课程设计实验报告交通灯控制功能设计.doc
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微机课程设计——交通灯控制系统
《微机原理与接口技术》
课程设计实验报告
题目：
交通灯控制功能设计
指导老师：
专业：
信息科学与工程学院
班级：
自动化0807班
日期：
2011-1-5
目录
一、设计思想和实施方案论述，硬件原理图及分析
1.1、课程设计名称
1.2、课程设计要求
1.3、课程设计目的
二、设计思想和实施方案论述，硬件原理图及分析
2.1、设计思想和实施方案
2.2、硬件原理图
三、典型模块以及典型编程技巧分析
3.1、8086典型模块分析
3.2、编程技巧分析
四、设计中遇到的问题及解决方法
五、程序清单和程序注释，相关流程图
5.1程序清单和注释
5.2、实验室及流程图
六、收获与体会
七、参考文献
一、设计课程名称及要求
1.1、课程设计名称：
交通灯控制功能设计。
1.2、课程设计要求：
（1）、分别用C语言和汇编语言编程完成硬件接口功能设计；
（2）、硬件电路基于80x86微机接口；
（3）、程序功能要求：
小键盘给定、数码管（屏幕）显示；
（4）、同时具备急救车应急响应功能和时间倒计时显示功能。
1.3、课程设计目的：
《微机应用系统设计与综合实验（实践）》课程设计是自动化专业本科生必修的一门技术基础课。
通过本课程设计，让学生对微机系统有一个较全面的理解，对典型数字接口电路的应用技术有一个较深入的掌握，并对应用系统进行硬件原理和软件编程进行分析、设计和调试，达到基本掌握简单微型计算机应用系统软硬件的设计方法，提高项目开发能力的目的。
要求同学独立完成课题，写出课程设计说明书，画出电路原理图，说明工作原理，画出电路印制板图，编写设计程序及程序流程图。
二、设计思想和实施方案论述，硬件原理图及分析
2.1、设计思想和实施方案：
本设计使用了两种方案，一种是采用8086和8255A可编程并行接口实现了交通灯的设计，分别对主干道和支干道显示红灯和绿灯并且计时，采用8254定时器/计数器产生1HZ的脉冲，来控制8259产生中断，从而实现整个电路的设计。
交通灯采用红绿两种发光二极管，主干道亮45s，支干道亮30s，计数的最后5s中绿灯闪烁，用数码管倒计时显示时间，在发生紧急情况时，可以认为用开关控制主干道和支干道红灯均亮，禁止任何车通行。
另一种方案是采用单片机来实现的，达到的效果和上述方案相同。
单片机采用定时器T0和T1来触发中断，根据中断优先级的不同，从而可以处理不同的情况，交通灯也是采用红绿两种发光二极管，主干道亮45s，支干道亮30s，计数的最后5s中绿灯闪烁，用数码管倒计时显示时间，在发生紧急情况时，可以认为用开关控制主干道和支干道红灯均亮，禁止任何车通行，在故障清除后，断开开关可以使红绿灯和数码管回到原来的状态继续正常工作。
2.2、硬件原理图：
（a）图是基于8086的设计，（b）图是基于单片机的设计。
在（a）图中，可编程并行接口芯片8255A用作输出口，控制红绿灯的亮暗和数码管的计时，定时器/计数器8254采用级联的方式产生1HZ的脉冲，并将此方波接到中断器8259的IR1上，即每秒钟让中断控制器产生依次中断，从而可以执行中断子程序。
在（b）图中,P0口用于接数码管，P1口用于控制红绿灯的亮暗，P2口用于选通数码管，P32为定时器T0的控制端，当P32口为高电平时，定时器T0才会工作，并且T0的中断优先级高于T1，所以可以用于控制紧急情况。
P37口接扬声器，在计数器T0工作时扬声器就会响。
三、典型模块以及典型编程技巧分析
3.1、8086典型模块分析：
基于8086的设计主要由3个模块构成，其中8255是作为与外部显示电路的接口单元，8254和8259协同工作产生中断作为控制电路。
可编程并行接口芯片8255A通过方式控制字设置成方式0工作模式，A、B、C口均为输出，可编程计数器/定时器8254通过控制字寄存器设置OU0和OU1均为方式3工作模式，通过级联产生1HZ的方波，中断控制器通过初始化命令字设置成边缘触发，8254的OU1口接到8259的IR1端，每秒钟就可以产生一次中断，每次执行中断子程序时使计数减1，从而可以实现倒计时功能，当计数到0时，重新给计数初值赋给，改变灯的状态。
外部开关接8259的IR0端，它的中断优先级别高，设置成边缘触发，当按下开关，产生一个高电平的脉冲，就可以停止原来的状态来执行更高级别的中断子程序，这就可以处理紧急情况，让主干道和支干道都变成红灯。
