微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)交通燈

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)專(zhuān) 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)姓 名設(shè) 計(jì) 起 止 日 期2013.12.162013.12.20設(shè)計(jì)題目：交通燈控制設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)（主要技術(shù)參數(shù)）：交通燈控制系統(tǒng) 利用8086、8253定時(shí)器、8255等接口，設(shè)計(jì)一電路，模擬十字路口交通燈控制,并應(yīng)用所設(shè)計(jì)的程序使連接好的線路工作正常。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)： 簽字：年 月 日課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.11 引言在車(chē)輛日漸增多的今天，人們也越來(lái)越關(guān)注交通問(wèn)題，而交通燈在安全行車(chē)過(guò)程中無(wú)疑起著十分重要的作用。現(xiàn)在交通燈一般都設(shè)在十字路口，用紅、綠、黃三種顏色的指示燈和一個(gè)倒計(jì)時(shí)的顯示計(jì)時(shí)器來(lái)控制行車(chē), 對(duì)一般情況下的

2、安全行車(chē)、車(chē)輛分流發(fā)揮著作用, 但根據(jù)實(shí)際行車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)的情況, 主要有如下幾個(gè)缺點(diǎn): 1、車(chē)道輪流放行時(shí)間相對(duì)固定, 不能根據(jù)實(shí)際情況中兩個(gè)車(chē)道的車(chē)輛多少來(lái)設(shè)置改變通行時(shí)間；2、 沒(méi)有考慮緊急車(chē)輛通過(guò)時(shí), 兩車(chē)道應(yīng)采取的措施。 譬如, 有消防車(chē)通過(guò)執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí), 兩個(gè)車(chē)道的車(chē)都應(yīng)停止, 讓緊急車(chē)輛通過(guò)。因此如何合理高效地利用交通燈指示交通情況，是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。交通燈是采用計(jì)算機(jī)通過(guò)編寫(xiě)匯編語(yǔ)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(chē)站, 碼頭等公共場(chǎng)所,成為

3、人們出行生活中不可少的必需品,由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟與廣泛應(yīng)用,使得交通燈的功能多樣化,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式交通燈, 交通燈的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了交通燈的功能。諸如閃爍警示、鳴笛警示，時(shí)間程序自動(dòng)控制、倒計(jì)時(shí)顯示，所有這些，都是以計(jì)算機(jī)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(shí)間。或者給紅綠色盲聲音警示的人性化設(shè)計(jì)?，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(duì)闖紅燈的車(chē)輛進(jìn)行拍照。當(dāng)某方向紅燈亮?xí)r，此時(shí)相應(yīng)的傳感器開(kāi)始工作，當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)時(shí)，照相機(jī)就把車(chē)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(jìn)行不同的設(shè)

4、計(jì)，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(shí)調(diào)節(jié)交通燈。因此，研究交通燈及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。2 設(shè)計(jì)方案論證2.1設(shè)計(jì)原理本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容為利用8086、8253定時(shí)器、8255等接口，實(shí)現(xiàn)控制十二個(gè)二極管亮滅的過(guò)程。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.22.2設(shè)計(jì)環(huán)境及設(shè)備PC機(jī)一臺(tái)8255并口：用做接口芯片。LED：共陽(yáng)12個(gè)LED燈。2.3交通燈工作原理（1） 初始狀態(tài)都是紅燈，延時(shí)1秒。（2） 南北綠燈,東西紅燈，延時(shí)5秒。(3) 南北綠燈閃3次轉(zhuǎn)黃燈，東西紅燈。(4) 南北紅燈，東西綠燈，延時(shí)5秒。（5） 東西綠燈閃3次轉(zhuǎn)黃燈，南北紅燈。3 系統(tǒng)

5、硬件設(shè)計(jì)3.1 8086簡(jiǎn)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(chēng)為準(zhǔn)16位微處理器），它采用HMOS工藝40條引腳封裝。8086工作時(shí)使用5V電源，時(shí)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Intel8088微處理器一種準(zhǔn)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(jì)，與Intel8088微處理器基本上相同，不同的是其對(duì)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)。 

6、;從功能上來(lái)看，8086CPU可分為兩部分，即總線接口部件BIU（Bus Interface Unit）和執(zhí)行部件EU（Execution Unit）課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.3圖1 8086CPU的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖(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)8086CPU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(chǔ)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(qiáng)大。

