1、应用8255A实现交通灯控制设计二一 一 二一二学年第 二 学期信息科学与工程学院课程设计报告书课程名称： 微机原理课程设计 班 级： 电子信息工程2009级 6 班 学 号： 0 姓 名： 张 强 指导教师： 徐 守 明 二一二年 二 月 二十 日前 言 随着计算机科学技术的不断发展，微型计算机得到了广泛的应用，是人们利用计算机设计和开发各种应用系统的基础。同时微型计算机接口技术也是一门实践性较强的课程， 理论与实践相结合可以更好的掌握知识，这也是这次交通灯系统控制的设计目的。交通灯是交通安全的关键，已广泛应用于城乡的十字路口，它的有无作为交通安全检查的重要依据，是交通秩序正常进行的有力保障
2、。十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，每次只是以一定周期交替变化。但是，实际上不同时刻的车辆流通状况是十分复杂的，是高度非线性的、随机的，还经常受认为因素的影响。采用定时控制经常造成道路有效应用时间的浪费，出现绿灯方向车辆较少，红灯方向车辆积压。它不顾当前道路上交通车辆数的实际情况变化，
3、其最大的缺陷就在于当路况发生变化时，不能满足司机与路人的实际需要，轻者造成时间上的浪费，重者直接导致交通堵塞，导致城市交通效率的下降。目前，有一种使用“模糊控制”技术控制交通灯的方法。能够根据十字路口两个方向上车辆动态状况，自动判断红绿灯时间间隔，以保证最大车流量，减少道口的交通堵塞。但是却不像定时控制，能用数字显示器显示当前灯色剩余时间，以便于驾驶员随时掌握自己的驾驶动作，及时停车或启动。 本次的交通灯控制系统主要由8255A并行口、8253定时/计算器、8259单极中断控制器以及74LS139译码器实验等芯片组成。整个课程设计主要使用8255A的A口和B口模拟十字路口交通灯的闪烁情况。主要
4、包括以下五个方面：1.课程设计题目名称；2.课程设计要求完成的任务；3.系统设计文档（包括了总体设计、详细设计以及程序设计等文档）；4、课程设计总结 ；5.参考文献本次课程设计以固定的程序实现对交通灯实行控制，没有实现智能化，但智能化是交通控制系统是交通控制系统发展的必然趋势，也是满足日益发展的社会需要。通过本次的课程设计，更好的学习微机接口的应用技术，使我们将课堂所学到的知识和实践有机结合起来，初步掌握计算机应用系统设计的步骤和接口设计的方法，提高分析和解决实际问题的能力。由于时间仓促和水平所限，本次课程设计难免有欠妥之处，请不吝批评指正。摘要：本文介绍了以计算机为核心.利用可编程并行接口芯
5、片8255A的软硬件功能，实现对交通灯控制关键词： 计算机 可编程并行接日芯片 交通灯 8255A封 面 1前 言 2目 录 3课程设计任务书 4第一章 课程设计题目及要求5第二章 系统设计62.1 交通灯控制系统介绍2.2 芯片选择 2.3 系统原理第三章 详细设计93.1 硬件设计 3.1.1 8255A并行接口10 3.1.2 8259A可编程中断控制器12 3.1.3 8253可编程定时器/计数器133.2 软件设计 153.3 程序流程图21第四章 程序设计 22第五章 调试结果 24 5.1 实验步骤 5.2 调试记录与分析第六章 小结 25第七章 参考文献26第八章 附录27 课
6、程设计题目：交通灯 原始资料1、微型计算机及接口实验指导书2、微型计算机接口技术及应用教材3、交通灯的工作原理（图书馆借、网上搜索、下载） 课程设计任务内容1. 课程设计的目的意义：通过课程设计培养同学们的系统设计能力，使同学们达到以下能力训练：、调查研究、分析问题的能力；、使用设计手册、技术规范的能力；、查阅中外文献的能力；、制定设计方案的能力；、计算机应用的能力；、设计计算和绘图的能力；、技术经济指标的分析能力；、语言文字表达的能力。2. 本课题研究的主要内容：使用 8255A的A口和B口模拟十字路口交通灯的闪烁情况。基本要求：、设计实验电路（要求利用FD-88实验仪的硬件资源）、分析实验
