交通信号灯的控制.doc

微机原理课程设计交通信号灯的控制 一设计任务及要求： 交通信号灯的控制：1.通过8255A并口来控制LED发光二极管的亮灭。2.A口控制红灯，B口控制黄灯，C口控制绿灯。3.输出为0则亮，输出为1则灭。4.用8253定时来控制变换时间 。要求： 设有一个十字路口，1、3为南，北方向，2、4为东西方向，初始态为4个路口的红灯全亮。之后，1、3路口的绿灯亮，2、4路口的红灯亮，1、3路口方向通车。延迟30秒后，1、3路口的绿灯熄灭，而1，3路口的黄灯开始闪烁（1HZ）。闪烁5次后，1、3路口的红灯亮，同时2、4路口的绿灯亮，2、4路口方向开始通车。延迟30秒时间后，2、4路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁。闪烁5次后，再切换到1、3路口方向。之后，重复上述过程。二小组成员：三设计方案: 分析题意，红，黄，绿灯可分别接在8255的A口，B口和C口上，灯的亮灭可直接由8088输出0，1控制。30秒延时及闪烁由8253控制，由此得出一种可行的设计方案：设8253各口地址分别为：设8253基地址即通道0地址为04A0H；通道1为04A2H；通道2为04A4H；命令控制口为04A6H。黄灯闪烁的频率为1HZ，所以想到由8253产生一个1HZ的方波， 8255控制或门打开的时间，在或门打开的时间内，8253将方波信号输入或门使黄灯闪烁。 由于计数值最大为65535,1MHZ/65536的值远大于2HZ,所以采用两个计数器级联的方式,8253通道0的clock0输入由分频器产生的1MHZ时钟脉冲，工作在方式 3即方波发生器方式，理论设计输出 周期为0.01s的方波。1MHZ的时钟脉冲其重复周期为T=1/1MHZ=1s，因此通道0的计数初值为10000=2710H。由此方波分别作为clock1和clock2的输入时钟脉冲，所以通道1和通道2的输入时钟频率为100HZ，通道1作计数器工作在方式1，计数初值3000=BB8H既30s，计数到则输出一个高电平到8255的PA7口，8255将A口数据输入到8088，8088检测到高电平既完成30s定时。通道2工作在方式3需输出一个1HZ的方波，通过一个或门和8088共同控制黄灯的闪烁，因此也是工作在方波发生器方式，其计数初值为100=64H，将黄灯的状态反馈到8055的端口PB7和PC7，同样输入到8088，8088通过两次检测端口状态可知黄灯的状态变化，计9次状态变化可完成5次闪烁。三个通道的门控信号都未用，均接5V即可。四系统原理工作原理说明： 此方案是通过并行接口芯片8255A和8088计算机的硬件连接，以及通过8253延时的方法，来实现十字路口交通灯的模拟控制。如硬件连接图（附录一）所示，红灯（RLED），黄灯（YLEDD）和绿灯（GLED）分别接在8255的A，B，C口的低四位端口，PA0，PA1，PA2，PA3分别接1，2，3，4路口的红灯，B，C口类推。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接由分频器产生的1MHZ的时钟脉冲，OUT0接到CLOCK1和CLOCK2，OUT1接到8088的AD18，8088通过检测此端口是否有高电平来判断是否30S定时到。OUT2产生1MHZ方波通过或门和8255的B口共同控制黄灯的闪烁。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。硬件原理说明： 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，而将8088的线作为选通信号。如果是按8255A内部地址来看，则在图中它的地址是PA口地址即(CS+000H)，PB口地址为(CS+001H)，PC口地址为(CS+002H)，命令控制口地址为(CS+003H)，其中，CS为8255片选信号的首地址；若是按8088CPU地址来看，则8255A的地址是PA口地址即(CS+000H)，PB口地址为(CS+002H)，PC口地址为(CS+004H)，命令控制口地址为(CS+006H)。当CS0288H，则PA口地址为0288H，PB口地址为028AH，PC口地址为028CH，命令控制口地址为028EH。1.先说明一下8255A的工作方式和设置： 图1 8255芯片引脚图图2 8255结构框图8255A是一个40引脚的双列直插式集成电路芯片按功能可把8255A分为三个逻辑电路部分，即：口电路、总线接口电路和控制逻辑电路。（1）口电路 8255A共有三个8位口，其中A口和B口是单纯的数据口，供数据I/O使用。而C口则既可以作数据口，又可以作控制口使用，用于实现A口和B口的控制功能。数据传送中A口所需的控制信号由C口高位部分（PC7PC4）提供，因此把A口和C口高位部分合在一起称之为A组；同样理由把B口和C口低位部分（PC3PC0）合在一起称之为B组。（2）总线接口电路总线接口电路用于实现8255A和单片微机的信号连接。其中包括： （a）数据总线缓冲器数据总线缓冲器为8位双向三态缓冲器，可直接和80C51的数据线相连，与I/O操作有关的数据、控制字和状态信息都是通过该缓冲器进行传送。