《微機原理與接口技術》課程設計實驗報告交通燈控制功能設計

1、微機原理與接口技術課程設計實驗報告題目：交通燈控制功能設計指導老師： 專業(yè)：信息科學與工程學院班級：自動化0807班 日期：2011-1-5目錄一、設計思想和實施方案論述，硬件原理圖及分析 1.1、課程設計名稱 1.2、課程設計要求1.3、課程設計目的二、設計思想和實施方案論述，硬件原理圖及分析 2.1、設計思想和實施方案2.2、硬件原理圖三、典型模塊以及典型編程技巧分析 3.1、8086典型模塊分析3.2、編程技巧分析四、設計中遇到的問題及解決方法五、程序清單和程序注釋，相關流程圖 5.1程序清單和注釋5.2、實驗室及流程圖六、收獲與體會七、參考文獻一、 設計課程名稱及要求1.1、課程設計名

2、稱：交通燈控制功能設計。1.2、課程設計要求：（1）、分別用c語言和匯編語言編程完成硬件接口功能設計；（2）、硬件電路基于80x86微機接口；（3）、程序功能要求：小鍵盤給定、數(shù)碼管（屏幕）顯示；（4）、同時具備急救車應急響應功能和時間倒計時顯示功能。 1.3、課程設計目的：微機應用系統(tǒng)設計與綜合實驗（實踐）課程設計是自動化專業(yè)本科生必修的一門技術基礎課。通過本課程設計，讓學生對微機系統(tǒng)有一個較全面的理解，對典型數(shù)字接口電路的應用技術有一個較深入的掌握，并對應用系統(tǒng)進行硬件原理和軟件編程進行分析、設計和調試，達到基本掌握簡單微型計算機應用系統(tǒng)軟硬件的設計方法，提高項目開發(fā)能力的目的。要求同學獨

3、立完成課題，寫出課程設計說明書，畫出電路原理圖，說明工作原理，畫出電路印制板圖， 編寫設計程序及程序流程圖。二、設計思想和實施方案論述，硬件原理圖及分析2.1、設計思想和實施方案： 本設計使用了兩種方案，一種是采用8086和8255a可編程并行接口實現(xiàn)了交通燈的設計，分別對主干道和支干道顯示紅燈和綠燈并且計時，采用8254定時器/計數(shù)器產生1hz的脈沖，來控制8259產生中斷，從而實現(xiàn)整個電路的設計。交通燈采用紅綠兩種發(fā)光二極管，主干道亮45s，支干道亮30s，計數(shù)的最后5s中綠燈閃爍，用數(shù)碼管倒計時顯示時間，在發(fā)生緊急情況時，可以認為用開關控制主干道和支干道紅燈均亮，禁止任何車通行。另一種方

4、案是采用單片機來實現(xiàn)的，達到的效果和上述方案相同。單片機采用定時器t0和t1來觸發(fā)中斷，根據(jù)中斷優(yōu)先級的不同，從而可以處理不同的情況，交通燈也是采用紅綠兩種發(fā)光二極管，主干道亮45s，支干道亮30s，計數(shù)的最后5s中綠燈閃爍，用數(shù)碼管倒計時顯示時間，在發(fā)生緊急情況時，可以認為用開關控制主干道和支干道紅燈均亮，禁止任何車通行，在故障清除后，斷開開關可以使紅綠燈和數(shù)碼管回到原來的狀態(tài)繼續(xù)正常工作。2.2、硬件原理圖：（a）圖是基于8086的設計，（b）圖是基于單片機的設計。在（a）圖中，可編程并行接口芯片8255a用作輸出口，控制紅綠燈的亮暗和數(shù)碼管的計時，定時器/計數(shù)器8254采用級聯(lián)的方式產生

5、1hz的脈沖，并將此方波接到中斷器8259的ir1上，即每秒鐘讓中斷控制器產生依次中斷，從而可以執(zhí)行中斷子程序。在（b）圖中,p0口用于接數(shù)碼管，p1口用于控制紅綠燈的亮暗，p2口用于選通數(shù)碼管，p32為定時器t0的控制端，當p32口為高電平時，定時器t0才會工作，并且t0的中斷優(yōu)先級高于t1，所以可以用于控制緊急情況。p37口接揚聲器，在計數(shù)器t0工作時揚聲器就會響。三、典型模塊以及典型編程技巧分析3.1、8086典型模塊分析：基于8086的設計主要由3個模塊構成，其中8255是作為與外部顯示電路的接口單元，8254和8259協(xié)同工作產生中斷作為控制電路?？删幊滩⑿薪涌谛酒?255a通過方式

