1、武漢紡織大學 2012屆微機原理課程設計PAGE PAGE 19武漢紡織大學課程設計任務書課題名稱： 基于8086/8088的交通信號燈設計 完成期限： 2011年12月12日 至 2011年12月22日院系名稱 外經貿學院 指導教師 周國鵬 專業班級 機設0824 指導教師職稱 學生姓名 王理想 院系課程設計（論文）工作領導小組組長簽字 一、設計目的電子課程設計是電子技術學習中重要的一課，它將理論知識和實踐能力相結合，真正鍛煉了學生的實際動手能力和綜合理解能力，為以后的學習和生活打下了良好的基礎。交通燈保證了保證了正常的交通秩序，讓車輛有序行駛，同時也保證了行人過馬路時的安全，受到人們的普遍

2、歡迎，在很多場合得到了廣泛的應用。交通燈是利用計算機通過編寫匯編語言程序控制的，實現“紅燈停，綠燈行”的交通規則。雖然匯編語言較為古老，但它是計算機中很多芯片必須具備的程序，同時也使得很多特殊外設得以正常運行。隨著計算機技術的成熟與廣泛應用,交通燈的功能也隨之多樣化。諸如閃爍警示、鳴笛警示，時間程序自動控制、倒計時顯示等。還可以根據主、次干道的交通狀況的不同任意設置各自的不同的通行時間，或者給紅綠色盲者以聲音警示的人性化設計?，F在的交通燈系統很多都增加了智能控制環節，比如對闖紅燈的車輛進行拍照。當某方向紅燈亮時，此時相應的傳感器開始工作，當有車輛通過時，照相機就把車輛拍下?？傊煌舻臄底只?/p>

3、給人們生產生活帶來了極大的方便。要將交通燈系統產品化，應該根據客戶不同的需求進行不同的設計，應該在程序中增加一些可以人為改變的參數，以便客戶根據不同的需要隨時調節交通燈。因此，研究交通燈的原理及擴大其應用，有著非常深遠而現實的意義。二、設計內容及要求設計一個基于8086/8088微型計算機的一個交通信號燈控制系統，要求能完成基本的交通燈控制，如紅、綠、黃三種燈的定時交替點亮與熄滅；能提供行人通過時的臨時信號修改；能提供當時當地的溫度、濕度信息；提供基本的鍵盤輸入。1. 設計一個基于8086/8088微型計算機的一個交通信號燈控制系，要求使用如下器件：8086、8259、8253、8255、AD

4、C0809、溫度傳感器（可自選）和濕度傳感器（可自選），其計數時間均為6s、健盤；2. 交通燈的亮、滅情況如下：東、西兩個相對路口紅燈亮12s，南、北兩個路口綠燈亮6s，后轉為黃燈亮6s；南、北兩個相對路口紅燈亮12s，東、西兩個路口綠燈亮6s，后轉為黃燈亮6s；3. 每個路口設一個緊急按鍵，可以中斷當前的交通燈狀態，使當前路口為綠燈，經12s后恢復原來的工作狀態；4. 使用8253提供時間定時；三、設計方案3.1 交通燈控制系統的組成交通燈控制系統的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發生器等部分組成。秒脈沖發生器是該 系統中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸

5、出兩組信號燈的控制信號，經驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。秒脈沖發生器控制器譯碼器東西向信號燈南北向信號燈定時器TLTYST圖1 交通燈控制系統的原理框圖3.2 設計內容分析通過分析設計要求得出燈亮的規律如下：1.東西南北兩個方向起始狀態全為紅,延續3秒。2.東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮；延續6秒。3.東西方向紅燈亮，南北方向轉為黃燈亮；延續3秒。4.東西方向紅燈亮，延續3秒；南北方向黃燈亮，以頻率1HZ閃爍3秒。5.東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮，延續6秒。6.東西方向黃燈亮，南北方向紅燈亮；延續3秒。7.東西方向黃燈亮，以頻率1HZ閃爍3秒

6、；南北方向紅燈亮，延續3秒。8.東西方向紅燈亮，南北方向綠燈亮，重復以上步驟 。9.每一個路口有一個緊急按鍵，可以中斷當前的交通狀態，使當前的路口為綠燈，經過12秒后恢復。通行分析燈的亮滅情況，總結出下表（1標示燈亮，0標示燈滅）：狀態時間東西紅燈東西黃燈東西綠燈南北紅燈南北黃燈南北綠燈無效1無效2a0-610000100b6-1210001000c12-1800110000d21-2401010000轉換成控制碼:狀態狀態時間段十六進制二進制狀態a0-684H10000100B狀態b6-1288H10001000B狀態c12-1830H00110000B狀態d18-2450H01010000

