大學(xué)生微型計(jì)算機(jī)原理課程設(shè)計(jì)交通燈控制設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)專 業(yè)自動(dòng)化班 級(jí)11自動(dòng)化2姓 名設(shè) 計(jì) 起 止 日 期2013.12.162013.12.20設(shè)計(jì)題目：交通燈控制設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)：1.利用8253定時(shí)器、8255等接口，設(shè)計(jì)一電路，模擬十字路口交通燈控制。2.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和手動(dòng)應(yīng)急控制。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 成績(jī)： 簽字：年 月 日課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.11 引言交通燈是采用計(jì)算機(jī)通過(guò)編寫(xiě)匯編語(yǔ)言程序控制的。紅燈停，綠燈行的交通規(guī)則。廣泛用于十字路口,車(chē)站, 碼頭等公共場(chǎng)所,成為人們出行生活中不可少的必需品,由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟與廣泛應(yīng)用,使得交通燈的功能多樣化,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)老式交通燈, 交通燈的數(shù)字化給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極

2、大的方便，而且大大地?cái)U(kuò)展了交通燈的功能。諸如閃爍警示、鳴笛警示，時(shí)間程序自動(dòng)控制、倒計(jì)時(shí)顯示，所有這些，都是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的。還可以根據(jù)主、次干道的交通狀況的不同任意設(shè)置各自的不同的通行時(shí)間?；蛘呓o紅綠色盲聲音警示的人性化設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在的交通燈系統(tǒng)很多都增加了智能控制環(huán)節(jié)，比如對(duì)闖紅燈的車(chē)輛進(jìn)行拍照。當(dāng)某方向紅燈亮?xí)r，此時(shí)相應(yīng)的傳感器開(kāi)始工作，當(dāng)有車(chē)輛通過(guò)時(shí)，照相機(jī)就把車(chē)輛拍下。要將交通燈系統(tǒng)產(chǎn)品化，應(yīng)該根據(jù)客戶不同的需求進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，應(yīng)該在程序中增加一些可以人為改變的參數(shù)，以便客戶根據(jù)不同的需要隨時(shí)調(diào)節(jié)交通燈。因此，研究交通燈及擴(kuò)大其應(yīng)用，有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。2.課程設(shè)計(jì)的目的為了鞏固微型計(jì)算

3、機(jī)技術(shù)課程學(xué)到的相關(guān)知識(shí)，通過(guò)對(duì)本課程所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，使學(xué)生融會(huì)貫通課程中所學(xué)的理論知識(shí)，加深對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各個(gè)部分的工作原理及相互聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，加深對(duì)接口的理解，清晰地建立計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的概念，培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件和軟件開(kāi)發(fā)的實(shí)踐工作能力。3.設(shè)計(jì)方案論證比較復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)一般采用模塊化程序設(shè)計(jì)的思想，設(shè)計(jì)過(guò)程一般如下：3.1分析與確定程序總體設(shè)計(jì)目標(biāo)。  3.2將總體目標(biāo)劃分為若干任務(wù)（模塊），畫(huà)去模塊層次圖。   3.3定義每個(gè)模塊的具體任務(wù)，明確它和其它模塊間的通信方式，寫(xiě)出模塊說(shuō)明。    

4、3.4編寫(xiě)匯編語(yǔ)言源程序，并進(jìn)行調(diào)試。3.5實(shí)現(xiàn)模塊的連接，形成完整的程序。         沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.23.6編寫(xiě)程序文檔，形成軟件產(chǎn)品。4.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 8253簡(jiǎn)介intel8253是nmos工藝制成的可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器，有幾種芯片型號(hào)，外形引腳及功能都是兼容的，只是工作的最高計(jì)數(shù)速率有所差異。 圖1 8253內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖8253內(nèi)部可分為6個(gè)模塊，每個(gè)模塊的功能如下：（1） 數(shù)據(jù)總線緩沖器及數(shù)據(jù)總線d0d7（如上圖所示）（2） 讀/寫(xiě)控制邏輯及控制引腳 （3）

5、 控制字寄存器 在初始化編程時(shí)，cpu寫(xiě)入方式控制字到控制字寄存器中，用以選擇計(jì)數(shù)通道及其相應(yīng)的工作方式。8253的工作方式也是有控制字來(lái)決定。（4） 計(jì)數(shù)通道0、計(jì)數(shù)通道1、計(jì)數(shù)通道2 3個(gè)計(jì)數(shù)通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全相同。每個(gè)計(jì)數(shù)通道都由一個(gè)16位計(jì)數(shù)初值寄存器、一個(gè)16位減法計(jì)數(shù)器和一個(gè)16位計(jì)數(shù)值鎖存器組成 計(jì)數(shù)初值存于預(yù)置寄存器，在計(jì)數(shù)過(guò)程中，減法計(jì)數(shù)器的值不斷遞減，而預(yù)置寄存器中的預(yù)置不變。輸出鎖存器用于寫(xiě)入鎖存命令時(shí)，鎖定當(dāng)前計(jì)數(shù)值。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.34.2 8086簡(jiǎn)介intel8086是16位的微處理器（其內(nèi)部總線為16位，外部總線為8位，故

