《微机原理与接口技术》课程设计实验报告交通灯控制功能设计

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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：loo

8、p2: mov dx,my8254_mode mov al,0 out dx,al ;计数器0，读写16位低高字节，工作方式3，bcd计数 mov al,00h mov dx,my8254_0 out dx,al mov al,50 out dx,al mov dx,my8254_mode mov al,77h out dx,al ;计数器1，读写16位低高字节，工作方式3，bcd计数 mov al,8 mov dx,my8254_1 out dx,al mov al,2 out dx,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

9、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：disp proc nearc1:mov dx,my8255_cmov al,0feh；选通高位数码管out dx,alsub ah,ahmov al,countmov bl,0ahdiv bl;商寄存在al中，余数在ah中mov bx,offset tabxlat；通过查表找到对应的7段显示字符mov dx,my8255_bout dx,alcall delay1msmov

10、al,0out dx,almov al,0fdh；选通低位数码管mov dx,my8255_cout dx,almov al,ahmov bx,offset tabxlat；通过查表找到对应的7段显示字符mov dx,my8255_bout dx,alcall delay1msmov al,0 out dx,almov ah,1int 16h;有键按下则跳出jnz quitdisp endp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

11、，程序如下所示：query: mov dx,my8259_ocw3 ;向8259的ocw3发送查询命令 mov al,0ch out dx,al in al,dx ;读出查询字 test al,80h ;判断中断是否已响应 jz query ;没有响应则继续查询 and al,03h cmp al,00h je ir0isr ;若为ir0请求，跳到ir0处理程序 jne ir1isr ;若为ir1请求，跳到ir1处理程序 jmp eoi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：void display(unsign

12、ed char t)/显示数码管函数 p2=0xf5;选通两个高位数码管 p0=tabt/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=tabt%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

13、的实现代码如下：void time0(void) interrupt 1 using 0 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; p1

14、2=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，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

15、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

16、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

17、注释如下所示： my8255_a equ ioy0+00h*4 ; 8255a口的地址 my8255_b equ ioy0+01h*4 ; 8255b口的地址 my8255_c equ ioy0+02h*4 ; 8255c口的地址 my8255_mode equ ioy0+03h*4 ; 8255控制寄存器的地址 my8254_0 equ ioy1+00h*4 ; 8254计数器0端口的地址 my8254_1 equ ioy1+01h*4 ; 8254计数器0端口的地址 my8254_mode equ ioy1+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

18、* intr_ivadd equ 01cch ;intr对应的中断矢量地址 intr_ocw1 equ 0a1h ;intr对应pc机内部8259的ocw1地址 intr_ocw2 equ 0a0h ;intr对应pc机内部8259的ocw2地址 intr_im equ 0f7h ;intr对应的中断屏蔽字 pci_intcsr equ 9438h ;pci卡中断控制寄存器地址 ioy0 equ 0c400h ;片选ioy0对应的端口始地址 ioy1 equ 0c440h ;片选ioy0对应的端口始地址 ioy2 equ 0c480h ;片选ioy0对应的端口始地址;* my8259_icw1

19、 equ ioy2+00h ;实验系统中8259的icw1端口地址 my8259_icw2 equ ioy2+04h ;实验系统中8259的icw2端口地址 my8259_icw3 equ ioy2+04h ;实验系统中8259的icw3端口地址 my8259_icw4 equ ioy2+04h ;实验系统中8259的icw4端口地址 my8259_ocw1 equ ioy2+04h ;实验系统中8259的ocw1端口地址 my8259_ocw2 equ ioy2+00h ;实验系统中8259的ocw2端口地址 my8259_ocw3 equ ioy2+00h ;实验系统中8259的ocw3端

20、口地址 red equ 0fah ;紧急时刻，主支干道全部亮红灯 zhu equ 0f5h ;主干道灯的状态 zhi equ 0f9h ;支干道灯的状态 flicker equ 0f0h ;控制灯闪烁 close equ 00h ;关闭所有的灯 time1 equ 20 ;主干道通行时间 time2 equ 10 ;支干道通行时间 data segment cs_bak dw ? ip_bak dw ? im_bak dw ? tab db 40h,79h,24h,30h,19h,12h,02h,78h,00h,18h ;十进制数的七段显示码 count dw ? ;存储计数的变量 flag

