dòng)由 8255 的 pa 端口通過(guò)邏輯開(kāi)關(guān)

2、輸入定時(shí)時(shí)間,pb 口和 pc 的一些普通端口 作為倒計(jì)時(shí)的輸出顯示。定時(shí)的啟動(dòng)可有由一個(gè)開(kāi)關(guān)以中斷的方式進(jìn)行啟動(dòng)，即 位中斷 1，開(kāi)關(guān)閉合的同時(shí)，產(chǎn)生一中斷由 8259 送至 cpu,執(zhí)行中斷程序，同時(shí) 8253 重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，觸發(fā) 24v 的信號(hào)開(kāi)關(guān)閉合將電壓加在繼電器上，使繼電器 的常開(kāi)接點(diǎn)閉合從而信號(hào)燈亮。3.3倒計(jì)時(shí)的顯示顯示可以在 8 只發(fā)光二極管（bcd 碼）上顯示，但不是很直觀，在這里采 用 2 個(gè)數(shù)碼管更直觀地顯示時(shí)間，首先將其顯示的初值定為 60 秒，定時(shí)啟動(dòng)后， 對(duì)于 8253 定時(shí)計(jì)數(shù)器，1 秒鐘定時(shí)時(shí)間到即產(chǎn)生中斷 2，發(fā)送中斷類型碼到 8086 中，8086 根據(jù)中

3、斷類型碼從存儲(chǔ)器中找到中斷向量，讀取中斷向量程序，判斷 數(shù)碼顯示管中的數(shù)值是否為 0，若為 0，數(shù)碼顯示管置初值，且信號(hào)燈滅，繼電 器接點(diǎn)打開(kāi)；否則，數(shù)碼顯示管當(dāng)前值減一，信號(hào)燈狀態(tài)不變。，如此反復(fù)，實(shí) 現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。3.4 繼電器的選擇與電氣隔離的實(shí)現(xiàn)繼電器就是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。故在電路中起 著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用，這里用一個(gè)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)的即可。對(duì)于電磁繼電器，只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過(guò)一定的 電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力 吸向鐵芯，從而帶動(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電

4、磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn) 與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo) 通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線 圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱 為“常閉觸點(diǎn)”。圖 1 繼電器電氣隔離可以用電磁隔離和光耦合隔離，由于繼電器的電壓不高，這里采用 光耦合隔離即可。所謂光耦隔離就是采用光耦合器進(jìn)行隔離,光耦合器的結(jié)構(gòu)相 當(dāng)于把發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一起。發(fā)光二極管把輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為 光信號(hào)傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，由于沒(méi)有直接的電氣連接，這樣既耦合

5、傳 輸了信號(hào)，又有隔離作用。4. 系統(tǒng)部分主要硬件設(shè)計(jì)及原理4.1 各芯片間的關(guān)系及原理定時(shí)輸入單元8086 8255a 8253倒計(jì)時(shí)顯示單元q074hc373q1燈y074hc138y2定時(shí)啟動(dòng)和8259 控制定時(shí)中74hc373y6光耦合隔離開(kāi)始的中斷斷和定時(shí)開(kāi) 始中斷圖 2整體框圖8255,8253 和 8259 的數(shù)據(jù)端口及讀寫(xiě)信號(hào)都要和總線相連,8255 和 8253 的1a0，a1 兩個(gè)端口可以接在 ad0，ad1 經(jīng)過(guò)地址鎖存器出來(lái)的 q0，q1 兩個(gè)端口上 面, 8259 的 a0 也可以和 138 譯碼器出來(lái)的信號(hào)相與再接到片選信號(hào)上. 地址通 過(guò) 138 譯碼器進(jìn)行譯碼。

6、譯碼器有 3 個(gè)控制端，分別為 g（高電平有效），g2 a（低 電平有效），g 2b （低電平有效），當(dāng) g=1，ga 和 gb 全為 0 時(shí)，譯碼器處于工作 狀態(tài)。a15 接在 g 上,a12-a14 分別接到 a，b，c 三個(gè)端口中，y6 與 8259 的 cs（低 電平有效）相連，y2 與 8253 的 cs （低電平有效）相連，y0 與 8255 的 cs 相連。所以可以得出根據(jù) 8255 的端口號(hào)：8000h，8001h，8002h，8003h.8259 的端口 地址：e000h，e001h。8253 的端口號(hào)：a000h，a001h，a002h，a003h。8255 并行通信接口的

