微机原理课程设计-交通信号灯设计.doc

沈阳工程学院微机原理及应用课程设计1 设计任务描述1.1设计题目： 交通信号灯1.2设计内容 利用微机原理试验箱，采两组红，黄，绿发光二极管来模拟A,B两路交差路口的信号灯控制。1.2.1设计目的 通过课程设计使学生更进一步掌握微机原理及应用课程的有关知识，提高应用微机解决问题的能力，加深对微机应用的理解。通过查阅资料，结合所学知识进行软、硬件的设计，使学生初步掌握应用微机解决问题的步骤及方法。为以后学生结合专业从事微机应用设计奠定基础。1.2.2 设计要求一、 基本要求： 1.（1）按实际交通灯控制规程控制； （2）当路口发生交通事故时，能强制A、B两路禁行； （3）K0-K7为开关,K7来模拟紧急情况,K1-K6来模拟车辆多少； D11-D8为黄灯； D7-D0分别为4红4绿。 2.也可以选择具有一定难度的其他题目，但要经过指导老师的同意。 3.认真查阅资料，理解题目要求。 4.按时上机，认真调试程序。 5.运行程序，检查结果是否和设计要求一致。 6.记录出现的问题及现象，并对问题进行分析，思考解决方法。 7.遵守课程设计时间安排。 8.独立思考，认真设计。 9.认真书写课程设计说明书，避免相互抄袭。二、 对设计说明书撰写内容、格式、字数的要求 1.课程设计说明书（论文）是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。2.学生应撰写的内容为：目录、正文、参考文献等。课程设计说明书（论文）的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。3.说明书（论文）手写或打印均可。手写要用学校统一的课程设计用纸，用黑或蓝黑墨水工整书写；打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。4. 课程设计说明书（论文）装订顺序为：封面、任务书、成绩评定表、目录、正文、参考文献。三、 设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求提交课程设计说明书一份。在说明书中要有设计原理、硬件电路接线图、设计的程序及必要注释等。四、 设计完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求； 1.完成任务书中指定的汇编语言程序，运行稳定。 2.提交课程设计说明书一份。在说明书中要有设计原理、硬件电路接线图、设计的程序及必要注释等。1.2.3发挥部分 可根据车辆多少来安排红绿灯的延时时间，但不得超过某个最大值,不得低于最小值,否则与现实不符。2 设计思路本次微机原理设计的题目是交通信号灯，它是通过对8255芯片和LED发光二极管的连接设置来模拟交通信号灯的控制，使红黄绿三色灯按照正常交通规则规律地亮灭。交通信号灯由8255芯片控制的，用发光二极管来模拟实际生活中的交通灯，当出现紧急情况时将红灯设置为全亮，以限制路况，及时解决交通事故；当出现交通高峰期时还可以延长信号灯控制的时间。8255芯片包括四个口，即A口、B口、C口和一个控制口。通过对其控制端口赋予一定的控制字，来设定8255的工作方式，在本设计中，使8255工作于方式0，即基本输入输出方式，并将A口和B口都设置为输入，C口设置成输出。其中，A口与模拟紧急情况的开关连接，当发生紧急情况时将开关关合，红灯全亮，处理事故；当事故解除后，将开关断开，又恢复正常交通情况。B口控制黄灯的亮灭，黄灯闪烁时，红灯亮，绿灯全灭，闪烁的黄灯的位置与绿灯保持一致。C口控制红绿灯，红绿灯分东西南北四个方向，通过将控制字写入到控制口中，强制使与C口相连的LED显示管亮或灭，也就是模拟了实际情况中交通信号灯的控制。通过这次对交通灯的设计，不仅对汇编语言的基础知识掌握的更熟悉，还自己尝试着编写了一些语句，修改，运行，并验证了程序的正确性。真正把微机原理书本中的基础知识应用在了实践中！3 设计原理流程图紧急情况？24红灯亮13绿灯亮 调查车流量情况并设置延时紧急情况？24红灯亮绿灯全灭 调查车流量情况并设置延时紧急情况？24红灯亮13黄灯闪 调查车流量情况并设置延时紧急情况？13红灯亮24绿灯亮 调查车流量情况并设置延时紧急情况？13红灯亮绿灯全灭 调查车流量情况设置延时紧急情况？13红灯亮24黄灯闪 调查车流量情况设置延时8255初始化开始紧急情况？