21、dw ? ;flag为偶数时表明主干道通行 data ends stack1 segment stack dw 256 dup(?) stack1 ends code segment assume cs:code,ds:data,ss:stack1 start: mov ax,data mov ds,ax cli mov dx,my8255_mode mov al,80h out dx,al ;初始化8255的工作模式a、b、c工作在方式0，均为输出 loop1: mov dx,my8255_a mov cx,3 a1: mov al,red out dx,al call delay1 ;延时

22、0.5s mov al,close out dx,al call delay1 loop a1 ;初始状态主支干道红灯均闪烁，3s后进入正常工作状态 loop2: mov dx,my8254_mode mov al,0 out dx,al ;计数器0，读写16位低高字节，工作方式3，bcd计数 mov al,00h mov dx,my8254_0 out dx,al mov al,50 out dx,al mov dx,my8254_mode mov al,77h out dx,al ;计数器1，读写16位低高字节，工作方式3，bcd计数 mov al,8 mov dx,my8254_1 ou

23、t dx,al mov al,2 out dx,al ;1.041667mhz/2000/1000=1hz,即计数器输出1hz的方波 mov count,time1 mov flag,0 ;初始化主干道通行 mov cl,zhu mov al,cl mov dx,my8255_a out dx,al mov dx,pci_intcsr sub dx,19h in al,dx mov dx,pci_intcsr ;初始化pci卡中断控制寄存器 mov ax,1f00h ;向pci_intcsr中写入003f1f00h out dx,ax add dx,2 mov ax,003fh out dx,

24、ax mov ax,0000h ;替换intr的中断矢量 mov es,ax mov di,intr_ivadd mov ax,es:di mov ip_bak,ax ;保存intr原中断处理程序入口偏移地址 mov ax,offset myisr mov es:di,ax ;设置当前中断处理程序入口偏移地址 add di,2 mov ax,es:di mov cs_bak,ax ;保存intr原中断处理程序入口段地址 mov ax,seg myisr mov es:di,ax ;设置当前中断处理程序入口段地址 mov dx,intr_ocw1 ;设置中断屏蔽寄存器，打开intr的屏蔽位 in

25、 al,dx xor ax,ax mov im_bak, ax ;保存intr原中断屏蔽字 and al,intr_im out dx,al mov dx,my8259_icw1 ;初始化实验系统中8259的icw1 mov al,13h ;边沿触发、单片8259、需要icw4 out dx,al mov dx,my8259_icw2 ;初始化实验系统中8259的icw2 mov al,08h out dx,al mov dx,my8259_icw4 ;初始化实验系统中8259的icw4 mov al,01h ;非自动结束eoi out dx,al mov dx,my8259_ocw1 ;初始

26、化实验系统中8259的ocw1 mov al,0fch ;打开ir0和ir1的屏蔽位 out dx,al sti wait1: call disp ;数码管显示 mov ah,1 ;判断是否有按键按下 int 16h jz wait1 ;无按键则跳回继续等待，有则退出 quit: cli mov dx,pci_intcsr ;恢复pci卡中断控制寄存器 mov ax,0000h out dx,ax mov ax,0000h ;恢复intr原中断矢量 mov es,ax mov di,intr_ivadd mov ax,ip_bak ;恢复intr原中断处理程序入口偏移地址 mov es:di,

27、ax add di,2 mov ax,cs_bak ;恢复intr原中断处理程序入口段地址 mov es:di,ax mov dx,intr_ocw1 xor ax,ax ;恢复intr原中断屏蔽寄存器的屏蔽字 mov ax,im_bak out dx,al sti mov ax,4c00h ;返回到dos int 21h myisr proc near ;中断处理程序myisr query: mov dx,my8259_ocw3 ;向8259的ocw3发送查询命令 mov al,0ch out dx,al in al,dx ;读出查询字 test al,80h ;判断中断是否已响应 jz q

28、uery ;没有响应则继续查询 and al,03h cmp al,00h je iro0 ;若为ir0请求，跳到ir0处理程序 jne iro1 ;若为ir1请求，跳到ir1处理程序 jmp eoi iro0: mov al,flag ;iro为高级中断，处理紧急情况 cbw mov bx,ax ;把count变成双字节存入ax，这样就可以存入栈中 mov al,count ;把count变成双字节存入ax，这样就可以存入栈中 cbw push ax push bx mov cx,0ffffh ;中断程序执行时间为65536*256/f=3s loop0: mov bl,0ffh loop1

