微機原理課程設計---交通信號燈的控制

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文檔簡介

1、　　交通信號燈的控制　　一、設計目的　　通過課程設計使學生更進一步掌握微機原理及應用課程的有關知識，提高應用微機解決問題的能力，加深對微機應用的理解。通過查閱資料，結合所學知識進行軟、硬件的設計，使學生初步掌握應用微機解決問題的步驟及方法。

2、　　二、設計要求　　1．通過8255A并口來控制LED發(fā)光二極管的亮滅。 2．A口控制紅燈，B口控制黃燈，C口控制綠燈。 3．輸出為0則亮，輸出為1則滅。 4．用8253定時來控制變換時間。要求：　　設有一個十字路口，1、3為南，北方向，2、4為東西方向，初始態(tài)為4個路口的紅

3、燈全亮。之后，1、3路口的綠燈亮，2、4路口的紅燈亮，1、3路口方向通車。延遲30秒后，1、3路口的綠燈熄滅，而1，3路口的黃燈開始閃爍（1HZ）。閃爍5次后，1、3路口的紅燈亮，同時2、4路口的綠燈亮，2、4路口方向開始通車。延遲30秒時間后，2、4路口的綠燈熄滅，而黃燈開始閃爍。閃爍5次后，再切換到1、3路口方向。之后，重復上述過程。三、硬件方案說明工作原理簡要說明：此方案是通過并行接口芯片8255A和8088計算機的

4、硬件連接，以及通過8253延時的方法，來實現(xiàn)十字路口交通燈的模擬控制。硬件連接方案：紅燈（RLED），黃燈（YLED）和綠燈（GLED）分別接在8255的A，B，C口的低四位端口，PA0，PA1，PA2，PA3分別接1，2，3，4路口的紅燈，B，C口類推。8088工作在最小模式，低八位端口AD0~AD7接到8255和8253的D0~D7，同時AD0~AD7通過地址鎖存器，接到3—8譯碼器，譯碼后分別連到8255和8253的CS

5、片選端。8253的三個門控端接+5V，CLO　　下面分塊說明各硬件的連接情況　　1）地址線的連接　　地址線只用低八位，即AD0~AD7，該地址線通過分時復用，先送出地址，通過地址鎖存器74LS373鎖存以后，再送出數(shù)據(jù)。其中A7、A6通過一個與門產生一個信號，A5、A4通過一

6、個與門產生一個信號，將這兩個信號再通過一個與非門產生一個74LS138的高位C相連輸入信號，A3、A2分別與譯碼器B、A相連，作　　為片選信號。而A1、A0則直接與8255和8253的A1、　　A0相連。而8255和8253的片選信號CS分別接Y1和　　Y0。由上述可知A7A6A5A4=1111，由此可得各端口地

7、　　址如表1所示：　　2）LED燈與8255的連接　　設計要求給出，當8255的端口輸出低電平時，LED燈　　亮，當輸出高電平時，LED燈滅，由此可將LED燈的陽極通過　　一電阻與電源VCC相

8、連，陰極與8255的端口直接相連，則可　　滿足上述要求。右圖給出了連接示意圖（具體連接圖見附件　　一）。　　3）8253的連接　　8253共有3個相同的計數(shù)器?？紤]到最小頻率要求為1Hz，<

9、/p>　　表1 8255和8253各端口地址　　當輸入為1Mz時，要求計數(shù)器的初始值為1000000，而8253計數(shù)值最大值只能為65536，因而考慮將1Mz的時鐘輸入計數(shù)器0，再將計數(shù)器0的輸出信號作為計數(shù)器1和計數(shù)器2的輸入，則可以產生最小為1Hz的信號。而計數(shù)器1和計數(shù)器2可以分別用于30s定時和黃燈閃爍。　　基于以上