7、 3 種工作方式：工作方式 0 ：這是 8255a 中各端口的基本輸入輸出方式。它只完成簡(jiǎn)單的并 行輸入輸出操作， cpu 可從指定端口輸入信息，也可向指定端口輸出信息，如 果三個(gè)端口均處于工作方式 0 ，則可由工作方式控制字定義 16 種工作方式的 組合。工作方式 1 ：被稱作選通輸入 / 輸出方式。在這種工作方式下，數(shù)據(jù)輸入 / 輸出操作要在選通信號(hào)控制下完成。 如果 pa,pb 一個(gè)工作在方式 1，一個(gè)工作 在方式 0，則 c 端口只有 5 個(gè)端口可以作為普通的輸入輸出端口工作方式 2 ：被稱作帶選通的雙向傳送方式。 8255a 中只允許端口 a 處于 工作方式 2 ，可用來(lái)在兩臺(tái)處理機(jī)

8、之間實(shí)現(xiàn)雙向并行通信。其有關(guān)的控制信號(hào) 由端口 c 提供，并可向 cpu 發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)。8253 的工作原理：8253 是可編程的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器,其內(nèi)部有三個(gè)獨(dú)立的 16 位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器通道,每個(gè)計(jì)數(shù)器通道均可按 6 種不同的方式工作, 8254 有六 種工作方式：方式 0：計(jì)數(shù)結(jié)束中斷，方式 1：可編程頻率發(fā)生器，方式 2：頻 率發(fā)生器，方式 3：方波頻率發(fā)生器，方式 4：軟件觸發(fā)的選通信號(hào)，方式 5： 硬件觸發(fā)的選通信號(hào)。并且都可以按二進(jìn)制或十進(jìn)制計(jì)數(shù)。其 clk0clk2 是計(jì) 數(shù)器 02 的時(shí)鐘脈沖輸入端, 計(jì)數(shù)器對(duì)該引腳輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。它的輸入 脈沖可以是任何脈沖提供的。g

9、ate0gate2 是門控脈沖輸入端, out0out2 是 輸出端，當(dāng)計(jì)數(shù)到 0 時(shí)，該引腳輸出低電平。在不同的工作方式下，輸出不同形 式的信號(hào)。8259 的工作原理，中斷請(qǐng)求寄存器 irr:8 位，用以分別保存 8 個(gè)中斷請(qǐng)求 信號(hào)，在此采用電平觸發(fā)中斷。當(dāng)響應(yīng)的中斷請(qǐng)求輸入腳有中斷請(qǐng)求時(shí)，該寄存2器的相應(yīng)位置 1,此時(shí) 8259 的 int 發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)到 8086 的 intr，8086 的inta（低電平有效）發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)給 8259 的 inta ，8253 的 1s 定時(shí)器的out1 通過(guò)一個(gè)非門后接在 8259 的 ir7 上作為中斷 2，定時(shí)開(kāi)始的信號(hào)接在 ir4 上

10、作為中斷 1，顯然中斷 1 的優(yōu)先級(jí)高于中斷 2 的優(yōu)先級(jí)。4.2 倒計(jì)時(shí)單元的顯示在此可以讓 pa 口用 1 方式輸入，通過(guò)邏輯開(kāi)關(guān)輸入定時(shí)時(shí)間，pb 口用作 0 方式輸出，pb 可用作顯示倒計(jì)時(shí)的數(shù)碼管的段選端口，pc 口的 pc4 作為單脈沖 的輸出端，可以用來(lái)控制信號(hào)燈定時(shí)時(shí)刻的開(kāi)始，當(dāng) pc4 端口一來(lái)脈沖，pc0， pc1 作為數(shù)碼管的位選端口，pc2 作為普通端口與信號(hào)燈相連。4.3 1s 定時(shí)的實(shí)現(xiàn)對(duì)于 8253 而言，由于外部可以提供 1mhz 的時(shí)鐘脈沖,則每計(jì)數(shù)一次的時(shí)間 為 1us,最大能計(jì)數(shù) 63535 次，即 63.35ms,為了能利用 8253 實(shí)現(xiàn) 1s 的定時(shí)