7、原理、列出实验接线表、采用汇编语言编写实验程序、通过实验验证功能的实现、编写课程设计说明书第一章 课程设计题目以及要求一、 课程设计题目：交通灯 使用8255A的A口和B口模拟十字路口交通灯的闪烁情况二、基本要求：1、设计实验电路（要求利用FD-88试验仪的硬件资源）2、分析实验原理3、列出实验接线表4、采用汇编语言编写实验程序5、通过实验验证功能的实现6、编写课程设计说明书。第二章 系统设计21交通灯控制系统介绍十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红
8、灯绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三色信号灯和方向指示灯”三部分组成。假设为某个十字路口设计一个交通灯控制系统，1、3为东，南方向， 2、4为西，北方向，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。 延迟一段时间后， 1、3路口的绿灯熄灭，而1、3路口的黄灯开始闪烁。闪烁若干次后， 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。 延迟一段时间后， 2、4路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁。闪烁若干次后，再切换到1、3路口方向。 之后，重复上述过程。2.1.1主要内容在十字路口的
9、东西和南北两个方向都各有红、黄、绿三个信号灯。红、黄、绿交通灯的变化规律为： 1）南北方向的绿灯、东西方向的红灯同时亮20秒。 2）南北方向的绿灯灭、黄灯亮5秒，同时东西方向的红灯继续亮。 3）南北方向的黄灯灭、红灯亮，同时东西方向的红灯灭、绿灯亮，持续20秒。 4）南北方向的红灯继续亮，同时东西方向的绿灯灭、黄灯亮5秒。 5）转1）重复。 2.1.2工作原理交通灯的工作过程如下：设十字路口的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，2个路口的LED数码管开始倒计时25秒。延迟20秒后，1、3路口的绿灯熄
10、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，2个路口的LED数码管重新开始倒计时25秒。延迟20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。当有紧急情况时，2个方向都红灯亮，倒计时停止，车辆禁止通行，当紧急情况结束后，控制器恢复以前的状态继续工作。 在设计中采用6个发光二极管来模拟2个路口的黄红绿灯，每个路口用2个数码管来显示通行或禁止剩余的时间。紧急情况用一个单脉冲发生单元申请中断来模拟，紧急情况结束后，再发一个中断来恢复以前的状态。 根据前面的介绍，本设
11、计硬件由定时模块、发光二极管模块、数码管显示模块和紧急中断模块组成。定时模块采用硬件定时和软件定时相结合的方法，用8253定时/计数器定时100ms，再用软件计时实现所需的定时。发光二极管模块由8255控制发光二极管来实现。数码管显示模块由实验平台上的LED显示模块实现。紧急中断模块是由单脉冲发生单元和8279中断控制器组成。 程序主要是由定时子程序、发光二极管显示子程序、数码管显示子程序和中断服务程序组成。包括对8253、8255以及8259等可编程器件的编程。交通灯显示模块2.2、 芯片选择1用实验系统8255A实现对信号灯的控制（所用端口自定）；2位数码显示用 8255A实现控制。 2.
