80868088的交通信号灯设计

1、课程设计报告书课题名称：基于8086/8088的交通信号灯设计院系名称：外经贸学院 开课名称：微型计算机原理及应用 专业班级：机设0823班 学生姓名：周巍 学 号：0814051133 指导教师：周国鹏 设计时间：2011/12/17 引 言.2一、设计内容. 2二、设计目的.2三、设计任务和要求.2四、设计方案.34.1设计内容分析.34.2交通灯的组成. 3 4.3电路设计的思路.4 4.3.1计时功能实现逻辑.4 4.3.2译码电路设计.5 4.3.3总设计框图.5 4.4元器件的介绍.5 4.4.1 8086/8088CPU.54.4.2可编程并行通信接口8255A芯片. 74.4.

2、3可编程中断控制器8259A芯片.84.4.4可编程计数/定时控制器器8253芯片.94.4.5 ADC0809A/D转换器芯片.124.4.6湿度传感器.13 4.4.7 程序流程图设计.13五、调试.155.1 调试结果.155.2 调试中出现的问题.15六、参考文献.15附录一 程序代码.15附录二 电路图.19七、设计感言.20引言数字电子技术主要研究各种逻辑门电路、集成器件的功能及其应用，.逻辑门电路组合和时序电路的分析和设计、 集成芯片各脚功能。555定时器等。 随着计算机科学与技术突飞猛进地发展，用数字电路进行信号处理的优势也更加突出。为了充分发挥和利用数字电路在信号处理上的强大

3、功能，我们可以先将模拟信号按比例转换成数字信号，然后送到数字电路进行处理，最后再将处理结果根据需要转换为相应的模拟信号输出。自20世纪70年代开始，这种用数字电路处理模拟信号的所谓“数字化”浪潮已经席卷了电子技术几乎所有的应用领域。交通灯系统是一个非常重要的环节，一个科学的交通灯管理系统，既能尽可能的保证交通的顺畅，充分利用交通基础设施，使人们出行便利，又能保证人们的出行安全。随着交通工具的增多，人们的出行量加大，传统的交通管理系统显然已经不能满足现实的需要，我国正处于高速发展的大变格时代，伴随着城市的日益膨胀，农村前所未有的大发展，公路交通必将更加突飞猛进，交通灯是公路的必需品，因此肯定的大

4、量的市场，服务社会的发展。通过对数字电子技术的学习，我做了这套交通灯产品，不能保证是最好的，也不是最先进的，但符合社会的需要，也是对自已学习的一个检验。红绿灯（交通信号灯）系以规定之时间上交互更迭之光色讯号，设置于交岔路口或其他特殊地点，用以将道路通行权指定给车辆驾驶人与行人，管制其行止及转向之交通管制设施。为一由电力运转之交通管制设施，以红、黄、绿三色灯号或辅以音响，指示车辆及行人停止、注意与行进，设于交岔路口或其他必要地点。本文讨论的交通灯控制系统就属于该种类型。微机原理课程设计报告一、 设计内容设计一个基于8086/8088微型计算机的一个交通信号灯控制系统，要求能完成基本的交通灯控制，

5、如红、绿、黄三种灯的定时交替点亮与熄灭；能提供行人通过时的临时信号修改；能提供当时当地的温度、湿度信息；提供基本的键盘输入。二、 设计目的要求学生初步认识数字电子技术、微机原理等重要课程。了解8086/8088微型计算机控制系统的基本设计方法与思路以及其工作原理，能独立查阅资料并分析资料，通过查阅资料解决一些简单的问题，还让学生具备一定的控制系统设计能力，掌握绘制电路原理图的能力，能编写一定难度的汇编程序并调试 。三、设计任务和要求设计一个基于8086/8088的交通信号灯控制系统，要求使用如下器件：8086、8259、8253、8255和ADC0809，温度传感器和湿度传感器，键盘（5按键，

6、东、西、南、北和复位）。交通灯亮、灭情况如下：东、西两个相对路口红灯亮12s，南、北两个路口绿灯亮6s，后转为黄灯亮6s南、北两个相对路口红灯亮12s，东、西两个路口绿灯亮6s，后转为黄灯亮6s每个路口设一个紧急按键，可以中断当前的交通灯状态，使当前路口为绿灯亮，经过12s后恢复原来工作状态使用8253提供时间定时要求提交：1、说明书（正文不少于10页）2、打印电路图（非手绘）3、所有输出I/O口外设地址，相关流程图与程序4、所有内容刻录光盘5、使用档案袋装课程设计，封面上要写学号四、设计方案4.1、设计内容分析通过分析设计要求找出灯亮的规律：东西南北两个方向起始状态全为红,延续3秒。东西方向