11、，可 以采用將計(jì)數(shù)器 0 和計(jì)數(shù)器 1 級(jí)聯(lián)按 5000200 方式分頻，將計(jì)數(shù)器 0 的 out0 端口接在計(jì)數(shù)器 1 的 clk1 上作為它的計(jì)數(shù)脈沖。即計(jì)數(shù)器 0 寫(xiě)入 5000 時(shí)，在 計(jì)數(shù)器 1 clk1 中會(huì)有 200hz 脈沖。對(duì)于 1s ，需對(duì)計(jì)數(shù)器 1 初始化寫(xiě)入時(shí)間參 數(shù) time1=200。且兩個(gè)定時(shí)通道都選用 2 方式。4.4 電氣隔離的實(shí)現(xiàn)通過(guò)光進(jìn)行開(kāi)關(guān)作用 , 光電耦合器就是將發(fā)光二極管和光電三極管密封 在一塊 ,發(fā)光二極管通電點(diǎn)亮以后 ,照到光電三極管的基極上 , 基極收到信號(hào)就導(dǎo) 致集電極到發(fā)射極之間形成通路 ,發(fā)光二極管熄滅后,光電三極管上集電極到發(fā)射 極的通

12、路阻斷了, 二極管到三極管之間沒(méi)有電器連接,所以很安全。圖 3，電氣隔離模塊的原理圖定時(shí)的啟動(dòng)可以通過(guò)一開(kāi)關(guān)，觸發(fā) 24v 的開(kāi)關(guān)電源，使之閉合從而使繼電器兩3端獲得 24v 的電壓，繼而使其吸合，信號(hào)燈兩端有電流流過(guò)，從而亮。開(kāi)關(guān)閉 合的同時(shí) 8253 的 gate 端在下降沿時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)重裝初值，而且 8259 產(chǎn)生中斷。 倒計(jì)時(shí)為 0 的時(shí)候由軟件方式讓燈熄滅，繼電器的結(jié)合開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。5.系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)的程序流程圖開(kāi)始關(guān)中斷， 寫(xiě)中斷向量表8255a和 8253 的初始化8259a的初始化倒計(jì)時(shí)單元顯示初值開(kāi)中斷等待中斷定時(shí)開(kāi)始？ny執(zhí)行中斷 1 程序 , 并返回n1s 定時(shí)到

13、？y執(zhí)行中斷 2 程序， 并返回結(jié)束圖 4，系統(tǒng)總程序4中斷 1 處理程序讀取 pa 端口的數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制并送至倒計(jì)時(shí)單元執(zhí)行中斷 2 處理程序倒計(jì)時(shí)的時(shí)間為0 ？nny個(gè)位為 0 ？y中斷返回個(gè)位數(shù)值減 1十位減 1 ，個(gè)位變?yōu)?9中斷返回圖 5，兩個(gè)中斷服務(wù)程序5.2各子模塊的實(shí)現(xiàn)5.2.1 關(guān)中斷，寫(xiě)中斷向量 , 把中斷服務(wù)程序的入口地址寫(xiě)入中斷向量表中，使 用的中斷類型號(hào)為 0ch,0fhcli ；關(guān)中斷push dsxor ax,axmov ds,axmov si,24h ;找到該中斷類型號(hào)在中斷向量表中的首地址mov ax,offset irq4add ax,2000hmov

14、word ptr si,ax ;把中斷服務(wù)程序的偏移地址放入低字中 mov ax,0mov word ptr si+2,ax ;把中斷服務(wù)程序的段地址放入高字中 mov si,3ch ;找到該中斷類型號(hào)在中斷向量表中的首地址mov ax,offset irq7add ax,2000hmov word ptr si,ax ;把中斷服務(wù)程序的偏移地址放入低字中 mov ax,0mov word ptr si+2,ax ;把中斷服務(wù)程序的段地址放入高字中 pop ds5.2.2 8255,8253 和 8259 的初始化init :;8259a 初始化，其中地址為 0e000h 和 0e001hmo

