微机原理课程设计交通信号灯模拟控制系统

1 南京工程学院 课程设计说明书课程设计说明书( (论文论文) ) 题 目 交通信号灯模拟控制系统 课 程 名 称 交通信号灯模拟控制系统 院 系 电力工程学院 专 业 电力系统及其自动化 班 级 电力 113 学 生 姓 名 学 号 20611310 设 计 地 点 工程实践中心 8-218 指 导 教 师 设计起止时间：2014 年 03 月 03 日至 2014 年 03 月 07 日 成绩 2 南京工程学院 课程设计任务书课程设计任务书 课 程 名 称 交通信号灯模拟控制系统 院（系、部、中心） 电力工程学院 专 业 电力系统及其自动化 班 级 电力 113 起 止 日 期 2014 年 06 月 23 日06 月 27 日 指 导 教 师 3 1课程设计应达到的目的 通过课程设计的实践环节， 加深理解课堂教学内容， 掌握微机原理的基本应用方法。通过实验熟悉微机基本接口芯片的外型、引脚、编程结构，掌握微机语言程序设计和微机基本接口电路的设计、应用方法，做到理论联系实际。 2课程设计题目及要求 课程设计题目：交通信号灯模拟控制系统的设计 利用 STAR ES598PCI 实验仪的硬件资源设计一个“带时间显示的交通信号灯模拟控制系统”。所有输入该装置信号采用 STAR ES598PCI 实验仪上的状态输入开关，东西、南北方向的红绿黄灯采用实验仪上的 LED 发光二极管模拟，东西、南北方向的信号灯变化，通行倒计时时间用数码管显示。 1、功能要求： 1）假设在一个 A 道(东西方向)和 B 道(南北方向)交叉的十字路口安装有自动信号灯。当 A 道和 B 道均有车辆要求通过时，A 道和 B 道轮流放行。A 道放行 N 秒钟，B道再放行 N 秒钟，依次轮流。绿灯转换红灯时黄灯亮 N1 秒钟。 2）夜间工作时 A 道（东西方向）和 B 道（南北方向）的黄灯闪烁。绿灯和红灯不亮（实验时用开关 K8 控制） 。 3）开关 K8=0，则工作在以上功能（1） ；开关 K8=1，则工作在以上功能（2） 。 2、难度要求： 1）基本要求：采用 8255 PA 口输出控制信号灯，8255 PC0 输入 K8 控制开关信号，用循环程序软件定时实现功能要求； （60 分） 2）中级要求：采用 8255 PA 口输出控制信号灯，8255 PC0 输入 K8 控制开关信号，用 8253 硬件定时，软件查询方式实现功能要求； （80 分） 3）高级要求：在中级要求的基础上，增加用 8255 PB 口输出驱动 LED 数码显示器显示绿灯倒计时秒数，倒计数到 N1 秒时黄灯亮。 （100 分） 其中参数 N20，N15。 4 3课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求 设计要求： 1、预习要求： 1）预习课程设计任务书附录二。了解 STAR ES598PCI 实验仪的硬件环境和资源，了解整个硬件模块的电路原理和接口连接方法。 2）预习微机原及接口实验指导书 ，熟悉星研集成软件的使用方法。 3）预习微机原及接口实验指导书中“实验一 8255A 并行输入/输出接口实验”和“实验三 8253 定时计数器实验” 。 4）预习本任务书，根据任务书，预先画出电路原理图，程序流程图，编写出实验程序。 2、设计报告要求： 1）画出接口部分电路原理图，并阐述系统工作原理。 2）采用 VISO 绘制程序流程图，并调试源程序代码。 3）调试过程和结果。 4）要求用 WORD 撰写课程设计报告，上交打印版和电子稿。 3、课程设计说明书装订顺序及主要内容如下： 1）封面、目录 2）任务书（不含附录） 3）正文：设计思路与功能描述；电路原理图及其说明。应标示并说明每一个输入/输出信号的含义；结构框图；系统调试中的问题和解决方法；运行情况和结论；源程序清单。 4主要参考文献 1、韩念杭.微型计算机原理实验指导书M. 南京工程学院，2004 2、李继灿.新编 16/32 微型计算机原理及应用M.北京：清华大学出版社，2004. 5 5课程设计进度安排 起 止 日 期 工 作 内 容 2014 年 2 月 3 日前 2 月 3 日2 月 3 日， 星期一 2 月 4 日2 月 5 日 2 月 6 日2 月 6 日 2 月 7 日2 月 7 日 2 月 8 日2 月 8 日 预习消化理解设计任务。 设计程序流程图， 写源程序，预习星研微机实验系统的方针调试操作界面。 学习星研实验系统的使用和操作， 进行实验 8255 测试和 8253 测试基本实验 完成基本要求的内容。 完成中级和高级要求的内容。 。 验收。 整理上交设计报告。 6成绩考核办法 成绩按分优、良、中、及格和不及格五档。总评成绩有课程设计成绩由工作表现、设计成果、考核测评三部分组成。其主要内容是： （1）工作表现：独立工作能力及设计过程中的表现。占总成绩的 30%。 （2）设计成果：设计说明书（计算书、论文） 、图纸、程序、作品等的质量。占总成绩的 40%。 （3）考核测评：测评成绩占总成绩的 30%。 教研室审查意见： 教研室主任签字： _ _ 年 月 日 院（系、部、中心）意见： 主管领导签字： _ 年 月 日 6 目目 录录 1.1.