7、红灯亮，南北方向绿灯亮，延续3秒。东西方向红灯亮，南北方向绿灯以频率1HZ闪烁3秒。东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮，延续6秒。东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，延续3秒。东西方向绿灯亮以频率1HZ闪烁3秒，南北方向红灯。东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮，延续6秒。东西方向红灯亮，南北方向红灯亮循环以上步骤。9.每一个路口有一个紧急按键，可以中断当前的交通状态，是当前的路口为绿灯，经过12秒后恢复4.2、交通灯的组成交通灯控制系统的原理框图如图1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发生器是该 系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经

8、驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。图1 交通灯控制系统的原理框图车道的交通灯是两方向车道的交通灯的运行状态共有4种(因人行道的交通灯和同步的,所以不考虑)，如图2所示状态0支干道绿灯亮状态1支干道黄灯亮状态2主干道绿灯亮状态3主干道黄灯亮图2一般十字路口的交通灯控制系统的工作过程如下： （1）图甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。   （2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行

9、，已过停车线的车辆继续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。   （3）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。   （4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上位过县停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态。4.3、电路设计的思路4.

10、3.1、计时功能实现逻辑：通过8253计数器0和计数器1级联实现准确定时；用8255的A口低六位控制东西、南北路口交通灯的状态；灯的亮灭可直接由8086输出0，1控制。用8259A管理可屏蔽中断即开机初始化。采用两个计数器级联的方式, 并且计数器0工作于方式3用于产生方波信号，计数器1工作方式0，计数到时高电平信号。计数器1的输出端OUT1接入8255芯片的PC0口，通过查询8255的C口的值，以完成计时功能。将计数器0的输出OUT0接到计数器1的输入端CLK1,而CLK0的输入采用1.19MHZ的时钟频率, 计数器0计数初值为59499=0E86BH,则OUT0=20HZ, 即计数器1的时钟

11、频率为20HZ。当计数器1的记数初值为9时,0.5S后OUT1输出一高电平。8086通过读取8255C口的值，来决定对A口写入的数据。因此每隔0.5秒8086变换灯的状态，持续6次即完成3秒的闪烁功能。4.3.2译码电路设计通过分析8259、8253、8255各端口地址，设计合理的地址译码电路。8259的地址为20H、21H,8253的地址为40H、41H、42H、43H，8255的端口地址为0F0H、0F1H、0F2H、0F3H。故芯片的地址只与8086的地址的低8位有联系，不妨设高十二为全为1将它们相与后作为38译码器的始能信号E3。再分析发现8259、8253、8255各端口地址的低八位

12、其中D2、D3均为0，将8086的地址总线的D2、D3作为38译码器的始能信号E1、E2。将8086的地址总线的D0、D1分别与8253和8255的A0、A1连接，利用D4、D5、D6、D7构成译码电路。将8086的地址总线的D0与8259的A0连接，利用D2、D4、D5、D6、D7通过38译码器构成译码电路。4.3.3、总体设计框图键盘可编程并行通信接口8255A8086ADC0809A/D转换器可编程计数/定时控制器8253PTC湿度传感器可编程中断控制器8259发光二极管图3.系统硬件连接框图4.4、元器件的介绍4.4.1、8086/8088 CPU 1.8086 CPU从功能上可分为为

13、两部分，即总线接口部分和执行部件。 执行部件的组成： （1）四个通用寄存器，即AX,BX,CX,DX; （2）四个专用寄存器，即基数指针寄存器BX，堆栈指针寄存器SP，源变址寄存器SI，目的变址寄存器DI; （3）标准寄存器（FR）； （4）算术逻辑部件（ALU） 2.总线部件的组成： （1）四个段地址寄存器 CS16位代码段寄存器； DS16位数据段寄存器； ES16位附加段寄存器； SS16位堆栈段寄存器； （2）16位指令指针寄存器IP （3）20位的地址加法器 （4）6字节的指令队列3.8086的结构框图 图48086引脚图：图54.4.2可编程并通信接口芯片 8255A8255A是一