7、(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(dá)256個(gè)。(g)兼容性好，8086、8085在源程序一級(jí)兼容。(h)8086/8088標(biāo)準(zhǔn)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。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.4(2)8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)8086CPU中有14個(gè)16位的寄存器,其中有4個(gè)16位的通用寄存器,2個(gè)16位指針寄存器,2個(gè)16位變址寄存器,1個(gè)16位指令指針及1個(gè)16位標(biāo)志寄存器【8】。通用寄存器包括累加器AX，基址寄存器BX，計(jì)數(shù)寄存器CX，數(shù)據(jù)寄存器DX四個(gè)寄存器，位于CPU的EU中，每個(gè)數(shù)據(jù)寄存器可存放16

8、位操作數(shù)， 也可拆成兩個(gè)8位寄存器，用來(lái)存放8位操作數(shù)。指針和變址寄存器包括：堆棧指針SP、基址指針BP、源變址寄存器SI、和目的變址寄存器DI四個(gè)16位寄存器，可以來(lái)存放數(shù)據(jù)和地址。段寄存器包括：代碼段寄存器CS，數(shù)據(jù)段寄存器DS，附加段寄存器ES，堆棧段寄存器SS【4】。3.2 8255簡(jiǎn)介8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程并行I/O接口芯片，有3個(gè)8位并行I/O口。具有3個(gè)通道3種工作方式的可編程并行接口芯片（40引腳）。 其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強(qiáng)。8255可作為單片機(jī)與多種外設(shè)連接時(shí)的中間接口電路。8255作為主機(jī)與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機(jī)相連的3個(gè)總線接口，

9、即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時(shí)必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程,所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個(gè)部分：與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。它具有A、B、C 三個(gè)并行接口，并行接口是以數(shù)據(jù)的字節(jié)為單位與I/O 設(shè)備或被控制對(duì)象之間傳遞信息。CPU和接口之間的數(shù)據(jù)傳送總是并行的，即可以同時(shí)傳遞8 位、16 位、32 位等。用+5V單電源供電，能在以下三種方式下工作：方式0-基本輸入/出方式、方式1-選通輸入/出方式、方式2-雙向選通工作方式【3】。8255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖如圖所示。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.5圖4 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖 8

10、255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(hào)線，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)和控制字。RD為讀信號(hào)線，與其它信號(hào)線一起實(shí)現(xiàn)對(duì)8255接口的讀操作通常接系統(tǒng)總線的IOR信號(hào)。WR為寫(xiě)信號(hào)線，與其它信號(hào)一起實(shí)現(xiàn)對(duì)8255的寫(xiě)操作，通常接系統(tǒng)總線的IOW。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.6CS為片選信號(hào)線，當(dāng)它為低電平（有效）時(shí)，才能選中該8255芯片，也才能對(duì)8255進(jìn)行操作【6】。A0，A1為口地址選擇信號(hào)線。8255內(nèi)部有3個(gè)口；A口，B口，C 口，還有一個(gè)控制寄存器，它們可由程序?qū)ぶ贰0，A1上的不同編碼可分別尋址上述3個(gè)口和一個(gè)控制寄存器,具體規(guī)定如表1所示。表1 8255的尋址方式A

11、1A0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(lái)決定8255的接口地址。RESET為復(fù)位輸入信號(hào)。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(hào)線。PB0PB7為B口的8條輸入輸出信號(hào)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(hào)的輸出或狀態(tài)信號(hào)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】。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.7 圖圖2 置位/復(fù)位控制字格式8255的尋址：8255占外設(shè)編址的4個(gè)

12、地址，即A口，B口，C口和控制寄存器各占一個(gè)外設(shè)接口地址。對(duì)同一個(gè)地址分別可以進(jìn)行讀寫(xiě)操作。例如，讀A口可將A口的數(shù)據(jù)讀出；寫(xiě)A口可將CPU的數(shù)據(jù)寫(xiě)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(hào)使用，配合端口A和端口B的工作。在交通燈控制的設(shè)計(jì)中只用到了工作方式0。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.8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