7、B東西、南北分別在0-6,、6-12 、12-18 、18-24時間段的亮燈情況比較：西東北南狀態a 西東北南狀態b西東北南狀態c 西東北南狀態d四、電路設計思路通過并行接口芯片8255A和8086芯片的硬件連接，以及通過8253定時的方法，來實現十字路口交通燈的模擬控制。4.1 延時功能實現邏輯：8253芯片中數據總線緩沖存儲器是由8為雙向三態緩沖存儲器構成，是CPU與8253之間交換信息的通道。讀寫/控制電路可以接收CPU送入的讀/寫控制信號，若計數器0設為1s定時中斷，周期為0-24秒,可通過編程控制各個路燈的狀態的轉換，以及使得黃燈按時閃爍。8053內部包含3個功能完全相同的通道，每個

8、通道內部設有一個16位計數器，可進行二進制或十進制（BCD）計數，因此8253既是一個定時器也是一個計數器。讀/寫控制器接受CPU送入的讀/寫控制信號，并完成對芯片內部各功能部件的控制功能，因此，它實際上是8253芯片內部的控制器。可接受的控制信號：A1A0端口選擇信號，由CPU輸入。8253內部有3個獨立的通道，和一個控制字寄存器，它們構成8253芯片的4個端口，CPU可對3個通道進行讀/寫操作，對控制字寄存器進行寫操作。CS片選信號，由CPU輸入，低電平有效，通常由端口地址的高位地址譯碼形成。RD、WR讀/寫控制命令，由CPU輸入，低電平有效。RD有效時，CPU讀取由A1A0所選定的通道內

9、計數的內容。WR有效時，CPU將計數值寫入各個通道的計數器中，或者是將方式控制字寫入控制字寄存器中。當某通道用作計數器時，應將要求計數的次數預置到該通道的計數器中，被計數的事件以脈沖方式從CLKi端輸入，每輸入一個計數脈沖，計數器內容減“1”，待計數值計到“0”，OUTi端將有輸出，表示計數次數到。當某通道用作定時器時，由CLKi端輸入一定頻率的時鐘脈沖。根據要求定時的時間長短確定所需的計數值，并預置到計數器中，每輸入一個時鐘脈沖，計數器內容減“1”，待計數值計到“0”，OUT i端將有輸出，表示定時時間到。控制字寄存器用來存放由CPU寫入8253的方式選擇控制字，由它來定義8253中各通道的

10、工作方式。SC1、SC0位用來選擇通道，RL1、RL0位用來定義對所選通道中的計數器的操作，BCD位用來定義是采用二進制計數還是十進制計數，M2M1M0位用來定義所選通道的6種工作方式。 D15D8 A1 A2 A0 A3 A15 M/INTRD7D0 CLK2 GATE2 OUT2A0 CLK3A1 GATE3 OUT3 CLK1 GATE1 OUT18086CPU825374HC138譯碼器RESETREADYCLKPLCK2.5MHZ1KHZ IR0 IR2 IR78259外部事件源8253延時及38譯碼電路接線圖接收器4.2 譯碼電路設計：74HC138是用CMOS門電路組成的3線-8

11、線譯碼器，它有3個附加的控制端S1、S2和S3,這三個控制端也成為“片選”輸入端，利用片選的作用可以將多片連接起來以擴展譯碼器的功能。只有當S1=1、S2+S3=0時譯碼器處于工作狀態。8259的地址為20H、21H,8253的地址為40H、41H、42H、43H，8255的端口地址為0F0H、0F1H、0F2H、0F3H。故芯片的地址只與8086的地址的低8位有聯系，不妨設高十二為全為1將它們相與后作為38譯碼器的始能信號E3。再分析發現8259、8253、8255各端口地址的低八位其中D2、D3均為0，將8086的地址總線的D2、D3作為38譯碼器的始能信號E1、E2。將8086的地址總線

12、的D0、D1分別與8253和8255的A0、A1連接，利用D4、D5、D6、D7構成譯碼電路。將8086的地址總線的D0與8259的A0連接，利用D2、D4、D5、D6、D7通過38譯碼器構成譯碼電路。4.3 控制電路設計：由于8255A與8086CPU是以低八位數據線相連接的，所以應該是8255A的A1、A0線分別與8086CPU的A2、A1相連，而將8086的A0線作為選通信號。如果是按8255A內部地址來看，則在圖中它的地址是PA口地址即(CS+000H)，PB口地址為(CS+001H)，PC口地址為(CS+002H)，命令控制口地址為(CS+003H)，其中，CS為8255片選信號的首

13、地址；若是按8086CPU地址來看，則8255A的地址是PA口地址即(CS+000H)，PB口地址為(CS+002H)，PC口地址為(CS+004H)，命令控制口地址為(CS+006H)。當CS0288H，則PA口地址為0288H，PB口地址為028AH，PC口地址為028CH，命令控制口地址為028EH。1）對8255A芯片的說明：8255A是一種可編程的芯片，內部有3個8位的I/0端口：A口、B口和C口。這三個端口也可以分為各有12位的兩組：A組和B組。A組包含A口8位和C口的高四位，B組包含B口8位和C口的低四位；A組控制和B組控制用于實現方式選擇操作；讀寫控制邏輯用于控制芯片內部寄存器

