微机基础原理课设交通信号灯模拟控制系统的设计.doc

-/ 成绩 南京工程学院 通信工程学院 课程设计说明书(论文) 题 目 交通信号灯模拟控制系统的设计 课 程 名 称 微机原理与接口技术 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 设 计 地 点 指 导 教 师 设计起止时间：2013年12月23日至2013年12月27日 目录 1、设计目的……………………………………………………………………….2 2、设计内容及要求……………………………………………………………….2 3、设计原理……………………………………………………………………….2 3.1、电路接线方案………………………………………………………………...……...…2 3.2、定时问题………………………………………………………………………….....….3 3.3、工作状态……………………………………………………………………...…….…..3 4、实验元件解释……………………………………………..……………………3 4.1、 可编程并行通信接口8255A…………………………………….……………....... ...3 4.2、可编程计数器/定时器8253…………………………………………………………....4 5、程序流程图及说明…………………………………………..………………....5 5.1、基本和中级要求的流程图………………………………………………..……………5 5.2、高级要求的流程图……………………………………………………………………..6 5.3、流程图说明………………………………………………………………….………….7 6、实验源代码及解释………………………………….………………….…...…7 7、实际接线图……………………………………………………..….………….13 8、运行结果………………………………………………………….……..…….13 9、设计心得与体会…………………………..………………….……………….16 10、主要参考文献………………………………………………………..………16 1、设计目的 通过课程设计加深理解课堂教学内容，掌握微机原理的基本应用方法。通过实验熟悉微机基本接口芯片的外型、引脚、编程结构，掌握汇编语言程序设计和微机基本接口电路的设计、应用方法，做到理论联系实际。 2、设计内容及要求 2.2.1功能要求： 1） 假设在一个A道(东西方向)和B道(南北方向)交叉的十字路口安装有自动信号灯。当A道和B道均有车辆要求通过时，A道和B道轮流放行。A道放行7秒钟，B道再放行5秒钟，依次轮流。绿灯转换红灯时黄灯亮1秒钟。 2） 一道有车，另一道无车时（实验时用开关K5和K6控制），交通控制系统能立即让有车道放行。 3） 有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通过，A、B道均为红灯，紧急车由K7开关模拟，有紧急车时另有一红灯闪烁。 2.2.2难度要求： 4） 基本要求：采用8255输出控制信号灯，8255输入K5、K6、K7控制开关信号，用循环程序软件定时实现功能要求；（60分） 5） 中级要求：采用8255输出控制信号灯，8255输入K5、K6、K7控制开关信号，用8253硬件定时，软件查询方式实现功能要求；（80分） 6） 高级要求：在中级要求的基础上，增加用8255输出驱动LED数码显示器显示绿灯倒计时秒数，黄灯时不显示时间。（100分） 3、设计原理 设计任务中的A道代表东西方向，B道代表南北方向。 3.1、电路接线方案： 交通信号灯由实验仪的LED发光二极管模拟，由8255-PA输出控制：见下表。 带时间显示的交通信号灯模拟控制系统 8255A输入/输出信号一览表（供参考） 8255-PB输出方式 PCH输入方式 8255-PA输出方式 PCL输出方式 引脚 输出信号 引脚 输入信号 引脚 输出信号 引脚 输出信号 PB7 驱动数码管字型 PC7 K7 PA7 紧急车辆闪光 PB6 PC6 K6 PA6 东西红灯 PB5 PC5 K5 PA5 东西黄灯 PB4 PC4 8253-OUT2 PA4 东西绿灯 PB3 PA3 PC3 PB2 PA2 南北红灯 PC2 PB1 PA1 南北黄灯 PC1 PB0 PA0 南北绿灯 PC0 数码管的位码选择 注：1）、8255-PA输出方式可根据实验设备红绿黄灯具体位置改变 2）、采用软件延时，则8255的PC4不用接8253-OUT2。数码管的位码选择 3.2、定时问题 用8253#2工作方式0进行500ms定时，CLK2接125kHz时钟信号，GATE2接高电平，OUT2接8255-PC4。主程序通过查询8255-PC4的状态，获知准确的定时信息。也可以采用软件延时，500ms延时子程序参见实验一。 