单片机典型模块分析：
基于单片机的设计主要是以51单片机为核心，通过变成开放T0和T1的中断，但T0要在INT0为高电平时计数器T0才会工作。
计数器T1每50ms产生一次中断，每产生20次中断就令数码管的计数减1，当计数减到0时，重新设置数码管的计数初值，这样就可以依次循环工作了。
当P32接高电平时，计数器T0开始工作，此时红灯都亮，扬声器发音，中断结束后还原原来的状态。
3.2、编程技巧分析：
基于8086的设计编程语言是汇编语言，这里的几个编程模块就是方波产生模块，数码管显示模块和中断子程序模块。
方波是通过8254级联产生的，设置8254的计时器0和计数器1工作在方式3，设置适当计数初值n即可，这个模块的程序如下所示：
LOOP2:
MOVDX,MY8254_MODE
MOVAL,0
OUTDX,AL;计数器0，读写16位低高字节，工作方式3，BCD计数
MOVAL,00H
MOVDX,MY8254_0
OUTDX,AL
MOVAL,50
OUTDX,AL
MOVDX,MY8254_MODE
MOVAL,77H
OUTDX,AL;计数器1，读写16位低高字节，工作方式3，BCD计数
MOVAL,8
MOVDX,MY8254_1
OUTDX,AL
MOVAL,2
OUTDX,AL;1.041667MHZ/2000/1000=1HZ,即计数器输出1HZ的方波
数码管的显示是通过调用显示函数实现的，通过设置8255的工作模式，选择数码管的高位工作，然后将计数的高位送到数码管，再选择数码管的低位工作，然后将计数的低位送到数码管，在1s钟内多次扫描就可以消除闪烁，从而达到理想的计数效果，它的程序如下所示：
dispPROCNEAR
C1:
MOVDX,MY8255_C
MOVAL,0FEH；选通高位数码管
OUTDX,AL
SUBAH,AH
MOVAL,COUNT
MOVBL,0AH
DIVBL;商寄存在AL中，余数在AH中
MOVBX,OFFSETTAB
XLAT；通过查表找到对应的7段显示字符
MOVDX,MY8255_B
OUTDX,AL
CALLDELAY1ms
MOVAL,0
OUTDX,AL
MOVAL,0FDH；选通低位数码管
MOVDX,MY8255_C
OUTDX,AL
MOVAL,AH
MOVBX,OFFSETTAB
XLAT；通过查表找到对应的7段显示字符
MOVDX,MY8255_B
OUTDX,AL
CALLDELAY1ms
MOVAL,0
OUTDX,AL
MOVAH,1
INT16H;有键按下则跳出
JNZQUIT
dispENDP
中断子程序模块是通过扩充中断源实现的，主要是通过设置8259的工作模式，开放TR1和TR0的中断，按上开关K后，TR0就发生中断，在TR0中断没有触发的情况下，从OU1口输出一个上升沿脉冲，TR1就中断一次，程序如下所示：
QUERY:
MOVDX,MY8259_OCW3;向8259的OCW3发送查询命令
MOVAL,0CH
OUTDX,AL
INAL,DX;读出查询字
TESTAL,80H;判断中断是否已响应
JZQUERY;没有响应则继续查询
ANDAL,03H
CMPAL,00H
JEIR0ISR;若为IR0请求，跳到IR0处理程序
JNEIR1ISR;若为IR1请求，跳到IR1处理程序
JMPEOI
基于单片机的编程语言是C语言，它主要有数码管显示程序和中断服务子程序。
数码管的显示和上面汇编语言的原理一样，它的程序如下：
voiddisplay（unsignedchart）//显示数码管函数
{
P2=0xf5;选通两个高位数码管
P0=tab[t/10];取t的十位送到P0口显示
delay（）;
P2=0xF0;开通所有的数码管，避免闪烁
P2=0xfa;选通低位两个数码管
P0=tab[t%10];取t的个位送到P0口显示
delay（）;
P2=0xF0;
}
中断服务子程序有计数器T0和计数器T1的子程序。
T1的优先级低，它主要用于控制正常工作状态的红绿灯和数码管计数，而T0的优先级高，可以处理紧急情况，并且在处理紧急情况以后能返回原正常运行状态，这在汇编里面用的是栈保护，而在C语言中可以设置一个变量也存储原来的数据，可以达到同样保护数据的效果，这一点的实现代码如下：
voidTime0（void）interrupt1using0
{
t=0;
count1=count;//寄存中断前count的值，以便中断结束后恢复
while（t!