6、稱為準(zhǔn)16位微處理器），它采用hmos工藝40條引腳封裝。8086工作時(shí)使用5v電源，時(shí)鐘頻率5mhz（8086-1為10mhz，8086-2為8mhz）它有20根地址線，故可尋址的內(nèi)存空間為1mb【9】。另外，intel公司同期推出的intel8088微處理器一種準(zhǔn)16位微處理器，其內(nèi)部寄存器，內(nèi)部操作等均按16位處理器設(shè)計(jì)，與intel8088微處理器基本上相同，不同的是其對(duì)外的數(shù)據(jù)線只有8位，目的是為了方便地與8位i/o接口芯片相兼容。如圖所示是8086cpu的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)。 從功能上來(lái)看，8086cpu可分為兩部分，即總線接口部件biu（bus interface&

7、#160;unit）和執(zhí)行部件eu（execution unit） 圖2 8086cpu的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)圖 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.4(1)8086的主要特性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：(a)8086cpu數(shù)據(jù)總線為16位，8088cup數(shù)據(jù)總線為8位。(b)地址總線都是20位，低16位用于數(shù)據(jù)總線復(fù)用，可直接尋址為1mb的存儲(chǔ)空間。(c)有16位的端口地址，可以尋址64kb的i/o端口。(d)有99條基本指令，指令功能強(qiáng)大。(e)有9種基本尋址方式。(f)可以處理內(nèi)部和外部中斷，外部中斷源多達(dá)256個(gè)。(g)

8、兼容性好，8086、8085在源程序一級(jí)兼容。(h)8086/8088標(biāo)準(zhǔn)主頻為5mhz，8086/8088-2主頻為8mh【3】。(i)支持單處理器或多處理器系統(tǒng)工作。5. 設(shè)計(jì)要求在proteus環(huán)境下，結(jié)合課程設(shè)計(jì)題目，設(shè)計(jì)硬件原理圖，搭建硬件電路軟件設(shè)計(jì)1.采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，可將整個(gè)軟件分成若干功能模塊。2.畫(huà)出程序流程圖。3.根據(jù)流程圖，編寫(xiě)源程序。4.在proteus環(huán)境下，仿真調(diào)試程序6. 設(shè)計(jì)原理與硬件電路 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.5圖3系統(tǒng)硬件接線圖 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.6圖4 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖4 8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖具體的各

9、引腳功能如下【3】:d0d7為雙向數(shù)據(jù)信號(hào)線，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)和控制字。rd為讀信號(hào)線，與其它信號(hào)線一起實(shí)現(xiàn)對(duì)8255接口的讀操作通常接系統(tǒng)總線的ior信號(hào)。wr為寫(xiě)信號(hào)線，與其它信號(hào)一起實(shí)現(xiàn)對(duì)8255的寫(xiě)操作，通常接系統(tǒng)總線的iow。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.7cs為片選信號(hào)線，當(dāng)它為低電平（有效）時(shí)，才能選中該8255芯片，也才能對(duì)8255進(jìn)行操作【6】。a0，a1為口地址選擇信號(hào)線。8255內(nèi)部有3個(gè)口；a口，b口，c 口，還有一個(gè)控制寄存器，它們可由程序?qū)ぶ贰0，a1上的不同編碼可分別尋址上述3個(gè)口和一個(gè)控制寄存器,具體規(guī)定如表1所示。表1 8255的尋址方式a1a0選擇00

10、a口01b口10c口11控制寄存器通常 a0，a1分別接系統(tǒng)總線a0和 a1，它們與cs一起來(lái)決定8255的接口地址。reset為復(fù)位輸入信號(hào)。此端上的高電平可使8255復(fù)位。復(fù)位后，8255的a口，b口，c 口均被定為輸入狀態(tài)。pa0pa7為a口的8條輸入輸出信號(hào)線。pb0pb7為b口的8條輸入輸出信號(hào)線。pc0pc7，8條線根據(jù)其工作方式可作為數(shù)據(jù)的輸入或輸出線，也可以用作控制信號(hào)的輸出或狀態(tài)信號(hào)的輸入線【7】。8255 工作方式控制字和c口按位置位/復(fù)位控制字格式如圖3所示【4】。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.8 圖圖5 置位/復(fù)位控制字格式8255的尋址：8255占外設(shè)編址的4

11、個(gè)地址，即a口，b口，c口和控制寄存器各占一個(gè)外設(shè)接口地址。對(duì)同一個(gè)地址分別可以進(jìn)行讀寫(xiě)操作。例如，讀a口可將a口的數(shù)據(jù)讀出；寫(xiě)a口可將cpu的數(shù)據(jù)寫(xiě)入a口并輸出【8】。如表2為方式0下系統(tǒng)的輸入輸出組合，其中分為a,b組，a組分為a口和c口，b組分為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可以工作在三種方式中的任一種；端口b只能工作在方式0和方式1；端口c通常作為控制信號(hào)使用，配合端口a和端口b的工作。在交通燈控制的設(shè)計(jì)中只用到了工作方式0。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.9表2 方式0下，8255的16種輸入輸出組合a 組b組a口（pa0-p