15、v al,13h ;設(shè)置 icw1，單片，上升沿觸發(fā)，需要設(shè)置 icw4 mov dx,0e000h5out dx,al ;icw1 寫(xiě)入 8259a 的偶地址中mov al,08h ;設(shè)置 icw2，中斷類型號(hào)的基值mov dx,0e001hout dx,al ;icw2 寫(xiě)入 8259a 的奇地址中;由于是單片 8259，所以不需要設(shè)置 icw3mov al,09h ;設(shè)置 icw4，非自動(dòng)結(jié)束，緩沖方式，完全嵌套 mov dx,0e001hout dx,al ;icw4 寫(xiě)入 8259a 的奇地址中mov al,6fh ;設(shè)置 ocw1，開(kāi)放 4 和 7 的中斷請(qǐng)求口mov dx,0e0

16、01hout dx,al ;ocw1 寫(xiě)入 8259a 的奇地址中;8255a 初始化，其中地址 a 口：8000h，b 口：8001h，c 口：8002h， 控制口：8003hmov dx,8003hmov al,0b0h ;設(shè)置 8255a 工作方式控制字，a 口為方式 1 輸入、b 口 為方式 0 輸出out dx,almov dx,8000h;in al,dxmov time,al；time 用來(lái)存儲(chǔ)倒計(jì)時(shí)剩下的時(shí)間;8253 初始化，其中地址為通道 0：0a000h，通道 1：0a001h，通道 2： 0a002h，控制寄存器：0a003hmov al,35h ;設(shè)置 8253 控制

17、字,通道 0 為工作方式 2,bcd 計(jì)數(shù),先讀寫(xiě) 低字節(jié),后讀寫(xiě)高字節(jié)mov dx,0a003hout dx,almov al,00 ; 設(shè)置計(jì)數(shù)通道 0 的計(jì)數(shù)初值 5000,先送低字節(jié)mov dx,0a000hout dx,almov al,50 ; 計(jì)數(shù)通道 0 的計(jì)數(shù)初值高字節(jié)out dx,almov al,75h;設(shè)置 8253 控制字，通道 1 為工作方式 2，bcd 計(jì)數(shù)，先讀 寫(xiě)低字節(jié),后讀寫(xiě)高字節(jié)mov dx,0a003hout dx,almov al,00 ; 把計(jì)數(shù)初值寫(xiě)入通道 2,先送低字節(jié)mov dx,0a002hout dx,almov al,02h ;計(jì)數(shù)通道

18、1 的計(jì)數(shù)初值高字節(jié)out dx,alsti ;初始化完畢，開(kāi)中斷5.2.3 倒計(jì)時(shí)顯示單元的實(shí)現(xiàn)，每次 1s 的中斷來(lái)了，顯示的值發(fā)生變化，將段 碼送至 pb 口，位碼送至 pc0 和 pc16data segmenttable db 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh ；數(shù)字 09 的 7 段顯示碼number dw 2 dup (0) ;開(kāi)辟了 2 個(gè)字空間，用來(lái)存放倒計(jì)時(shí)要顯示的數(shù)字 time db 03ch ; 存儲(chǔ)定時(shí)時(shí)間，初值 60sdata endsdisp:again:xor bx,bx ;將 bx 清零mov cx,o2hmov

19、ah,0fehmov si,offset table ;用 si 來(lái)存放段碼add si,number +bxmov al,byte ptrsi ;把段碼送 b 口l1: mov dx,8002hout dx,almov al,1 ;把位碼送 pc0 口call delay ;延時(shí) 2msmov al,0ffh ;關(guān)閉顯示管add al,3;獲得下一個(gè)位碼 pc1 口add bx,2 ;指向下一個(gè)要顯示的段碼mov si,number+bxmov al,byte ptrsiloop nextjmp again5.2.4 兩個(gè)中斷服務(wù)程序 irq4 和 irq7irq4:out dx,almov