方案说明方案说明 . 7 7 1.11.1 十字路口交通等设置十字路口交通等设置 . 7 7 1.21.2 实验接口芯片选择实验接口芯片选择 . 7 7 1.21.2.1 8255.1 8255 . 7 7 1.2.2 82531.2.2 8253 . 8 8 1.31.3 夜晚情况夜晚情况的处理的处理 . . 1 10 0 2.2.软硬件设计软硬件设计 . 1 10 0 2.12.1 电路原理图电路原理图 . 1 10 0 2.2.2 2 连线说明连线说明 . 1 11 1 2.3 2.3 流程图流程图 . 1 13 3 3.3.实物接线图及运行结果实物接线图及运行结果 . . 1 19 9 4.4.心得体会心得体会. 2 22 2 7 一方案说明一方案说明 1.1 1.1 十字路口交通信号灯设置十字路口交通信号灯设置 I I 某十字路口交通信号灯系统在 4 个路口均装设红、绿 2 个灯，每个路口均装设一个数码管显示倒计时。 东南西北红绿红绿红绿红 绿 原理图中的东西南北方向红绿灯分别对应于实验仪器上的 8 个 LED 灯，分别代表如下： 东 西 南 北 绿灯 红灯 绿灯 红灯 绿灯 红灯 绿灯 红灯 根据实验实验要求，在初始情况下，所有方向的红灯闪烁 4 秒；然后进入先让东西方向绿灯亮（此时南北方向亮红灯） ，南北方向亮 15S，并用数码管显示所有方向的倒计时。之后南北方向绿灯亮，如此循环往复下去。 1.21.2 实验接口芯片选择实验接口芯片选择 1. 2.1 82551. 2.1 8255 8255 在本次试验中主要控制的是交通灯的亮灭以及数码管的显示。 按如下方式实现上述功能： 首先对 8255 的控制端口写入控制字，程序如下： MOV AL,10000001B ；8255 初始化 MOV DX,0F003H ；8255 控制口地址如下 OUT DX,AL AL=10000001B,实现的功能如下：写入方式 0 控制字，A 口，B 口，C 口高四位为输出， C 口低 4 位为输入。 A 口控制的是交通灯的亮灭，B 口用来显示数码管上的数字，C 口用来控制数码管。 以下程序为 A 口地址：0F000H,来实现交通灯红绿灯的转换。0 表示灯亮，1 表示灯灭。 MOV DX,0F000H 8 MOV AL,01100110B ;东西绿灯，南北红灯 OUT DX,AL CALL COM MOV DX,0F000H MOV AL,10011001B ;南北绿灯，东西红灯 OUT DX,AL 以下程序实现的是，B 口地址：0F001H,用来显示数码管的数字。 COM PROC NEAR MOV BX,6 MOV SI,OFFSET TAB+4 HU: MOV CX,500 LP15: MOV AL,01011111B MOV DX,0F002H OUT DX,AL MOV AL,06H ;1 MOV DX,0F001H OUT DX,AL CALL DELAY1MS MOV AL,10101111B MOV DX,0F002H OUT DX,AL MOV AL,SI MOV DX,0F001H OUT DX,AL CALL DELAY1MS LOOP LP15 CALL PAN INC SI DEC BX CMP BX,0 JNZ HU MOV BX,10 MOV SI,OFFSET TAB JI: MOV CX,500 LP0: MOV AL,01011111B MOV DX,0F002H OUT DX,AL MOV AL,3FH ;0 MOV DX,0F001H 9 OUT DX,AL CALL DELAY1MS MOV AL,10101111B MOV DX,0F002H OUT DX,AL MOV AL,SI MOV DX,0F001H OUT DX,AL CALL DELAY1MS LOOP LP0 CALL PAN ;数码管每显示一次，即判断是否出现紧急情况 INC SI DEC BX CMP BX,0 JNZ JI RET COM ENDP 1.2.2 82531.2.2 8253 8253 在本次试验中主要用来实现产生 2HZ 的方波，以此来实现使数码管每秒计数以及交通灯亮 10S 的要求。 首先是将方式控制字写入 8253 的控制端口中，程序如下： MOV AL,00110111B ;通道 0 读低高字节，方式 3，BCD 码 MOV DX,0E003H OUT DX,AL AL=00110111B,按照 8253 控制字的格式，通道 0 计数，计数器先读写低字节，再读写高字节，工作方式为方式 3，BCD 码计数。而 8253 的控制口的端口地址为 0E003H。 当计数器通道用作定时器时，8253 的计数初值计算可由以下公式求得： 计数初值= 输入时钟脉冲的频率 / 输出时钟脉冲的频率 输入时钟脉冲的频率=7812HZ, 而输出时钟脉冲的频率=2HZ 而计数初值是被送到通道 0 的地址。