微机在交通灯控制中的应用定稿.docx

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微机在交通灯控制中的应用定稿

微机在交通灯控制中的应用

摘要：

交通灯随处可见，日常生活在十字路口需要两个方向通车和行人行走，为了行人和车辆的安全和正常的交通次序，每次只能一个方向通车和行人。

在每个方向都有相应的指示灯指挥车辆的通行，当红灯亮起的时候表示这个方向禁止通行；绿灯亮的时候起表示这个方向可以通行；黄灯闪烁时表示这个方向将由可以通行状态转变为禁止通行状态。

每个方向车流量不同，通车放行时间也不同。

当有紧急车辆，如：

急救车，消防车，公安出勤车等过来时，每个方向都禁止通车亮红灯，方便紧急车辆通过，等紧急车过去后马上恢复紧急车辆来之前的状态。

发光二极管有电流通过时就会发光。

采用不同的材料，就会发出不同的光

关键字：

交通灯控制微机原理

Abstract:

Trafficeverywhere,dailylifeintheintersectionoftwodirectionandpedestriantraffictowalk,forpedestriansandvehiclesandnormaltrafficorder,onlyinonedirectionandpedestriantraffic.Ineachdirectionindicatorofthecorrespondingcommandvehicletrafficlightsarered,thetrafficwhenthedirectionthatban,Whenthelightsupthedirectioncanbeexpressed.Yellowlightsflashingsaysthisdirectionbythetrafficconditioncanbetransformednothoroughfare.Eachdirection,toreleasetimeofcarsisdifferentalso.Whenthereisanemergencyvehicles,suchas:

theambulance,publicsecurityfire,suchasattendance,eachdirectionareforbiddentoredlight,convenientemergencyvehicles,emergencyvehicleusedbyimmediatelyaftertherestorationofthestateofemergencyvehiclestobefore.Ledshavecurrentwillshinethrough.Usingdifferentmaterials,willproducedifferentlight

Keywords:

thetrafficlights，control，Microcomputerprinciple

1、总体设计方案介绍………………………………………………………………

2、单元电路设计……………………………………………………………………

2.1.8086最小系统设计…………………………………………………………….

2.2.8255电路设计………………………………………………………………….

2.3.8253电路设计…………………………………………………………………..

2.4.8259电路设计…………………………………………………………………….

2.5.存储器电路设计…………………………………………………………………….

2.6.译码电路设计…………………………………………………………………………

3、程序设计………………………………………………………………………………….

3.1.程序总体设计………………………………………………………………………….

3.2.功能模块段设计………………………………………………………………………..

3.3.总结…………………………………………………………………………………….

4、附件：

（1）程序清单…………………………………………………………………………….

（2）总体接线图………………………………………………………………………………

5、参考文献……………………………………………………………………………………..

1、总体设计方案介绍

设一十字路口为东西南北走向，各用一组红、黄、绿色LED分别表示南北方向和东西方向的交通信号灯。

系统功能要求如下：

能显示十字路口东西、南北两个方向的红、黄、绿灯的指示状态。

（初始状态0为东西红灯，南北红灯。

然后转状态1南北绿灯通车，东西红灯。

延时T1秒后转状态2，南北绿灯闪2秒转黄灯，延时3秒，东西仍然红灯。

再转状态3，东西绿灯通车，南北红灯。

延时T1秒后转状态4，东西绿灯闪2秒转黄灯，延时3秒，南北仍然红灯。

最后循环至状态1。

）

用开关K0～K7实现延时时间T1的设置，当K7闭合时，为T1的设置状态，K0～K6为设置时间（秒），此时东西、南北两个方向均显示红灯状态。

当K7断开时为工作状态。

绿灯的闪烁频率为1HZ。

系统中用8253作定时器，产生延时时间及1HZ的闪烁频率；用74LS273作输出口，控制交通灯；用74LS244作输入口，进行延时时间T1的设置。

（或使用8255A接口芯片）

图1总体方案框图

分析题意，红，黄，绿灯可分别接在8255的C口上，灯的亮灭可直接由8086输出0，1控制。

30秒延时及闪烁由8253控制。

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=1

s，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8086，8086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8086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8086，8086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。

2、单元电路设计

2.1、8086最小系统设计

图2最小系统

分析8086各个引脚的连接方法。

图38086CPU

最小模式下的24--31引脚

当8088/8086CPU的

引脚固定接+5V时，CPU处于最小模式下，这时候剩余的24—31共8个引脚的名称及功能如下：

①

（InterruptAcknowledge）中断响应信号输出引脚

（1），低电平有效，该引脚是CPU响应中断请求后，向中断源发出的认可信号，用以通知中断源，以便提供中断类型码，该信号为两个连续的负脉冲。

②ALE（AddressLockEnable）:

