综设——微机原理交通灯控制系统设计.docx

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1、技术报告题目： 微机原理交通灯控制系统设计 姓名： 陈泽锋 学号： 20162382084时间： 2018年6月15日 前言此次综合设计为模拟交通灯控制系统，是采用计算机通过编写汇编语言程序控制实验箱上的硬件资源实现的。红灯停，绿灯行的交通规则，广泛用于十字路口,车站, 码头等公共场所,成为人们出行生活中不可少的必需品,由于计算机技术的成熟与广泛应用,使得交通灯的功能多样化,远远超过老式交通灯, 交通灯的数字化给人们生产生活带来了极大的方便，而且大大地扩展了交通灯的功能。诸如闪烁警示、鸣笛警示，时间程序自动控制、倒计时显示，所有这些，都是以计算机为基础的；还可以根据主、次干道的交通状况的不同任

2、意设置各自的不同的通行时间。因此，在本设计中将采用Intel 8086系列CPU交通控制系统来实现。 整个交通灯控制系统由8086CPU、交通灯显示、键盘扫描、紧急处理、时间模式手动设置等模块组成。系统除基本交通灯功能外还具有通行时间手动设置、可倒计时显示、急车强行通过等相关功能。1 交通灯控制系统设计方案1.1、总体设计：1、东西方向和南北方向交替准行控制：东西方向准行时，东西方向上的绿灯亮，南北方向红灯亮，经过一段时间后，南北方向准行，南北方向上的绿灯亮，东西方向红灯亮，如此交替。各方向信号灯顺序为：红绿黄红绿黄，某一方向红灯亮的时间等于另一方向绿灯和黄灯亮的时间之和。、各方向红、绿灯亮的

3、时间为11 99秒（可灵活的任意设定），以满足不同交通路口的需要。3、当准行时间倒计时到最后10秒时，准行方向上绿灯灭，同时该方向的黄灯变为闪烁。4、各方向要有两位数码管分别显示准行时间或禁行时间，并以秒倒计时。5、设置功能按键：1）在发生交通事故时，东西方向和南北方向同时禁行。2）强制东西方向通行。3）强制南北方向通行。4）恢复正常交替通行。1.2 设计原理：综合利用实验箱上的资源，利用8254单元输入1MHz的时钟信号，连接MIR7定时向控制系统发出中断信号，实现倒计时的功能，通过8255单元控制的键盘及数码管显示单元，动态扫描通行时间的变化以及功能键模式下的显示，实时扫描键盘的输入，通过

4、软件处理的方式，实现各个键盘的处理，开关及LED显示单元则来用显示交通灯的变化，B口输出数码管段码，A口与C口共同控制数码管的位选、键盘扫描以及LED灯的亮灭。如图1，是实现整个交通灯控制系统的接线图：图1 实验接线图2 交通灯控制系统硬件原理2.1 8086CPUIntel 8086是由Intel于1978年所设计的16位微处理器芯片，芯片上有4万个晶体管，采用HMOS工艺制造，用单一的+5V电源，时钟频率为4.77MHz10MHz。8086有16根数据线和20根地址线，它既能处理16位数据，也能处理8位数据。可寻址的内存空间为1MB。执行部位（EU）主要由自述逻辑处理单元（ALU）、标志寄

5、存器FR、通用寄存器组和EU控制器等4个部件组成，其主要功能是执行指令。总线接口部件（BIU）主要由地址加法器、专用寄存器组、指令队列和总线控制电路等4个部件组成，其主要功能是形成访问存储器的物理地址、访问存储器并取指令暂存到指令队列中等待执行，访问存储器或I/O端口读取操作数参加EU去处或存放结果等。如图2，是8086的内部结构图：图2 8086的内部结构2.2 可编程并行接口芯片8255A并行接口是以数据的字节为单位与I/O设备或被控制对象之间传递信息。CPU和接口之间的数据传送总是并行的，即可以同时传递8位、16位或32位等。8255可编程外围接口芯片是Intel公司生产的通用并行I/O

6、接口芯片，它具有A、B、C三个并行接口，用+5V单电源供电，能在以下三种方式下工作：方式0-基本输入/输出方式、方式1-选通输入/输出方式、方式2-双向选通工作方式。8255的内部结构及引脚如图3所示，8255工作方式控制字和C口按位臵位/复位控制字格式如图4所示。图3 8255内部结构及外部引脚图图4 8255控制字格式2.3 可编程计数/定时器芯片82548254是Intel公司生产的可编程间隔定时器。是8253的改进型，比8253具有更优良的性能。8254具有以下基本功能：（1）有3个独立的16位计数器；（2）每个计数器可按二进制或十进制（BCD）计数；（3）每个计数器可编程工作于6种不