29、: mov dx,my8255_a mov ax,0fah ;主干道支干道红灯均亮 mov dx,my8255_c mov al,80h ;pc7为高电平，接扬声器 out dx,al dec bl cmp bl,0 jne loop1 loop loop0 pop bx pop ax mov count,al ;还原中断前的变量值 mov flag,bl mov ah,0 mov al,flag mov bl,2 div bl ;ah=1,flag为奇数 ,支干道通行 cmp ah,1 je p3 mov dx,my8255_a mov al,zhu ;主干道通行灯的状态 out dx,al

30、 p3: mov dx,my8255_a mov al,zhi ;支干道通行灯的状态 out dx,al iret iro1: mov al,count sub al,01h das mov count,al ;计数初值自减1 cmp al,0 je l2 mov al,flag mov bl,2 div bl ;ah=1,flag为奇数 ,支干道通行 cmp ah,1 je p1 mov dx,my8255_a mov al,zhu ;主干道通行灯的状态 out dx,al p1: mov dx,my8255_a mov al,zhi ;支干道通行灯的状态 out dx,al l2: mov

31、 al,flag add al,01h ;状态显示数加1 daa mov ah,0 mov bl,2 div bl ;ah=1,flag为奇数 ,支干道通行 cmp ah,1 je p2 mov count,time1 ;支干道工作完后设置主干道的通行时间time1 p2: mov count,time2 ;主干道工作完后设置支干道的通行时间time2 iret eoi: mov dx,my8259_ocw2 ;向实验系统中8259发送中断结束命令 mov al,20h out dx,al over: mov dx,pci_intcsr sub dx,19h in al,dx mov dx,p

32、ci_intcsr ;清pci卡中断控制寄存器标志位 add dx,2 mov ax,003fh out dx,ax mov dx,intr_ocw2 ;向pc机内部8259发送中断结束命令 mov al,20h out dx,al mov al,20h out 20h,al iret myisr endp disp proc mov dx,my8255_c mov al,0ah ;选通高位数码管 out dx,al mov al,count mov bl,0ah div bl ;十位存在al中，个位存在ah中 mov bx,offset tab xlat ;找到十位对应的七段显示码 mov

33、dx,my8255_b out dx,al call delay1ms mov dx,my8255_c mov al,05h out dx,al mov al,ah mov bx,offset tab xlat ;找到个位对应的七段显示码 mov dx,my8255_b out dx,al ret ;过程返回指令 disp endp delay1 proc near ;延时0.5s push ax push cx mov ax,05fffh d1: mov cx,64ffh d2: loop d2 dec ax jnz d1 pop cx pop ax ret delay1 endp dela

34、y1ms proc near ;延时1ms push cx mov cx,50h next: nop nop loop next pop cx ret delay1ms endp code ends end start 基于单片机的c语言程序清单及注释如下所示： #include unsigned char tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;unsigned char time;unsigned char t;unsigned char count;/储存通行时间unsigned char main1;/主干道通行时间u

35、nsigned char cross;/支干道通行时间unsigned char count1;unsigned char a;/测试主干道工作还是支干道工作 sbit p10=p10;/控制主干道绿灯 sbit p11=p11;/主干道红灯sbit p12=p12;/控制支干道绿灯sbit p13=p13;/支干道红灯sbit p14=p14;/以下端口辅助拨码开关设置时间sbit p15=p15;sbit p16=p16;sbit p17=p17;sbit sound=p37;/发声音void delay()/延时20ms unsigned char i; for(i=0;i200;i+) ;void display(unsigned char t)/显示数码管函数 p2=0xf5; p0=tabt/10; delay(); p2=0xf0; p2=0xfa; p0=tabt%10; delay(); p2=0xf0;void main() ea=1; /开总中断 et0=1; /开定时器0的中断 et1=1; /开定时器1的中断 tmod=0x19;/计数器1工作于方式1，计数器0工作于方式1，tr0为1且int0为高电平启动工作 th0=(65535-921)/256; tl0=(65535-921)%256; /定