14、的數據和控制字經數據總線緩沖器送入各組接口寄存器中。由于8255A數據總線緩沖器是雙向三態8位驅動器，因此可以直接和8086系統數據總線相連。8255A可為可為86系統微處理機提供3個獨立的并行輸入/輸出端口。利用輸出端口與數模轉換器相連，可控制輸出模擬量的大小，比如電壓的高低、電流的大小、書讀的快慢、溫度的升降等，利用模數轉換器又可將他們轉換為數字量，通過并行輸入端口送回微機系統中。本例檢測空氣溫度和濕度，并及時給予反饋顯示，就要運用此芯片的該模擬量轉換功能。8255A與8086接線原理圖如下： D7D0 A1 A2 A0 A3 . . A15 M/ INTRCPU8086D7D0A0A1

15、PB7PB0 PC7PC0 PC2D7D0 IN7START IN4ALE .EOC IN0 8259AADC080938譯碼器8255A2）對8259A芯片的說明：8259A為可編程中斷控制器，它有8大部分組成。其中數據總線緩沖器是一個雙向8位3態緩沖器，由它構成8259A與CPU之間的數據總線接口。讀寫控制用來接收來自CPU的讀/寫控制命令和片選控制信息。由于一片8259A只占兩個I/O端口地址，可用末位地址碼A0來選端口，端口其他的高位地址作為片選信號輸入。一片8259A只能接收八級中斷從IR7-IR0輸入，當引入的中斷超過8級時，可用多片8259A級聯使用。3）對溫度傳感器介紹： 濕度

16、傳感器是把相對濕度的變化轉換成電信號的器件。感濕特點：在基片涂覆材料形成感濕膜?？諝庵械乃魵馕接诟袧癫牧虾?，原件的阻抗、介電常數發生很大的變化，從而制成濕敏原件。工作原理：水分子具有很強的電子親和力，易于在多孔性半導體陶瓷表面附著，并俘獲電子，在半導體陶瓷表面形成空穴積累，導致半導體陶瓷的電阻率降低。晶胞間界水分子的電離。芯片內部結構如下：五、電路原理圖六、程序流程圖初始化8255，8253紅燈全亮綠燈黃燈全滅東西紅燈亮南北綠燈亮等待8253延時6s時間是否到？YN南北綠燈滅東西紅燈不變南北黃燈閃爍等待黃燈閃爍3次？YN南北紅燈亮東西綠燈亮8253延時6s東西綠燈滅黃燈閃爍3次緊急按鈕中斷

17、當前交通狀態，是當前路口為路燈，延時12秒七、程序代碼十字路口交通控制器DATASEGMENT SETTIMEDB 3;用戶設置的通行時間NOWTIMEDB 3;當前計時時間TIME1EQU 10TIMEOT1DB TIME1;0.5秒定時單元TIME2EQU 2TIMEOT2DB TIME2;1秒定時單元FLAGDB 1;閃爍標志ONOFFDB 1;亮滅標志LEFTDB 1;南北向和東西向標志 TABDB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH;09的顯示碼DATAENDSSTACKSEGMENT STACKDW 64 DUP(6);定義堆棧段STAC

18、K ENDSCODE SEGMENT;代碼段定義ASSUME CS:CODE,DS:DATA;段指定START:MOVAX, DATAMOVDS, AXPUSH DS;當前用戶DS段入棧保存MOV AX, 0000HMOV DS,AX;修改DS=0000H,指向中斷矢量表所在段MOV AX,OFFSET IRQ0;取出中斷處理子程序的入口偏移地址(以0為基準)ADD AX,2000H;修正,實際地址=裝入地址的偏移量+相對于0起始偏移量MOV SI,0020H;IR0中斷矢量號為08H,處于矢量表的20H23HMOV SI,AX;將偏移地址裝入矢量表MOV AX,0000HMOV SI,002

19、2HMOV SI,AX;將段地址(0000H)裝入矢量表POP DS;恢復用戶數據段DSMOV AL,0FCH;D1,D0位復位為0OUT 21H,AL;寫入OCW1(IMR);開放8259A的IR1和IR0中斷MOV AL,34H;設定8253通道0的工作方式,00110100BOUT 43H,AL;CH0采用先寫低8位,后寫高8位,方式2,二進制計數MOV AX,59500;計數初值為59500,輸出20HZ信號，定時0.05秒OUT 40H,AL;寫入CH0MOVAL,AHOUT40H,ALSTI;開中斷MOV AL,88H;寫入8255A的方式控制字,設定工作方式為10001000BO

