微机原理课程设计交通灯

1、课 程 设 计 任 务 书专 业自动化班 级姓 名设 计 起 止 日 期2013.12.162013.12.20设计题目：交通灯控制设计设计任务（主要技术参数）：交通灯控制系统 利用8086、8253定时器、8255等接口，设计一电路，模拟十字路口交通灯控制,并应用所设计的程序使连接好的线路工作正常。指导教师评语： 成绩： 签字：年 月 日课程设计说明书 NO.11 引言在车辆日渐增多的今天，人们也越来越关注交通问题，而交通灯在安全行车过程中无疑起着十分重要的作用。现在交通灯一般都设在十字路口，用红、绿、黄三种颜色的指示灯和一个倒计时的显示计时器来控制行车, 对一般情况下的

2、安全行车、车辆分流发挥着作用, 但根据实际行车过程中出现的情况, 主要有如下几个缺点: 1、车道轮流放行时间相对固定, 不能根据实际情况中两个车道的车辆多少来设置改变通行时间；2、 没有考虑紧急车辆通过时, 两车道应采取的措施。 譬如, 有消防车通过执行紧急任务时, 两个车道的车都应停止, 让紧急车辆通过。因此如何合理高效地利用交通灯指示交通情况，是一个亟需解决的问题。交通灯是采用计算机通过编写汇编语言程序控制的。红灯停，绿灯行的交通规则。广泛用于十字路口,车站, 码头等公共场所,成为

3、人们出行生活中不可少的必需品,由于计算机技术的成熟与广泛应用,使得交通灯的功能多样化,远远超过老式交通灯, 交通灯的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了交通灯的功能。诸如闪烁警示、鸣笛警示，时间程序自动控制、倒计时显示，所有这些，都是以计算机为基础的。还可以根据主、次干道的交通状况的不同任意设置各自的不同的通行时间。或者给红绿色盲声音警示的人性化设计。现在的交通灯系统很多都增加了智能控制环节，比如对闯红灯的车辆进行拍照。当某方向红灯亮时，此时相应的传感器开始工作，当有车辆通过时，照相机就把车辆拍下。 要将交通灯系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设

4、计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节交通灯。因此，研究交通灯及扩大其应用，有着非常现实的意义。2 设计方案论证2.1设计原理本次课程设计的内容为利用8086、8253定时器、8255等接口，实现控制十二个二极管亮灭的过程。课程设计说明书 NO.22.2设计环境及设备PC机一台8255并口：用做接口芯片。LED：共阳12个LED灯。2.3交通灯工作原理（1） 初始状态都是红灯，延时1秒。（2） 南北绿灯,东西红灯，延时5秒。(3) 南北绿灯闪3次转黄灯，东西红灯。(4) 南北红灯，东西绿灯，延时5秒。（5） 东西绿灯闪3次转黄灯，南北红灯。3 系统

5、硬件设计3.1 8086简介Intel8086是16位的微处理器（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【9】。另外，Intel公司同期推出的Intel8088微处理器一种准16位微处理器，其内部寄存器，内部操作等均按16位处理器设计，与Intel8088微处理器基本上相同，不同的是其对外的数据线只有8位，目的是为了方便地与8位I/O接口芯片相兼容。如图所示是8086CPU的内部功能结构。 

6、;从功能上来看，8086CPU可分为两部分，即总线接口部件BIU（Bus Interface Unit）和执行部件EU（Execution Unit）课程设计说明书 NO.3图1 8086CPU的内部功能结构图(1)8086的主要特性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：(a)8086CPU数据总线为16位，8088CUP数据总线为8位。(b)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。(c)有16位的端口地址，可以寻址64KB的I/O端口。(d)有99条基本指令，指令功能强大。

7、(e)有9种基本寻址方式。(f)可以处理内部和外部中断，外部中断源多达256个。(g)兼容性好，8086、8085在源程序一级兼容。(h)8086/8088标准主频为5MHz，8086/8088-2主频为8MH【3】。(i)支持单处理器或多处理器系统工作。课程设计说明书 NO.4(2)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【8】。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

8、位操作数， 也可拆成两个8位寄存器，用来存放8位操作数。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。段寄存器包括：代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，附加段寄存器ES，堆栈段寄存器SS【4】。3.2 8255简介8255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）。 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。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，

9、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。它具有A、B、C 三个并行接口，并行接口是以数据的字节为单位与I/O 设备或被控制对象之间传递信息。CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8 位、16 位、32 位等。用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0-基本输入/出方式、方式1-选通输入/出方式、方式2-双向选通工作方式【3】。8255的内部结构及引脚图如图所示。课程设计说明书 NO.5图4 8255内部结构及引脚图 8