（b）读/写控制逻辑与读写有关的控制信号有CS片选信号（低电平有效）RD读信号（低电平有效）WR写信号（低电平有效）A0、A1端口选择信号。8255A共有四个可寻址的端口（即A口、B口、C口和控制寄存器），用二位地址编码即可实现选择，参见表1。 表1 8255可寻址端口对应操作RESET复位信号（高电平有效）。复位之后，控制寄存器清除，各端口被置为输入方式。读写控制逻辑用于实现8255A的硬件管理：芯片的选择，口的寻址以及规定各端口和单片微机之间的数据传送方向。（c）控制逻辑电路控制逻辑电路包括A组控制和B组控制，合在一起构成8位控制寄存器。8255A工作方式及数据I/O操作（1）8255A的工作方式 8255A共有三种工作方式，即方式0、方式1、方式2.（a）方式0 基本输入/输出方式 方式0下，可供使用的是两个8位口（A口和B口）及两个4位口（C口高4位部分和低4位部分）。四个口可以是输入和输出的任何组合。方式0适用于无条件数据传送，也可以把C口的某一位作为状态位，实现查询方式的数据传送。（b）方式1 选通输入/输出方式 A口和B口分别用于数据的输入/输出。而C口则作为数据传送的联络信号。具体定义见表72。可见A口和B口的联络信号都是三个，如果A或B只有一个口按方式1使用，则剩下的另外13位口线仍然可按方式0使用。如果两个口都按方式1使用，则还剩下2位口线，这两位口线仍然可以进行位状态的输入输出。方式1适用于查询或中断方式的数据输入/输出。 （c）方式2 双向数据传送方式只有A口才能选择这种工作方式，这时A口既能输入数据又能输出数据。在这种方式下需使用C口的五位线作控制线，信号定义如表72所示。方式2适用于查询或中断方式的双向数据传送。如果把A口置于方式2下，则B口只能工作于方式0.2.下面，分析8088各个引脚的连接方法：（1）引脚：通常用此引线产生片选信号，当为1，0编码时，在数据总线低8位和偶地址之间进行字节传送（）。（2）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时钟发生器产生，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。（3）(+5V),GND(地)：CPU所需电源5V。GND为地线。（4）QS0ALE（Address Latch Enable）地址锁存允许信号，输出高电平有效，作地址锁存器8282/8283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2片地址锁存器8282。（5）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。（6）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。3.接下来，对8282芯片作一下说明： 图3 8282芯片引脚图: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，所以用两片即可。4.最后，对时钟发生器8284芯片按两部分进行说明： 图4 8284芯片引脚及电路连线(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。此为最小模式系统，除了8088CPU，I/O接口芯片8255A，定时计数芯片8353外，其它配置如下：1片8284A，作为时钟发生器；2片8282，作为地址锁存器；2片74LS138，作为地址选通译码器；1个二输入或非门；1个4输入或非门；1个二输入与非门；4个或门12个发光二极管；12个限流电阻；1个复位信号开关。五.硬件原理及电路图 见附录一六 软件设计1系统工作流程图 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30s N时间是否到？ Y 1，3绿灯灭2，4红灯不变1，3黄灯闪烁 等待黄灯闪烁5次？ N Y 1，3红灯亮2，4绿灯亮8253延时30s2，4绿灯灭黄灯闪烁5次 图5 系统工作流程图2. 流程图说明：设计中输出使用了8255并行接口直接对各个路口共六个交通灯进行控制。由于灯光控制只需要开、关两个状态，因此可以用8255的输出端口的输出来控制，即最多只需要六个端口，所以可以采用8位端口，又因为灯光控制不需要联络信号，所以按照方式0输出即可。采用端口A，按以下方式连接：南北向：红灯接PA4,黄灯接PA5,绿灯接PA6;东西向：红灯接PA0,黄灯接PA1,绿灯接PA2;6个交通灯可能的状态如表2所示： 表2 控制信号对应各街口交通灯状态表状态PA7PA6PA5PA4PA3PA2PA1PA0PA状态说明00001000111H全部红灯10001010014H南北红，东西绿20001001012H南北红，东西黄30001000010H南北红，东西关40100000141H南北绿，东西红50010000121H南北黄，东西红60000000101H南北关，东西红 从状态1到状态6依次循环变换，又状态2和3，状态5和6之间各循环5次。其中状态1和状态4持续30秒，其他状态持续0.5秒。 按照上面的流程，依次把相应的控制码输出到端口A，6个交通灯就能够按照要求实现交通管理。 