微機原理課程設(shè)計-交通信號燈模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計.doc

南京工程學院課程設(shè)計任務書 課 程 名 稱 微機原理及應用A 院（系、部、中心） 電力學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 電力093 起 止 日 期 2012.6.4 2010.6.12 指 導 教 師 鞠 陽 徐懂禮 1課程設(shè)計應達到的目的通過課程設(shè)計加深理解課堂教學內(nèi)容，掌握微機原理的基本應用方法。通過實驗熟悉微機基本接口芯片的外型、引腳、編程結(jié)構(gòu)，掌握匯編語言程序設(shè)計和微機基本接口電路的設(shè)計、應用方法，做到理論聯(lián)系實際。2課程設(shè)計題目及要求題目：交通信號燈模擬控制系統(tǒng)的設(shè)計利用STAR ES598PCI實驗儀的硬件資源設(shè)計一個“帶時間顯示的交通信號燈模擬控制系統(tǒng)”。所有輸入該裝置信號采用STAR ES598PCI實驗儀上的狀態(tài)輸入開關(guān)，東西、南北方向的紅綠黃燈采用實驗儀上的LED發(fā)光二極管模擬，東西、南北方向的信號燈變化，通行倒計時時間用數(shù)碼管顯示。1、 功能要求：1） 假設(shè)在一個A道(東西方向)和B道(南北方向)交叉的十字路口安裝有自動信號燈。當A道和B道均有車輛要求通過時，A道和B道輪流放行。A道放行10秒鐘，B道再放行10秒鐘，依次輪流。綠燈轉(zhuǎn)換紅燈前黃燈亮4秒鐘。2） 夜間工作時A道(東西方向)和B道(南北方向)的黃燈閃爍，綠燈和紅燈不亮（實驗時用開關(guān)K8控制）。3） 開關(guān)K8=0，則工作在以上功能（1）；開關(guān)K8=1，則工作在以上功能（2）。2、 難度要求：1） 基本要求：采用8255 PA口輸出控制信號燈，8255 PC0輸入K8控制開關(guān)信號，用循環(huán)程序軟件定時實現(xiàn)功能要求；（60分）2） 中級要求：采用8255 PA口輸出控制信號燈，8255 PC0輸入K8控制開關(guān)信號，用8253硬件定時，軟件查詢方式實現(xiàn)功能要求；（80分）3） 高級要求：在中級要求的基礎(chǔ)上，增加用8255 PB口動LED數(shù)碼顯示器顯示綠燈倒計時秒數(shù)，從9倒計數(shù)到0，倒計數(shù)到4時黃燈亮。（100分）3課程設(shè)計任務及工作量的要求包括課程設(shè)計計算說明書、圖紙、實物樣品等要求設(shè)計要求1、 預習要求：1） 預習STAR ES598PCI實驗儀 微機原理實驗指導書附錄三：2） 預習STAR ES598PCI實驗儀 微機原理實驗指導書附錄二之2.7 B2區(qū)；2.9 B4區(qū)；2.15 C5區(qū)；2.36 G5區(qū)；2.37 G6區(qū)。3） 預習STAR ES598PCI實驗儀 微機原理實驗指導書之“實驗九8255控制交通燈實驗”和“實驗十 8253方波實驗”。4）預習本任務書，根據(jù)設(shè)計任務，預先畫出電路原理圖、程序流程圖，編寫出實驗程序。2、 設(shè)計報告要求：1）畫出接口部分電路原理圖，并闡述系統(tǒng)工作原理。2）繪制程序流程圖和源程序清單。3）調(diào)試過程和結(jié)果。4）要求用WORD撰寫課程設(shè)計報告，上交打印版和電子稿。3、 課程設(shè)計說明書裝訂順序及主要內(nèi)容如下：1）封面、目錄 2）任務書3）正文：設(shè)計思路與功能描述；電路原理圖及其說明。應標示并說明每一個輸入/輸出信號的含義；結(jié)構(gòu)框圖；系統(tǒng)調(diào)試中的問題和解決辦法；運行情況和結(jié)論；源程序清單。4）參考資料4主要參考文獻1 李干林. STAR ES598PCI實驗儀 微機原理實驗指導書M .南京工程學院,2008.2 李繼燦.新編16/32微型計算機原理及應用M.北京：清華大學出版社，20043 鄭學堅,周斌. 微型計算機原理及應用M . 北京:清華大學出版社,2001.4 朱定華等. 微型計算機原理及應用M. 北京:電子工業(yè)出版社,2005.5課程設(shè)計進度安排起 止 日 期工 作 內(nèi) 容2012年6月4日（第16周）之前第16周，星期一第16周，星期二、三第16周，星期四第16周，星期五第16周，星期六預習消化理解設(shè)計任務，設(shè)計程序流程圖，編寫源程序。預習星研微機實驗系統(tǒng)的仿真調(diào)試操作界面學習STAR86/88實驗系統(tǒng)的使用和操作，進行實驗8255測試和8253測試基本實驗完成基本要求的內(nèi)容完成中級和高級要求的內(nèi)容驗收撰寫課程設(shè)計報告6成績考核辦法總評成績由三部分組成，分別是：成果演示占40%，測試成績占30%，設(shè)計報告占30%。