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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 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