10、分析，計數(shù)器0應工作于方式3，計數(shù)初始值為10000，則輸出信號周期為0.01s；再以此作為輸入，讓計數(shù)器1工作于方式0，計數(shù)初值為3000，也即定時30s，供綠燈向黃燈轉換的定時之用；而黃燈要求以1Hz的頻率閃爍5次，則可考慮用方波信號和8255的PB口信號一起通過一個與門來控制黃燈的熄滅，達到閃爍的目的，頻率為1Hz，則計數(shù)初值為100，工作方式為3。　　三個計數(shù)器的GATE端都直接接高電平

11、，OUT1接PC7口，供定時檢測；OUT2接PC6口，供閃爍次數(shù)檢測。　　4）完整的硬件連接圖　　見附錄一。　　四、軟件方案說明　　1）程序流程圖</p

12、>　　易知程序應該實現(xiàn)循環(huán)，即各路口在綠燈、黃燈和紅燈之間實現(xiàn)切換。以下給出總的程序流程圖，之后再對程序的關鍵點進行說明。　　2）各端口地址定義　　在數(shù)據(jù)段中將各端口地址用變量進行定義，以便在程序中使用，也便于修改。定義如下：　　DATA SEG

13、MENT ;定義8255和8253各端口地址數(shù)據(jù)　　PA8255 EQU 00F4H　　PB8255 EQU 00F5H　　PC8255 EQU 00F6H　　CON8255 EQU 00F7H　　CL

14、K08253 EQU 00F0H　　CLK18253 EQU 00F1H　　CLK28253 EQU 00F2H　　CON8253 EQU 00F3H　　DATA ENDS　　程序流程圖&l

15、t;/p>　　3）30s延時檢測程序　　程序如下：　　LPO30_1：MOV AL,0 ;掃描PC7口是否有高電平輸入　　MOV DX,CON8255　　MOV AL,88H</p

16、>　　OUT DX,AL ;改PC口為輸入方式，準備讀入PC7的值　　MOV DX,PC8255　　IN AL,DX　　AND AL,80H ;取最高位即PC7的值

17、;　　CMP AL,80H　　JNZ LOP30_1 ;未檢測到高電平則繼續(xù)循環(huán)檢測　　延時程序執(zhí)行前，應該先將8255的控制字更改，即將PC口改為輸入方式，以便下一時刻讀取。用AND AL，80H將除PC7口之外的七位清零，并將其與80H比較，如標志位為ZF=1，證明30s延時已經結束；若ZF=0，則繼續(xù)循環(huán)檢測。

18、　　4）5次閃爍檢測程序　　程序如下：　　LOP5_1：MOV DX,CON8255 ;檢測PC6高電平　　MOV AL,88H　　OUT DX,AL ;改PC口為輸入方式，準備讀

19、入PC6　　MOV DX,PC8255　　IN AL,DX　　AND AL,40H ;取PC6　　CMP AL,40H 　　JNZ LOP5_1

20、 ;檢測PC6是否為高電平,沒有高電平則不延時繼續(xù)掃描　　MOV DX,1000 ;延時約一秒，實際比一秒略小　　DELAY1：MOV BX,10000　　DELAY2：DEC BX　　CMP BX,0</p&

21、gt;　　JNZ DELAY2　　DEC DX　　CMP DX,0　　JNZ DELAY1　　INC CX<

22、;p>　　CMP CX,05H 　　JNZ LOP5_1 ;是否檢測到5次高電平，有則結束循環(huán)，黃燈5次閃爍完成　　檢測程序中涉及到一個小的延時模塊，現(xiàn)單獨說明。　　MOV DX,1190 ;延時約一秒，實際比一秒略小　　DELA

23、Y1：MOV BX,10000　　DELAY2：DEC BX　　CMP BX,0　　JNZ DELAY2　　DEC DX　　CMP DX

24、,0　　JNZ DELAY1　　開始時設定DX為1190（這樣設定是考慮到要執(zhí)行跳轉等指令的時間），然后開始循環(huán)。內層循環(huán)中，設定BX為10000，并將BX進行自減。這樣，指令約執(zhí)行了12000000次，對于12M的晶振，指令執(zhí)行的時間約為1s。而且此處不要求時間是精準的1s，因為它只用于延遲檢測的時間，實際中OUT2的方波有一定的寬