1、 成果演示（根據(jù)程序運行演示確定基礎(chǔ)分）；2、 口試或筆試測驗（與本設(shè)計有關(guān)的問題，目的是考查設(shè)計成果是否經(jīng)過自己思考獨立完成）；3、 課程設(shè)計報告（格式、內(nèi)容、質(zhì)量）。教研室審查意見： 教研室主任簽字： 年 月 日院（系、部、中心）意見：主管領(lǐng)導簽字： 年 月 日 19 設(shè)計說明書課程設(shè)計要求：設(shè)計一個十字路口的交通信號燈。采用8255 PA口輸出控制信號燈，8255 PC0輸入K8控制開關(guān)信號，用8253硬件定時，軟件查詢方式實現(xiàn)如下功能。白天模式：東西方向和南北方向各放行10秒。綠燈轉(zhuǎn)紅燈前黃燈閃爍4秒。LED數(shù)碼顯示器顯示倒數(shù)計時，從9倒數(shù)到0；倒數(shù)到4時黃燈亮。夜間模式：兩個方向黃燈閃爍，綠燈和紅燈不亮。1、設(shè)計思路與功能描述（1）設(shè)計思路8255交通信號燈的燈光變化和數(shù)碼顯示通過8255實現(xiàn)控制。8255是一種具有多種功能的可編程并行通信接口電路芯片。芯片包括A、B、C三個數(shù)據(jù)端口、A組控制部件、B組控制部件、讀寫邏輯控制電路、數(shù)據(jù)總線緩沖器。8255有三種工作方式，其中方式0是基本輸入/輸出方式，適用于無條件傳送和查詢方式的接口電路。本設(shè)計中，PA口用于輸出信號控制燈光的變化（D6D5=00，D4=0），PB口用于輸出信號控制數(shù)碼管的顯示（D2=0，D1=0），PC0用于輸入K8的控制開關(guān)信號，PC1用于輸入用于硬件延時的方波信號（D0=1）。PC7用于輸出控制數(shù)碼管工作/不工作的信號（D3=0）。故寫入方式控制字為10000001B=81H。8255A輸入/輸出信號接線方案如下表所示：8255-PB輸出方式PCH輸出方式8255-PA輸出方式PCL輸入方式引腳輸出信號引腳輸出信號引腳輸出信號引腳輸入信號PB7PB7DP段PB6G段PB5F段PB4E段PB3D段PB2C段PB1B段PB0A段PC7數(shù)碼管的位碼選擇PC7=0，則該位選中PA7不用（滅）PB6PA6南北紅燈PB5PA5南北黃燈PB4PA4南北綠燈PB3PA3不用（滅）PC3PB2PA2東西紅燈PC2PB1PA1東西黃燈PC18253-OUT0PB0PA0東西綠燈PC0開關(guān)K8輸入a.燈光顯示：送低電平則燈亮，送高電平則燈滅。 東西綠燈，南北紅燈：PA0PA7應輸出01111101B=7DH 東西閃燈，南北紅燈：黃燈亮，紅燈亮PA0PA7應輸出10111101B=0BDH 黃燈滅，紅燈亮PA0PA7應輸出11111101B=0FDH東西紅燈，南北綠燈：PA0PA7應輸出11010111B=0D7H東西紅燈，南北黃閃：紅燈亮，黃燈亮PA0PA7應輸出11011011B=0DBH 紅燈亮，黃燈滅PA0PA7應輸出11011111B=0DFH兩個路口都黃燈閃爍：兩個黃燈亮：PA0PA7應輸出10111011B=0BBH 兩個黃燈滅：PA0PA7應輸出11111111B=0FFHb.LED數(shù)碼顯示：數(shù)碼管采用共陰極接法，位選信號為0則數(shù)碼管工作。 adp段發(fā)亮條件：對應位輸入1，見下表所示：顯示數(shù)字0123456789PB輸出3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH 白天模式：數(shù)碼管工作，PC7送0，即應輸入0B，例如送01111111B=7FH 夜天模式：數(shù)碼管工作，PC7送1，即應輸入1B，例如送10000000B=80H8253交通信號燈亮、滅的時間及數(shù)碼管的倒計時間隔都通過8253控制。8253可編程定時/計數(shù)器是Intel公司生產(chǎn)的通用外圍接口芯片，它有三個獨立的16位計數(shù)器，計數(shù)范圍為02MHz。8253有6種工作方式，其中方式三是方波發(fā)生器方式。本設(shè)計中選用通道0，CLK0接1953HZ的時鐘信號，GATE0接高電平VCC，OUT0接8255的PC1。因為需要產(chǎn)生周期為0.5s的方波，即產(chǎn)生2Hz的方波而固有頻率為1953Hz，故分頻系數(shù)N=1953/2=976。由于選用了通道0（SC1 SC0=00），工作在方式3（M2 M1 M0=011），對計數(shù)器進行讀寫/操作時，先送低8位，再送高8位（RW1 RW0=11），計數(shù)器的數(shù)值采用10進制（BCD=1），故初始化時命令字為00110111B=37H。白天和夜間模式的切換通過8255讀取PC0的狀態(tài)后，用軟件判斷是執(zhí)行白天還是夜間模式。使用IN指令，將PC的狀態(tài)送入寄存器AL，將PC70狀態(tài)送入了AL的D0中。由于只需判斷PC0的值，故將AL同00000001B相與。