7、同工作方式；（4）8254每个计数器允许的最高计数频率为10MHz（8253为2MHz）；（5）8254有读回命令（8253没有），除了可以读出当前计数单元的内容外，还可以读出状态寄存器的内容；（6）计数脉冲可以是有规律的时钟信号，也可以是随机信号。计数初值公式为：其中，是输入时钟脉冲的频率，是输出波形的频率。图5 8254的内部结构图和引脚图图5是8254的内部结构框图和引脚图，它是由与CPU的接口、内部控制电路和三个计数器组成。8254的工作方式如下述：（1）方式0：计数到0结束输出正跃变信号方式。（2）方式1：硬件可重触发单稳方式。（3）方式2：频率发生器方式。（4）方式3：方波发生器。

8、（5）方式4：软件触发选通方式。（6）方式5：硬件触发选通方式。8254的控制字有两个：一个用来设置计数器的工作方式，称为方式控制字；另一个用来设置读回命令，称为读回控制字。这两个控制字共用一个地址，由标识位来区分。控制字格式如表1所示。表1 8254的方式控制字格式2.4 可编程中断控制器8259A8259A是专门为了对8085A和8086/8088进行中断控制而设计的芯片，它是可以用程序控制的中断控制器。单个的8259A能管理8级向量优先级中断。在不增加其他电路的情况下，最多可以级联成64级的向量优级中断系统。8259A有多种工作方式，能用于各种系统。各种工作方式的设定是在初始化时通过软件

9、进行的。 在总线控制器的控制下，8259A芯片可以处于编程状态和操作状态，编程状态是CPU使用IN或OUT指令对8259A芯片进行初始化编程的状态。8259的内部连接及外部管脚引出如图6：图6 8259内部连续及外部管脚引出图在对8259进行编程时，首先必须进行初始化。一般先使用CLI指令将所有的可屏蔽中断禁止，然后写入初始化命令字。8259有一个状态机控制对寄存器的访问，不正确的初始化顺序会造成异常初始化。在初始化主片8259时，写入初始化命令字的顺序是：ICW1、ICW2、ICW3、然后是ICW4，初始化从片8259的顺序与初始化主片8259的顺序是相同的。系统启动时，主片8259已被初始

10、化，且4号中断源（IR4）提供给与PC联机的串口通信使用，其它中断源被屏蔽。中断矢量地址与中断号之间的关系如下表所示：3 交通灯控制系统软件设计：3.1设计总流程图：3.2初始化流程图：3.3按键处理流程图：3.4显示流程图：3.5 按键扫描流程图：3.6 中断流程图4 实验内容根据接线图，将系统总线与8255单元、键盘及数码管显示单元、开关及LED显示单元连接，编写程序，扫描键盘输入，并将扫描结果进行处理后送数码管显示。实验具体内容如下：将键盘进行编号，记作0F，当按下其中一个按键时：数字键“09”： 仅在设置通行时间时按键有效（设置键：“D”）,实现通行时间设置的组合，数码管实时显示“XX

11、XX”（XX表示预设的时间）功能键“A”： 东西方向和南北方向同时禁行，数码管显示“888888”，东西方向和南北方向都亮红灯。功能键“B”： 强制东西方向通行，数码管显示“888888”，东西方向亮绿灯，南北方向亮红灯。功能键“C”： 强制南北方向通行，数码管显示“888888”，南北方向亮绿灯，东西方向亮红灯。设置键“D”：按一下可以对东西方向进入通行时间设置，再按一下对南北方向进入通行时间设置确定键“E”：将时间预设值修改，不符要求的方向不更改，按下后进入正常状态。取消键“F”：退出时间设置模式和功能键模式5 实验设备PC机一台，TD-PITE实验装置一套6 实验结果分析和讨论按要求接好

12、线并下载程序后，能够正常实现交通灯的显示与功能键的启用，但在通行时间的设置上仍有一些问题：本应显示交通灯状态“-”“_”“”的数码管不按预想中的显示；数码管显示的顺序与预想中的相反解决办法：经过检查，是在存数码管段码的数组中，将AF的也写了进去，对应“-”“_”“”的段码无法对应上去，把AF的段码删去后正常显示。经过检查，是数码管的扫描与取段码的顺序不一致，所以只需要把动态扫描的顺序更换一下就可以，修改后正常显示。7 设计体会与小结此次综合设计可以说是获益匪浅。通过在图书馆和互联网上查阅了很多相关资料，了解到了许多汇编程序的思想，扩展了自己的视野，不再仅仅局限于书本中几条简短的程序，而且更重要

