中北大学测控技术与仪器微机原理十字路口交通灯设计.doc

微型计算机原理与接口技术课程设计报告 设计题目： 十字路口交通灯控制器设计 指导老师： 陈鸿 专业班级： 测控技术与仪器 11050342 设计人： 设计日期： 2014年6月 微机原理课程设计一.课程设计的任务与要求设计内容：以8088CPU为核心设计一个十字路口交通灯控制设计要求： 所设计控制器可实现对十字路口交通灯的控制，在十字路口共有4组红绿黄灯，其中东西通行方向上的两组红绿黄灯亮灭控制相同，南北通行方向上的两组红绿黄灯亮灭控制相同，其各组灯的控制时序为 红灯亮1分钟， 黄灯亮5秒 绿灯亮1分钟，东西方向红灯亮时，南北方向的绿灯亮。二.方法的大体思路 通过读题，将红灯连接到8255 A口的低四位，黄灯连接到8255 B口的低四位，绿灯连接到8255 C口的低四位。灯的亮与暗通过8088输出高低电平与外接高电平控制，因为8088输出接发光二极管负极，所以当输出为低电平时，发光二极管导通，对应输出口的二极管亮。三.8253计数器方案的设计设8253的端口地址分别如下： FF24H-端口0 FF25H-端口1 FF26H-端口2 FF27H-控制端首先运用8284产生5MHZ的方波。8253计数器0的clock0输入由8284产生的5MHZ时钟脉冲，工作在方式 3即方波发生器方式，通道0的计数初值为50000=C350H，则计数器0理论设计输出周期为0.01s的方波。之后由计数器0的方波分别作为计数器1和计数器2的输入时钟脉冲（CLOCK1，CLOCK2），所以计数器1和计数器2的输入时钟频率为100HZ，计数器1工作在方式1，计数初值6000=1770H即60s，计数器2工作在方式1，计数初值500=01F4，即5s。通过读取计数器8253的即时输出，与0进行比较，若不等于0继续执行判断，知道输出等于0，此时计时完成。三个通道的门控信号都未用，均接5V即可。四.工作原理的说明此方案是通过并行接口芯片8255和8088计算机的硬件连接，以及通过8284产生特定频率的信号和8253计时的方法，来实现十字路口交通灯的模拟控制。如硬件连接图所示，红灯，黄灯和绿灯分别接在8255的A口低四位，B口低四位，C口低四位（其中1，3代表东西方向的发光二极管；2，4代表南北方向的发光二极管）。8088工作在最小模式。低八位端口AD0AD7接到8255和8253的D0D7，AD8AD15通过地址锁存器8282，接到三八译码器，译码后分别连到8255和8253的CS片选端。8253的三个门控端接+5V，CLOCK0接由2764产生的5MHZ的时钟脉冲，OUT0接到CLOCK1和CLOCK2，8255三个口全部工作在方式0既基本输入输出方式，红绿灯的转换由软件编程实现。五硬件原理及电路图 由于8255A与8088CPU是以低八位数据线相连接的，所以应该是8255A的、 线分别与8088CPU的、线相连，在图中，可以看出8255A的A口地址为FF04H，B口地址为FF05H，C口地址为FF06H，控制端的地址为FF07H。8088各个引脚的连接方法： （1）CLK（Clock）时钟信号（输入）：CLK为CPU和总线控制器提供基本的定时脉冲。时钟周期是非对称的，当它为有效高电平的时间和时钟周期的比为33时，提供最佳的内部定时。由8284产生，8088CPU使用的时钟频率，因芯片型号不同，时钟频率不同。这里采用5MHz。（2） (+5V),GND(地)：CPU所需电源 5V。GND为地线。（3）ALE（Address Latch Enable）地址锁存允许信号，输出高电平有效，作地址锁存器8282的片选信号，在 地址周期状态，ALE有效，表示AB、DB上传送的是地址信息，将它锁存。这是由于AB、DB分时复用所需要的，ALE信号线不能悬空。如图所示，加入3片地址锁存器8282。（4）RESET:复位信号，输入，高电平有效。8088接到复位信号后，停止现行操作，并初始化段寄存器DS,SS,ES，标志寄存器PSW，指令指针IP和指令队列，而使CS=FFFFH。RESET信号至少保持四个周期以上的高电平，当它变为低电平时(一个下降沿)，CPU执行重启过程，8088将从地址FFF0H开始执行指令。通常FFFF0H单元开始的几个单元中存放一条JMP指令，将入口转到引导和装配程序中，从而实现对系统的初始化,引导监控程序或操作系统程序。由于出现突然断电或其它情况时，8088可能正在执行交通灯程序，现有的地址丢失，应按下RESET键重新开始。另外，应将8255A与8088的RESET线相连，保持同步。