14、种可编程的芯片，它采用双列直插封装，用5V电源供电。内部有3个8位的I/0端口：A口、B口和C口。这三个端口也可以分为各有12位的两组：A组和B组。A组包含A口8位和C口的高四位，B组包含B口8位和C口的低四位；A组控制和B组控制用于实现方式选择操作；读写控制逻辑用于控制芯片内部寄存器的数据和控制字经数据总线缓冲器送入各组接口寄存器中。由于8255A数据总线缓冲器是双向三态8位驱动器，因此可以直接和8088系统数据总线相连。8255A的内部结构如图所示，由三部分电路组成：与CPU的接口电路、内部控制逻辑电路和与外设连接的输入/输出接口电路。 8255A的内部逻辑结构见图6。图6 8255A的内

15、部结构8255A的端口分配及读/写功能8255A有三种工作方式：  一、工作方式0:工作方式0是一种基本的输入/输出工作方式,在这种方式下,三个端口都可以由程序设置为输入或输出,没有固定的用于应答的联络信号.其基本的功能可概括如下:1、可具有两个8位端口（A、B）和两个4位端口（C口的上半部分和下半部分）。2、任何一个端口都可以设定为输入或者输出，各端口的输入、输出可构成16种组合。3、数据输出时可以锁存，输出时不锁存。按照方式0工作时，CPU可以通过简单的传送指令对人以一个端口进行读/写，这样各端口就可以作为查询式输入/输出接口。按照查询方式工作时， A口、B口可作为两个数据输入/

16、输出端口，C口的某些位可作为这两个端口的控制/状态信号端。   二、工作方式1工作方式1是一种选通式输入/输出工作方式。在这种工作方式下，选通信好于输入/输出数据一起传送，由选通信号对数据进行选通。其基本功能可概括如下：1、三个端口分为两组，即A组和B组。2、每一组包括一个8位数据端口和一个4位的控制/状态端口。3、每一个8位数据端口均可设置为输入或者输出，输入端均可锁存。4、4位端口作为8位数据端口的控制/状态信号端口。三、工作方式2：A口除了工作方式0、1之外，还有工作方式2。按照方式2工作时，A口称为双向数据总线端口，既可以发送数据，又可以接收数据。其主要功能可概括如

17、下：1、有一个8为双向数据输入/输出端口（A）和一个5位控制信号端口（C）。2、输入、输出均可锁存。3、5位控制信号端口（C）作为8位双向数据输入/输出端口A的控制/状态信号端口。4、工作方式2只适合于A口。4.4.3 可编程中断控制器8259A （1） 芯片介绍一个8259A芯片的可以接最多8个中断源，但由于可以将2个或多个8259A芯片级连（cascade），并且最多可以级连到9个，所以最多可以接64个中断源。早期，IBM PC/XT只有1个8259A，. 但设计师们马上意识到这是不够的，于是到了IBM PC/AT，8259A被增加到2个以适应更多外部设备的需要，其中一个被称作Master

18、，另外一个被称作Slave，Slave以级连的方式连接在Master上。如今绝大多数的PC都拥有两个8259A，这样 最多可以接收15个中断源。 （2）8259A内部结构图8对8259A编程和初始化的时候，首先要写初始化命令字ICW1-ICW4。写ICW1以确定中断请求信号类型，清除中断屏蔽寄存器，进行中断优先级排队和确定系统是用单片还是多片。写ICW2用来定义中断向量的高五位类型码。ICW3可以定义主片8259A中断请求线上IR0-IR7有无级联的8259A从片。写ICW4用来定义8259A工作时用8085模式还是8088模式，以及中断服务寄存器复位方式等。初始化命令字写完以后，要写8259

19、A的控制命令字，它包括OCW1-OCW3。写OCW1可以设置或清除对中断源的屏蔽。写OCW2设置优先级是否进行循环、循环的方式和中断结束的方式。8259A复位时自动设置IR0优先权最高，IR7优先权最低。写OCW3用来设置查询方式和特殊屏蔽方式，并可以读取8259A中断寄存器的当前状态。在本系统中，使用8259A的循环等待中断工作方式。4.44 可编程计数/定时控制器 8253 （1）8253芯片的内部结构可编程计数/定时控制器器8253芯片具有定时、计数双功能。它由数据总线缓冲存储器、读/写控制器、控制字寄存器及3个计数通道组成，共有24条引脚，其内部结构流程图及引脚信号图如9。 8253内

20、部结构框图 8253引脚图图9 图10数据总线缓冲存储器由8位双向三态缓冲存储器构成，是CUP与8253之间交换信息的必经之路。读/写控制器接受CPU送入的读/写控制信号，并完成对芯片内部各功能部件的控制功能，因此，它实际上是8253芯片内部的控制器。可接受的控制信号：A1A0端口选择信号，由CPU输入。8253内部有3个独立的通道，和一个控制字寄存器，它们构成8253芯片的4个端口，CPU可对3个通道进行读/写操作，对控制字寄存器进行写操作。CS片选信号，由CPU输入，低电平有效，通常由端口地址的高位地址译码形成。RD、WR读/写控制命令，由CPU输入，低电平有效。RD有效时，CPU读取由A