13、-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(chēng)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位對(duì)應(yīng)的4條線和C口的低四位對(duì)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(shí)還要利用C口的某些位作為控制和狀態(tài)信號(hào)。 工作方式2，又稱(chēng)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

14、輸入輸出方式時(shí)，要利用C口的5條線才能實(shí)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。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.93.2 8253簡(jiǎn)介intel8253是NMOS工藝制成的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，有幾種芯片型號(hào)，外形引腳及功能都是兼容的，只是工作的最高計(jì)數(shù)速率有所差異。 圖3 8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖 8253內(nèi)部可分為6個(gè)模塊，每個(gè)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(xiě)控制邏輯及控制引腳 （3） 控制字寄存器 在初始化編程時(shí)，CPU寫(xiě)入方式控制字到控制字寄存器中，用以

15、選擇計(jì)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(lái)決定。（4） 計(jì)數(shù)通道0、計(jì)數(shù)通道1、計(jì)數(shù)通道2 3個(gè)計(jì)數(shù)通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同。每個(gè)計(jì)數(shù)通道都由一個(gè)16位計(jì)數(shù)初值寄存器、一個(gè)16位減法計(jì)數(shù)器和一個(gè)16位計(jì)數(shù)值鎖存器組成 計(jì)數(shù)初值存于預(yù)置寄存器，在計(jì)數(shù)過(guò)程中，減法計(jì)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(xiě)入鎖存命令時(shí)，鎖定當(dāng)前計(jì)數(shù)值。  課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.10計(jì)數(shù)器的3個(gè)引腳說(shuō)明： 1.CLK時(shí)鐘輸入信號(hào) 在計(jì)數(shù)過(guò)程中，此引腳上每輸入一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)（下降沿），計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值減2.GATE門(mén)控輸入信號(hào)控制計(jì)數(shù)器工作，可分

16、成電平控制和上升沿控制兩種類(lèi)型。3.OUT計(jì)數(shù)器輸出信號(hào)當(dāng)一次計(jì)數(shù)過(guò)程結(jié)束（計(jì)數(shù)值減為0），OUT引腳上將產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)。 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(diǎn)：一是輸出波形不同；二是啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的觸發(fā)方式不同；三是計(jì)數(shù)過(guò)程中門(mén)控信號(hào)GATE對(duì)計(jì)數(shù)器操作的控制不同。圖4 8253控制字 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.111方式0-低電平輸出（GATE信號(hào)上升沿繼續(xù)2方式1-低電平輸出（GATE信號(hào)上升沿重新計(jì)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(jì)數(shù)值n后，OUT立即跳變?yōu)楦唠娖健Ｈ绻?dāng)前GATE為高電平，則立即

17、開(kāi)始減“1”計(jì)數(shù)，OUT保持為高電平，若n為偶數(shù)，則當(dāng)計(jì)數(shù)值減到n/2時(shí)，OUT跳變?yōu)榈碗娖?，一直保持到?jì)數(shù)值為“0”，系統(tǒng)才重新置入計(jì)數(shù)值n，實(shí)現(xiàn)循環(huán)計(jì)數(shù)。這時(shí)OUT端輸出周期為n×CLK周期，占空比為1：1的方波序列：若n為奇數(shù)，則OUT端輸出周期為n×CLK周期，占空比(n+1)/2 : (n-1)/2的近似方波序列。 5方式4-單次負(fù)脈沖輸出（軟件觸發(fā)）6方式5-單次負(fù)脈沖輸出（硬件觸發(fā)） 每種工作方式的設(shè)置過(guò)程類(lèi)似： 設(shè)定工作方式 設(shè)定計(jì)數(shù)初值 硬件啟動(dòng) 計(jì)數(shù)初值進(jìn)入減1計(jì)數(shù)器 每輸入一個(gè)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器減1的計(jì)數(shù)過(guò)程 計(jì)數(shù)過(guò)程結(jié)束3.3八個(gè)LED顯示器及其接口十二個(gè)L

