沈阳大学微机原理课程设计交通灯.doc

课 程 设 计 任 务 书

专 业
自动化
班 级
12自动化2
姓 名

设 计 起 止 日 期
2014.12.22~2014.12.26
设计题目：交通灯系统设计
设计任务（主要技术参数）：
1.利用8253定时器、8255等接口，设计一电路，模拟十字路口交通灯控制。
2.实现自动控制和手动应急控制。

指导教师评语：

成绩： 签字：
年 月 日

课程设计说明书 NO.1
1 引言
交通灯是采用计算机通过编写汇编语言程序控制的。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意设置各自的不同的通行时间。或者给红绿色盲声音警示的人性化设计。现在的交通灯系统很多都增加了智能控制环节，比如对闯红灯的车辆进行拍照。当某方向红灯亮时，此时相应的传感器开始工作，当有车辆通过时，照相机就把车辆拍下。
要将交通灯系统产品化，应该根据客户不同的需求进行不同的设计，应该在程序中增加一些可以人为改变的参数，以便客户根据不同的需要随时调节交通灯。因此，研究交通灯及扩大其应用，有着非常现实的意义。

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2 设计方案论证
2.1设计原理
此设计是通过并行接口芯片8255A和8086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。 
用LED演示交通灯变化规律：亮、灭、闪烁； 
通过8253计数器0和计数器1级联实现准确定时；用8255的某一输入输出口中的某些位控制东西、南北路口交通灯的状态；用8259A管理可屏蔽中断。
2.2设计环境及设备
PC机一台、 
8255并口：用做接口芯片。 
LED：共有12个LED灯
开关
2.3交通灯工作原理 
1．东西方向车辆放行60秒钟。即东西绿灯和南北方向的红灯同时点亮1分钟；
2．1分钟后，东西方向的红（绿）灯闪烁5秒钟，以警示车辆将切换红绿灯。此时南北方向仍维持红灯点亮。
3．东西方向的红（绿）灯闪烁5秒钟后，转为南北方向放行60秒钟。即东西方向的红灯和南北方向的绿灯同时点亮60秒钟；
4．南北方向放行60秒钟后，转为南北方向的红（绿）灯闪烁5秒钟，以警示将切换红绿灯。此时东西方向仍维持红灯点亮。
5．南北方向的红（绿）灯闪烁5秒钟后转为东西方向放行1分钟。如此循环重复。

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3 系统硬件设计
3.1 8086简介
Intel8086是16位的微处理器（其内部总线为16位，外部总线为8位，故称为准16位微处理器），它采用HMOS工艺40条引脚封装。8086工作时使用5V电源，时钟频率5MHz（8086-1为10MHz，8086-2为8MHz）它有20根地址线，故可寻址的内存空间为1MB【2】。
(1)8086的主要特性
Intel8086/8088CPU是Intel公司推出的高性能的微处理器，具体如下主要特性：
(a)8086CPU数据总线为16位，8088CUP数据总线为8位。
(b)地址总线都是20位，低16位用于数据总线复用，可直接寻址为1MB的存储空间。
(c)有16位的端口地址，可以寻址64KB的I/O端口。
(d)有99条基本指令，指令功能强大。
(e)有9种基本寻址方式。
(f)可以处理内部和外部中断，外部中断源多达256个。
(g)兼容性好，8086、8085在源程序一级兼容。
(h)8086/8088标准主频为5MHz，8086/8088-2主频为8MH【3】。
(i)支持单处理器或多处理器系统工作。
(2)8086CPU寄存器结构
8086CPU中有14个16位的寄存器,其中有4个16位的通用寄存器,2个16位指针寄存器,2个16位变址寄存器,1个16位指令指针及1个16位标志寄存器【8】。
通用寄存器包括累加器AX，基址寄存器BX，计数寄存器CX，数据寄存器DX四个寄存器，位于CPU的EU中，每个数据寄存器可存放16位操作数， 也可拆成两个8位寄存器，用来存放8位操作数。 

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指针和变址寄存器包括：堆栈指针SP、基址指针BP、源变址寄存器SI、和目的变址寄存器DI四个16位寄存器，可以来存放数据和地址。段寄存器包括：代码段寄存器CS，数据段寄存器DS，附加段寄存器ES，堆栈段寄存器SS【4】。

图1 8086CPU的内部功能结构图
3.2 8255简介
8255可编程外围接口芯片是 Intel 公司生产的通用并行I/O 接口芯片，它具有A、B、C 三个并行接口，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、32 位等。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/出方式、方式1--选通输入/出方式、方式2--双向选通工作方式【3】。
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8255的内部结构及引脚图如图2所示。

图2 8255内部结构及引脚图
具体的各引脚功能如下【3】:
D0～D7为双向数据信号线，用来传送数据和控制字。
RD为读信号线，与其它信号线一起实现对8255接口的读操作通常接系统总线的IOR信号。
WR为写信号线，与其它信号一起实现对8255的写操作，通常接系统总线的IOW。
CS为片选信号线，当它为低电平（有效）时，才能选中该8255芯片，也才能对8255进行操作【6】。
A0，A1为口地址选择信号线。8255内部有3个口；A口，B口，C 口，还有一个控