使用JZ判斷，若結(jié)果為1，即PC0為0，則轉(zhuǎn)白天模式，否則順序執(zhí)行夜間模式。通過使用循環(huán)語句，使得每執(zhí)行完一次白天或夜間模式，都重新對PC0的狀態(tài)進行一次判斷。一旦撥動切換開關(guān)K8，就能及時切換交通燈運行模式。硬件延時由于本設(shè)計中，每次倒數(shù)計時的間隔為1秒；而黃燈閃爍一次用時共計1秒，其中前0.5秒為黃燈亮，后0.5秒為黃燈滅。故8253選用通道0，CLK0接1953HZ的時鐘信號，分頻系數(shù)設(shè)為976，OUT0輸出周期為0.5s的方波。主程序通過查詢8255的PC1接收到的狀態(tài)，獲知準確的定時信息。讀取PC1的狀態(tài)，判斷是否為0，直到發(fā)生跳變?yōu)?，此過程執(zhí)行時間為半個周期即0.25s。繼續(xù)讀取PC1的狀態(tài)，判斷是否為1，直到發(fā)生跳變?yōu)?，此過程執(zhí)行時間為半個周期即0.25s。故判斷PC1發(fā)生兩次跳變的程序執(zhí)行一次所用時間就為0.5s。將此作為延遲子程序，實現(xiàn)延時的效果。（2）功能描述開關(guān)K8撥到0，實現(xiàn)白天模式：東西方向和南北方向各放行10秒。a.東西亮綠燈，南北亮紅燈，數(shù)碼管從9倒數(shù)計時到4b.東西閃黃燈，南北亮紅燈，數(shù)碼管從3倒數(shù)計時到0c.東西亮紅燈，南北亮綠燈，數(shù)碼管從9倒數(shù)計時到4d.東西亮紅燈，南北閃黃燈，數(shù)碼管從3倒數(shù)計時到0如此a-b-c-d作為一組循環(huán)。每組白天模式的循環(huán)結(jié)束后重新查詢開關(guān)K8的狀態(tài)，可實現(xiàn)模式的切換。開關(guān)K8撥到1，實現(xiàn)夜間模式：兩個路口都是黃燈閃爍。數(shù)碼管沒有數(shù)字顯示。黃燈每閃爍一次為1s，作為一組循環(huán)。每組夜間模式的循環(huán)結(jié)束后重新查詢開關(guān)K8的狀態(tài)，可實現(xiàn)模式的切換。2、電路圖（1）電路原理圖說明： 5255：PA口，輸出，控制LED燈PB口，輸出，控制數(shù)碼管顯示數(shù)字 PC0，輸入，反映開關(guān)狀態(tài) PC1，輸入，送入8253產(chǎn)生的2Hz方波 PC7，輸出，控制數(shù)碼管工作與否8253：OUT0，輸出，輸出方波給8255 CLK0，輸入，送入固有頻率3906Hz（2）實物圖 3、結(jié)構(gòu)框圖（1）延時子程序 （2）主程序8255、8253初始化PC0 = 0？ Y N黃燈閃爍南北綠燈，東西紅燈顯示“9”延時1秒子程序顯示“8”延時1秒子程序 。 。 顯示“4”延時1秒子程序省略部分南北黃燈，東西黃燈顯示“3”延時1秒子程序。 。 顯示“0”延時1秒子程序南北紅燈，東西綠燈4、運行情況和結(jié)論（1）實際情況 運行時的圖片 （2）結(jié)論本設(shè)計基本完成了任務書中所要求的功能。a.白天模式：東西方向和南北方向各放行10秒。綠燈轉(zhuǎn)紅燈前黃燈閃爍4秒。LED數(shù)碼顯示器顯示倒數(shù)計時，從9倒數(shù)到0；倒數(shù)到4時黃燈亮。b.夜間模式：兩個方向黃燈閃爍，綠燈和紅燈不亮。有待改進之處：a.夜間模式能在1s內(nèi)切換到白天模式。但在白天模式必須等一個循環(huán)結(jié)束后才能切換。b.1s延時程序不精確，最大存在0.5s的誤差。5、系統(tǒng)調(diào)試中的問題和解決辦法遇到的問題：不能立刻從白天模式切換到夜晚模式解決的方法：修改了代碼，在白天每次燈閃爍的后面判斷是否切換，如果切換就跳到黃燈循環(huán)模式，由于程序長度限制，需要每隔一段設(shè)置一個中間點jmp. 6、源程序清單code segmentassume cs:codego:mov al,10000001b ;8255初始化 mov dx,0f003h out dx,al mov al,00110111b ;8253初始化,產(chǎn)生2HZ方波 mov dx,0e003h out dx,al mov al,53h mov dx,0e000h out dx,al mov al,19h out dx,al l: mov dx,0f002h ;判斷工作狀態(tài) in al,dx and al,01h cmp al,0h je ll mov dx,0f002h ;數(shù)碼管滅 mov al, 80h out dx,al mov al,10111011b ;使燈全都亮 mov dx,0f000h out dx,al call delay ;延時 mov al,11111111b ;使燈全都亮 mov dx,0f000h out dx,al call delay jmp l ll: mov dx,0f002h ;數(shù)碼管滅 mov al,7fh out dx,al mov al,01101111b ;南北綠燈，東西紅燈 mov dx,0f000h