12、 用实验系统8253的计数器2定时向实验系统主片8259A的IRQ7请求中断， 以实现定时；实验系统8253的计数器2的CLK2接OPCLK，频率为1.19318MHZ；GATE2已接 +5V；定时采用软硬件相结合的方式实现。 用实验系统的发光二极管模拟红绿灯2.3 系统原理本次系统利用8253定时，8259中断、8255A并口输出实现交通灯模拟控制的硬件电路，利用汇编语言程序编写源程序代码实现软件部分；能自动控制和手动控制，可以调整自动模式的绿灯和红灯时间。通过接口芯片8255构成并行接口电路，用它的A口和B口模拟交通灯的闪烁情况，A口表示东、南方向，B口表示西、北方向,绿灯和红灯共同表示黄
13、灯。首先片选对应的端口地址，定义8255A的工作方式位0；然后对端口A和B进行不同的数据写入，控制交通灯的亮度以及闪烁情况，采用延时子系统。 第三章 详细设计3.1硬件设计本课题的设计可通过实验平台上的一些功能模块电路组成，由于各模块电路内部已经连接，用户在使用时只要设计模块间电路的连接，因此，硬件电路的设计及实现相对简单。完整系统的硬件连接如图1所示。硬件电路由定时模块、发光二极管模块、数码管显示模块和紧急中断模块组成。 定时模块是由8253的计数器0来实现定时100ms。Clk0接实验平台分频电路输出Q6，f46875hz。GATE0接8255的PA0，由8255输出来控制计数器的起停。O
14、UT0接8259的IRQ2，定时完成申请中断，进入中断服务程序。3.1.1.8255A并行接口一. 8255A的引脚及功能 8255A是一个采用NMOS工艺制造的40个引脚的双列直插式组建， 其外部引脚如下图所示：功能：8255A具有面向主机系统总线和面向外设两个方向的连接能力，即通过8255A，CPU可直接同外设相连接，负责CPU和外设之间的数据传送。1、面向系统总线的信号线D0D7：双向数据线;CPU通过它向8255A发送命令、数据；8255A通过它向CPU回送状态、数据/CS：选片信号线，该信号线低电平有效，由系统总线经I/O地址译码器产生A1、A0：芯片内部端口地址信号线，与系统地址总
15、线地位相连/RD：读信号线，该信号低电平有效，CPU通过执行IN指令，发读信号将数据或状态信号从8255A读至CPU/WR：写信号线，该信号低电平有效，CPU通过执行OUT指令，发写信号，将命令或数据写入8255ARESET：复位信号线，该信号高电平有效。2、面向I/O设备的信号线PA0PA1:端口A的输入/输出线PBOPB7:端口B的输入/输出线PC0PC7:端口C的输入/输出线这24根信号线均可用来连接I/O设备，通过它们传送数字量信息或开关量信息二、内部结构1、数据总线缓冲器2、读/写控制逻辑3、A组和B组控制电路4、数据端口A、B、C三、8255的工作方式1、方式0基本输入/输出方式8
16、255工作在方式0时，三个端口分成彼此的两个8位口，即A口和B口，两个4位口，这4个并行口都能设定为输入或输出。方式0常用于无条件查询传送2、方式1选通输入/输出方式3、方式2双向输入/输出方式3.1.2 8259A可编程中断控制器一、8259A的引脚及功能8259A的引线分为3部分，即与CPU的接口引线，与外设的引线和用于级联的接口引线，如下图所示1、8259A与CPU的接口引线D7D0：数据线，双向，三态。与CPU数据总线直接相连/WR： 写信号，输入，低电平有效/RD： 读信号，输入，低电平有效A0： 地址线，输入，用于寻址8259A内部的两个端口，此引脚连接CPU系统地址线/CS: 片
17、选信号，输入，低电平有效。此引脚连接译码电路输出端INT：中断请求信号，输出，高电平有效，连接CPU的可屏蔽中断请求输入端INTR/INTA； 中断响应信号，低电平有效，用于接收CPU送回的中断响应负脉冲二、内部结构1、数据总线缓冲器2、读/写逻辑3、级联缓冲/比较器4、中断请求寄存器5、终端屏蔽寄存器6、优先权分析器7、中断服务寄存器8、控制逻辑三、工作方式1、屏蔽中断源方式2、设置优先级的方式3、中断结束方式4、查询中断方式5、读取状态方式6、级联方式7、连接系统总线方式 3.1.3、8253可编程定时器/计数器一、8253定时/计数器的引脚及功能8253是NMOS工艺制成，采用单一+5V