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制寄存器，它们可由程序寻址。A0，A1上的不同编码可分别寻址上述3个口和一个控制寄存器,具体规定如表1所示。

表1 8255的寻址方式

A1
A0
选择
0
0
A口
0
1
B口
1
0
C口
1
1
控制寄存器

通常 A0，A1分别接系统总线A0和 A1，它们与CS一起来决定8255的接口地址。
RESET为复位输入信号。此端上的高电平可使8255复位。复位后，8255的A口，B口，C 口均被定为输入状态。
PA0~PA7为A口的8条输入输出信号线。
PB0~PB7为B口的8条输入输出信号线。
PC0~PC7，8条线根据其工作方式可作为数据的输入或输出线，也可以用作控制信号的输出或状态信号的输入线

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8255 工作方式控制字和C口按位置位/复位控制字格式如图3所示【4】。

图3 置位/复位控制字格式
8255的寻址：8255占外设编址的4个地址，即A口，B口，C口和控制寄存器各占一个外设接口地址。对同一个地址分别可以进行读写操作。例如，读A口可将A口的数据读出；写A口可将CPU的数据写入A口并输出【8】。
如表2为方式0下系统的输入输出组合，其中分为A,B组，A组分为A口和C口，B组分为B口和C口。

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表2 方式0下，8255的16种输入输出组合

A 组
B组
A口（PA0---PA7）
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

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3.3 8253简介
intel8253是NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，有几种芯片型号，外形引脚及功能都是兼容的，只是工作的最高计数速率有所差异。

图4 8253内部结构及引脚图

8253内部可分为6个模块，每个模块的功能如下：
（1） 数据总线缓冲器及数据总线D0～D7（如上图所示）
（2） 读/写控制逻辑及控制引脚 
（3） 控制字寄存器 
在初始化编程时，CPU写入方式控制字到控制字寄存器中，用以选择计数通道及其相应的工作方式。8253的工作方式也是有控制字来决定。
（4） 计数通道0、计数通道1、计数通道2
3个计数通道内部结构完全相同。每个计数通道都由一个16位计数初值寄

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存器、一个16位减法计数器和一个16位计数值锁存器组成 
计数初值存于预置寄存器，在计数过程中，减法计数器的值不断递减，而预置寄存器中的预置不变。输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值

计数器的3个引脚说明： 
1.CLK时钟输入信号 
在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减
2.GATE门控输入信号控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型。
3.OUT计数器输出信号当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号。 8253有6种工作方式，由方式控制字确定。区分这6种工作方式的主要标志由3点：一是输出波形不同；二是启动计数器的触发方式不同；三是计数过程中门控信号GATE对计数器操作的控制不同。

图5 8253控制字

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在Proteus环境下，结合课程设计题目，设计硬件原理图，搭建硬件电路
软件设计
1．方式0--低电平输出（GATE信号上升沿继续
2．方式1--低电平输出（GATE信号上升沿重新计数）
3．方式2--周期性脉冲输出
4．方式3--周期性方波输出OUT输出低电平，装入计数值n后，OUT立即跳变为高电平。如果当前GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，OUT保持为高电平，若n为偶数，则当计数值减到n/2时，OUT跳变为低电平，一直保持到计数值为“0”，系统才重新置入计数值n，实现循环计数。这时OUT端输出周期为n×CLK周期，占空比为1：1的方波序列：若n为奇数，则OUT端输出周期为n×CLK周期，占空比(n+1)/2 : (n-1)/2的近似方波序列。
5．方式4--单次负脉冲输出（软件触发）
6．方式5--单次负脉冲输出（硬件触发） 每种工作方式的设置过程类似：
⑴ 设定工作方式
⑵ 设定计数初值
〔 ⑶ 硬件启动 〕
⑷ 计数初值进入减1计数器
⑸ 每输入一个时钟计数器减1的计数过程
⑹ 计数过程结束
3.4八个LED显示器及其接口
十二个LED小灯为共阳极，一端接高电平，一端接8255端口，当输出为0时，小灯才会亮。
LED技术参数说明:发光二极管的压降一般为1.5-2.0V，即工作电压要求不高，而且构造简单，其工作电流一般取10-20mA为宜。

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3.5模拟8086系统硬件接线图

图6硬件连接图

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4 交通灯软件设计
4.1程序流程图

图7程序流程图

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4.2软件编程实现
CS8253_T0 EQU 00010H
CS8253_CTL EQU 01810H
CS8255_PA EQU 00018H
CS8255_PB EQU 00218H
CS8255_CTL EQU 00618H
CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE,DS:CODE
START:
PUSH CS
POP DS
CLI ;关中断
MOV DX,CS8253_CTL ;定时器0工作在方式3
MOV AL,00010000B
OUT DX,AL
MOV DX,CS8253_T0
MOV AL,01H ;频率12hz，计时为1s
OUT DX,AL

