交通燈微機課程設(shè)計初稿

1、 信息與電氣工程學院課程設(shè)計報告題 目： 基于PC機與8255的交通燈設(shè)計 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 2016年1月7日信息與電氣工程學院課程設(shè)計任務書20142015 學年第 1 學期課程設(shè)計名稱： 微機原理與接口技術(shù) 設(shè)計題目： 基于PC機與8255的交通燈電路系統(tǒng)設(shè)計 完成期限：自 2015 年 12 月 25 日至 2015 年 1 月 7 日共 2 周設(shè)計依據(jù)、要求及主要內(nèi)容：設(shè)計依據(jù)：交通燈在我們的日常生活中很常見，現(xiàn)代化城市交通中交通燈已成為城市不可或缺的一部分。基于微處理器的交通燈控制系統(tǒng)成為主要設(shè)計方法。采用微處理器結(jié)合外圍芯片，通過軟

2、件編程方式即可實現(xiàn)對交通燈的控制。設(shè)計內(nèi)容及要求：采用80868088控制器和8位并行接口芯片8255設(shè)計實現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)，編寫相關(guān)軟件程序?；疽螅海?）采用Protel軟件繪制電路原理圖；（2）初始狀態(tài)為全紅燈，等待5秒，LED顯示倒計時，然后東、西方向亮紅燈，南、北方向亮綠燈，時間為10秒，LED顯示倒計時；轉(zhuǎn)為南、北方向綠燈閃3秒，然后轉(zhuǎn)為黃燈3秒，LED顯示倒計時；再轉(zhuǎn)為東、西方向亮綠燈，南、北方向亮紅燈，時間為10秒，LED顯示倒計時；然后再轉(zhuǎn)為東、西方向綠燈閃3秒再轉(zhuǎn)為黃燈3秒，再次轉(zhuǎn)為東、西方向紅燈，南、北方向綠燈，以后按此循環(huán)。指導教師（簽字）： 批準日期： 年 月 日摘

3、 要交通燈在我們的日常生活中很常見，現(xiàn)代化城市交通中交通燈已成為城市不可或缺的一部分。基于微處理器的交通燈控制系統(tǒng)成為主要設(shè)計方法。采用微處理器結(jié)合外圍芯片，通過軟件編程方式即可實現(xiàn)對交通燈的控制。 隨著計算機科學技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計算機得到了廣泛的應用，是人們利用計算機設(shè)計和開發(fā)各種應用系統(tǒng)的基礎(chǔ)。同時微型計算機接口技術(shù)也是一門實踐性較強的課程， 理論與實踐相結(jié)合可以更好的掌握知識，這也是這次交通燈系統(tǒng)控制的設(shè)計目的。交通燈是交通安全的關(guān)鍵，已廣泛應用于城鄉(xiāng)的十字路口，它的有無作為交通安全檢查的重要依據(jù)，是交通秩序正常進行的有力保障。十字道口的紅綠燈是交通法規(guī)的無聲命令，是司機和行人的行為

4、準則。十字道口的交通紅綠燈控制是保證交通安全和道路暢通的關(guān)鍵。當前，國內(nèi)大多數(shù)城市正在采用“自動”紅綠交通燈，它具有固定的“紅燈綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動切換。它們一般由“通行與禁止時間控制顯示、紅黃綠三色信號燈和方向指示燈”三部分組成。交通燈的時間控制顯示，以固定時間值預先“固化”在單片機中，每次只是以一定周期交替變化。但是，實際上不同時刻的車輛流通狀況是十分復雜的，是高度非線性的、隨機的，還經(jīng)常受認為因素的影響。采用定時控制經(jīng)常造成道路有效應用時間的浪費，出現(xiàn)綠燈方向車輛較少，紅燈方向車輛積壓。它不顧當前道路上交通車輛數(shù)的實際情況變化，其最大的缺陷就在于當路況發(fā)生變化時，不能滿足司機與路人的實