18、电源，24引脚双列直插式封装，外部引脚如下所示1、8253与CPU的接口引线D7D0:双向数据线：可直接与数据总线相连，用于传递各种数据信息/WR：写信号，输入，低电平有效，用于控制CPU对8253的写操作/RD：读信号，输入低电平有效。用于控制CPU对8253的读操作A1、A0：地址线，输入信号/CS：片选信号，输入信号，低电平有效。当/CS为0时，8253被选中，允许CPU对其进行读/写操作2、8253与外设的接口引线CLKOCLK2：时钟输入信号；GATE0GATE2：门控输入信号；OUT0OUT2：计数输出端3、定时与计数方式二、内部结构1、数据总线缓冲器2、读/写逻辑电路3、控制字寄
19、存器4、计数器三、8253方式控制字定时/计数器8253的每个计数通道根据CPU发命令写入控制寄存器的控制字确定工作方式和计数格式。8253控制字的格式如下所示：D7D6D5D4D3D2D1D0SC1SC0RW1RW0M2M1M0BCDD7、D6:计数器选择位SC1、SC0。8253的3个计数器相互独立，并且都有一个控制寄存器。但这三个控制寄存器占用同一个端口地址，即A1A0=11D5、D4：读/写指示位RW1、RW0。CPU向某个计数器写入初值和读取它们的当前值时不同的格式D3、D2、D1：工作方式选择位M2、M1、M0。8253有6种工作方式，选择哪种工作方式由M2、M1、M0编码确定DO
20、：数值计数格式，用来选择计数格式。DO=O,计数器按二进制格式计数；D0=1,计数器按BCD码格式计数四、8253工作方式1、方式0计数结束中断方式2、方式1可编程单稳态输出方式3、方式2分频器4、方式3方波发生器5、方式4软件触发选通3.2软件设计1. 软件设计思路本程序由主程序、定时中断子程序和外部中断子程序组成。主程序主要负责系统初始化和等待中断。定时中断子程序主要负责数码管显示刷新和红绿黄灯各种状态切换。外部中断子程序负责紧急情况处理和处理完恢复。8253计数的起停由8255的PA0控制，8255的PA0输出1时，8253开始计数，交通灯按正常状态切换工作，PA0输出0时，计数器停止工
21、作，交通灯不再按正常状态切换。8253开始计数后每100ms发出一个中断申请信号，在中断子程序中先刷新数码管，然后判断当前状态，进入相应的处理程序进行处理。当有紧急情况时进入外部中断服务子程序，先让8253停止计数，然后点亮所有的红灯，下一次外部中断处理时，恢复原来的交通灯状况，启动8253开始工作。2. 主程序设计主程序负责系统的初始化，然后数码管数据输出显示，同时检测PC键盘按键，有按键就退出程序。主程序的流程图如图3所示。系统初始化包括8253的初始化，8255的初始化，中断向量初始化以及设置交通灯工作的初始状态。8253定时的时间是100ms，clk0的输入时钟f46875hz，所以计
22、数初值为124FH。主程序的流程图： 3. 定时中断子程序定时中断子程序是本设计的重点，负责完成数码管输出数据刷新和各个状态的处理切换。中断子程序包括数码管输出数据刷新程序和各状态处理程序。中断程序的流程图如图4所示。数码管输出数据刷新子程序是实现倒计时25s，用LEDOUT表示输出的数据，cnt用来软件计时1s，就是计数10个100ms。LED输出是要将输出的数据转化为段选码。LED数码管倒计时显示子程序的流程图如图5所示。根据当前的状态跳转到相应的处理程序，在处理程序中完成定时和状态的切换。状态1和3的流程是一样的，先点亮对应的交通灯，再判断定时到了就可以切换了。状态2和4要实现黄灯的闪烁
23、，间隔点亮和熄灭就可以了。状态1和3处理程序的流程图（以状态1为例）如图6所示，其中NUM是状态1对应的PC口输出，见前面的表中介绍。状态2和4处理程序（以状态1为例）的流程图如图7所示，其中NUM1和NUM2是状态1对应的PC口输出。4. 外部中断服务子程序外部中断服务子程序主要用来处理紧急情况，将2个方向的车都停止运行，点亮所有红灯。下次中断来时恢复以前的状态。用一个标志位FLAG判断是第一次进入还是恢复状态。外部中断服务子程序的流程图见图8所示。5.FD88调试软件1、功能特点FD88 Debug（文件名FD88.EXE）是IBMPC上（ 286， 386。 486或兼容机）为FD808