以上状态保持时间通过8253得到，使用8253的定时器0，让其工作在方式3，从CLK端口输入1KHZ的频率，写入计数值500，则可以得到2HZ的输出频率，再通过调用程序来对得到的脉冲数进行计数，并以此来判断各个状态的时间，类似表2，可以将计数个数预先写入存储器中： 表3 各街口交通灯状态说明状态状态保持时间/s累计计数次数状态说明0无无全部红灯1303CH南北红，东西绿20.53DH、3FH、41H、43H、45H南北红，东西黄30.53EH、40H、42H、44H、46H南北红，东西关43082H南北绿，东西红50.583H、85H、87H、89H、8BH南北黄，东西红60.584H、86H、88H、8AH、8CH南北关，东西红 在每个循环结束后，将计数单元清零，同时开始下一次循环。七工作总结总结：微机原理与接口技术这门课程在学习的时候总是感觉枯燥无味，直到现在要做课程设计才发现这门课程的实用性很强，由于以前学习的知识不够扎实，所以还是在边做边翻书，四个人忙的一团糟，但还是在老师和同学的帮助下顺利的做完了。直到做完了才记住如8088的引脚定义，8255的结构功能等等，这样一来也更加深了我们对书本上的知识的理解，也是对校训致知于行的亲身实践体验。设计中的一些不足(1）本电路没有设置显示倒计时的七段LED数码管，如果应用到街道上，不利于司机、行人把握（2）在上机调试中发现，由于此软件延时的时间均为估算时间，不是特别准确，对于交通要求特别高的地方不宜采用。如果是放到一个大的交通灯系统中，会影响到各个交通灯的运行时间. 附录一： 图6 系统硬件连接图附录二：主要源程序SSTACK SEGMENT STACK DW 64 DUP(?)SSTACK ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODESTART: MOV AL, 80H ;送控制字 MOV DX, 0646H ;送控制字寄存器地址放DX寄存器 OUT DX, AL ;把控制字放入控制字寄存器 MOV AL, 00FH ;A口的内容送入AL，让所有的红灯全亮。 MOV DX, 0640H ;A口地址送入DX寄存器 OUT DX, AL ;送入A口地址，红灯全亮 CALL DELAY1 ;延迟2秒REYT: MOV AL, 0C3H ;将A口的内容送入AL，东西街亮绿灯，南北街红灯亮 MOV DX, 0640H ;A口地址送入DX寄存器 OUT DX, AL ;东西街亮绿灯，南北街亮红灯。 CALL DELAY2 延迟10秒 MOV AL,003H ;将A口的内容送入AL，东西街绿灯灭，南北街红灯亮 OUT DX,AL ;东西街绿灯灭，南北街红灯亮 MOV CX, 5 ;循环5次数 ；控制东西路黄灯闪EWYT: CALL DELAY3 ;调用延时程序 MOV AL, 00CH ;A口的内容送入AL控制黄灯亮 MOV DX, 0642H ;A口地址送入DX OUT DX, AL ;东西黄灯亮 CALL DELAY3 ;延迟1秒 MOV AL, 00H ;A口的内容送入AL控制黄灯灭 MOV DX, 0642H ;A口的地址送入DX OUT DX, AL ;东西黄灯灭 LOOP EWYT ;循环EWYT MOV AL, 3CH ;东西红灯亮，南北绿灯亮 MOV DX, 0640H ;A口的地址送入DX OUT DX, AL ;东西红灯亮 CALL DELAY2 ;调用延时程序 MOV AL,00CH ;将A口的内容送入AL，东西街绿灯亮，南北街红灯灭 OUT DX,AL ;东西街绿灯亮，南北街红灯灭 MOV CX, 5 ;循环5次 ；控制南北街黄灯闪SNYT: CALL DELAY3 ;调用延时程序 MOV AL, 003H ;B口内容送入AL，南北黄灯亮 MOV DX, 0642H ;B口的地址送入DX OUT DX, AL ;南北黄灯亮 CALL DELAY3 ;调用延时程序 MOV AL, 00H ;B口的内容送入AL，控制南北街的黄灯灭 MOV DX, 0642H ;B口的地址送入DX OUT DX, AL ;南北黄灯灭 LOOP SNYT ;循环SNYT JMP REYT 延时程序：DELAY1: PUSH CX MOV BX, 10AA0: MOV CX, 0F000HAA1: PUSH AX POP AX LOOP AA1 DEC BX CMP BX,0 JNE AA0 POP CX RET DELAY2: PUSH CXMOV BX,10AA4: MOV CX,0FFFFHAA2: PUSH AX POP AX LOOP AA2DEC BXCMP BX,0JNE AA4 POP CX RET DELAY3: PUSH CXMOV BX,10AA5: MOV CX,0F000HAA3: PUSH AX POP AX LOOP AA3DEC BXCMP BX,0JNE AA5 POP CX RET CODE ENDSEND START 附录三：参考文献资料1.陈够喜，邵坚婷，张军编. 微机原理应用实验教程. 人民邮电出版社. 20062.冯博琴，吴宁主编. 微型计算机原理与接口技术. 第二版. 清华大学出版社. 20113.沈美明主编. IBM PC机汇编语言程序设计. 清华大学出版社. 2010