18、ED小燈為共陽(yáng)極，一端接高電平，一端接8255端口，當(dāng)輸出為0時(shí)，小燈才會(huì)亮。LED技術(shù)參數(shù)說(shuō)明:發(fā)光二極管的壓降一般為1.5-2.0V，即工作電壓要求不高，而且構(gòu)造簡(jiǎn)單，其工作電流一般取10-20mA為宜。 3.5模擬8086系統(tǒng)硬件接線圖 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.12圖5系統(tǒng)硬件接線圖 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.134 交通燈軟件設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)圖6系統(tǒng)硬件接線圖4.2軟件編程實(shí)現(xiàn)CS8253_T0 EQU 00010HCS8253_CTL EQU 01810HCS8255_PA EQU 00018HCS8255_PB EQU 00218HCS8255_CTL EQU 00618H CODE

19、 SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODESTART: 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.14 PUSH CS POP DS CLI ;關(guān)中斷 MOV DX,CS8253_CTL ;定時(shí)器0工作在方式3 MOV AL,00010000B OUT DX,AL MOV DX,CS8253_T0 MOV AL,01H ;頻率12hz，計(jì)時(shí)為1s OUT DX,AL MOV AL,10000000B MOV DX,CS8255_CON OUT DX,AL CALL STATUS0 ;初始狀態(tài)(都是紅燈)MLOOP: CALL STATUS1 ;南北綠燈,東西紅燈 CALL STATUS2 ;南北

20、綠燈閃轉(zhuǎn)黃燈,東西紅燈 CALL STATUS3 ;南北紅燈,東西綠燈 CALL STATUS4 ;南北紅燈,東西綠燈閃轉(zhuǎn)黃燈 JMP MLOOP STATUS0: MOV AL,0F0H ;南北紅燈,東西紅燈 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,ALMOV BL,10 STI ;開(kāi)中斷 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.15LOOPA: CMP CL,1 ;判斷是否計(jì)時(shí)為1s JNE LOOPA ;不到一s則回去 MOV CL,0 CLI ;關(guān)中斷 RET STATUS1: MOV AL,05AH ;南北紅燈,東西紅燈 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,50

21、 STI ;開(kāi)中斷 LOOPB: CMP CL,5 ;判斷是否計(jì)時(shí)為5s JNE LOOPB ;不到一s則回去 MOV CL,0 CLI ;關(guān)中斷 ;延時(shí)5秒 RET STATUS2: MOV CX,3 ;綠燈閃3次FLASH: MOV AL,050H ;南北紅燈,東西紅燈 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,3 CALL DELAY ;延時(shí)0.3秒 MOV AL,05AH ;南北紅燈,東西紅燈 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.16MOV BL,3 CALL DELAY ;延時(shí)0.3秒 LOOP FLASH MOV A

22、L,0FAH ;南北紅燈,東西紅燈 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,10 STI ;開(kāi)中斷 LOOPC: CMP CL,1 ;判斷是否計(jì)時(shí)為1s JNE LOOPC ;不到一s則回去 MOV CL,0 CLI ;關(guān)中斷 ;延時(shí)1秒 RET STATUS3: MOV AL,0A5H ;南北紅燈,東西綠燈 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,50 STI ;開(kāi)中斷LOOPD: CMP CL,5 ;判斷是否計(jì)時(shí)為5s JNE LOOPD ;不到一s則回去 MOV CL,0 CLI ;關(guān)中斷 ;延時(shí)5秒 RET STATUS4: ;南

23、北紅燈,東西綠燈閃轉(zhuǎn)黃燈 MOV CX,3 ;綠燈閃3次 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.17FLASH1: MOV AL,0A0H MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,3 CALL DELAY ;延時(shí)0.3秒 MOV AL,0A5H MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,3 CALL DELAY ;延時(shí)0.3秒 LOOP FLASH1 MOV AL,0F5H ;南北紅燈,東西黃燈 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,10 STI ;開(kāi)中斷 LOOPE: CMP CL,1 ;判斷是否計(jì)時(shí)為1s JNE LOOP

24、E ;不到一s則回去 MOV CL,0 CLI ;關(guān)中斷 ;延時(shí)1秒 RET DELAY PROC NEAR PUSH CXDL1: MOV CX,8000HDL2: LOOP DL2 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) NO.18 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 START7 設(shè)計(jì)體會(huì)一周的微機(jī)課程設(shè)計(jì)很快就結(jié)束了，在課程設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，我不僅學(xué)到了許多新的知識(shí)，而且加深了我對(duì)以前學(xué)習(xí)的理論知識(shí)的掌握。 以前我們學(xué)的