25、度，而且只檢測5次，可以保證每次都在高電平時候進行檢測，也即每次高電平都可以檢測到。而且若未檢測高電平，則不進行延時，立即進行下一次循環(huán)，而這幾乎是不耗費時間的。　　而檢測到高電平次數(shù)的計數(shù)則通過計數(shù)器CX自增實現(xiàn)，若未檢測到高電平，直接跳轉回標號LOP30_1處，不延時CX也不自增。5次計滿，則退出循環(huán)。這樣，通過對PC6口高電平的檢測就可以記錄黃燈閃爍的次數(shù)，實現(xiàn)黃燈的5次閃爍。</p

26、>　　5）路口燈與燈之間的轉換　　下面僅分析1、3路口由綠燈向黃燈的轉換，其他顏色之間的轉換原理上與此相同。　　部分程序如下：　　MOV DX,CON8255　　MOV AL,80H

27、　　OUT DX,AL　　MOV PC8255　　MOV AL,0FH ;0FH=00001111　　OUT DX,AL ;1、3綠燈滅　　MOV DX,PB8255<

28、/p>　　MOV AL,0AH ;0AH=00001010　　OUT DX,AL ;1、3黃燈開始閃爍　　綠燈向黃燈由8088向8255個端口送出不同的二進制代碼實現(xiàn)。上面的程序中，1、3路口本是綠燈亮，通過向PC口送出二進制代碼00001111，即可將綠燈熄滅（送出0為亮，送出1為滅

29、），然后向PB口送出代碼00001010，即可讓1、3口的黃燈開始閃爍。即通過向8255的PA、PB和PC口送出不同的二進制代碼，即可控制各個路口不同顏色的燈的亮滅。其控制字各位代表的含義如下圖所示。　　5）南、北與東、西路口的循環(huán)　　總的循環(huán)只要通過無條件跳轉指令JMP跳轉到標號BEGIN處即可，這樣就可以進行下一次總循環(huán)了。&

30、lt;p>　　6）完整的程序代碼　　STACK SEGMENT STACK 'STACK'　　DW 32 DUP(?)　　STACK ENDS　　DATA SEGMENT ;定義82

31、55和8253各端口地址數(shù)據(jù)　　PA8255 EQU 00F4H　　PB8255 EQU 00F5H　　PC8255 EQU 00F6H　　CON8255 EQU 00F7H　　CLK08253 EQU 00F0H</p&g

32、t;　　CLK18253 EQU 00F1H　　CLK28253 EQU 00F2H　　CON8253 EQU 00F3H　　DATA ENDS　　；********************************數(shù)據(jù)段定義完成**********

33、**********************　　CODE SEGMENT　　ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK　　PUSH DS　　SUB AX,AX

34、;　　MOV AX,DATA　　MOV DS,AX　　MOV DX,CON8253 ;初始化8252通道0　　MOV AL,36H　　OUT DX,AL</

35、p>　　MOV DX,CLK08253　　MOV AX,2710H　　OUT DX,AL　　MOV AL,AH　　OUT DX,AL ;通道0初始化完成，工作方式3，初

36、始計數(shù)值為10000，則其周期為0.01s　　MOV DX,CON8253　　MOV AL,71H　　OUT DX,AL ;通道1初始化完成，工作方式1　　MOV DX,CON8253　　MOV AL,96H

37、　　OUT DX,AL　　MOV DX,CLK28253　　MOV AL,64H　　OUT DX,AL 　　;通道2初始化完成，工作方式3，計數(shù)初值為100，由 CLK0輸入以后周期為1s&l

38、t;/p>　　MOV DX,CON8255　　MOV AL,80H　　OUT DX,AL ;8255初始化完成，A、B、C均工作在方式0，即基本的輸入輸出　　MOV AL,0 ;初始化各燈的狀態(tài)　　MOV DX,

39、PA8255　　OUT DX,AL ;紅燈全亮　　MOV DX,PB8255　　MOV AL,0FH　　OUT DX,AL ;黃燈全滅　　MOV DX,PC8255

40、　　OUT DX,AL ;綠燈全滅　　；********************************初始化工作完成********************************　　BEGIN: MOV DX,PA8255　　MOV AL,05H