=125）
{
t++;
sound=~sound;
P10=0;//紧急情况绿灯全熄
P12=0;
P11=1;//紧急情况红灯全亮
P13=1;
P2=0xF0;//点亮两个数码管
count=88;
display（count）;
TH0=（65535-921）/256;
TL0=（65535-921）%256;
}
count=count1;//恢复原来count的值
if（a%2==0）
{P10=1;
P11=0;
P12=0;
P13=1;//返回主干道通行
}
else
{P10=0;
P11=1;
P12=1;
P13=0;//返回主干道通行
}
}
四、设计中遇到的问题及解决方法
1.数码管的计数每秒钟减1，当时不熟练8254的应用，就想用软件延时来实现这个功能，最后查资料的时候知道了计时器的级联应用，很容易的就解决了这个问题。
2.对于数码管的显示，最开始感觉很模糊，查阅资料的时候找到了XLAT表转换指令的应用，首先定义十进制的七段显示码，将表格首地址送入BX，数字的七段码在表格中的偏移量送入ＡＬ，然后执行XLAT就可以实现这个功能了。
3.对于要求中的紧急响应功能，开始时只想利用8254来实现，结果失败了，所以我就想到了用两级中断，产生高级中断时就开启紧急响应功能，触发蜂鸣器，点亮红灯。
4.在执行中断程序的过程中，寄存器中的变量好多都改变了，开始时束手无策，最后查资料时想到了栈的运用，利用入栈和出栈来保护寄存器中的初值。
5.在用C语言编程时，用PROTUES软件进行仿真时，数码管显示错误，一会显示一会停止，闪烁感太明显了。
想想后，我就把显示函数从中断子程序中改放到主函数中，放在while
（1）无限循环语句中，最后很好的解决了这个问题。
查阅资料后才明白，执行中断子程序是很快的事，执行完了后就会返回到主函数中继续执行，所以显示函数放在中断子程序中只有在产生中断的时候才会工作，所以数码管很多时候就处于熄灭的状态，而显示函数放在主函数中就放好解决了这个问题。
6.要做到可以人为设置通行时间，在单片机中，我不熟练键盘扫描，所以就想到了另外一个办法，给P1的高四位赋不同的初值，这样可以得到16种组合，故可以设置16中初值，为了简化程序，我只设置了4种初值，不过同样可以达到设置初值的效果。
7.用单片机产生两级中断的时候，我不知道该选定时器中断还是外部中断，查资料后知道定时器0和定时器1的中断优先级不一样，定时器T0的优先级高，所以可以让定时器T1控制正常工作状态的灯显示和数码管计数，而定时器T0则控制突发情况。
五、程序清单和程序注释，相关流程图
5.1程序清单和注释：
基于8086汇编语言的程序清单及注释如下所示：
MY8255_AEQUIOY0+00H*4;8255A口的地址
MY8255_BEQUIOY0+01H*4;8255B口的地址
MY8255_CEQUIOY0+02H*4;8255C口的地址
MY8255_MODEEQUIOY0+03H*4;8255控制寄存器的地址
MY8254_0EQUIOY1+00H*4;8254计数器0端口的地址
MY8254_1EQUIOY1+01H*4;8254计数器0端口的地址
MY8254_MODEEQUIOY1+02H*4;8254计数器0端口的地址
;***************根据CHECK配置信息修改下列符号值*******************
INTR_IVADDEQU01CCH;INTR对应的中断矢量地址
INTR_OCW1EQU0A1H;INTR对应PC机内部8259的OCW1地址
INTR_OCW2EQU0A0H;INTR对应PC机内部8259的OCW2地址
INTR_IMEQU0F7H;INTR对应的中断屏蔽字
PCI_INTCSREQU9438H;PCI卡中断控制寄存器地址
IOY0EQU0C400H;片选IOY0对应的端口始地址
IOY1EQU0C440H;片选IOY0对应的端口始地址