5、際需要，輕者造成時間上的浪費，重者直接導致交通堵塞，導致城市交通效率的下降。目前，有一種使用“模糊控制”技術(shù)控制交通燈的方法。能夠根據(jù)十字路口兩個方向上車輛動態(tài)狀況，自動判斷紅綠燈時間間隔，以保證最大車流量，減少道口的交通堵塞。但是卻不像定時控制，能用數(shù)字顯示器顯示當前燈色剩余時間，以便于駕駛員隨時掌握自己的駕駛動作，及時停車或啟動。 本次的交通燈控制系統(tǒng)主要由8255A并行口、8253定時/計算器、8259單極中斷控制器以及74LS139譯碼器實驗等芯片組成。整個課程設(shè)計主要使用8255A的A口和B口模擬十字路口交通燈的閃爍情況。主要包括以下五個方面：1.課程設(shè)計題目名稱；2.課程設(shè)計要求完

6、成的任務；3.系統(tǒng)設(shè)計文檔（包括了總體設(shè)計、詳細設(shè)計以及程序設(shè)計等文檔）；4、課程設(shè)計總結(jié) ；5.參考文獻本次課程設(shè)計以固定的程序?qū)崿F(xiàn)對交通燈實行控制，沒有實現(xiàn)智能化，但智能化是交通控制系統(tǒng)是交通控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，也是滿足日益發(fā)展的社會需要。通過本次的課程設(shè)計，更好的學習微機接口的應用技術(shù)，使我們將課堂所學到的知識和實踐有機結(jié)合起來，初步掌握計算機應用系統(tǒng)設(shè)計的步驟和接口設(shè)計的方法，提高分析和解決實際問題的能力。由于時間倉促和水平所限，本次課程設(shè)計難免有欠妥之處，請不吝批評指正。摘要：本文介紹了以計算機為核心.利用可編程并行接口芯片8255A的軟硬件功能，實現(xiàn)對交通燈控制關(guān)鍵詞： 計算機

7、 可編程并行接日芯片 交通燈 8255A關(guān)鍵詞：交通燈；目 錄1.設(shè)計目的 12.設(shè)計內(nèi)容 13.電路工作原理 13.1 六十進制計數(shù)器工作原理 13.2 乒乓球游戲機工作原理 14.主要程序和仿真結(jié)果 14.1 六十進制計數(shù)器設(shè)計與仿真結(jié)果 14.2 乒乓球游戲機設(shè)計與仿真結(jié)果 15.心得體會 1參考文獻 11、 設(shè)計目的 將自己在微機原理與技術(shù)接口課程上學到的知識用于實踐設(shè)計，從而進一步掌握微機原理與技術(shù)接口的相關(guān)知識。掌握計算機應用系統(tǒng)特別是微機接口系統(tǒng)的設(shè)計，掌握接口電路設(shè)計技術(shù)，掌握微機接口程序的編制與調(diào)試技術(shù)，初步掌握電子設(shè)計軟件Protel99使用。了解8086系統(tǒng)處理控制過程，

8、掌握8255的工作方式，掌握74xx系列一些芯片（74ls240,74ls164,74ls138等）的實際應用，進一步的掌握數(shù)碼管，發(fā)光二極管的實驗原理及其應用。2、 設(shè)計內(nèi)容采用8086控制器和8位并行接口芯片8255等器件設(shè)計實現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)，采用Protel軟件繪制電路原理圖，根據(jù)原理圖連接好實物圖，再編寫相關(guān)軟件程序，控制交通燈的初始狀態(tài)為全紅燈，等待5秒，LED顯示倒計時，然后東、西方向亮紅燈，南、北方向亮綠燈，時間為10秒，LED顯示倒計時；轉(zhuǎn)為南、北方向綠燈閃3秒，然后轉(zhuǎn)為黃燈3秒，LED顯示倒計時；再轉(zhuǎn)為東、西方向亮綠燈，南、北方向亮紅燈，時間為10秒，LED顯示倒計時；然后

9、再轉(zhuǎn)為東、西方向綠燈閃3秒再轉(zhuǎn)為黃燈3秒，再次轉(zhuǎn)為東、西方向紅燈，南、北方向綠燈，以后按此循環(huán)。3、 電路工作原理1、交通燈的工作原理框圖工作原理說明：此系統(tǒng)是通過并行接口芯片8255A和8086的硬件連接，數(shù)碼管計時，以及通過設(shè)計匯編語言編程控制延時的方法，來實現(xiàn)十字路口交通燈的模擬控制。8086系統(tǒng)處理交通燈8255擴展CPU的并行接口 2、交通燈的原理圖 通過8086系統(tǒng)處理，以8255 PB0-PB7為輸出口，控制4個LED雙色燈（可發(fā)紅、綠、黃光）紅綠交替閃爍；利用74ls240作為驅(qū)動器控制LED燈，8255 PA0接74ls164 DATEIN口，8255的PC5接74ls164