13、的是明白写程序的态度：仔细谨慎，精益求精。在明白整个系统的工作流程后，我就开始一个代码一个代码地敲，从基本程序开始逐步添加功能，在没有实验环境的情况下，仔细地推敲自己的程序，把一个个例程打印出来做好笔记，用纸演算，综合处理较多的是按键处理和数码管模块，以及利用有限的I/O实现交通灯LED的开关模块显示。在按键处理中，运用合理的公式将数字键组成（1199）的数字，利用计数器原理实现不同按键功能的切换；在数码管模块中，要根据不同的时间状态显示不同的字符，在实现动态扫描的同时，保留开关模块的LED交通灯状态，学会了让某一位置数或复位的技巧。现实是骨感的，再好的程序也需要去检验，在实验室调试过程中，首

14、先就要排除语法错误等的错误，一些小的细节自己也无法即时检查出来，在系统加电调试中，针对一些问题，将错误之处缩小在最小范围内，通过后期一次次的排查终于将整个系统完善好。这次设计，我把学过的计算机编译原理的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计的程序表示出来，加深了对理论知识的理解。以前对微机原理与系统的认识是模糊的，概念上的，现在通过自己动手做实验，从实践上认识了微机系统是如何处理命令的，如何协调各个部件运行，对微机编译原理的认识更加深刻。最后，综合所学微机原理与接口技术相关软件、硬件知识，并应用基础实验所获得的实验设计技能，独立设计解决实际应用问题的系统。8 附源程序参考文献1 陈够喜，邵

15、坚婷，张军. 微机原理应用实验教程M.人民邮电出版社，20062 王琼. 单片机原理及应用实训教程M.合肥.合肥工业大学出版社，20053 彭虎，周佩玲，傅忠谦. 微机原理与接口技术M.北京:电子工业出版社，2016/* * 文件名: Traffic_Light.c * 功能描述: 使用8255、8253及8259完成交通灯综合设计实验 * * 8255的B口为数码管的段驱动 * A口PA0PA5为数码管位驱动 *A口PA0PA3为列扫描 * C口PC0PC3为行扫描 *A口PA6PA7PC口为黄灯，方便置数/复位 *C口PC4为东西方向指示灯PA7-红，PA6-绿，PC4-黄 *C口PC5P

16、C7为南北方向指示灯PC7-红，PC6-绿，PC5-黄 * 按下按键，对应功能会被执行。 */#include #include #define uchar unsigned char /8254端口地址IOY3接1MHz的CLK#define M8254_A0x6c0#define M8254_B0x6c2#define M8254_C0x6c4#define M8254_CON0x6c6/8255端口地址IOY0#define MY8255_A 0x0600#define MY8255_B 0x0602#define MY8255_C 0x0604#define MY8255_MODE 0

17、x0606#define Rdata(port)inportb(port)#define Wdata(port, x)outportb(port, x)/晶振：12MHzvoid dis(void);void clear(void);/清屏void ccscan(void);/按键扫描void getkey(void);/获取键值key_numvoid delay(int time);void Initial(void);void Ini_Interrupt(void);void Ini_Timer(void);void Button_Pro(void);void EW1_update(voi

18、d);/东西绿南北红void EW2_update(void);/东西黄南北红void SN1_update(void);/东西红南北绿void SN2_update(void);/东西红南北黄void set_update(void);/更新设置时应显示的值/*变量、控制位定义*/uchar EW=12,SN=15;/初始化交通灯通行时间/*交通灯端口定义#define EW_redPA7:X0000000b#define EW_greenPA6:0X000000b#define EW_yellowPC4:000X0000bX=1，亮X=0，灭#define SN_redPC7:X00000

19、00b#define SN_greenPC6:0X000000b#define SN_yellowPC5:00X00000b*/uchar EW_SN;/功能键标志uchar EW_EN;uchar SN_EN;uchar TIME_SET;/设置键标志uchar EW_TEMP;uchar SN_TEMP;char Time_EW;/东西方向计时变量char Time_SN;/南北方向计时变量/ 数码管显示对应值代码char a = 0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f, 0x01, 0x40, 0x08;/最后

20、3位是用数码管表示的东西南北方向红绿灯状态，分别是红、黄-、绿_/每0.5s进入一次中断，表示1Hz的方波时钟信号的电平，用给黄灯当闪烁频率uchar count=0;/设置模式下存放要显示的值，与a配合使用char SET_NUM 6;/char SET_NUM = EW_TEMP/10,EW_TEMP%10,-,-,SN_TEMP/10,SN_TEMP%10;/正常模式下存放要显示的值，与a配合使用char TIME_NUM 6;/char TIME_NUM = EW/10,EW%10,EW_STATE,SN_STATE,SN/10,SN%10;int cc;/按键值0fint key_n