24、8A实验仪配置的调试软件。它具有功能强、使用灵活方便、人- 机界面友善、稳定可靠等特点，能支持各种应用系统的调试。在FD8088A实验仪和Debug软件支持下、使用户得心应手地完成实验过程中各个阶段的工作（包括源程序编辑、存盘、读盘、程序调试等），大大提高工作效率，缩短调试周期。FD88 调试软件允许用户使用两种操作方式：窗口方式和命令方式窗口方式显示的信息量大，各个窗口都是活动的，用户可在窗口中进行修改数据等操作。窗口方式具有系统初始化、文件管理、运行控制、窗口管理等多种操作命令。用户既可以根据菜单操作也可以使用一些功能键进行操作窗口方式特别适用于程序的调试，便于观察程序运行后的结果。命令方
25、式操作快捷；对于熟练用户比较合适。2、启动方法将FD8088A实验仪和 IBMPC（ 286, 386, 486或兼容机）通过 RS232电缆相连；打开FD8088A实验仪电源 PC机开机以后运行FD88调试软件（ FD88调试软件可以复制到PC机的硬盘上）。FD88调试软件有四个参数。用户可使用其中任意一个，其功能如下：/n 启动调试软件，但不和实验系统进行通讯连接，用户可在软件中在进行连接：/1 启动调试软件，使用串行口1， 19600波持率和实验系统连接；/2 启动调试软件，使用单行口2；19600波特率和实验系统连接；/? 显示FD88调试软件的参数帮助信息、异常情况如果调试软件和实验
26、系统连接失败，则在屏幕上弹出提示窗口：这时输入回车键；进入调试软件用户应检查串行口设置，还应检查FDSJ8088A实验系统电源是否开放。若电源已开启，按一下复位按钮使之处于初始状态。如果联接错误是因为串行口设置错误，则应按ALTX键退出调试软件，使用正确的参数重新启动。如是其他原因，纠正错误后使用菜单命令中Reconnect命令重新进行连接即可。、正常情况如果连接和操作正确，则在屏幕上出现六个窗口，系统现场信息分别显示在各窗口内。3.3 程序流程图第四章 程序设计部分程序清单如下：MY8255_A EQU IOY0+00H*4 ;8255的A口地址MY8255_B EQU IOY0+01H*4
27、 ;8255的B口地址MY8255_C EQU IOY0+02H*4 ;8255的C口地址MY8255_MODE EQU IOY0+03H*4 ;8255的控制寄存器地址STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENT LA DB ? ;定义数据变量LB DB ?DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,MY8255_MODE ;定义8255工作方式 MOV AL,80H ;工作方式0，A口和B口为输出 OUT
28、DX,ALLOOP1: MOV DX,MY8255_A ;写A口发出的数据，东方向绿灯亮,南方向红灯亮 MOV AL,3CH OUT DX,AL MOV DX,MY8255_B ;写B口发出的数据，西方向绿灯亮,北方向红灯亮 MOV AL,3CH OUT DX,AL CALL DALLY1DALLY PROC NEAR ;软件延时子程序 PUSH CX PUSH AX MOV CX,0FFFHD1: MOV AX,0FFFFHD2: DEC AX JNZ D2 LOOP D1 POP AX POP CX RETDALLY ENDPDALLY1 PROC NEAR ;软件延时子程序，东西方向红灯
29、亮，南北方向绿灯亮 PUSH CX PUSH AX MOV CX,1EHD3: CALL DALLY LOOP D3 POP AX POP CX RETDALLY1 ENDPDALLY2 PROC NEAR ;软件延时子程序，黄灯闪烁（即亮与灭）的时间间隔， PUSH CX PUSH AX MOV CX,02HD4: CALL DALLY LOOP D3 POP AX POP CX RETDALLY2 ENP 第五章 调试结果5.1 实验步骤（1） 连接8255并行口控制交通灯实验电路运行并使其能通过软件控制其交通灯控制系统。（2） 连接8259单极中断控制器实验电路运行并使其能成功完成中断控制。（3） 连接8253定时/计数器实验电路运行并使其能定时/计数器功能，并产生方波。（4） 用导线将以上实验电路模块连接起来，就是硬件控制的交通灯控制系统。（5） 编写程序代码，8255交通灯显示实验，A