程序如下： MOV DX,0E000H ;8253 初始化,产生 2HZ 方波,输入频率/输出频率=计数初值 MOV AL,06H OUT DX,AL MOV AL,39H OUT DX,AL 8253 OUT 输出产生 2HZ 的方波，而将 OUT 与 PC2 连接，判断 PC2 在一个周期内，输出低电平则执行 F,输出高电平则执行 G，一次来实现交通灯与数码管的功能，延迟的程序如下： DELAY PROC NEAR ;8253 延时 0.5 秒钟 10 F: MOV DX,0F002H IN AL,DX ;OUT 一个周期输出高低电平，低电平执行 F,否则执行 G AND AL,04H JZ F G: MOV DX,0F002H IN AL,DX AND AL,04H JNZ G RET DELAY ENDP 1.2.3. 1.2.3. 夜晚情况夜晚情况的处理的处理 当运行程序时出现紧急情况，LED 灯所有的红灯闪烁，直至夜晚情况解除。夜晚情况 解除后，继续由紧急情况之前数字计数。 而在每一次数码管显示数字的时候都要 CALL PAN 判断紧急情况是否产生的子程序如下： PAN PROC NEAR ;判断是否出现夜晚情况的子程序 A: MOV DX,0F002H;8255c 端口 IN AL,DX TEST AL,02H ;与控制夜晚情况发生的 PC1 比较，test与，参与运结果不回送算， JNZ E ;若没有出现，数码管继续显示数字，jne:不等则跳 MOV DX,0F000H IN AL,DX PUSH AX CALL O ;调用出现夜晚情况的子程序 POP AX MOV DX,0F000H OUT DX,AL E: RET PAN ENDP 黄灯每闪烁一次，都要判断夜晚情况是否解除，若解除，初始化交通灯；若为解除，黄灯继续闪烁，程序如下： MOV DX,0F002H IN AL,DX TEST AL,02H ;判断夜晚情况是否解除 JNZ E1 ;A!=B JMP O1 E1: RET 11 二二软硬件设计软硬件设计 2.12.1 硬件接线图硬件接线图 2.2.2.2.连线说明：连线说明： C5 区：CS、A0、A1 A3 区：CS2、A0、A1 C5 区：OUT0 B4 区：P C2 C5 区：GATE0 C1 区：VCC C5 区：CLK0 B2 区：7812 B4 区：A0,A1 A3 区：A0,A1 B4 区：/CS A3 区：CS1 B4 区：PA 口 G6 区：JP65 B4 区：PB 口 G5 区：JP42 B4 区：PC 口 G5 区：JP41 下半部 B4 区：PC1 G6 区：K5 2.32.3 流程图：流程图： 12 8255初始化，写入控制方式字8253初始化，输出2hz方波初始化交通灯所有灯亮延迟一秒所有灯灭延迟一秒CX=08255C端口高四位输出控制数码管5255A口控制交通灯灭设置东西绿灯，南北红灯8255B端口控制数码管显示数字东南西北数码管显示倒计时（从15开始）每显示一秒对控制紧急端口的端口进行判断东南西北红灯亮紧急情况发生？紧急情况解除，数码管继续显示数码管依次显示，若为零，东西红灯，南北绿灯设置东西红灯，南北绿灯8255B端口控制数码管显示数字东南西北数码管显示倒计时（从15开始）紧急情况发生？东南西北红灯亮紧急情况解除，数码管继续显示数码管依次显示，若为零，东西绿灯，南北红灯 13 三程序流程图三程序流程图 code segment assume cs:code go: mov al,10000001b mov dx,0f003h out dx,al mov al,00110111b mov dx,0e003h out dx,al mov al,77h mov dx,0e000h out dx,al mov al,09h out dx,al l: mov dx,0f002h in al,dx and al,01h je ll mov al, 80h mov dx,0f002h out dx,al mov al,11011101b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11111111b mov dx,0f000h out dx,al call delay jmp l ll: mov dx,0f002h mov al,7fh out dx,al mov al,11101011b 14 mov dx,0f000h out dx,al call a call b mov al,10111110b mov dx,0f000h out dx,al call a call c jmp l mov ah,4ch int 21h delay proc m: mov dx,0f002h in al,dx and al,02h jz m n: mov dx,0f002h in al,dx and al,02h jnz n ret delay endp aa: jmp l rr proc mov dx,0f002h in al,dx and al,01h cmp al,0h jnz aa ret rr endp a proc mov al,6fh mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay 15 call rr mov al,7fh mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay call rr mov al,07h mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay call rr mov al,7dh mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay call rr jmp z z: mov al,6dh mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay call rr mov al,66h mov dx,0f001h out dx,al call delay call delay call rr ret a endp b proc mov al,4fh mov dx,0f001h out dx,al 16 mov al,11011011b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11111011b mov dx,0f000h out dx,al call delay call rr mov al,5bh mov dx,0f001h out dx,al mov al,11011011b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11111011b mov dx,0f000h out dx,al call delay call rr jmp y y: mov al,06h mov dx,0f001h out dx,al mov al,11011011b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11111011b mov dx,0f000h out dx,al call delay call rr mov al,3fh mov dx,0f001h out dx,al mov al,11011011b 17 mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,11111011b mov dx,0f000h out dx,al call delay call rr ret b endp c proc mov al,4fh mov dx,0f001h out dx,al mov al,10111101b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,10111111b mov dx,0f000h out dx,al call delay call rr jmp x x: mov al,5bh mov dx,0f001h out dx,al mov al,10111101b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,10111111b mov dx,0f000h out dx,al call delay call rr mov al,06h mov dx,0f001h 18 out dx,al mov al,10111101b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,10111111b mov dx,0f000h out dx,al call delay call rr mov al,3fh mov dx,0f001h out dx,al mov al,10111101b mov dx,0f000h out dx,al call delay mov al,10111111b mov dx,0f000h out dx,al call delay call rr ret c endp code ends end go 19 四四实物接线图及运行结实物接线图及运行结果果 注：灯上标记的 123 为东南方向，567 位西北方向。 20 21 22 4心得体会心得体会 本次实习考察了 8255 和 8253 接口芯片的应用，为期一周的实习让我们对 8086 汇编语言的一些应用有了更深的认识。 本周实习的题目是将带数码管显示的交通信号灯模拟系统设计， 在 STAR ES598PCI实验系统的基础上，应用可编程并行接口 8255、定时/计数器 8253 等 I/O 接口芯片，设计一个十字路口交通信号灯模拟控制系统。 简单说下这周实习体会，相对来讲，实习期间的时间还是比较宽松的，但我并没有因此懈怠自己。在老师的悉心指导下，我积极主动思考，也虚心的向同学们请教。可以说通过这一周的实习，让我对微机这门课有了比较直观的认识，毕竟当理论运用到实际中去的所产生的效果真的让我觉得技术的力量，也由此深深敬佩那些创造这些技术的英雄们，科技，让生活更美好！做课设对所学书本知识有了更深认识，也在实际操作中增强了在自己的动手能力，也在与他人合作感受到团队的作用，一个人的力量终究是渺小的，最后感谢团队，感谢老师。