21、1A0所选定的通道内计数的内容。WR有效时，CPU将计数值写入各个通道的计数器中，或者是将方式控制字写入控制字寄存器中。8253内部包含3个功能完全相同的通道，每个通道内部设有一个16位计数器，可进行二进制或十进制（BCD码）计数。与此计数器相对应，每个通道内设有一个16位计数值锁存器，必要时用来锁存计数值。当某通道用作计数器时，应将要求计数的次数预置到该通道的计数器中，被计数的事件以脉冲方式从CLKi端输入，每输入一个计数脉冲，计数器内容减“1”，待计数值计到“0”，OUTi端将有输出，表示计数次数到。当某通道用作定时器时，由CLKi端输入一定频率的时钟脉冲。根据要求定时的时间长短确定所需的

22、计数值，并预置到计数器中，每输入一个时钟脉冲，计数器内容减“1”，待计数值计到“0”，OUTi端将有输出，表示定时时间到。控制字寄存器用来存放由CPU写入8253的方式选择控制字，由它来定义8253中各通道的工作方式。图111.方式0 计数结束产生中断2.方式1 可编程的单稳态脉冲3. 方式2 分频脉冲发生器4. 方式3 分频方波发生器5. 方式4 软件触发选通脉冲发生器6. 方式5 硬件触发选通脉冲发生器SC1、SC0位用来选择通道。RL1、RL0位用来定义对所选通道中的计数器的操作。BCD位用来定义是采用二进制计数还是十进制计数。M2M1M0位用来定义所选通道的6种工作方式。8253的工作

23、方式1.方式0 计数结束产生中断2.方式1 可编程的单稳态脉冲3. 方式2 分频脉冲发生器4. 方式3 分频方波发生器5. 方式4 软件触发选通脉冲发生器6. 方式5 硬件触发选通脉冲发生器8253可以工作在方式0到方式5，常用的有方式2频率发生器方式和方式3方波发生器方式。在方式2时，当初值装入后，OUT变为高；计数结束，OUT变为低。该方式下如果计数未结束，但GATE为低时，立即停止计数，将OUT变为高；当GATE再变高时，便启动一次新的计数周期。在方式3时，当装入初值后，在GATE上升沿启动计数，OUT输出高电平；当计数完成一半时，OUT输出低电平。在本系统中，8253A工作于方式3方波

24、发生器方式。4.4.5 ADC0809转换器 （1）芯片介绍ADC0809是美国国家半导体公司产品，它是逐次逼近型芯片，片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路05V的输入模拟电压信号分时进行转换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器、256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器SAR，控制与时序电路等。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到单片机数据总线。ADC0809的分辨率为8位，单一5V供电，功耗为15mW。（2）ADC0809内部结构图12 ADC0809内部结构图 图13 ADC0809引脚图4.4.6湿度传感器芯片介绍 湿度传感器是把相对湿度的变化转换成电信号

25、的器件。 感湿特点：在基片涂覆材料形成感湿膜。空气中的水蒸气吸附于感湿材料后，原件的阻抗、介电常数发生很大的变化，从而制成湿敏原件。 湿敏电阻器可分为：半导体陶瓷湿敏电阻器、元素材料湿敏电阻器、化合物湿敏电阻器、高分子湿敏电阻器。芯片内部结构图14工作原理：水分子具有很强的电子亲和力，易于在多孔性半导体陶瓷表面附着，并俘获电子，在半导体陶瓷表面形成空穴积累，导致半导体陶瓷的电阻率降低。晶胞间界水分子的电离。4.4.7 程序流程图设计图15初始化 8255、8253、8259开始2、3路口，2、4路口红灯亮等待8253延时6秒1、3路口绿灯亮2、4路口红灯亮等待8253延时6秒的时间是否？1、3

26、路口绿灯灭2、4路口等不变1、3路口黄灯亮6秒1、3路口红灯亮，2.4路口绿灯亮，延时6秒2、4路口红灯亮，1、3路口灯不变，2、4路口黄灯闪烁6秒紧急按键中断当前交通状态，是当前路口为路灯，延时12秒N Y五、调试5、1调试结果（1）东南西北四个方向都是红灯。（2）3s后，南北方向车辆开始通行，此时南北路口的等切换成绿灯，东西方向的灯不变。（3）6s后，南北方向的绿灯转换成黄灯，由此来告诉司机即将变成红灯，东西方向的不变。（4）南北方向的黄灯闪烁6s后，东西方向的灯变成绿灯，东西方向的车辆开始通行，南北方向的路灯变成红色，车辆禁止通行。（5）东西方向的车辆通行6s之后，东西路口的绿灯熄灭黄灯