3.3、工作状态 根据设计任务功能要求，依K5、K6、K7的状态分为四种工作状态：状态0：K5、K6、K7均断开（1电平）或K5、K6均闭合K7断开，A、B道交替通行；状态1：仅K5闭合，A道有车、B道无车；状态2：仅K6闭合，A道无车，B道有车；K5和K6均闭合，A、B道都有车，A、B道交替通行；状态3：K7闭合，有紧急车辆通行。 4、实验元件及解释 4.1、 可编程并行通信接口8255A 8255A的端口地址设为A口—0F000H，B口—0F001H，C口—0F002H,寄存器端口—0F003H 将LED 灯的D0~D7分别与8255A的PC0~PC7相连，具体连接如下： D0—1路口绿灯，D4—1路口红灯。 D1—2路口绿灯，D5—2路口红灯。 D2—3路口绿灯，D6—3路口红灯。 D3—4路口绿灯，D7—4路口红灯。 其中：1、3路口魏东西方向，2,4路口为南北方向。 系统中的8255A电路如图（B4区：8255A电路） 4.2、可编程计数器/定时器8253 用LED（发光二极管）模拟信号灯，8255A实现对信号灯的控制（PC0~PC6分别接D0~ D6），8253的计数器2实现基本单位定时（如10ms）信号的输出；再用8255A的PA口查询定时信号的变化，并统计脉冲数，以实现3min、5s和1s的定时 实验系统中8253计数器2的CLK2可接OPCLK，频率为1.19318MHz，GATE2接+VCC，OUT2接8255A的PA0。定时可采用软硬件香结合的方式实现。系统中8253电路如图（C5区：8253电路） 8253端口地址：0#计数器—0B000H，1#计数器—0B001H，2#计数器—0B002H，控制寄存器—0B003H。 5、程序流程图及说明 5.1、基本和中级要求的流程图： 5.2、高级要求的流程图 5.3、流程图说明 流程图1设计思想： 1、 主程序每0.5秒循环一次，每次查询三个开关状态，及时响应开关状态的变化。其中CNT0和CNT3分别用于记录状态0和状态3工作进程的进程计数器，可以用寄存器或内存变量实现。 2、 常用的工作状态0是A、B道交替通行，一个周期用时14秒。用CNT0以0.5秒为单位进行加1计数，从0到27循环计数，CNT0/2就可知本周期进行到第几秒了。根据设计任务功能要求，第0秒，A道红灯、B道黄灯；第1~7秒，A道绿灯、B道红灯；第8秒，A道黄灯、B道红灯；第9~13秒，A道红灯、B道绿灯。 3、 工作状态3中，CNT3只有2种状态（0和0FFH），用于控制紧急车辆的灯光闪烁。 4、 时间显示采用实验仪的数码管显示。只用一个数码显示器显示绿灯通行倒计时，A道显示数=8-CNT0/2，B道显示数=14-CNT0/2。参考流程图2。 如果用2个数码显示器分别显示A道、B道的倒计时，则需要用到动态显示扫描技术，难度较大，定为加分项目。在500ms延时子程序中循环调用动态显示扫描子程序，定时器的定时周期应缩短到5ms。参考流程图3。此功能难度较大，定为加分项目。2个数码管的位码选择（低电平有效）有8255的PC3、PC0来确定，接线到数码管选择脚接口JP41（注意JP41的接插方法：JP41只接插一半，用PCL接JP41的1-4引脚。如果PCL与JP41完全连接，PC4对应位会显示倒计时数码）。显示内容由8255的B口接线到数码管段码接口JP42。 6、实验源代码及解释 源程序如下： .MODEL TINY COM_ADDR EQU 0B003H ;8253控制寄存器端口地址 T0_ADDR EQU 0B000H ;计数器0 T1_ADDR EQU 0B001H ;计数器1 T2_ADDR EQU 0B002H ;计数器2 COM_ADD EQU 0F003H ;8255控制寄存器端口地址 PA_ADD EQU 0F000H ;PA口 PB_ADD EQU 0F001H ;PB口 PC_ADD EQU 0F002H ;PC口 .STACK 300 .DATA LED_DATA DB 10111101B ;东西红灯，南北黄灯 DB 11101011B ;东西绿灯，南北红灯 DB 11011011B ;东西黄灯，南北红灯 DB 10111110B ;东西红灯，南北绿灯 DB 00111011B ;东西红灯，南北黄灯，紧急车辆闪光亮 DB 10111011B ;东西红灯，南北黄灯，紧急车辆闪光灭 SHUMA DB 01111111B ;0 DB 00000110B ;1 DB 01011011B ;2 DB 01001111B ;3 DB 01100110B ;4 DB 01101101B ;5 DB 01111101B ;6 DB 00000111B ;7 DB 01111111B ;8 CNT0 DB ? ;定义一个字节变量，初始值不定 CNT3 DB ? .CODE START: MOV AX,@DATA ;AX=0040H MOV DS,AX