20、UT 63H,AL;即A口方式0輸出,C口高4位輸入,B口方式0輸出,C口低4位輸出 IN AL,62H;循環讀出C口的四個開關狀態(PC4PC7)ANDAL,0F0H;高四位為0090秒MOVSETTIME,AL;讀取用戶設定的通行時間MOVNOWTIME,AL A1:MOVAL,FLAGTESTAL,01HJZA2;不閃爍，則轉顯示MOVAL,ONOFF;閃爍標志為1，閃爍，則測試是亮，還是滅TESTAL, 01HJNZA2;為1，說明亮，則轉A2MOVAL, 0FHOUT62H, ALMOVAL, 00HOUT61H,AL;滅，則關閉顯示JMPA3 A2:MOVAL,NOWTIME;取出

21、當前剩余時間的低位ANDAL, 0FHMOVBX, OFFSET TABXLAT;查表轉換為顯示碼OUT61H, ALMOVAL,05H;PC0PC3為0101B，允許X2、X4數碼管選通OUT62H, ALCALLDALEYMOVAL, NOWTIMEMOVCL, 4RORAL, CLANDAL,0FH;取出當前剩余時間的高位MOVBX, OFFSET TABXLATOUT61H, ALMOVAL, 0AHOUT62H,AL;PC0PC3為1010B，允許X1、X3數碼管選通CALLDALEY A3:MOVAL, LEFTTESTAL, 01HJZA5;測試是南北向通行，還是東西向通行MOV

22、AL,FLAG;東西向通行TESTAL,01H;測試是否應讓黃燈亮JZA4;不是東西向的黃燈亮，則轉東西向綠燈亮（南北向紅燈亮）MOVAL,ONOFF;東西向黃燈亮（南北向紅燈亮）TESTAL, 01HJNZA4;測試亮滅MOVAL,0FFH;關指示燈OUT60H, ALJMPEXIT A4:MOVAL,77H;東西向綠燈亮（南北向紅燈亮）OUT60H, ALJMPEXIT A5:MOVAL,FLAG;南北向通行TESTAL,01H;測試是否應讓黃燈亮JZA6;不是南北向的黃燈亮，則轉南北向綠燈亮（東西向紅燈亮）MOVAL,ONOFF;南北向黃燈亮（東西向紅燈亮）TESTAL, 01HJNZA

23、6;測試亮滅MOVAL,0FFH;關指示燈OUT60H, ALJMPEXIT A6:MOVAL,0EEH;南北向綠燈亮（東西向紅燈亮）OUT60H, AL EXIT:JMP A1;8259A的IR0中斷處理子程序(8253的CH0每來59500個脈沖后（定時0.05秒）,則執行下面的中斷處理程序一次)IRQ0:PUSHAXMOV AL, TIMEOT1DECALJZIRTIME1MOVTIMEOT1, ALJMPIREXIT;不到0.5秒，則退出IRTIME1:MOVTIMEOT1,TIME1;0.5秒定時時間到，重裝初值MOVAL, ONOFFXORAL, 01HMOVONOFF,AL;取反

24、亮滅標志MOVAL, TIMEOT2DECAL;1秒定時單元減1JZIRTIME2MOVTIMEOT2,AL;1秒不到，保存，退出JMPIREXITIRTIME2: MOVTIMEOT2, TIME2MOVAL, NOWTIMESUBAL,1DASCMPAL,0JNZIRTIME3MOVAL, SETTIMEMOVNOWTIME,AL;重裝通行時間MOVAL, LEFTXORAL, 01HMOVLEFT,AL;南北向與東西向通行轉換MOVFLAG,00H;閃爍標志復位（不閃）JMPIREXITIRTIME3: MOVNOWTIME, ALCMPAL,04H;剩余時間小于4秒，則閃爍JAEIRT

25、IME4MOVFLAG, 01HJMPIREXITIRTIME4:MOVFLAG,00H;3秒，則不閃爍IREXIT:MOV AL,20H;常規EOI中斷結束指令OUT 20H,AL;寫入8259A的OCW2POPAXIRET;中斷返回;延時子程序DALEY:PUSHCXMOV CX,0010H;置內循環次數DALEY1:LOOP DALEY1;共循環0010H次,以完成延時POPCXRETCODE ENDS END START八、程序及硬件系統調試情況程序運行結果：東西路右拐和南北路左拐綠燈點亮12秒，直通到均為紅燈12秒后，黃燈亮6秒鐘，。此時南北方向仍維持紅燈點亮。東西方向直通，為綠燈，南北 方向紅燈黃燈再亮6秒之后，東西路左拐和南北路右拐綠燈點亮南北方向的黃燈亮6秒鐘后，南北方向直通，延時6秒閉合A口開