out dx,al call a call b ;南北黃燈，東西紅燈 mov al,11010111b ;南北紅燈，東西綠燈 mov dx,0f000h out dx,al call a call c ;南北紅燈，東西黃燈 jmp l mov ah,4ch int 21h delay proc ;8253延時0.5秒鐘 m: mov dx,0f002h in al,dx and al,02h jz m n: mov dx,0f002h in al,dx and al,02h jnz n ret delay endp aa: jmp l ;中間點aa，跳回l a proc mov al,6fh ;數(shù)碼管顯示9 mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay ;延時兩個0.5秒，即1秒 mov dx,0f002h ;判斷工作狀態(tài) in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz l ;跳回l mov al,7fh ;數(shù)碼管顯示8 mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz aa ;跳回中間點aa mov al,07h ;數(shù)碼管顯示7 mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz aa mov al,7dh ;數(shù)碼管顯示6 mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz aa jmp z bb: jmp aa ;中間點bb，跳回aa z: mov al,6dh ;數(shù)碼管顯示5 mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz aa mov al,66h ;數(shù)碼管顯示4 mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz bb ret a endp b proc mov al,4fh ;數(shù)碼管顯示3 mov dx,0f001h out dx,al mov al,10101111b ;南北黃燈亮 mov dx,0f000h out dx,al call delay ;延時0.5秒 mov al,11101111b ;南北黃燈滅 mov dx,0f000h out dx,al call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz bb mov al,5bh ;數(shù)碼管顯示2 mov dx,0f001h out dx,al mov al,10101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz bb jmp y cc:jmp bb ;中間點cc，跳回bb y: mov al,06h ;數(shù)碼管顯示1 mov dx,0f001h out dx,al mov al,10101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz cc mov al,3fh ;數(shù)碼管顯示0 mov dx,0f001h out dx,al mov al,10101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz cc retb endpc proc mov al,4fh ;數(shù)碼管顯示3 mov dx,0f001h out dx,al mov al,10101111b ;東西黃燈亮 mov dx,0f000h out dx,al call delay ;延時0.5秒 mov al,11101111b ;東西黃燈亮 mov dx,0f000h out dx,al call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz cc jmp x ddd: jmp cc ;中間點ddd，跳回cc x:mov al,5bh ;數(shù)碼管顯示2 mov dx,0f001h out dx,al mov al,10101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz ddd mov al,06h ;數(shù)碼管顯示1 mov dx,0f001h out dx,al mov al,10101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11101111b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz ddd mov al,3fh ;數(shù)碼管顯示0 mov dx,0f001h out dx