微机原理课设交通信号灯
模拟控制系统的设计 Modified by JEEP on December 26th, 2020.
南京工程学院Array通信工程学院
课程设计说明书(论文)
题目交通信号灯模拟控制系统的设计
课程名称微机原理与接口技术
专业
班级
学生姓名
学号
设计地点
指导教师
设计起止时间：2013年12月23日至2013年12月27日
目录
1、设计目的 (2)
2、设计内容及要求 (2)
3、设计原理 (2)
、电路接线方案 (2)
、定时问题 (3)
、工作状态 (3)
4、实验元件解释 (3)
、可编程并行通信接口8255A................................................................. (3)
、可编程计数器/定时器8253 (4)
5、程序流程图及说明 (5)
、基本和中级要求的流程图 (5)
、高级要求的流程图 (6)
、流程图说明 (7)
6、实验源代码及解释 (7)
7、实际接线图 (13)
8、运行结果 (13)
9、设计心得与体会 (16)
10、主要参考文献 (16)
1、设计目的
通过课程设计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，掌握汇编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、设计内容及要求
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7秒钟，B道再放行5秒钟，依次轮流。绿灯转换红灯时黄灯亮1秒钟。
2）一道有车，另一道无车时（实验时用开关K5和K6控制），交通控制系统能立即让有车道放行。
3）有紧急车辆要求通过时，系统要能禁止普通车辆通过，A、B道均为红灯，紧急车由K7开关模拟，有紧急车时另有一红灯闪烁。
4）基本要求：采用8255输出控制信号灯，8255输入K5、K6、K7控制开关信号，用循环程序软件定时实现功能要求；（60分）
5）中级要求：采用8255输出控制信号灯，8255输入K5、K6、K7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）
6）高级要求：在中级要求的基础上，增加用8255输出驱动LED数码显示器显示绿灯倒计时秒数，黄灯时不显示时间。（100分）
3、设计原理
设计任务中的A道代表东西方向，B道代表南北方向。
、电路接线方案：
交通信号灯由实验仪的LED发光二极管模拟，由8255-PA输出控制：见下表。
带时间显示的交通信号灯模拟控制系统 8255A输入/输出信号一览表（供参考）
注：1）、8255-PA输出方式可根据实验设备红绿黄灯具体位置改变
2）、采用软件延时，则8255的PC4不用接8253-OUT2。数码管的位码选择
、定时问题
用8253#2工作方式0进行500ms定时，CLK2接125kHz时钟信号，GATE2接高电平，OUT2接8255-PC4。主程序通过查询8255-PC4的状态，获知准确的定时信息。也可以采用软件延时，500ms延时子程序参见实验一。
、工作状态
根据设计任务功能要求，依K5、K6、K7的状态分为四种工作状态：状态0：
K5、K6、K7均断开（1电平）或K5、K6均闭合K7断开，A、B道交替通行；状态1：仅K5闭合，A道有车、B道无车；状态2：仅K6闭合，A道无车，B道有车；K5和K6均闭合，A、B道都有车，A、B道交替通行；状态3：K7闭合，有紧急车辆通行。
4、实验元件及解释
、可编程并行通信接口8255A
8255A的端口地址设为A口—0F000H，B口—0F001H，C口—0F002H,寄存器端口—
0F003H
将LED 灯的D0~D7分别与8255A的PC0~PC7相连，具体连接如下：
D0—1路口绿灯，D4—1路口红灯。
D1—2路口绿灯，D5—2路口红灯。
D2—3路口绿灯，D6—3路口红灯。
D3—4路口绿灯，D7—4路口红灯。
其中：1、3路口魏东西方向，2,4路口为南北方向。
系统中的8255A电路如图（B4区：8255A电路）
、可编程计数器/定时器8253
用LED（发光二极管）模拟信号灯，8255A实现对信号灯的控制（PC0~PC6分别接D0~ D6），8253的计数器2实现基本单位定时（如10ms）信号的输出；再用8255A的PA口查询定时信号的变化，并统计脉冲数，以实现3min、5s和1s的定时
实验系统中8253计数器2的CLK2可接OPCLK，频率为，GATE2接+VCC，OUT2接8255A的PA0。定时可采用软硬件香结合的方式实现。系统中8253电路如图（C5区：8253电路）
8253端口地址：0#计数器—0B000H，1#计数器—0B001H，2#计数器—
0B002H，控制寄存器—0B003H。
5、程序流程图及说明
、基本和中级要求的流程图：
、高级要求的流程图
、流程图说明
流程图1设计思想：
1、主程序每秒循环一次，每次查询三个开关状态，及时响应开关状态的变化。其中CNT0和CNT3分别用于记录状态0和状态3工作进程的进程计数器，可以用寄存器或内存变量实现。
2、常用的工作状态0是A、B道交替通行，一个周期用时14秒。用CNT0以秒为单位进行加1计数，从0到27循环计数，CNT0/2就可知本周期进行到第几秒了。根据设计任务功能要求，第0秒，A道红灯、B道黄灯；第1~7秒，A道绿灯、B道红灯；第8秒，A道黄灯、B道红灯；第9~13秒，A道红灯、B道绿灯。
3、工作状态3中，CNT3只有2种状态（0和0FFH），用于控制紧急车辆的灯光闪烁。
4、时间显示采用实验仪的数码管显示。只用一个数码显示器显示绿灯通行倒计时，A道显示数=8-CNT0/2，B道显示数=14-CNT0/2。参考流程图2。