MOV AL,10000000B
MOV DX,CS8255_CON
OUT DX,AL

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CALL STATUS0 ;初始状态(都是红灯)
MLOOP: CALL STATUS1 ;南北绿灯,东西红灯
CALL STATUS2 ;南北绿灯闪转黄灯,东西红灯
CALL STATUS3 ;南北红灯,东西绿灯
CALL STATUS4 ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯
JMP MLOOP
STATUS0:
MOV AL,0F0H ;南北红灯,东西红灯
MOV DX,CS8255_PA
OUT DX,AL
MOV BL,10
STI ;开中断
LOOPA: CMP CL,1 ;判断是否计时为1s
JNE LOOPA ;不到一s则回去
MOV CL,0
CLI ;关中断
RET

STATUS1:
MOV AL,05AH ;南北红灯,东西红灯
MOV DX,CS8255_PA
OUT DX,AL
MOV BL,50
STI ;开中断

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LOOPB: CMP CL,5 ;判断是否计时为5s
JNE LOOPB ;不到一s则回去
MOV CL,0
CLI ;关中断 ;延时5秒
RET

STATUS2:
MOV CX,3 ;绿灯闪3次
FLASH: MOV AL,050H ;南北红灯,东西红灯
MOV DX,CS8255_PA
OUT DX,AL
MOV BL,3
CALL DELAY ;延时0.3秒
MOV AL,05AH ;南北红灯,东西红灯
MOV DX,CS8255_PA
OUT DX,AL
MOV BL,3
CALL DELAY ;延时0.3秒
LOOP FLASH
MOV AL,0FAH ;南北红灯,东西红灯
MOV DX,CS8255_PA
OUT DX,AL
MOV BL,10
STI ;开中断

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LOOPC: CMP CL,1 ;判断是否计时为1s
JNE LOOPC ;不到一s则回去
MOV CL,0
CLI ;关中断 ;延时1秒
RET

STATUS3:
MOV AL,0A5H ;南北红灯,东西绿灯
MOV DX,CS8255_PA
OUT DX,AL
MOV BL,50
STI ;开中断
LOOPD: CMP CL,5 ;判断是否计时为5s
JNE LOOPD ;不到一s则回去
MOV CL,0
CLI ;关中断 ;延时5秒
RET

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STATUS4: ;南北红灯,东西绿灯闪转黄灯
MOV CX,3 ;绿灯闪3次
FLASH1: MOV AL,0A0H
MOV DX,CS8255_PA
OUT DX,AL
MOV BL,3
CALL DELAY ;延时0.3秒
MOV AL,0A5H
MOV DX,CS8255_PA
OUT DX,AL
MOV BL,3
CALL DELAY ;延时0.3秒
LOOP FLASH1
MOV AL,0F5H ;南北红灯,东西黄灯
MOV DX,CS8255_PA
OUT DX,AL
MOV BL,10
STI ;开中断
LOOPE: CMP CL,1 ;判断是否计时为1s
JNE LOOPE ;不到一s则回去
MOV CL,0
CLI ;关中断 ;延时1秒
RET

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DELAY PROC NEAR
PUSH CX
DL1: MOV CX,8000H
DL2: LOOP DL2
DEC BL
CMP BL,0JNE DL1
POP CX
RET
DELAY ENDP

IRQ2: CLI
MOV AL,BL
NOT AL
MOV BL,AL
ADD CL
STI
IRET

CODE ENDS
END START

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5 仿真结果

图8仿真结果图
6 设计体会
一周的微机课程设计很快就结束了，在课程设计的这段时间里，我不仅学到了许多新的知识，而且加深了我对以前学习的理论知识的掌握。 
以前我们学的东西仅限于课本，对实实在在的应用还比较模糊，这次课程设计有利于同学们学习目的的明确性和主动性。通过这次课程设计，我们知道了哪些东西是应该确实掌握的，在学校里，没有实实在在的实习，我们总以为学的东西没太多用，当我们在课程设计过程中了解到我们学的东西是如此重要时，我们学习的积极性有了，目的性提高了。总之，经过这次课程设计，我对今后的专业学习所要注意的事项有了更深刻地了解，这对我以后的学习必将产生深远的影响。

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7 参考文献
[1] 齐志儒、高福祥.汇编语言程序设计.沈阳：东北大学出版，2008.2:13-28
[2] 刘均、周苏、金海荣.汇编语言程序设计实验教程.北京：科学出版社，2011.4:286-318
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[4] 方立友.微机原理与汇编语言实用教程.北京：清华大学出版社，2008.5:159-189 
[5] 凌志浩.微机原理与接口技术.上海：华东理工大学出版社，2006.3:223-228 
[6] 彭虎、周佩玲、傅忠谦.《微机原理里与接口技术》(第2版) [M]   北京：电子工业出版社2007.1:133-286
[7] 顾晖等.微机原理与接口技术-基于8086和Proteus仿真[M]．电子工业出版社, 2005.2:187-258
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[9]沈美明等.IBM-PC汇编语言程序设计 [M]．北京:清华大学出版社, 2006.4:113-228 
[10]彭虎等. 微机原理与接口技术(第2版) [M]．电子工业出版社，2003.1:223-238 

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