地址锁存允许输出信号引脚

（1），高电平有效，CPU通过该引脚向地址锁存器8282/8283发出地址锁存允许信号，把当前地址/数据复用总线上输出的是地址信息，锁存到地址锁存器8282/8283中去。

注意：

ALE信号不能被浮空。

③

（DataEnable）:

数据允许输出信号引脚，低电平有效，为总线收发器8286提供一个控制信号，表示CPU当前准备发送或接收一项数据。

④

（DataTransmit/Receive）:

数据收发控制信号输出引脚

（1），CPU通过该引脚发出控制数据传送方向的控制信号，在使用8286/8287作为数据总线收发器时，

信号用以控制数据传送的方向，当该信号为高电平时，表示数据由CPU经总线收发器8286/8287输出，否则，数据传送方向相反。

⑤

（Memory/Input&Output）:

存储器/I/O端口选择信号输出引脚

（1）,这是CPU区分进行存储器访问还是I/O访问的输出控制信号。

当该引脚输出高电平时，表明CPU要进行I/O端口的读写操作，低位地址总线上出现的是I/O端口的地址；当该引脚输出低电平时，表明CPU要进行存储器的读写操作，地址总线上出现的是访问存储器的地址。

⑥

（Write）:

写控制信号输出引脚

（1），低电平有效，与

配合实现对存储单元、I/O端口所进行的写操作控制。

⑦HOLD（HoldRequest）:

总线保持请求信号输入引脚

（1），高电平有效。

这是系统中的其它总线部件向CPU发来的总线请求信号输入引脚。

⑧HLDA（HoldAcknowledge）:

总线保持响应信号输出引脚，高电平有效，表示CPU认可其他总线部件提出的总线占用请求，准备让出总线控制权。

（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，8086CPU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（AddressLatchEnable）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。

8086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，8086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，8086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8086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。

接下来，对8282芯片作一下说明：

～

:

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8086单处理器系统中，它接地。

3．8282

图48282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8086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。

最后，对时钟发生器8284芯片按两部分进行说明：

图58284接线图

（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8086CPU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8086CPU，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。