10、DCLK；74ls164作為串行并出的八位寄存器控制數(shù)碼管倒計時；8255片選孔接至74ls138譯碼電路的210H插孔。3、元器件介紹（1）8086 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：8086CPU數(shù)據(jù)總線為16位，地址總線都是20位，低16位用于數(shù)據(jù)總線復用，可直接尋址為1MB的存儲空間，有16位的端口地址，可以尋址64KB的I/O端口，有9種基本尋址方式，可處理內(nèi)部和外部中斷，外部中斷源多達256個兼容性好，支持單處理器多處理器系統(tǒng)工作。8086CPU寄存器結(jié)構(gòu)： 8086CPU中有16位的指令指針寄存器IP、20位的地址加法器、

11、6字節(jié)的指令隊列緩沖器、14個16位的寄存器,其中有8個16位的通用寄存器（4個數(shù)據(jù)寄存器：通用寄存器包括累加器AX，基址寄存器BX，計數(shù)寄存器CX，數(shù)據(jù)寄存器DX四個寄存器；2個地址指針寄存器BP和SP；2個變址寄存器SI）、標志寄存器FR、算術(shù)邏輯單元ALU。EU負責全部指令的執(zhí)行，同時向BIU輸出數(shù)據(jù)（操作結(jié)果），并對寄存器和標志寄存器進行管理。在ALU中進行16位運算，數(shù)據(jù)傳送和處理均在EU控制下執(zhí)行。BIU和EU可以并行工作，提高CPU效率。BIU監(jiān)視著指令隊列。當指令隊列中有2個空字節(jié)時，就自動把指令取到隊列中；EU執(zhí)行指令時，從指令隊列頭部取指令，然后執(zhí)行。 如需訪問存儲器，則E

12、U向BIU發(fā)出請求，由BIU訪問存儲器；在執(zhí)行轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回指令時，需改變隊列中的指令，要等新指令裝入隊列中后，EU才繼續(xù)執(zhí)行指令。2個16位指針寄存器,2個16位變址寄存器,1個16位指令指針及1個16位標志寄存器。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16位寄存器，可以來存放數(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。（2）82558255的內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 8255作為主機與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口。同時必須具有與外設(shè)連接的接口A、

13、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個部分：與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。1）與CPU連接部分根據(jù)定義，8255能并行傳送8位數(shù)據(jù)，所以其數(shù)據(jù)線為8根D0D7。由于8255具有3個通道A、B、C，所以只要兩根地址線就能尋址A、B、C口及控制寄存器，故地址線為兩根A0A1。此外CPU要對8255進行讀、寫與片選操作，所以控制線為片選、復位、讀、寫信號。各信號的引腳編號如下：（1）數(shù)據(jù)總線DB：編號為D0D7，用于8255與CPU傳送8位數(shù)據(jù)。（2）地址總線AB：編號為A0A1，用于選擇A、B、C口與控制寄存器。（3）控制總線CB：片選信

14、號、復位信號RST、寫信號、讀信號。當CPU要對8255進行讀、寫操作時，必須先向8255發(fā)片選信號選中8255芯片，然后發(fā)讀信號或?qū)懶盘枌?255進行讀或?qū)憯?shù)據(jù)的操作。2）與外設(shè)接口部分根據(jù)定義，8255有3個通道A、B、C與外設(shè)連接，每個通道又有8根線與外設(shè)連接，所以8255可以用24根線與外設(shè)連接，若進行開關(guān)量控制，則8255可同時控制24路開關(guān)。3）控制器部分8255將3個通道分為兩組，即PA0PA7與PC4PC7組成A組，PB0PB7與PC0PC3組成B組。如圖7.5所示，相應的控制器也分為A組控制器與B組控制器，各組控制器的作用如下：（1）A組控制器：控制A口與上C口的輸入與輸出。

15、（2）B組控制器：控制B口與下C口的輸入與輸出。RESET:復位輸入線，當該輸入端處于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。CS:芯片選擇信號線，當這個輸入引腳為低電平時,即/CS=0時,表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊;/CS=1時,8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸.RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低跳變沿時,即/RD產(chǎn)生一個低脈沖且/CS=0時,允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低跳變沿時,即/WR產(chǎn)生一個低脈沖且/CS=0時,允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫

16、入8255。D0D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。8255具有3個相互獨立的輸入/輸出通道端口，用+5V單電源供電，能在以下三種方式工作。方式0基本輸入輸出方式；方式1選通輸入/出方式；方式2雙向選通輸入/輸出方式；PA0PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 工作于三種方式中的任何一種；PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器， 一個8位的輸入輸出緩沖器。 不能工作于方式二；PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個

17、8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個4位的端口， 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。不能工作于方式一或二。A1,A0:地址選擇線,用來選擇8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器.當A1=0,A0=0時,PA口被選擇;當A1=0,A0=1時,PB口被選擇;當A1=1,A0=0時,PC口被選擇;當A1=1.A0=1時,控制寄存器被選擇.（3）74ls240 這種八緩沖器和線驅(qū)動器是為提高三態(tài)輸出存儲地址驅(qū)動器INPUTSOUTPUT1G,2GDLLHLHLHX(Z)

18、（4）74ls138 74LS138譯碼器引腳圖，邏輯圖及功能表如下 （5）74ls164 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端連接在一起，或不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。時鐘由低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個數(shù)據(jù)輸入端AB的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。非同步地清除寄存器，強制所有的輸出為低電平。（6）發(fā)光二極管 由紅綠兩色LED等封裝而成，當紅色這端加高電壓且綠色那端加低電壓則顯示為紅燈，反之則為綠燈，兩端同時加高電壓代表黃色。本

19、實驗某方向燈熄滅表示黃色。（7）數(shù)碼管所有數(shù)碼管通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示。將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。4、 主要程序及仿真結(jié)果1、主要程序;-數(shù)碼管-PA55 EQU 0210H ;825

20、5PA口地址PC55 EQU 0212H ;8255PC口地址P55CTL EQU 0213H ;8255控制口地址;-LED燈-PB55 EQU 211H;P55CTL EQU 213HD1 EQU 10HD2 EQU 50HDATA SEGMENTPB DB ?DATA ENDSSTACK SEGMENT STACKSTA DW 50 DUP(?)TOP EQU LENGTH STASTACK ENDS;-開始-CODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:CODESTART: PUSH CS POP DS MOV DX,P55CTL ;設(shè)置8255口為輸出口 MOV AL,

21、80H OUT DX,AL;-LED- MOV DX,204H MOV AL,00H OUT DX,AL ;清LED MOV DX,PB55 ;全紅 MOV AL,0FH OUT DX,AL MOV BX,7fH CALL DLY ; CALL BEGIN ;CALL WRITE2 ;調(diào)用數(shù)碼管過程 BG: MOV AL,96H ;南北綠,東西紅 OUT DX,AL MOV BX,D2 CALL DJS ;計數(shù) ;JMP XH1 ; MOV CX,03H MOV DX,P55CTL ;設(shè)置8255口為輸出口 MOV AL,80H OUT DX,AL MOV DX,204H MOV AL,00H

22、 OUT DX,AL ;清LED MOV DX,PB55 MOV CX,03H JNZ XH1XH1: MOV AL,9FH ;綠滅 OUT DX,AL MOV BX,D1 CALL DLY MOV AL,96H ;綠亮 OUT DX,AL MOV BX,D1 CALL DLY LOOP XH1 ;閃爍3次 MOV AL,06H ;南北黃 OUT DX,AL MOV BX,D1 CALL DLY MOV BX,D1 CALL DLY MOV AL,69H ;南北紅,東西綠 OUT DX,AL MOV BX,D2 CALL DLY CALL DJS MOV DX,P55CTL ;設(shè)置8255口為

23、輸出口 MOV AL,80H OUT DX,AL MOV DX,204H MOV AL,00H OUT DX,AL ;清LED MOV DX,PB55 MOV CX,03XH2: MOV AL,6FH ;東西綠滅 OUT DX,AL MOV BX,D1 CALL DLY MOV AL,69H ;東西綠亮 OUT DX,AL MOV BX,D1 CALL DLY LOOP XH2 ;閃爍3次 MOV AL,09H OUT DX,AL MOV BX,D1 CALL DLY MOV BX,D1 CALL DLY JMP BG ;倒計時- DJS PROC NEAR PUSH DXPUSH CXPUS