（5）MN/ (Minimun/Maximun): 最小、最大工作模式选择信号，输入。此时MN/ 接5V，构成单处理器系统，系统控制信号由CPU提供。8282芯片的说明（地址锁存）：:8位数据输入；:8位数据输出；STB:选通信号；：输出允许信号，在不带DMA控制器的8088单处理器系统中，它接地。其实，这就是8个D触发器。由于只用，所以用三片即可。 8284芯片的说明（产生时钟脉冲）：(1)时钟信号发生器：=0时，时钟信号输入由X1 、X2 端接上晶体，由晶体振荡器产生时钟信号；CLK：3分频OSC后的时钟，输出频率4.77MHz，占空比为1/3，大约满足8088CPU的输入频率5MHz、占空比33的要求。 (2)复位生成电路：由输入的信号来触发内部同步触发器，由此产生信号RESET，送到CPU的RESET端，复位信号由CLK的下降沿同步。此时，端接“电源好“信号，使系统上电后自动复位。EPROM2764芯片的说明（数据保存）用3-8译码器和EPROM2764构成如图所示的用于保存数据的地址范围：70000H-71FFFH，其中Vpp和PGM接VCC综上所述，硬件由8088，8255A，8253，8282（地址锁存），8284（时钟脉冲产生），8286（输入缓冲，输出锁存），EPROM2764（数据保存），若干发光二极管，若干3-8译码器和必要的门电路和电阻连接构成。总线的形成：因为本程序设计工作在8088最小工作模式下，所以系统的控制总线直接由CPU提供。除此之外，还需要附加地址锁存器8282，数据总线驱动器8286，时钟信号产生器8284。六.流程图初始化8255，8253红灯全亮绿灯黄灯全灭1，3绿灯亮2，4红灯亮等待8253延时60s时间是否到？YN1，3绿灯灭2，4红灯不变1，3黄灯亮等待黄灯亮5s？YN1，3红灯亮2，4绿灯亮8253延时60s2，4绿灯灭1，3红灯不变2，4黄灯亮5s七.交通灯源程序DATA SEGMENT ;数据段，端口地址的分配PORTA EQU FF04HPORTB EQU FF05HPORTC EQU FF06HPTCON8255 EQU FF07H ;8255端口地址分配PORT0 EQU FF24HPORT1 EQU FF25HPORT2 EQU FF26HPTCON8253 EQU FF27H ;8253定时器端口地址分配DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,CS:CODEINIT: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,PTCON8253 MOV AL,36H OUT DX,AL ;定时器0工作在方式3，先读低8位，后读高8位 MOV DX,PORT0 MOV AX,C350H ;定时器0初值为50000 OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL ;定时器0周期为0.01s MOV DX,PTCON8253 MOV AL,72H OUT DX,AL ;定时器1工作在方式1，先读低8位，后读高8位 MOV DX,PTCON8253 MOV AL,B2H OUT DX,AL ;定时器2工作在方式1，先读低8位，后读高8位 MOV DX,PTCON8255 MOV AL,80HOUT DX,AL ;8255初始化，A,B,C口均工作在方式0，且均为输出 MOV DX,PORTAMOV AL,00HOUT DX,AL ;A口初始化，红灯全亮MOV DX,PORTBMOV AL,0FHOUT DX,AL ;B口初始化，黄灯全灭MOV DX,PORTCMOV AL,0FHOUT DX,AL ;C口初始化，绿灯全灭STA: MOV DX,PORTA MOV AL,05H OUT DX,AL ;2，4红灯亮 MOV DX,PORTB MOV AL,0FH OUT DX,AL ;黄灯全灭 MOV DX,PORTC MOV AL,0AH OUT DX,AL ;1，3绿灯亮MOV DX,PORT1MOV AX,1770HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL ;8253计数器1赋值，为60s，启动计时TIMING1: MOV DX,PTCON8253 MOV AL,72H OUT DX,AL ;重新写控制字，为实时读取8253的数据做准备 MOV DX,PORT1 IN AL,DX ;读取计数器1低8位 XCHG AH，AL ;暂存AH IN AL,DX ;读取计数器1高8位 XCHG AH,AL ;AX中为计数器1的16位计数值CMP AX,0JNZ TIMING1 ;8253即时输出与0比较，若不 为0继续读取和判断，若为0则计时结束 MOV DX,PORTA MOV AL,05H OUT DX,AL ;红灯保持不变，2，4亮 MOV DX,PORTB MOV AL,0AH OUT DX,AL ;1，3黄灯亮 MOV DX,PORTC MOV AL,0FH OUT DX,AL ;1，3绿灯灭（绿灯全灭）MOV DX,PORT2MOV AX,01F4HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL ;8253计数器2赋值，为5s，启动计时TIMING2: MOV DX,PTCON8253 MOV AL,B2H OUT DX,AL ;重新写控制字，为实时读取8253的数据做准备 MOV DX,PORT2 IN AL,DX ;读取计数器2低8位 XCHG AH，AL ;暂存AH IN AL,DX ;读取计数器2高8位 XCHG AH,AL ;AX中为计数器2的16位计数值CMP AX,0JNZ TIMING2 ;8253即时输出与0比较，若不 为0继续读取和判断，若为0则计时结束 MOV DX,PORTA MOV AL,0AH OUT DX,AL ;1,3红灯亮 MOV DX,PORTB MOV AL,0FH OUT DX,AL ;黄灯全灭 MOV DX,PORTC MOV AL,05H OUT DX,AL ;2，4绿灯亮MOV DX,PORT1MOV AX,1770HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL ;8253计数器1赋值，为60s，启动计时TIMING3: MOV DX,PTCON8253 MOV AL,72H OUT DX,AL ;重新写控制字，为实时读取8253的数据做准备 MOV DX,PORT1 IN AL,DX ;读取计数器1低8位 XCHG AH，AL ;暂存AH IN AL,DX ;读取计数器1高8位 XCHG AH,AL ;AX中为计数器1的16位计数值CMP AX,0JNZ TIMING3 ;8253即时输出与0比较，若不 为0继续读取和判断，若为0则计时结束MOV DX,PORTA MOV AL,0AH OUT DX,AL ;红灯保持不变，1，3亮 MOV DX,PORTB MOV AL,05H OUT DX,AL ;2，4黄灯亮 MOV DX,PORTC MOV AL,0FH OUT DX,AL ;2，4绿灯灭（绿灯全灭）MOV DX,PORT2MOV AX,01F4HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL ;8253计数器2赋值，为5s，启动计时TIMING4: MOV DX,PTCON8253 MOV AL,B2H OUT DX,AL ;重新写控制字，为实时读取8253的数据做准备 MOV DX,PORT2 IN AL,DX ;读取计数器2低8位 XCHG AH，AL ;暂存AH IN AL,DX ;读取计数器2高8位 XCHG AH,AL ;AX中为计数器2的16位计数值CMP AX,0JNZ TIMING4 ;8253即时输出与0比较，若不为0继续读取和判断，若为0则计时结束JMP STA ;返回STA循环往复MOV AH，4CHINT 21H ;返回DOSCODE ENDSEND STA八.反思和总结 （1）基本能够实现二极管模拟交通灯的设计。基本了解8088CPU的外部引线及其功能的运用；基本了解8255，8253的基本工作原理和基本使用方法；学会运用8282和2764锁存地址信息和数据信息，以及8284产生时钟脉冲的基本原理。（2）因为执行指令会消耗小部分时间，时间不够精确，会有误差，不适合长期使用。九.参考资料微型计算机原理与接口技术（第二版） 冯博琴 吴宁主编 清华大学出版社数字电子技术 牛晋川 主编 电子工业出版社 十.关于芯片的补充说明。（1）82558255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。a.与CPU连接部分（a）数据总线DB：编号为D0D7，用于8255与CPU传送8位数据。（b）地址总线AB：编号为A0A1，用于选择A、B、C口与控制寄存器。（c）控制总线CB：片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。