如果用2个数码显示器分别显示A道、B道的倒计时，则需要用到动态显示扫描技术，难度较大，定为加分项目。在500ms延时子程序中循环调用动态显示扫描子程序，定时器的定时周期应缩短到5ms。参考流程图3。此功能难度较大，定为加分项目。2个数码管的位码选择（低电平有效）有8255的PC3、PC0来确定，接线到数码管选择脚接口JP41（注意JP41的接插方法：JP41只接插一半，用PCL接JP41的1-4引脚。如果PCL 与JP41完全连接，PC4对应位会显示倒计时数码）。显示内容由8255的B口接线到数码管段码接口JP42。
6、实验源代码及解释
源程序如下：
.MODEL TINY
COM_ADDR EQU 0B003H ;8253控制寄存器端口地址
T0_ADDR EQU 0B000H ;计数器0
T1_ADDR EQU 0B001H ;计数器1
T2_ADDR EQU 0B002H ;计数器2
COM_ADD EQU 0F003H ;8255控制寄存器端口地址
PA_ADD EQU 0F000H ;PA口
PB_ADD EQU 0F001H ;PB口
PC_ADD EQU 0F002H ;PC口
.STACK 300
.DATA
LED_DATA
DB 00111011B ;东西红灯，南北黄灯，紧急车辆闪光亮
SHUMA DB 01111111B ;0
DB 00000110B ;1
DB 01011011B ;2
DB 01001111B ;3
DB 01100110B ;4
DB 01101101B ;5
DB 01111101B ;6
DB 00000111B ;7
DB 01111111B ;8
CNT0 DB ;定义一个字节变量，初始值不定
CNT3 DB
.CODE
START: MOV AX,@DATA ;AX=0040H
MOV DS,AX
MOV DX,COM_ADD ;8255初始化
MOV AL,88H ;AL=1000 1000，A口方式0输出，B口方式0输出，C
口高四位输入，低四位输出 OUT DX,AL ;把AL中的内容送入DX端口
MOV DX,COM_ADDR ;8253初始化
MOV AL,0B0H ;AL=1011 0000,通道2，先读/写寄存器低字节，后读/写
高字节 OUT DX,AL ;把AL中的内容送入DX端口
MOV DX,PC_ADD ;位码选择
IN AL,DX ;把DX端口的数据送入AL
AND AL,0FEH ;逻辑与指令，使最低位清零
OR AL,01H ;逻辑或指令，使最低位置1
OUT DX,AL ;把AL中的内容送入DX端口
MOV CNT0,0 ;CNT0=0
MOV CNT3,0 ;CNT3=0
LP: CALL DL500ms ;调用DL500ms的指令
MOV DX,PC_ADD ;将PC端口地址送给DX
IN AL,DX ;把DX端口的数据送入AL
TEST AL,80H ;1000 0000 PC7 检查AL的D7=1
JZ K7 ;ZF=1，转移
JMP JMP1 ;无条件转JMP1
K7: MOV CH,CNT3 ;紧急情况
CMP CH,0 ;比较CH-0
JZ RRS ;ZF=1则转移
RRM: MOV AL,5 ;AL=0005H
XLAT ;AX=BBH ;Red Red Dark
MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H
OUT DX,AL ;将AL的值写入DX端口
JMP LAST0 ;跳转到JMP1
RRS: MOV AL,4 ;AL=0004H
XLAT ;AX=3BH ;Red Red Light
MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
CALL DL500ms ;调用DL500ms指令
MOV AL,5 ;AL=0005H
XLAT ;AX=BBH ;Red Red Dark
MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
LAST0: MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H
MOV AL,00H ;AL=00H
OUT DX,AL ;将AL的值写入DX端口
XOR CH,0FFH ;异或指令，使操作数的某些位保留（与“0异或”）
使某些位取反（与“1异或”） MOV CNT3,CH ;CH=0FFH
MOV CNT0,0 ;CNT0=0
JMP LP ;跳转到LP指令
JMP1: MOV DX,PC_ADD ;DX=0F002H
IN AL,DX ;将DX端口的内容赋值给AL
TEST AL,20H ;检测(0010 0000) PC5
JNZ JMP2 ;ZF=0，转移
MOV DX,PC_ADD ;DX=0F002H
IN AL,DX ;将DX端口的内容赋值给AL
TEST AL,40H ;检测(0100 0000) PC6
JNZ K5 ;ZF=0,转移
JMP JMP3 ;无条件跳转JMP3指令
K5: MOV AL,1 ;AL=0001
XLAT ;00EBH
MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H
MOV AL,00H ;AL=00H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
MOV CNT0,0 ;CNT0=0
MOV CNT3,0 ;CNT3=0
JMP LP ;无条件跳转LP
JMP2: MOV DX,PC_ADD ;DX=0F002H