10、255内部结构及引脚图具体的各引脚功能如下【3】:D0D7为双向数据信号线，用来传送数据和控制字。RD为读信号线，与其它信号线一起实现对8255接口的读操作通常接系统总线的IOR信号。WR为写信号线，与其它信号一起实现对8255的写操作，通常接系统总线的IOW。课程设计说明书 NO.6CS为片选信号线，当它为低电平（有效）时，才能选中该8255芯片，也才能对8255进行操作【6】。A0，A1为口地址选择信号线。8255内部有3个口；A口，B口，C 口，还有一个控制寄存器，它们可由程序寻址。A0，A1上的不同编码可分别寻址上述3个口和一个控制寄存器,具体规定如表1所示。表1 8255的寻址方式A

11、1A0选择00A口01B口10C口11控制寄存器通常 A0，A1分别接系统总线A0和 A1，它们与CS一起来决定8255的接口地址。RESET为复位输入信号。此端上的高电平可使8255复位。复位后，8255的A口，B口，C 口均被定为输入状态。PA0PA7为A口的8条输入输出信号线。PB0PB7为B口的8条输入输出信号线。PC0PC7，8条线根据其工作方式可作为数据的输入或输出线，也可以用作控制信号的输出或状态信号的输入线【7】。8255 工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图3所示【4】。课程设计说明书 NO.7 图图2 置位/复位控制字格式8255的寻址：8255占外设编址的4个

12、地址，即A口，B口，C口和控制寄存器各占一个外设接口地址。对同一个地址分别可以进行读写操作。例如，读A口可将A口的数据读出；写A口可将CPU的数据写入A口并输出【8】。如表2为方式0下系统的输入输出组合，其中分为A,B组，A组分为A口和C口，B组分为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可以工作在三种方式中的任一种；端口B只能工作在方式0和方式1；端口C通常作为控制信号使用，配合端口A和端口B的工作。在交通灯控制的设计中只用到了工作方式0。课程设计说明书 NO.8表2 方式0下，8255的16种输入输出组合A 组B组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，又称为基本工作方式。在此方式下，可分别将A口的8条线，B口的8条线，C口高4位对应的4条线和C口的低四位对应的四条线定义为输入或输出。故它们的输入输出共有16种不同的组合。 工作方式1，既选通输入输出方式。在这种方式下，A口和B口仍作为数据的输出口和输入口，同时还要利用C口的某些位作为控制和状态信号。 工作方式2，又称双向输入输出方式。这种方式只有8255的口A才有。在A口工作于双向

14、输入输出方式时，要利用C口的5条线才能实现。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条线可以作为输入输出线使用或B口方式1下的控制线。课程设计说明书 NO.93.2 8253简介intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异。 图3 8253内部结构及引脚图 8253内部可分为6个模块，每个模块的功能如下：（1） 数据总线缓冲器及数据总线D0D7（如上图所示）（2） 读/写控制逻辑及控制引脚 （3） 控制字寄存器 在初始化编程时，CPU写入方式控制字到控制字寄存器中，用以

15、选择计数通道及其相应的工作方式。8253的工作方式也是有控制字来决定。（4） 计数通道0、计数通道1、计数通道2 3个计数通道内部结构完全相同。每个计数通道都由一个16位计数初值寄存器、一个16位减法计数器和一个16位计数值锁存器组成 计数初值存于预置寄存器，在计数过程中，减法计数器的值不断递减，而预置寄存器中的预置不变。输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值。  课程设计说明书 NO.10计数器的3个引脚说明： 1.CLK时钟输入信号 在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减2.GATE门控输入信号控制计数器工作，可分

16、成电平控制和上升沿控制两种类型。3.OUT计数器输出信号当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号。 8253有6种工作方式，由方式控制字确定。区分这6种工作方式的主要标志由3点：一是输出波形不同；二是启动计数器的触发方式不同；三是计数过程中门控信号GATE对计数器操作的控制不同。图4 8253控制字 课程设计说明书 NO.111方式0-低电平输出（GATE信号上升沿继续2方式1-低电平输出（GATE信号上升沿重新计数） 3方式2-周期性脉冲输出 4方式3-周期性方波输出OUT输出低电平，装入计数值n后，OUT立即跳变为高电平。如果当前GATE为高电平，则立即