当CPU要对8255进行读、写操作时，必须先向8255发片选信号选中8255芯片，然后发读信号或写信号对8255进行读或写数据的操作。b. 与外设接口部分（1）A口：编号为PA0PA7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。（2）B口：编号为PB0PB7，用于8255向外设输入输出8位并行数据。（3）C口：编号为PC0PC7，用于8255向外设输入输出8位并行数据，当8255工作于应答I/O方式时，C口用于应答信号的通信。 c. 控制器部分（1）A组控制器：控制A口与上C口的输入与输出。（2）B组控制器：控制B口与下C口的输入与输出。 8255的引脚：8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种工作方式下工作：方式0基本输入/输出方式方式1选通输入/输出方式方式2双向选通输入/输出方式8255引脚图如图，各引脚功能如下 。D7D0与CPU侧连接的八条双向数据线 WR（低电平有效）写输入信号；RD（低电平有效）读输入信号；CS（低电平有效）片选输入信号；A0、A1片内寄存器选择输入信号PA7PA0A口外设双向数据线；PB7PB0B口外设双向数据线；PC7PC0C口外设双向数据线；RESET复位输入信号8255的控制字 （2）8253计数器8253可编程定时/计数器是Intel公司生产的通用外围芯片之一，有3个独立的十六位计数器，技术频率范围为02MHZ，它所有的技术方式和操作方式都通过编程控制a.8253引脚如图，各引脚功能如下：D7D0八条双向数据线；WR（低电平有效）写输入信号；RD（低电平有效）读输入信号；CS（低电平有效）片选输入信号；A0、A1片内寄存器地址输入信号；CLK计数输入，用于输入定时基准脉冲或计数脉冲；OUT输出信号，以相应的电平指示计数的完成，或输出脉冲波形；GATE选通输入（门控输入），用于启动或禁止计数器的操作，以使计数器和计测对象同步b.8253有六种工作方式：（1）方式0：计数结束中断（2）方式1：可编程频率发生器（3）方式2：频率发生器（4）方式3：方波频率发生器（5）方式4：软件触发的选通信号（6）方式5：硬件触发的选通信号c.8253的控制字（3）8282如图是地址锁存器8282芯片的管脚功能和真值表。8282有8位信号输入管脚DI7DI0和8位三态信号输出管脚DO7DO0；OE#为输出允许信号，低电平有效；STB是锁存信号。下降沿有效不难看出，只要将8282的DI7DI0与8088CPU的AD7AD0相连，锁存号STB与CPU的ALE端相连。就可实现地址锁存的功能。（4）8284在8088CPU内部没有有时时钟发生器，当组成微型机系统时，所需的时钟信号由外部时钟发生器提供。8284是专门为8088设计的时钟发生器/驱动器。在8284中，不仅有时钟信号发生器，还有复位信号RESET和准备好信号READY产生电路，这些电路分别向8088系统提供时钟信号CLK，复位信号RESET和准备好信号READY，还可向外界提供晶振信号OSC以及外围芯片所需的时钟信号PCLKa.8284是双列直插式18脚组件X1，X2：晶振输入端。ASYNC：READY同步选择输入。ASYNC信号决定READY的同步方式。当ASYNC为低电平时，提供两级READY同步，若ASYNC为高电平时，提供一级READY同步。EFI：外来时钟输入端。当F/C接高电平时，由EFI端输入外来时钟。 输入时钟信号的频率为系统时钟CLK的三倍。F/C：时钟源选择输入端。若F/C接低电平，则系统时钟CLK由晶体振荡器产生；若F/C接高电平，则CLK由外来时钟产生。OSC：晶振输出端。输出频率为晶振频率，TTC电平。CLK：提供给整个计算机系统的时钟信号，所以称为系统时钟。CLK的频率是晶体震荡器频率或EFI端输入频率1/3，占空比为33%。PCLK：为外设提供的输出时钟信号，频率是CLK的1/2，占空比为50%。RES:复位输入端，低电平有效。用于产生8088的RESET信号。由于8284内部具有斯密特整形电路，因此RES可以是缓慢变化的脉冲信号，它经8284内部电路整形而获得较陡的复位信号RESET。RESET：提供给8088及整个系统的复位信号，高电平有效，其宽度由RES决定。AEN1,AEN2:对应RDY1，RDY2的允许控制信号，低电平有效。当AEN1为低电平时，RDY1起作用，AEN2为低电平时，RDY2起作用。在单CPU系统中AEN应接低电平，在多系统中，用这两个信号。RDY1，RDY2：RDY