IN AL,DX ;将DX端口中的内容赋值给AL
TEST AL,40H ;检测(0100 0000) PC6
JZ K6 ;ZF=1,则转移
JMP JMP3 ;无条件转移JMP3
K6: MOV AL,3 ;AL=0003
XLAT ;DBH
MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H
MOV AL,00H ;AL=00H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
MOV CNT0,0 ;CNT0=0
MOV CNT3,0 ;CNT3=0
JMP LP ;无条件跳转LP指令
LP1: JMP LP ;无条件跳转LP指令
JMP3: MOV CNT3,0 ;CNT3=0
MOV CH,CNT0 ;CH=CNT0
SHR CH,1 ;CH=CNT0/2 ,CH右移一位
LEA BX,LED_Data ;取源操作地址的偏移量，并把它送到目的操作数所在单元
CMP CH,0 ;比较CH-0
JZ RY ;ZF=1，相等则转移
CMP CH,8 ;定时8s
JB GR ;CF=1,低于则转移
CMP CH,8 ;定时8s
JZ YR ;ZF=1，相等则转移
JMP RG ;无条件转移RG RG: MOV AL,3 ;AL=0003 Red Green XLAT ;BEH
MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口 PUSH BX ;5~1S倒计时
LEA BX,SHUMA ;转换字形码
MOV AL,14
SUB AL,CH ;AL=AL-CH/2
XLAT ;表转换
MOV DX,PB_ADD
OUT DX,AL
POP BX ;显示倒计时
LAST: INC CNT0 ;指向下一个元素
CMP CNT0,28 ;一个计时周期28s
JNZ LP1 ;ZF=0，则转移
MOV CNT0,0 ;CNT0=0
JMP LP1 ;无条件转移LP1
RY: MOV AL,0 ;AL=0000 Red Yellow XLAT ;表转换
MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H
MOV AL,00H ;AL=00H
JMP LAST ;无条件转LAST指令
GR: MOV AL,1 ;AL=0001 Green Red XLAT ;表转换
MOV DX,PA_ADD ;AX=0F000H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
PUSH BX ;7~1s倒计时
LEA BX,SHUMA ;转换字形码
MOV DX,PB_ADD ;DX=OF001H
MOV AL,8 ;AL=0008
SUB AL,CH ;AL=AL-CH/2
XLAT ;表转换 BDH
MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
POP BX ;显示计时
JMP LAST ;无条件转移LAST指令YR: MOV AL,2 ;AL=0002
XLAT ;表转换 EBH Yello Red
MOV DX,PA_ADD ;DX=0F000H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
MOV DX,PB_ADD ;DX=0F001H
MOV AL,00H ;AL=0000
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
JMP LAST ;无条件转移LAST指令
DL500ms: PROC NEAR
MOV DX,T2_ADDR
MOV AL,24H ;62500=F424H
OUT DX,AL ;将AL的值送入DX端口
MOV AL,0F4H ;AL=0F4H
DELAY: MOV DX,PC_ADD ;DX=0F002H
IN AL,DX ;0001 0000 PC4~OUT2
TEST AL,10H ;查AL=10H
JZ DELAY ;ZF=1 ,则转移
RET
DL500ms ENDP
END START ;汇编结束
7、实际接线图
8、运行结果
当系统工作于状态1时，A、B道交替通行
当系统工作于状态2时，仅K5闭合，A道有车，B道无车：
当系统工作于状态3时，仅K6闭合，A道无车，B道有车：
当系统工作于状态4时，K7闭合，有紧急车辆通行：
9、设计心得及体会
为期一周的课程设计在不知不觉中已经结束了，短短的几天，让我重拾课本中关于并行通信接口8255A和8253计数器/定时器的原理及其应用，抛开我们应该掌握的知识和技能，我还明白了一些做人的道理，让我受益匪浅。
验收的时候，老师每个人都看了一遍，第二遍的时候，老师让我们自己选择是否留下来答辩，这个时候，我矛盾了，因为老师说，在答辩的过程中，一旦发现你什么都不会，那这次的课程设计就可能不及格。当时，我的自卑感来作祟了，因为，我觉得自己比不上那些留下来答辩的人，也许有这么几个很水的人留下来浑水摸鱼的，在这方面我
很佩服他们。也许就是分分钟的选择吧。老师问留下来答辩的人的问题的时候，我听了两个，我也都会。为了逃避自己当时已经后悔了的事实，我很快逃走了。
事后，我反复思考这件事，我知道，人不能盲目地自卑或者自信。这次的教训深深地警醒着我，我！必须相信自己！
10、主要参考文献
[1] 李干林. 微机原理及接口技术实验指导书[M] .北京：北京大学出版社，2010年8月
[2]周荷琴冯焕清. 微型计算机原理与接口技术（第5版）中国科学技术大学出版社，2013年1月