1234红灯全亮 调查车流量情况并设置延时红灯全亮 4 实际硬件接线图5 源程序清单及注释DATA SEGMENT ;数据段定义 XX DB 0DATA ENDS ;数据段定义结束SSTACK SEGMENT STACK ;堆栈段定义 DW 50 DUP(?)SSTACK ENDS ;堆栈段定义结束CODE SEGMENT ;代码段定义 ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:SSTACK START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,06C6H ;8255初始化:控制口地址送DX MOV AL,90H ;工作方式选择,A入B出 OUT DX,AL ;控制字送入控制口L1: MOV DX,06C4H ;C口地址送入DX MOV AL,00001111B ;令从右到左依次为红灯1-4绿灯1-4 OUT DX,AL ;红灯全亮 CALL DELAY1 CALL DELAY1 ;红灯全亮延时时间,2次延时 MOV DX,06C4H ;C口地址送入DX MOV AL,01011010B; OUT DX,AL ;24红灯亮,13绿灯亮 CALL DELAY2 ;红绿灯延时时间 CMP XX,1 JZ PAUSE ;检查是否有紧急情况 AND AL,00001010B OUT DX,AL ;24红灯亮,熄灭绿灯 MOV CX,0008H ;设置循环次数,即黄灯闪的次数L2: MOV DX,06C2H ;B口地址送入DX,控制黄灯 MOV AL,01010000B OUT DX,AL ;13黄灯亮 CALL DELAY1 ;调用DELAY1 AND AL,00000000B OUT DX,AL ;熄灭黄灯 CALL DELAY1 ;调用DELAY1 CMP XX,1 JZ PAUSE ;检查是否有紧急情况 LOOP L2 MOV DX,06C4H ;C口地址送入DX MOV AL,00001111B OUT DX,AL ;红灯全亮 CALL DELAY1 ;调用DELAY1 MOV AL,10100101B OUT DX,AL ;13红灯亮,24绿灯亮 CALL DELAY2 ;调用DELAY2 AND AL,00000101B OUT DX,AL ;13红灯亮,熄灭绿灯 MOV CX,0008H ;设置循环次数,即黄灯闪的次数L3: MOV DX,06C2H ;B口地址送入DX MOV AL,10100000B OUT DX,AL ;24黄灯亮 CALL DELAY1 ;调用DELAY1 AND AL,00000000B OUT DX,AL ;熄灭黄灯 CALL DELAY1 ;调用DELAY1 CMP XX,1 JZ PAUSE ;检查是否有紧急情况 LOOP L3 MOV DX,06C4H ;C口地址送入DX MOV AL,00001111B OUT DX,AL ;红灯全亮 CALL DELAY1 ;调用DELAY1PAUSE: MOV DX,06C0H ;A口地址送入DX IN AL,DX ;读A口数据 TEST AL,80H ;测试最高位是否为1,最高位模拟紧急情况, ;1为紧急情况,0为一般情况 JZ L1 ;为0紧急情况结束转移到L1,红绿灯重新正常工作 MOV DX,06C4H ;C口地址送入DX MOV AL,00001111B OUT DX,AL ;紧急情况,红灯全亮 JMP PAUSE ;紧急情况时,无限循环运行PAUSE,红灯一直保持全亮 DELAY1 PROC NEAR ;DELAY1定义 PUSH CX PUSH DX PUSH AX ;压入堆栈,保存数据 MOV XX,0 ;为XX赋值0，只有在非紧急情况需要延时，紧急情况 ;忽略此延时时间,马上进入PAUSE检查是否有紧急情况 MOV CX,8000H ;设置循环次数,控制延时时间L4: MOV DX,06C0H ;A口地址送人DX IN AL,DX ;读A口数据 TEST AL,80H ;测试最高位,检查是否有紧急情况 JZ L5 ;为0循环执行L4,有非0跳出程序返回, ;之后进入PAUSE检查是否有紧急情况 MOV XX,1 ;为XX赋值1,出现紧急情况 JMP L6 ;无条件转移到L6L5: LOOP L4 ;循环执行L4L6: POP AX POP DX POP CX ;弹出保存的数据 RET ;返回DELAY1 ENDP ;DELAY1定义结束DELAY2 PROC NEAR ;DELAY2定义 PUSH CX PUSH DX PUSH AX ;压入堆栈,保存数据 MOV DX,06C0H ;A口地址送入DX IN AL,DX ;读A口数据,用数字量模拟车辆模拟量 TEST AL,40H ;测试次高位数据 JZ L7 ;为0跳到L7 MOV AL,3FH ;为1即超过最大数据3FH,取最大值L7: AND AL,3FH ;屏蔽A口最高位和次高位数据,最高位为紧急情况控制, ;次高位如果加上则延时时间过长,与现实实际情况不符 ADD AL,30H ;红绿灯基值为30H次循环, ;根据路况适当增加红绿灯时间 MOV AH,00H ;AX为00AL MOV CX,AX ;AL无法直接送入DX,需要用AX送入L8: CALL DELAY1 ;调用DELAY1 LOOP L8 ;循环执行L8 POP AX POP DX POP CX ;弹出保存的数据 RET ;返回DELAY2 ENDP ;DELAY2定义结束 CODE ENDS ;代码段定义结束 END START ;程序结束 6 主要元器件介绍6.1 8255 简介8255是一种通用的可编程多功能并行输入输出接口。图6.1 可编程并行通信接口芯片8255的内部结构6.1.1 8255的内部接口8255内部有3个8位的并行I/O端口，即An,Bn,Cn,面向外设一侧各有8根I/O端口数据线。其中A口输出有锁存能力，输入亦有锁存能力。B口输入输出均有锁存能力。C口输出有锁存能力，输入没有锁存能力。为了控制方便，将8255的3个口分成A,B两组。其中A组包括A口的8条线PA0PA7和C口的高4位PC4PC7。B组包括B口的8条线PB0PB7和C口的低四位PC0PC3. A组和B组分别由软件编程来加以控制在片选信号CS=0的条件下：A1A0=00，选中A口数据寄存器；A1A0=01，选中B口数据寄存器；A1A0=00，选中C口数据寄存器；A1A0=11，选中控制寄存器。如下表所示。 表6.1.1A1A0选择00A口01B口10C口11控制寄存器通常，进行系统设计时，一片8255A占用4个连续的口地址。8255有3种工作方式，A口可以工作在方式0，方式1，方式2；B口可以工作在方式0，方式1；C口仅能工作在方式0。8255的控制字由8位二进制数构成，8255在应用过程中，将不同的控制字装入芯片中控制寄存器，即可确定8255的工作方式。，各位的控制功能如图6.1.1说明:当控制字bit71时,控制字的bit6bit3这4位用来控制A组,即A口的8位和C口的高4位,而控制字的低3位bit2bit0用来控制B组,包括B口的8位和C口的低4位。 7654321控制C口抵4位1：输入0：输出控制B口8位1：输入0：输出方式选择0：方式01：方式1控制C口高4位0：输出1：输入控制A口8位0：输出1：输入方式选择00：方式001：方式11X：方式20功能控制0：位操作1：方式选择 图6.1.1 8255的控制字格式8255初始化，8255可编程接口芯片的初始化十分简单，只要将控制字写入8255的控制寄存器即可实现。6.1.2 8255的引脚功能 图6.1.2 8255引脚图 RESET:复位输入信线。此端上的高电平可使8255复位。复位后，8255的A口，B口和C口均被定为输入状态。CS:片选信号线，当他为低电平（有效时）时，才能选中8255芯片，也才能对8255进行操作。RD:读信号线，与其他信号一起实现对8255接口的读操作。通常接系统总线的IOR。WR:写信号线，与其它信号一起实现对8255的写操作，通常接系统总线的IOW。D0D7:双向数据信号线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。PA0PA7:端口A的8条输入输出信号线，该口的这8条线是工作于输入、输出还是双向（输入、输出）方式可由软件编程来决定。 PB0PB7:端口B的8条输入输出信号线，利用软件编程可指定这8条是输入还是输出。PC0PC7:端口C的8条输入输出信号线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器， 一个8位的数据输入缓冲器。端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口， 每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。 A1、A0:口地址选择信号线，8255中有端口A、B、C和一个内部控制字寄存器，共4个端口，可由程序寻址。通常A0,A1分别接系统总线的A0和A1，它们与CS一起来决定8255的接口地址。表6.1.2 8255的各种操作功能组合A1A0RDWRCS操作功能00010端口A数据总线01010端口B数据总线10010端口C数据总线00100数据总线 端口A01100数据总线 端口B10100数据总线 端口C11100数据总线 控制寄存器11010非法操作（控制口不能读）XX110数据总线浮空XXXX1未选中82556.1.3 8255的三种工作方式a.