17、开始减“1”计数，OUT保持为高电平，若n为偶数，则当计数值减到n/2时，OUT跳变为低电平，一直保持到计数值为“0”，系统才重新置入计数值n，实现循环计数。这时OUT端输出周期为n×CLK周期，占空比为1：1的方波序列：若n为奇数，则OUT端输出周期为n×CLK周期，占空比(n+1)/2 : (n-1)/2的近似方波序列。 5方式4-单次负脉冲输出（软件触发）6方式5-单次负脉冲输出（硬件触发） 每种工作方式的设置过程类似： 设定工作方式 设定计数初值 硬件启动 计数初值进入减1计数器 每输入一个时钟计数器减1的计数过程 计数过程结束3.3八个LED显示器及其接口十二个L

18、ED小灯为共阳极，一端接高电平，一端接8255端口，当输出为0时，小灯才会亮。LED技术参数说明:发光二极管的压降一般为1.5-2.0V，即工作电压要求不高，而且构造简单，其工作电流一般取10-20mA为宜。 3.5模拟8086系统硬件接线图 课程设计说明书 NO.12图5系统硬件接线图 课程设计说明书 NO.134 交通灯软件设计4.1主程序设计图6系统硬件接线图4.2软件编程实现CS8253_T0 EQU 00010HCS8253_CTL EQU 01810HCS8255_PA EQU 00018HCS8255_PB EQU 00218HCS8255_CTL EQU 00618H CODE

19、 SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODESTART: 课程设计说明书 NO.14 PUSH CS POP DS CLI ;关中断 MOV DX,CS8253_CTL ;定时器0工作在方式3 MOV AL,00010000B OUT DX,AL MOV DX,CS8253_T0 MOV AL,01H ;频率12hz，计时为1s OUT DX,AL MOV AL,10000000B MOV DX,CS8255_CON OUT DX,AL CALL STATUS0 ;初始状态(都是红灯)MLOOP: CALL STATUS1 ;南北绿灯,东西红灯 CALL STATUS2 ;南北

20、绿灯闪转黄灯,东西红灯 CALL STATUS3 ;南北红灯,东西绿灯 CALL STATUS4 ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯 JMP MLOOP STATUS0: MOV AL,0F0H ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,ALMOV BL,10 STI ;开中断 课程设计说明书 NO.15LOOPA: CMP CL,1 ;判断是否计时为1s JNE LOOPA ;不到一s则回去 MOV CL,0 CLI ;关中断 RET STATUS1: MOV AL,05AH ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,50

21、 STI ;开中断 LOOPB: CMP CL,5 ;判断是否计时为5s JNE LOOPB ;不到一s则回去 MOV CL,0 CLI ;关中断 ;延时5秒 RET STATUS2: MOV CX,3 ;绿灯闪3次FLASH: MOV AL,050H ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,3 CALL DELAY ;延时0.3秒 MOV AL,05AH ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL 课程设计说明书 NO.16MOV BL,3 CALL DELAY ;延时0.3秒 LOOP FLASH MOV A

22、L,0FAH ;南北红灯,东西红灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,10 STI ;开中断 LOOPC: CMP CL,1 ;判断是否计时为1s JNE LOOPC ;不到一s则回去 MOV CL,0 CLI ;关中断 ;延时1秒 RET STATUS3: MOV AL,0A5H ;南北红灯,东西绿灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,50 STI ;开中断LOOPD: CMP CL,5 ;判断是否计时为5s JNE LOOPD ;不到一s则回去 MOV CL,0 CLI ;关中断 ;延时5秒 RET STATUS4: ;南

23、北红灯,东西绿灯闪转黄灯 MOV CX,3 ;绿灯闪3次 课程设计说明书 NO.17FLASH1: MOV AL,0A0H MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,3 CALL DELAY ;延时0.3秒 MOV AL,0A5H MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,3 CALL DELAY ;延时0.3秒 LOOP FLASH1 MOV AL,0F5H ;南北红灯,东西黄灯 MOV DX,CS8255_PA OUT DX,AL MOV BL,10 STI ;开中断 LOOPE: CMP CL,1 ;判断是否计时为1s JNE LOOP

24、E ;不到一s则回去 MOV CL,0 CLI ;关中断 ;延时1秒 RET DELAY PROC NEAR PUSH CXDL1: MOV CX,8000HDL2: LOOP DL2 课程设计说明书 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 设计体会一周的微机课程设计很快就结束了，在课程设计的这段时间里，我不仅学到了许多新的知识，而且加深了我对以前学习的理论知识的掌握。 以前我们学的