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AD0~~AD7接到8255和8253的D0~~D7，AD8~~AD15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CS＝0288H，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（PC7～PC4）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（PC3～PC0）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7–2。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7–2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30s

2，4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
PA7
PA6
PA5
PA4
PA3
PA2
PA1
PA0
PA
状态说明
0
0
0
0
1
0
0
0
1
11H
全部红灯
1
0
0
0
1
0
1
0
0
14H
南北红，东西绿
2
0
0
0
1
0
0
1
0
12H
南北红，东西黄
3
0
0
0
1
0
0
0
0
10H
南北红，东西关
4
0
1
0
0
0
0
0
1
41H
南北绿，东西红
5
0
0
1
0
0
0
0
1
21H
南北黄，东西红
6
0
0
0
0
0
0
0
1
01H
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
1
30
3CH
南北红，东西绿
2
0.5
3DH、3FH、41H、43H、45H
南北红，东西黄
3
0.5
3EH、40H、42H、44H、46H
南北红，东西关
4
30
82H
南北绿，东西红
5
0.5
83H、85H、87H、89H、8BH
南北黄，东西红
6
0.5
84H、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 ENDS

CODE SEGMENT
ASSUME CS:CODE
START: 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, 10
AA0: MOV CX, 0F000H
AA1: PUSH AX
POP AX
LOOP AA1
DEC BX
CMP BX,0
JNE AA0
POP CX
RET

DELAY2: PUSH CX
MOV BX,10
AA4: MOV CX,0FFFFH
AA2: PUSH AX
POP AX
LOOP AA2
DEC BX
CMP BX,0
JNE AA4
POP CX
RET

DELAY3: PUSH CX
MOV BX,10
AA5: MOV CX,0F000H
AA3: PUSH AX
POP AX
LOOP AA3
DEC BX
CMP BX,0
JNE AA5
POP CX
RET
CODE ENDS
END 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. 2006
2.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. 2011
3.沈美明主编. IBM PC机汇编语言程序设计. 清华大学出版社. 2010