41、　　OUT DX,AL ;05H=00000101，2、4紅燈亮　　MOV DX,PB8255　　MOV AL,OFH　　OUT DX,AL ;0FH=00001111，黃燈全滅　　MOV DX,PC825

42、5　　MOV AL,0AH　　OUT DX,AL ;0AH=00001010，1、3綠燈亮　　MOV DX,CLK18253　　MOV AX,0BB8H　　OUT DX,AL</b&g

43、t;　　MOV AL,AH　　OUT DX,AL ;0BB8H=3000，即通道1的計數(shù)值為3000，也就是30s　　LPO30_1：MOV AL,0 ;掃描PC7口是否有高電平輸入　　MOV

44、 DX,CON8255　　MOV AL,88H　　OUT DX,AL ;改PC口為輸入方式，準備讀入PC7的值　　MOV DX,PC8255　　IN AL,DX　　AN

45、D AL,80H ;取最高位即PC7的值　　CMP AL,80H　　JNZ LOP30_1 ;未檢測到高電平則繼續(xù)循環(huán)檢測　　;***************1和3綠燈亮、2和4紅燈亮、黃燈全滅并且延時30s秒完成**************<p

46、>　　MOV DX,CON8255　　MOV AL,80H　　OUT DX,AL　　MOV PC8255　　MOV AL,0FH ;0FH=00001111　　OUT

47、 DX,AL ;1、3綠燈滅　　MOV DX,PB8255　　MOV AL,0AH ;0AH=00001010　　OUT DX,AL ;1、3黃燈開始閃爍　　MOV CX,0</b&g

48、t;　　LOP5_1：MOV DX,CON8255 ;檢測PC6高電平　　MOV AL,88H　　OUT DX,AL ;改PC口為輸入方式，準備讀入PC6　　MOV DX,PC8255<b&g

49、t;　　IN AL,DX　　AND AL,40H ;取PC6　　CMP AL,40H 　　JNZ LOP5_1 ;檢測PC6是否為高電平,沒有高電平則不延時繼續(xù)掃描　　MOV DX,1200

50、 ;延時約一秒，實際比一秒略小　　DELAY1：MOV BX,10000　　DELAY2：DEC BX　　CMP BX,0　　JNZ DELAY2　　DEC DX<

51、/b>　　CMP DX,0　　JNZ DELAY1　　INC CX　　CMP CX,05H 　　JNZ LOP5_1 ;是否檢測到

52、5次高電平，有則結束循環(huán)，黃燈5次閃爍完成　　;*****************1和3黃燈閃爍5次、2和4紅燈保持不變完成**********************　　MOV DX,CON8255　　MOV AL,80H　　OUT DX,AL<

53、/b>　　MOV DX,PA8255　　MOV AL,0AH　　OUT DX,AL ;0AH=00001010,1、3口紅燈亮，2、4口紅燈滅　　MOV DX,PB8255　　MOV AL,OFH<

54、;/p>　　OUT DX,AL ;0FH=00001111,1、3口黃燈滅　　MOV DX,PC8255　　MOV AL,05H　　OUT DX,AL ;05H=00000101，2、4口綠燈亮　　M

55、OV DX,CLK18253　　MOV AX,0BB8H　　OUT DX,AL　　MOV AL,AH　　OUT DX,AL ;8253通道1賦值3000，計時30s開始<

56、;/p>　　LOP30_2：MOV AL,0 ;掃描PC7口是否有高電平輸入　　MOV DX,CNO8255　　MOV AL,88H　　OUT DX,AL ;改PC口為輸入方式，準備讀入PC7的值　　M

57、OV DX,PC8255　　IN AL,DX　　AND AL,80H ;取最高位即PC7的值　　CMP AL,80H　　JNZ LOP30_2 ;未檢測到高電平則繼續(xù)循環(huán)檢測

58、　　;*************2和4綠燈亮、1和3紅燈亮、黃燈全滅并且延時30s秒完成***************　　MOV DX,CON8255　　MOV AL,80H　　OUT DX,AL　　MOV PC