MOV DX,COM_ADD ;8255初始化 MOV AL,88H ;AL=1000 1000，A口方式0输出，B口方式0输出，C口高四位输入，低四位输出 OUT DX,AL ;把AL中的内容送入DX端口 MOV DX,COM_ADDR ;8253初始化 MOV AL,0B0H ;AL=1011 0000,通道2，先读/写寄存器低字节，后读/写高字节 OUT DX,AL ;把AL中的内容送入DX端口 MOV DX,PC_ADD ;位码选择 IN AL,DX ;把DX端口的数据送入AL AND AL,0FEH ;逻辑与指令，使最低位清零 OR AL,01H ;逻辑或指令，使 最低位置1 OUT DX,AL ;把AL中的内容送入DX端口 MOV CNT0,0 ;CNT0=0 MOV CNT3,0 ;CNT3=0 LP: CALL DL500ms ;调用DL500ms的指令 MOV DX,PC_ADD ;将PC端口地址送给DX IN AL,DX ;把DX端口的数据送入AL TEST AL,80H ;1000 0000 PC7 检查AL的D7=1? JZ K7 ;ZF=1，转移 JMP JMP1 ;无条件转JMP1 K7: MOV CH,CNT3 ;紧急情况 CMP CH,0 ;比较CH-0 JZ RRS ;ZF=1则转移 RRM: MOV AL,5 ;AL=0005H XLAT ;AX=BBH ;Red Red Dark MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H OUT DX,AL ;将AL的值写入DX端口 JMP LAST0 ;跳转到JMP1 RRS: MOV AL,4 ;AL=0004H XLAT ;AX=3BH ;Red Red Light MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 CALL DL500ms ;调用DL500ms指令 MOV AL,5 ;AL=0005H XLAT ;AX=BBH ;Red Red Dark MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 LAST0: MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H MOV AL,00H ;AL=00H OUT DX,AL ;将AL的值写入DX端口 XOR CH,0FFH ;异或指令，使操作数的某些位保留（与“0异或”）使某些位取反（与“1异或”） MOV CNT3,CH ;CH=0FFH MOV CNT0,0 ;CNT0=0 JMP LP ;跳转到LP指令 JMP1: MOV DX,PC_ADD ;DX=0F002H IN AL,DX ;将DX端口的内容赋值给AL TEST AL,20H ;检测(0010 0000) PC5 JNZ JMP2 ;ZF=0，转移 MOV DX,PC_ADD ;DX=0F002H IN AL,DX ;将DX端口的内容赋值给AL TEST AL,40H ;检测(0100 0000) PC6 JNZ K5 ;ZF=0,转移 JMP JMP3 ;无条件跳转JMP3指令 K5: MOV AL,1 ;AL=0001 XLAT ;00EBH MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H MOV AL,00H ;AL=00H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 MOV CNT0,0 ;CNT0=0 MOV CNT3,0 ;CNT3=0 JMP LP ;无条件跳转LP JMP2: MOV DX,PC_ADD ;DX=0F002H IN AL,DX ;将DX端口中的内容赋值给AL TEST AL,40H ;检测(0100 0000) PC6 JZ K6 ;ZF=1,则转移 JMP JMP3 ;无条件转移JMP3 K6: MOV AL,3 ;AL=0003 XLAT ;DBH MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H MOV AL,00H ;AL=00H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 MOV CNT0,0 ;CNT0=0 MOV CNT3,0 ;CNT3=0 JMP LP ;无条件跳转LP指令 LP1: JMP LP ;无条件跳转LP指令 JMP3: MOV CNT3,0 ;CNT3=0 MOV CH,CNT0 ;CH=CNT0 SHR CH,1 ;CH=CNT0/2 ,CH右移一位 LEA BX,LED_Data ;取源操作地址的偏移量，并把它送到目的操作数所在单元 