20、 dx,8000h;in al,dxmov time,al;重置定時(shí)時(shí)間irq7:push ax ;保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)push cxmov al,00 ; 設(shè)置計(jì)數(shù)通道 0 的計(jì)數(shù)初值 5000,先送低字節(jié)mov dx,0a000hout dx,almov al,50 ; 計(jì)數(shù)通道 0 的計(jì)數(shù)初值高字節(jié)out dx,almov al,00 ; 把計(jì)數(shù)初值寫(xiě)入通道 1,初值為 200，先送低字節(jié)mov dx,0a001h7out dx,almov al,02 ; 計(jì)數(shù)通道 1 的計(jì)數(shù)初值高字節(jié)out dx,alxor di dimov cx,2mov di,offset numberl2: cmp wor

21、d ptrdi,0 ;先比較個(gè)位，再比較十位jz l3dec word ptrdijmp exitl3: add di,2cmp word ptrdi,0jne l3mov si,offset timemov al,byte ptrsimov dx,8002hout dx,alnot almov byte ptrsi,al ;重新對(duì) al 賦值mov word ptrdi,6jmp exitl4: sub di,2mov word ptrdi,9add di,2cmp word ptrdi,0jz l5dec word ptrdijmp exitl5: mov word ptrdi,5add

22、di,2loop l2exit:pop cx;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)pop axmov al,20hout 20h,al ;發(fā)中斷結(jié)束命令sti ; 開(kāi)中斷 ,因?yàn)橄到y(tǒng)在響應(yīng)中斷時(shí) ,除了保護(hù)斷點(diǎn)外 ,還自動(dòng)關(guān)閉了中斷 允許位iret ;中斷返回delay: push cx; 2ms 延時(shí)子程序mov cl,0fhl2: mov ch,0fhl1: dec chjnz l18dec cljnz l2pop cxretl6.實(shí)驗(yàn)小結(jié)通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)對(duì)微機(jī)的接口電路的設(shè)計(jì)有了更加深刻的認(rèn)識(shí)，以前用 單片機(jī)進(jìn)行定時(shí)和中斷，但和微機(jī)還是有很大的不同，有一點(diǎn)遺憾的是時(shí)間有限， 沒(méi)能在 proteus 將該工程仿真出來(lái)

23、。但收獲還是蠻大的！l7參考文獻(xiàn)1 戴梅萼.微型計(jì)算機(jī)技術(shù)及應(yīng)用m.清華大學(xué)出版社,20052周明德.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理及應(yīng)用m.北京：清華大學(xué)出版社，2007.1附件：總體電路圖東、西兩個(gè)相對(duì)路口紅燈亮 12s，南、北兩個(gè)路口綠燈亮 6s，后轉(zhuǎn)為黃燈亮 6s； 南、北兩個(gè)相對(duì)路口紅燈亮 12s，東、西兩個(gè)路口綠燈亮 6s，后轉(zhuǎn)為黃燈亮 6s；（10 分）3. 每個(gè)路口設(shè)一個(gè)緊急按鍵，可以中斷當(dāng)前的交通燈狀態(tài)，使當(dāng)前路口為綠燈，經(jīng) 12s 后 恢復(fù)原來(lái)的工作狀態(tài)；（20 分）4. 使用 8253 提供時(shí)間定時(shí)，每 6s 讀入 1 次溫、濕度；（20 分）925 5.daad0ad1p1114d

24、3r41210r610k.d18rp1respack-81 2 3 4 5 6 7 8 9u6dsw11mhz(a)vcc2122int24inta18313023173319u1ad0.15reset ad0.15ready a16.19inta/qs1intr ale/qs0 134 .hold/gt1 bhe 027 hlda/gt0 t/r/s126test den/s232nmi rd29mn/mx wr/lock28clk m/io/s08086program=e:masm615led.exead2ad3ad4ad5ad6ad7ad8ad9ad10ad11ad12ad13ad14ad15ad0.15u53d0 q04d1 q17d2 q28d3 q313d4 q414d5 q517d6 q618d7 q71oe11le74hc373u23d0 q04d1 q17d2 q28