27、开始闪烁，南北方向的灯不变。（6）东西方向的黄灯闪烁6s之后变成红灯，南北路口的等变成绿灯，车辆开始通行，通行时间为6s。如此循环。（7）如果某一路口遇到紧急情况，可以按在安装在路口的紧急开关，此时中断当前交通，是当前的路口变成绿灯，持续时间为12s，12s之后恢复原来工作状态。5.2调试中出现的问题（1）在编写延时程序时尤其当延时常数太大时仿真时程序易死，所以使用定时器定时中断的方法，然后对定时计数以次延时。（2）因为路口设定的时间较短，容易发生堵车现象。六、参考文献【1】电子线路CAD作者：何应俊 国防工业出版社 出版时间：2011年7月【2】微型计算机原理及应用作者：周杰英，等 著出&#

28、160;版 社：机械工业出版社 出版时间：2006年8月【3】微机系统汇编语言与接口技术（第2版） 作者：冯萍，吴晓 编 出 版 社：机械工业出版社 出版时间：2011年9月【4】PLC控制系统和人机对话作者：傅钟庆 著 出 版 社：中国电力出版社 出版时间：2010年06月【7】微机原理与接口技术作者：李继灿，谭浩强 编 出版社：清华大学出版社 出版时间：2011年7月【3】从零开始学电气控制与PLC技术作者：刘建清 著 出版社：国防工业出版社 出版时间：2006年08月附录一程序代码DATA SEGMENT; 设置数据段，以及端口地址分配

29、PORTA EQU 218H PORTB EQU 219H PORTC EQU 21AH PTCON8255 EQU 21BH PORT0 EQU 238H PORT1 EQU 239H PORT2 EQU 240H PTCON8253 EQU 241H DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,CS:CODEINIT: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX, PTCON8253 MOV AL,36H OUT DX,AL MOV DX,PORT0 MOV AX,2710H OUT DX,AL MOV AL,AH OUT DX,AL;通道0工作

30、方式3 周期0.01s MOV DX, PTCON8253 MOV AL,71H OUT DX,AL;通道1工作方式1 MOV DX, PTCON8253 MOV AL,96H OUT DX,AL MOV DX,PORT2 MOV AL,64H OUT DX,AL;通道2工作方式3 周期3s 8253初始化完成 MOV DX, PTCON8255 MOV AL,80H OUT DX,AL;8255初始化 A，B，C口均工作在方式0 MOV DX,PORTA MOV AL,0 OUT DX,AL MOV DX,PORTB MOV AL,0FH OUT DX,AL MOV DX,PORTCMOV

31、AL,0FHOUT DX,AL;灯初始化完成STA: MOV DX,PORTAMOV AL,0A0HOUT DX,ALMOV DX,PORTBMOV AL,0F0HOUT DX,ALMOV DX,PORTCMOV AL,50HOUT DX,AL;1，3绿灯亮，2，4红灯亮MOV DX,PORT1MOV AX,0BB8HOUT DX,ALMOV AL,AHOUT DX,AL;8253通道1赋值 开始计时SCAN1: MOV AL,0MOV DX,PTCON8255MOV AL,90HOUT DX,ALMOV DX,PORTAIN AL,DXAND AL,0FHCMP AL,1JNZ SCAN1；

32、扫描PA7口FLA1: MOV DX, PTCON8255MOV AL,80HOUT DX,ALMOV DX,PORTCMOV AL,0F0HOUT DX,ALMOV DX,PORTBMOV AL,50HOUT DX,ALMOV CX,0TEST1: MOV DX,PTCON8255；检测PB7MOV AL,82HOUT DX,ALMOV DX,PORTBIN AL,DXAND AL,0FHMOV AH,ALMOV DX,PTCON8255MOV AL,82HOUT DX,ALMOV DX,PORTBIN AL,DXAND AL,0FHXOR AL,AHADD CL,ALCMP CL,9JNZ TEST1;闪烁6秒MOV DX, PTCON8255MOV AL,80HOUT DX,ALMOV DX,PORTAMOV AL,50HOUT DX,ALMOV DX,PORTBMOV AL,0F0HOUT DX,ALMOV DX,PORTCMOV AL,