CMP CH,0 ;比较CH-0 JZ RY ;ZF=1，相等则转移 CMP CH,8 ;定时8s JB GR ;CF=1,低于则转移 CMP CH,8 ;定时8s JZ YR ;ZF=1，相等则转移 JMP RG ;无条件转移RG RG: MOV AL,3 ;AL=0003 Red Green XLAT ;BEH MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 PUSH BX ;5~1S倒计时 LEA BX,SHUMA ;转换字形码 MOV AL,14 SUB AL,CH ;AL=AL-CH/2 XLAT ;表转换 MOV DX,PB_ADD OUT DX,AL POP BX ;显示倒计时 LAST: INC CNT0 ;指向下一个元素 CMP CNT0,28 ;一个计时周期28s JNZ LP1 ;ZF=0，则转移 MOV CNT0,0 ;CNT0=0 JMP LP1 ;无条件转移LP1 RY: MOV AL,0 ;AL=0000 Red Yellow XLAT ;表转换 MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H MOV AL,00H ;AL=00H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 JMP LAST ;无条件转LAST指令 GR: MOV AL,1 ;AL=0001 Green Red XLAT ;表转换 MOV DX,PA_ADD ;AX=0F000H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 PUSH BX ;7~1s倒计时 LEA BX,SHUMA ;转换字形码 MOV DX,PB_ADD ;DX=OF001H MOV AL,8 ;AL=0008 SUB AL,CH ;AL=AL-CH/2 XLAT ;表转换 BDH MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 POP BX ;显示计时 JMP LAST ;无条件转移LAST指令 YR: MOV AL,2 ;AL=0002 XLAT ;表转换 EBH Yello Red MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H MOV AL,00H ;AL=0000 OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 JMP LAST ;无条件转移LAST指令 DL500ms: PROC NEAR MOV DX,T2_ADDR MOV AL,24H ;62500=F424H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 MOV AL,0F4H ;AL=0F4H OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 DELAY: MOV DX,PC_ADD ;DX=0F002H IN AL,DX ;0001 0000 PC4~OUT2 TEST AL,10H ;查AL=10H? JZ DELAY ;ZF=1 ,则转移 RET DL500ms ENDP END START ;汇编结束 7、实际接线图 8、运行结果 当系统工作于状态1时，A、B道交替通行 当系统工作于状态2时，仅K5闭合，A道有车，B道无车： 当系统工作于状态3时，仅K6闭合，A道无车，B道有车： 当系统工作于状态4时，K7闭合，有紧急车辆通行： 9、设计心得及体会 为期一周的课程设计在不知不觉中已经结束了，短短的几天，让我重拾课本中关于并行通信接口8255A和8253计数器/定时器的原理及其应用，抛开我们应该掌握的知识和技能，我还明白了一些做人的道理，让我受益匪浅。 验收的时候，老师每个人都看了一遍，第二遍的时候，老师让我们自己选择是否留下来答辩，这个时候，我矛盾了，因为老师说，在答辩的过程中，一旦发现你什么都不会，那这次的课程设计就可能不及格。当时，我的自卑感来作祟了，因为，我觉得自己比不上那些留下来答辩的人，也许有这么几个很水的人留下来浑水摸鱼的，在这方面我很佩服他们。也许就是分分钟的选择吧。老师问留下来答辩的人的问题的时候，我听了两个，我也都会。为了逃避自己当时已经后悔了的事实，我很快逃走了。 事后，我反复思考这件事，我知道，人不能盲目地自卑或者自信。这次的教训深深地警醒着我，我！必须相信自己！ 10、主要参考文献 [1] 李干林. 微机原理及接口技术实验指导书[M] .北京：北京大学出版社，2010年8月 [2] 周荷琴 冯焕清. 微型计算机原理与接口技术（第5版）中国科学技术大学出版社，2013年1月