方式0进行数据传送时不需要联络信号。 任一设置成方式0的端口均可设置成输入或输出。输出具有锁存功能。输入没有锁存功能。 每一个8位口和4位口均可设置成方式0。如果所有的8位口和4位口都设置成方式0，则可以有16种不同的输入输出组合表6.1.3 8255方式0之下的输入输出组合A组B组A口（PA0PA7）C口（PC4PC7）B口（PB0PB7）C口（PC0PC3）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b.方式1A组和B组都可以设置为该方式，并且可以同时设置。每一个设置成方式1的端口(组)包含8位数据线和3条联络线，并提供中断逻辑。任一端口均可作输入或输出，输入和输出均有锁存功能。c.方式2双向选通输入输出方式，可以用中断方式,也可以用查询方式与CPU联系。方式2只有8255的A口才能采用，在A口工作于双向输入输出方式时,固定利用C口的5条线作为联络信号线，此时,B口只能工作在方式0或方式1。而C口剩下的3条线可作为输入输出线使用或用作B口方式1之下的联络线。PC7输出缓冲器满信号OBFA；PC6响应信号ACKA 输出；PC5输入缓冲器满信号IBFA；PC4选通信号STBA输入；PC3中断请求信号INTRA输入设备。6.2 8086简介6.2.1 8086 CPU简介由于此系统最终要在西安唐都科教仪器出品的32位微机机教学实验系统TD-PITE/PITC上进行实验，故设计硬件配置时采用Intel8086，整个实验的硬件配置都以此为原则进行设计选用。Intel8086是16位的微处理器（理论学习中为8088，其内部总线为16位，外部总线为8位，故称为准16位微处理器），它采用HMOS工艺40条引脚封装。8086工作时使用5V电源，时钟频率5MHz（8086-1为10MHz，8086-2为8MHz）它有20根地址线，故可寻址的内存空间为1MB。6.2.2 8086主要特性Intel8086/8088CPU是Intel公司推出的高性能的微处理器，具体如下主要特性： (1) 8086CPU数据总线为16位，8088CUP数据总线为8位。 (2) 地址总线都是20位，低16位用于数据总线复用，可直接寻址为1MB的存储空间。 (3) 有16位的端口地址，可以寻址64KB的I/O端口。 (4) 有99条基本指令，指令功能强大 (5) 有9种基本寻址方式。 (6) 可以处理内部和外部中断，外部中断源多达256个。 (7) 兼容性好，与80*86，8085在源程序一级兼容。 (8) 8086/8088标准主频为5MHz，8086/8088-2主频为8MH。 (9) 支持单处理器或多处理器系统工作。实验中是以Intel386EX微处理器为核心，来模拟8086处理器来进行系统的测试工作。队列总线数据总线地址总线暂存器T标志寄存器FRALUEU控制器地址加法器总线逻辑控制AXBXCXDX通用寄存器AHALBHBLCHCLDHDLSPBPDISICSDSSSESIP暂存器外部总线ALU数据总线指令预取队列缓冲器1234执行单元(EU)总线接口单元(BIU)图6.2.2 CPU8086内部结构图6.2.3 8086CPU寄存器结构8086CPU中有14个16位的寄存器,其中有4个16位的通用寄存器,2个16位指针寄存器,2个16位变址寄存器,1个16位指令指针及1个16位标志寄存器(仅用9位)。 通用寄存器通用寄存器包括累加器AX，基址寄存器BX，计数寄存器CX，数据寄存器DX四个寄存器，位于CPU的EU中，每个数据寄存器可存放16位操作数，也可拆成两个8位寄存器，用来存放8位操作数。表6.2.3-1通用寄存器的特殊用途和隐含属性寄存器名称特殊用途及隐含性质AX在输入输出指令中作数据寄存器，不能隐含在乘法指令中存放被乘数或乘积，在除法指令中存放被除数或商，能隐藏AH在LAHF指令中，作目标寄存器，能隐藏AL在输入/输出指令中作数据寄存器，不能隐藏在十进制运算指令中作累加器，能隐含在XLAT指令中作累加器，能隐含BX在间接寻址中作基址寄存器，不能隐含在XLAT指令中作基址寄存器，能隐含CX在串操作指令和LOOP指令中做计数器，能隐含CL在移位/循环移位指令中作移位次数计数器，不能隐含DX在字乘法/除法指令中存放乘积高位或被除数高位或余数，能隐含在间接寻址的输入/输出指令中作地址寄存器，不能隐含 指针和变址寄存器指针和变址寄存器包括：堆栈指针SP、基址指针BP、源变址寄存器SI、和目的变址寄存器DI四个16位寄存器，可以来存放数据和地址。