24、H AXPUSH BX BEGIN: MOV AL,0 MOV CH,0WRITE2: MOV AH,AL LEA BX,LED XLAT MOV CL,8H ;分八位寫一個LED ;-164驅(qū)動- WRITE1: MOV DX,PA55 OUT DX,AL PUSH AX MOV DX,P55CTL;利用8255PC5口控制DCLK,使DCLK產(chǎn)生一低電平到高電平的跳變 MOV AL,0AH ;PC5置“0” OUT DX,AL MOV AL,0BH ;PC5置“1” OUT DX,AL POP AX RCR AL,1 DEC CL CMP CL,0 JNZ WRITE1 CALL DELA

25、Y MOV AL,AH INC AL INC CH CMP CH,0AH ;循環(huán)10次 JBE WRITE2 ;調(diào)用數(shù)碼管過程 POP DX POP CX POP BX POP AX RET DJS ENDP ; JMP BEGIN ;-延時1S-DELAY PROC NEAR PUSH CX MOV BL, 24M2: MOV CX,2810H LOOP $ DEC BL JNZ M2 POP CX RET DELAY ENDP;-DLY PROC NEAR ;延時 PUSH CXDDD: MOV CX,0FFFHCCC: LOOP CCC DEC BX CMP BX,0 JNE DDD P

26、OP CX RET DLY ENDP ; CODE ENDS;-數(shù)碼管編碼-LED: DB 09H,01H,1FH,41H,49H,99H,0DH,25H,9FH,03H ;9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 CODE ENDS;- END START 2、 仿真結(jié)果 （全紅） （南北紅，東西綠） （南北綠，東西紅） （南北紅東西黃） （南北黃，東西紅）（注：本實驗燈閃爍時為黃色燈，所以拍出來燈的效果為熄滅）五、心得體會 整個設(shè)計過程，開始最大的問題是在不知道自己改如何下手，切入點是什么，在求于指導老師和同學之后，才知道自己要查某些相關(guān)的芯片資料?？催^網(wǎng)上很多份關(guān)于交通燈的設(shè)計報告，給自己

27、查找交通燈相關(guān)資料也有很大的啟發(fā)。在做關(guān)于交通燈系統(tǒng)設(shè)計中我查閱很多這方面的資料，了解一些芯片的功能,比如說要了解8086芯片中各個引腳的功能,怎么樣去使用8255這個可編程并行接口芯片，還有一些74xx系列的芯片相對應的用處等，我在已有的理論基礎(chǔ)上，明白了制作實物的一般過程。準確的說，此次的課程設(shè)計不是我一個人完成的，我的同學給了我很多寶貴的意見。在這多設(shè)計交通燈系統(tǒng)的過程中，我深深體會到了理論和實際的差距。整個設(shè)計過程，開始最大的問題是不知道從哪里下手，從哪里開始切入，后來通過查資料明白了這個問題。再后來就是編程，尤其是芯片初始化，整了很多次，最后還是在同學的幫助下完成的。其實，準確的說不

28、是我一個人獨自完成的，在許多地方，我的同學都提出了寶貴的意見，再次感謝他們。在調(diào)試中，剛開始由于對一些芯片不是很了解以及匯編語言用的不是很熟練，所以起初錯誤比較多，要么燈都不顯示，要么燈顯示不全，再要么紅燈綠燈時間分配不合理?？傊且活^霧水，通過翻閱接口方面的書以及在網(wǎng)上查閱資料，有點了初步的進展。諸如像燈不顯示或顯示不全，一方面可能由于電路連接出錯或者可能程序沒寫正確都會導致這些錯誤。而紅黃綠時間分配不合理，比方說黃燈時間很久而綠燈時間很短，這都是時間設(shè)置問題，這些都要通過代碼更改才能實現(xiàn)。其中8255A的A口表示東、南方向，B口表示西、北方向,綠燈和紅燈共同表示黃燈，由于能力有限以及代碼存在的一些錯誤，沒能正確的調(diào)試出預期實驗結(jié)果，希望通過以后不斷的學習，提高自身能力。本次課程設(shè)計是要設(shè)計一個交通燈系統(tǒng)，主要通過8255A的A口和B口模擬十