IOY2EQU0C480H;片选IOY0对应的端口始地址
;*****************************************************************
MY8259_ICW1EQUIOY2+00H;实验系统中8259的ICW1端口地址
MY8259_ICW2EQUIOY2+04H;实验系统中8259的ICW2端口地址
MY8259_ICW3EQUIOY2+04H;实验系统中8259的ICW3端口地址
MY8259_ICW4EQUIOY2+04H;实验系统中8259的ICW4端口地址
MY8259_OCW1EQUIOY2+04H;实验系统中8259的OCW1端口地址
MY8259_OCW2EQUIOY2+00H;实验系统中8259的OCW2端口地址
MY8259_OCW3EQUIOY2+00H;实验系统中8259的OCW3端口地址
REDEQU0FAH;紧急时刻，主支干道全部亮红灯
ZHUEQU0F5H;主干道灯的状态
ZHIEQU0F9H;支干道灯的状态
FLICKEREQU0F0H;控制灯闪烁
CLOSEEQU00H;关闭所有的灯
TIME1EQU20;主干道通行时间
TIME2EQU10;支干道通行时间
DATASEGMENT
CS_BAKDW?
IP_BAKDW?
IM_BAKDW?
TABDB40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,18H;十进制数的七段显示码
COUNTDW?
;存储计数的变量
FLAGDW?
;flag为偶数时表明主干道通行
DATAENDS
STACK1SEGMENTSTACK
DW256DUP（?
）
STACK1ENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA,SS:
STACK1
START:
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
CLI
MOVDX,MY8255_MODE
MOVAL,80H
OUTDX,AL;初始化8255的工作模式A、B、C工作在方式0，均为输出
LOOP1:
MOVDX,MY8255_A
MOVCX,3
A1:
MOVAL,RED
OUTDX,AL
CALLDELAY1;延时0.5s
MOVAL,CLOSE
OUTDX,AL
CALLDELAY1
LOOPA1;初始状态主支干道红灯均闪烁，3s后进入正常工作状态
LOOP2:
MOVDX,MY8254_MODE
MOVAL,0
OUTDX,AL;计数器0，读写16位低高字节，工作方式3，BCD计数
MOVAL,00H
MOVDX,MY8254_0
OUTDX,AL
MOVAL,50
OUTDX,AL
MOVDX,MY8254_MODE
MOVAL,77H
OUTDX,AL;计数器1，读写16位低高字节，工作方式3，BCD计数
MOVAL,8
MOVDX,MY8254_1
OUTDX,AL
MOVAL,2
OUTDX,AL;1.041667MHZ/2000/1000=1HZ,即计数器输出1HZ的方波
MOVCOUNT,TIME1
MOVFLAG,0;初始化主干道通行
MOVCL,ZHU
MOVAL,CL
MOVDX,MY8255_A
OUTDX,AL
MOVDX,PCI_INTCSR
SUBDX,19H
INAL,DX
MOVDX,PCI_INTCSR;初始化PCI卡中断控制寄存器
MOVAX,1F00H;向PCI_INTCSR中写入003F1F00H
OUTDX,AX
ADDDX,2
MOVAX,003FH
OUTDX,AX
MOVAX,0000H;替换INTR的中断矢量
MOVES,A
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