21、um;/*按键处理程序*/void Button_Pro(void)switch(key_num)case 0x00:/在设置模式下,值最终等于最后按下的两位数字组成的数，10=TEMP0 & EW_TEMP0 & SN_TEMP9)EW_TEMP=(EW_TEMP%10)*10+1;else/0EW_TEMP9)SN_TEMP=(SN_TEMP%10)*10+1;else/0SN_TEMP9)EW_TEMP=(EW_TEMP%10)*10+2;else/0EW_TEMP9)SN_TEMP=(SN_TEMP%10)*10+2;else/0SN_TEMP9)EW_TEMP=(EW_TEMP%10

22、)*10+3;else/0EW_TEMP9)SN_TEMP=(SN_TEMP%10)*10+3;else/0SN_TEMP9)EW_TEMP=(EW_TEMP%10)*10+4;else/0EW_TEMP9)SN_TEMP=(SN_TEMP%10)*10+4;else/0SN_TEMP9)EW_TEMP=(EW_TEMP%10)*10+5;else/0EW_TEMP9)SN_TEMP=(SN_TEMP%10)*10+5;else/0SN_TEMP9)EW_TEMP=(EW_TEMP%10)*10+6;else/0EW_TEMP9)SN_TEMP=(SN_TEMP%10)*10+6;else/0

23、SN_TEMP9)EW_TEMP=(EW_TEMP%10)*10+7;else/0EW_TEMP9)SN_TEMP=(SN_TEMP%10)*10+7;else/0SN_TEMP9)EW_TEMP=(EW_TEMP%10)*10+8;else/0EW_TEMP9)SN_TEMP=(SN_TEMP%10)*10+8;else/0SN_TEMP9)EW_TEMP=(EW_TEMP%10)*10+9;else/0EW_TEMP9)SN_TEMP=(SN_TEMP%10)*10+9;else/0SN_TEMP10SN_TEMP=SN_TEMP*10+9;set_update();/更新SET_NUMb

24、reak;case 0x0a:EW_SN=1;/if(EW_SN=1)dis();/在显示程序中执行相应程序：关中断，全红灯/if(EW_SN=2)Initial();/初始化，开中断break;case 0x0b:EW_EN=1;/if(EW_EN=1);/关中断，东西绿南北红/else Initial();/初始化，开中断break;case 0x0c:SN_EN=1;/if(SN_EN=1);/关中断，东西红南北绿/else Initial();/初始化，开中断break;case 0x0d:if(TIME_SET=2)/时间设置，按1下设置东西方向，再按1下设置南北方向TIME_SET

25、=0;TIME_SET+=1;break;case 0x0e:/如果有一个值设置得不合理：TEMP11，则该方向的通行时间不改变if(10EW_TEMP100)EW=EW_TEMP+10;/准行时间=绿灯时间+10秒黄灯if(10SN_TEMP=10 & Time_SN=-1)/东西绿，南北红状态3EW1int i;int j = 0xdf;EW1_update();/更新TIME_NUMoutp(MY8255_MODE,0x0f);/C口LED设置outp(MY8255_MODE,0x0c);outp(MY8255_MODE,0x0a);outp(MY8255_MODE,0x08);outp

26、(MY8255_A ,0x7f);/A口LED设置for(i=0;i1)|(j7);elseif(Time_EW10 & Time_SN=-1)/东西黄闪，南北红，并初始化南北通行时间状态4EW2int i;int j = 0xdf;EW2_update();/更新TIME_NUMoutp(MY8255_MODE,0x0f);/C口LED设置outp(MY8255_MODE,0x0c);outp(MY8255_MODE,0x0a);if(count=1)outp(MY8255_MODE,0x09);/黄灯PC4取反，闪烁elseoutp(MY8255_MODE,0x08);outp(MY8255_A ,0x3f);/A口LED设置for(i=0;i1)|(j=10)/东西红，南北绿状态1SN1int i;int j = 0xdf;SN1_update();/更新TIME_NUMoutp(MY8255_MODE,0x0e);/C口LED设置outp(MY8255_MODE,0x0d);outp(MY8255_MODE,0x0a);outp(MY8255_MODE,0x08);outp(MY8255_A ,0xbf);/A口LED设置for(i=0;i=5;i+)/B口数码管动态扫描