59、8255　　MOV AL,0FH ;0FH=00001111　　OUT DX,AL ;1、3綠燈滅　　MOV DX,PB8255　　MOV AL,0AH ;0AH=00001010<

60、;p>　　OUT DX,AL ;1、3黃燈開始閃爍　　MOV CX,0　　LOP5_2：MOV DX,CON8255 ;檢測PC6高電平　　MOV AL,88H　　OUT DX,AL

61、 ;改PC口為輸入方式，準備讀入PC6　　MOV DX,PC8255　　IN AL,DX　　AND AL,40H ;取PC6　　CMP AL,40H 　　J

62、NZ LOP5_2 ;檢測PC6是否為高電平,沒有高電平則不延時繼續(xù)掃描　　OV DX,1000 ;延時約一秒，實際比一秒略小　　DELAY3：MOV BX,10000　　DELAY4：DEC BX　　CMP BX

63、,0　　JNZ DELAY4　　DEC DX　　CMP DX,0　　JNZ DELAY3　　INC CX</b

64、>　　CMP CX,05H 　　JNZ LOP5_2 ;是否檢測到5次高電平，有則結束循環(huán)，黃燈5次閃爍完成　　;********************2和4黃燈閃爍5次、1和3紅燈保持不變完成********************　　;***

65、***************************至此，一次整循環(huán)結束*****************************　　JMP BEGIN ;進行下一次循環(huán)　　CODE ENDS　　END BEGIN</

66、p>　　五、總結說明　　本設計通過8088作主控芯片，拓展連接一片8255和一片8253，配合軟件編程，基本實現(xiàn)了對交叉路口交通信號燈的控制，滿足設計要求。其設計難點在于綠燈亮時定時30s和黃燈閃爍5次。程序中LOP30_1和LOP30_2處的循環(huán)圓滿的解決了對30s定時的檢測，而LOP5_1和LOP5_2則基本解決對5次閃爍的檢

67、測。但黃燈閃爍次數(shù)的檢測程序有待于改善，這在方案改進部分再討論。　　通過本次課程設計，我進一步學習了8255和8253兩個可編程芯片。由程序可以看出，在控制過程中需要不停的讀入和送出數(shù)據(jù)，以完成各種燈的轉換和對定時、閃爍的檢測。這就要求不停地改寫兩個芯片的控制字和對應的寄存器的端口地址，同時還有8255PA、PB和PC口的端口地址，這要求與硬件相對應。在本次設計中，只采用了8088低八位地址線，

68、通過鎖存器鎖存即可。設計過程中，參考了別人的程序，在讀懂的前提下，自己重寫了程序，并附有詳細注釋，自己設計了硬件的連接圖。　　本次課程設計是對微機原理知識的綜合應用，在此期間自己也學到很多東西，而且比在課堂上學到的更加深刻、理解得更加精準。既鍛煉自學能力，又鞏固了知識。　　六、方案改進<

69、p>　　在以上的方案中，基本實現(xiàn)了對交叉路口信號燈的控制。但是在對黃燈閃爍的控制中，采用的是檢測PC6口高電平的次數(shù)，這樣可能會存在一定的誤差。實際上可以采取外部中斷的思想來記錄黃燈閃爍的次數(shù)。8088有一個外部中斷接口INTR。我們可以將OUT2產生的方波信號同時輸入到INTR中，同時編寫相應中斷程序，每次高電平即產生一個中斷信號，8088收到此信號后則將計數(shù)寄存器加1，累計滿5次則跳轉到燈的轉換程序中去。這樣在程序中就不需要時

70、間不精準的延時程序了。這樣的設計比利用延時程序更加精確，對于要求較高的路口可以采用這種方式。同樣，30s定時完畢的高電平信號也可以輸入到中斷口，但若采用兩個外部中斷，則需要采用一片中斷管理芯片8259A，這樣的硬件連接將更加復雜，程序也將更加復雜。　　七、參考文獻　　[1] 朱定華，微機原理、匯編與接口技術，清華大學

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