表6.2.3-2 指针和变址寄存器的特殊用途和隐含性质寄存器名称特殊用途及隐含性质SI在字符串运算指令中作源变址寄存器，能隐含在间接寻址中作变址寄存器，不能隐含DI在字符串运算指令中作目标变址寄存器，能隐含在间接寻址中作变址寄存器，不能隐含BP在间接寻址中基址指针，不能隐含SP在堆栈操作中作堆栈指针，能隐含 段寄存器段寄存器包括：代码段寄存器CS，用于存放当前代码段的段地址；数据段寄存器DS，用于存放当前数据段的段地址；附加段寄存器ES，用于存放当前附加段的地址；堆栈段寄存器SS，用于存放当前堆栈段的段地址。这些段寄存器彼此不能互换，每个段寄存器在8086存储寻址空间中规定了64KB的存储快。该64KB存储快叫做段寄存器的当前段。 专用寄存器包括指令指针寄存器（IP）和标志寄存器（FR）。指令指针寄存器（IP）：用来存放要取的下一条指令在当前代码段中的偏移地址，程序不能直接访问IP，在程序运行过程中，BIU可修改IP中内容。指令指针寄存器每执行一次取操作，将自动加1，使它指向下一条要取的内存单元。标志寄存器（FR）：尽定义了9位，其中6位用作状态标志，3位用作控制标志。15 0OFDFIFTFSFZFAFPFCF状态标志位进位标志CF：当前加法运算有进位，减法运算有借位时，CF=1，否则CF=0。辅助进位标志AF：在字节操作时，低4位向高4位有进位（加法）或有借位（减法）；在字操作时，低字节向高字节有进位（加法）或有借位（减法）时，则，AF=1，否则AF=0。奇偶校验标志PF：当运算结果低8位“1”的个数为偶数时，PF=1，否则PF=0。零标志ZF：当运算结果为0时，ZF=1，否则ZF=0。溢出标志OF：在有符号数的算术运算时，当运算结果有溢出时，OF=1，否则0F=0。符号标志SF：在有符号数的算术运算时，当运算结果为负时，SF=1，否则SF=0。控制标志位方向标志DF：当DF=0时，在串操作指令中，进行自动增址操作；当DF=1时，在串操作指令中，进行自动减址操作。中断允许标志IF：当IF=0时，禁止响应可屏蔽中断；当IF=1时，允许响应可屏蔽中断。单步陷阱标志TF：当TF=1时，表示进入单步工作方式；当TF=0时，表示正常执行。6.2.4 8086CPU引脚图1 402 393 384 375 366 357 348 3380869 3210 3111 3012 2913 2814 2715 2616 2517 2418 2319 2220 21GNDAD14AD13AD12AD11AD10AD9AD8AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0NMIINTRCLKGNDVccAD15AD16/S3AD17/S4AD18/S5AD19/S6SSO(HIGH)MN/MXRDHOLD(RQ0/GT0)HLDA(RQ1/GT1)WRM/IO(S2)DT/R(S1)DEN(S0)ALE(QS0)INTA(QS1)TESTREADYREST图6.2.4 CPU8086引脚图表6.2.4 8086CPU引脚说明AD0AD15分时复用的双向、三态地址/数据线AD19/S6AD16/S3分时复用，输出引脚NMI(17)输入，非可屏蔽请求INTR(18)输入，可屏蔽请求CLK(19)输入，时钟GND(20)(1)地线（两个）REST(21)输入，复位READY(22)准备就绪，输入TEST(23)输入，测试低电平有效INTA(QS1)(24)输出，中断响应ALE(QS0)(25)输出，地址锁存允许DEN(S0)(26)三态输出，数据允许信号DT/R(S1)(27)三态输出，数据发送/接收控制信号M/IO(S2)(28)三态输出，存储器/IO端口WR(LOCK)(29)三态输出，写HLDA(RQ1/GT1)(30)总线请求响应，输出HOLD(RQ0/GT0)(31)输入总线请求RD(32)三态输出，读MN/MX(33)决定工作模式BHE/S7(34)三态输出，高8位数据有效/状态复用设计总结这一周的课程设计在紧张与忙碌中结束了，通过这一周的设计，我不仅更深刻地理解了微机原理的基础知识，还学会了把所学的知识应用于实践的道理。本次计题目是交通信号灯，虽然交通灯对于我们并不陌生，但实际模拟起来也是有一定的难度。它需要精确的逻辑来控制东西南北四个路口红绿灯的亮灭和黄灯的闪烁。在查阅了一些汇编语言的相关资料后，我终于从一开始的不知道如何入手，到顺利画出了原理流程图，可以说是有了一个成功的开端。本此次课设用的芯片主要是8255，通过反复研究实验，我对8255的功能有了更多的了解。因为它