12、a7）c口（pc4-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，又稱為基本工作方式。在此方式下，可分別將a口的8條線，b口的8條線，c口高4位對(duì)應(yīng)的4條線和c口的低四位對(duì)應(yīng)的四條線定義為輸入或輸出。故它們的輸入輸出共有16種不同的組合。 工作方式1，既選通輸入輸出方式。在這種方式下，a口和b口仍作為數(shù)據(jù)的輸出口和輸入口，同時(shí)還要利用c口的某些位作為控制和狀態(tài)信號(hào)。 工作方式2，又稱雙向輸入輸出方式。這種方式只有8255的口a才有

13、。在a口工作于雙向輸入輸出方式時(shí)，要利用c口的5條線才能實(shí)現(xiàn)。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條線可以作為輸入輸出線使用或b口方式1下的控制線【1】。 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.10 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.117.程序流程圖 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.12 8. 程序代碼a_port equ 200hb_port equ 202hc_port equ 204hctrl_port equ 206hclk0 equ 100hclk1 equ 102hctrl equ 106hdata segment buf1 db 09h,11h,21h

14、,12h,0ch,4ah,89h,49h buf2 db 0c5h,0a3h,95h,93h,95h,13h,15h,23h,0hdata endsstack segment para stack 'stack' db 100 dup(?)stack endscode segment assume cs:code,ds:data,ss:stackstart: mov ax,data mov ds,ax mov ax,stack mov ss,ax mov al,10010000b mov dx,ctrl_port out dx,al mov al,0 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明

15、書(shū) no.13mov dx,b_port out dx,al mov dx,c_port out dx,al call play lea si,buf1 lea bx,buf2aaa1: mov ch,bx mov cl,ch and cl,00001111b call show1 call delay call show2 call delay jmp aaa6aaa4: mov dx,a_port in al,dx and al,00000001b cmp al,00000000b jnz aaa7 mov al,00001001b mov dx,b_port out dx,al mov

16、al,10010000b mov dx,c_port out dx,al 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.14jmp aaa4aaa7: mov dx,a_port in al,dx and al,00000010b cmp al,00000000b jnz aaa4 cmp cl,0 jnz aaa5 inc si inc bx mov al,bx cmp al,0 jnz aaa1 jmp startaaa5: dec cl dec ch call show2 call delayaaa6: mov dx,a_port in al,dx and al,00000010b cmp al,

17、00000010b jnz aaa6 jmp aaa4show1 proc 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.15 mov al,si mov dx,b_port out dx,al retshow1 endpshow2 proc mov al,ch mov dx,c_port out dx,al ret show2 endpplay proc mov al,00110111b mov dx,ctrl out dx,al mov ax,1000 mov dx,clk0 out dx,al mov al,ah out dx,al retplay endpdelay proc push cx 沈

18、 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) no.16 retdelay endpcode ends end start9.程序及硬件系統(tǒng)調(diào)試情況9.1程序運(yùn)行結(jié)果：1 東西路右拐和南北路左拐綠燈點(diǎn)亮5秒，直通到均為紅燈2 5秒后，黃燈亮3秒鐘，。此時(shí)南北方向仍維持紅燈點(diǎn)亮。3 東西方向直通，為綠燈，南北 方向紅燈4 黃燈再亮三秒之后，東西路左拐和南北路右拐綠燈點(diǎn)亮5 南北方向的黃燈亮3秒鐘后，南北方向直通，延時(shí)5秒6 閉合a口開(kāi)關(guān)，四個(gè)路口全紅燈，表明緊急狀態(tài)。10.設(shè)計(jì)總結(jié)與體會(huì)經(jīng)過(guò)這一周的課程設(shè)計(jì), 做關(guān)于交通燈系統(tǒng)設(shè)計(jì),我認(rèn)真查閱資料,學(xué)習(xí)關(guān)于這方面的知識(shí),比如說(shuō)要了解8086芯片中各個(gè)引腳的功能,怎么樣去使用8255這個(gè)可編程并行接口芯片，怎么樣使用8253來(lái)定時(shí)及輸出一定頻率的脈沖以及交通有哪些規(guī)則.在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,又下了一次苦工夫,算是明白了設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程;也讓我體會(huì)到要想成功地設(shè)計(jì)某個(gè)東西,光學(xué)好專業(yè)知識(shí)是不夠的,必須要系統(tǒng)的知識(shí),無(wú)論在哪方面都要有個(gè)明白的概念,只有這樣才不至于在設(shè)計(jì)過(guò)程中摸不著頭腦,知道去哪些是需要查的資料,還有一點(diǎn),我覺(jué)得我在芯片編程方面,特別是在初始化方面是我最大的困難,或許是我的匯編語(yǔ)言學(xué)得不夠好,我只能借助參考資料,查每一條指令的作用與功能,這樣一來(lái)又鞏固了我的對(duì)匯編語(yǔ)言的了解. 沈 陽(yáng) 大 學(xué)課程設(shè)計(jì)