2.2、8255电路设计

图68255引脚图

8255的内部结构

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。

参见下表。

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。

用于存放各口的工作方式控制字

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）数据输入操作

用于输入操作的联络信号有：

STB（StroBe）—选通脉冲，输入，低电平有效。

当外设送来STB信号时，输入数据装入8255A的锁存器。

IBF（InputBufferFull）—输入缓冲器满信号，输出，高电平有效。

IBF信号有效，表明数据已装入锁存器，因此它是一个状态信号。

INTR（INTerruptRequest）—中断请求信号，高电平有效，当IBF数据输入过程：

当外设准备好数据输入后，发出信号，输入的数据送入缓冲器。

然后IBF信号有效。

如使用查询方式，则IBF即作为状态信号供查询使用；如使用中断方式，当信号由低变高时，产生INTR信号，向单片微机发出中断。

单片微机在响应中断后执行中断服务程序时读入数据，并使INTR信号变低，同时也使IBF信号同时变低。

以通知外设准备下一次数据输入。

（3）数据输出操作

用于数据输出操作的联络信号有：

ACK（ACKnowledge）—外设响应信号输入，低电平有效。

当外设取走输出数据，并处理完毕后向单片微机发回的响应信号为高，信号由低变高（后沿）时，中断请求信号有效。

向单片微机发出中断请求。

OBF（OutputBufferFull）——输出缓冲器满信号，输出，低电平有效。

当单片微机把输出数据写入8255A锁存器后，该信号有效，并送去启动外设以接收数据。

INTR—中断请求信号，输出，高电平有效。

数据输出过程：

外设接收并处理完一组数据后，发回ACK信号。

该信号使OBF变高，表明输出缓冲器已空。

如使用查询方式，则OBF可作为状态信号供查询使用；如使用中断方式，则当ACK信号结束时，INTR有效，向单片微机发出中断请求。

在中断服务过程中，把下一个输出数据写入8255A的输出缓冲器。

写入后OBF有效，表明输出数据已到，并以此信号启动外设工作，取走并处理8255A中的输出数据。

表7–28255AC口联络信号定义

2.3、8253电路设计

图78253引脚图

8253内部可分为6个模块，每个模块的功能如下：

1.数据总线缓冲器及数据总线D0～D7

2.读/写控制逻辑及控制引脚

CS*A1A0

I/O地址

读操作RD*

写操作WR*

000

001

010

011

40H

41H

42H

43H

读计数器0

读计数器1

读计数器2

无操作

写计数器0

写计数器1

写计数器2

写控制字

3.控制字寄存器

在初始化编程时，CPU写入方式控制字到控制字寄存器中，用以选择计数通道及其相应的工作方式。

8253的控制字：

8253的工作方式也是有控制字来决定，其控制字意义如下

4.计数通道0、计数通道1、计数通道2

3个计数通道内部结构完全相同。

每个计数通道都由一个16位计数初值寄存器、一个16位减法计数器和一个16位计数值锁存器组成

计数初值存于预置寄存器，在计数过程中，减法计数器的值不断递减，而预置寄存器中的预置不变。

输出锁存器用于写入锁存命令时，锁定当前计数值。

计数器的3个引脚说明：

（1）CLK时钟输入信号

在计数过程中，此引脚上每输入一个时钟信号（下降沿），计数器的计数值减1

（2）GATE门控输入信号

控制计数器工作，可分成电平控制和上升沿控制两种类型

（3）OUT计数器输出信号

当一次计数过程结束（计数值减为0），OUT引脚上将产生一个输出信号

8253有6种工作方式，由方式控制字确定

区分这6种工作方式的主要标志由3点：

一是输出波形不同；二是启动计数器的触发方式不同；三是计数过程中门控信号GATE对计数器操作的控制不同。

1．.方式0--低电平输出（GATE信号上升沿继续计数）

2．方式1--低电平输出（GATE信号上升沿重新计数）

3．方式2--周期性脉冲输出

4．方式3--周期性方波输出

OUT输出低电平，装入计数值n后，OUT立即跳变为高电平。

如果当前GATE为高电平，则立即开始减“1”计数，OUT保持为高电平，若n为偶数，则当计数值减到n/2时，OUT跳变为低电平，一直保持到计数值为“0”，系统才重新置入计数值n，实现循环计数。

这时OUT端输出周期为n×CLK周期，占空比为1：

1的方波序列：

若n为奇数，则OUT端输出周期为n×CLK周期，占空比（n+1）/2:

（n-1）/2的近似方波序列。

5．方式4--单次负脉冲输出（软件触发）

6．方式5--单次负脉冲输出（硬件触发）

每种工作方式的设置过程类似：

⑴设定工作方式

⑵设定计数初值

⑶硬件启动

⑷计数初值进入减1计数器

⑸每输入一个时钟计数器减1的计数过程

⑹计数过程结束

2.4、8259电路设计

图88259引脚图

8259a引脚配置图

8259A是专门为了对8085A和8086/8088进行中断控制而设计的芯片，它是可以用程序控制的中断控制器。

单个的8259A能管理8级向量优先级中断。

在不增加其他电路的情况下，最多可以级联成64级的向量优先级中断系统。

8259A有多种工作方式，能用于各种系统。

各种工作方式的设定是在初始化时通过软件进行的。

在总线控制器的控制下,8259A芯片可以处于编程状态和操作状态.编程状态是CPU使用IN或OUT指令对8259A芯片进行初始化编程的状态。

在高档Pc系列机中，它的逻辑被集成到多功能接口芯片中。

　 8259A具有以下主要功能：

  ①具有8级优先权控制，通过级联可扩展至64级优先权控制；

  ②每一级中断都可以屏蔽或允许；

  ③在中断响应周期，8259A可提供相应的中断向量，从而能迅速转入中断服务程序；

  ④8259A有几种中断管理模式，可以通过编程进行选择。

2.5、存储器电路设计

6264是一种8K×8的静态存储器，其内部组成如图10（a）所示，主要包括512×128的存储器矩阵、行／列地址译码器以及数据输入输出控制逻辑电路。

地址线13位，其中A12～A3用于行地址译码，A2～A0和A10用于列地址译码。

在存储器读周期，选中单元的8位数据经列I/O控制电路输出；在存储器写周期，外部8位数据经输入数据控制电路和列I／O控制电路，写入到所选中的单元中。

6264有28个引脚，如图10（b）所示，采用双列直插式结构，使用单一＋5V电源。

其引脚功能如下：

图106264的内部结构图及引脚图

　A12～A0：

地址线，输入，寻址范围为8K。

　　D7～D0：

数据线，8位，双向传送数据。

：

片选信号，输入，低电平有效。

：

写允许信号，输入，低电平有效，读操作时要求其无效。

：

读允许信号；输入，低电平有效，即选中单元输出允许。

　　VCC：

十5V电源。

　　GND：

地。

　　NC表示引脚未用。

　　6264的工作方式如表2．2所示。

2.6、译码电路设计

74LS138译码器引脚图，逻辑图及功能表如下

图113—8译码器引脚图

3、程序设计

3.1、程序总体设计

3.2、功能模块段设计

中断子程序流程图：

3.3、总结初始化

本次课程设计的总结与体会

 微机原理与接口技术是一门很有趣的课程，任何一个计算机系统都是一个复杂的整体，学习计算机原理是要涉及到整体的每一部分。

讨论某一部分原理时又要涉及到其它部分的工作原理。

这样一来，不仅不能在短时间内较深入理解计算机的工作原理，而且也很难孤立地理解某一部分的工作原理。

所以，在循序渐进的课堂教学过程中，我总是处于“学会了一些新知识，弄清了一些原来保留的问题，又出现了一些新问题”的循环中，直到