6、控制字設置成方式0工作模式，a、b、c口均為輸出，可編程計數(shù)器/定時器8254通過控制字寄存器設置ou0和ou1均為方式3工作模式，通過級聯(lián)產生1hz的方波，中斷控制器通過初始化命令字設置成邊緣觸發(fā)，8254的ou1口接到8259的ir1端，每秒鐘就可以產生一次中斷，每次執(zhí)行中斷子程序時使計數(shù)減1，從而可以實現(xiàn)倒計時功能，當計數(shù)到0時，重新給計數(shù)初值賦給，改變燈的狀態(tài)。外部開關接8259的ir0端，它的中斷優(yōu)先級別高，設置成邊緣觸發(fā)，當按下開關，產生一個高電平的脈沖，就可以停止原來的狀態(tài)來執(zhí)行更高級別的中斷子程序，這就可以處理緊急情況，讓主干道和支干道都變成紅燈。單片機典型模塊分析：基于單片機

7、的設計主要是以51單片機為核心，通過變成開放t0和t1的中斷，但t0要在int0為高電平時計數(shù)器t0才會工作。計數(shù)器t1每50ms產生一次中斷，每產生20次中斷就令數(shù)碼管的計數(shù)減1，當計數(shù)減到0時，重新設置數(shù)碼管的計數(shù)初值，這樣就可以依次循環(huán)工作了。當p32接高電平時，計數(shù)器t0開始工作，此時紅燈都亮，揚聲器發(fā)音，中斷結束后還原原來的狀態(tài)。3.2、編程技巧分析：基于8086的設計編程語言是匯編語言，這里的幾個編程模塊就是方波產生模塊，數(shù)碼管顯示模塊和中斷子程序模塊。方波是通過8254級聯(lián)產生的，設置8254的計時器0和計數(shù)器1工作在方式3，設置適當計數(shù)初值n即可，這個模塊的程序如下所示：loo

8、p2: mov dx,my8254_mode mov al,0 out dx,al ;計數(shù)器0，讀寫16位低高字節(jié)，工作方式3，bcd計數(shù) 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 ;計數(shù)器1，讀寫16位低高字節(jié)，工作方式3，bcd計數(shù) mov al,8 mov dx,my8254_1 out dx,al mov al,2 out dx,al ;1.041667mhz/2000/1000=1hz,即計數(shù)器輸出1hz的方波數(shù)碼管的顯示是通過調用顯

9、示函數(shù)實現(xiàn)的，通過設置8255的工作模式，選擇數(shù)碼管的高位工作，然后將計數(shù)的高位送到數(shù)碼管，再選擇數(shù)碼管的低位工作，然后將計數(shù)的低位送到數(shù)碼管，在1s鐘內多次掃描就可以消除閃爍，從而達到理想的計數(shù)效果，它的程序如下所示：disp proc nearc1:mov dx,my8255_cmov al,0feh；選通高位數(shù)碼管out dx,alsub ah,ahmov al,countmov bl,0ahdiv bl;商寄存在al中，余數(shù)在ah中mov bx,offset tabxlat；通過查表找到對應的7段顯示字符mov dx,my8255_bout dx,alcall delay1msmov

10、al,0out dx,almov al,0fdh；選通低位數(shù)碼管mov dx,my8255_cout dx,almov al,ahmov bx,offset tabxlat；通過查表找到對應的7段顯示字符mov dx,my8255_bout dx,alcall delay1msmov al,0 out dx,almov ah,1int 16h;有鍵按下則跳出jnz quitdisp endp中斷子程序模塊是通過擴充中斷源實現(xiàn)的，主要是通過設置8259的工作模式，開放tr1和tr0的中斷，按上開關k后，tr0就發(fā)生中斷，在tr0中斷沒有觸發(fā)的情況下，從ou1口輸出一個上升沿脈沖，tr1就中斷一次

11、，程序如下所示：query: mov dx,my8259_ocw3 ;向8259的ocw3發(fā)送查詢命令 mov al,0ch out dx,al in al,dx ;讀出查詢字 test al,80h ;判斷中斷是否已響應 jz query ;沒有響應則繼續(xù)查詢 and al,03h cmp al,00h je ir0isr ;若為ir0請求，跳到ir0處理程序 jne ir1isr ;若為ir1請求，跳到ir1處理程序 jmp eoi基于單片機的編程語言是c語言，它主要有數(shù)碼管顯示程序和中斷服務子程序。數(shù)碼管的顯示和上面匯編語言的原理一樣，它的程序如下：void display(unsign

12、ed char t)/顯示數(shù)碼管函數(shù) p2=0xf5;選通兩個高位數(shù)碼管 p0=tabt/10;取t的十位送到p0口顯示 delay(); p2=0xf0;開通所有的數(shù)碼管，避免閃爍 p2=0xfa;選通低位兩個數(shù)碼管 p0=tabt%10;取t的個位送到p0口顯示 delay(); p2=0xf0;中斷服務子程序有計數(shù)器t0和計數(shù)器t1的子程序。t1的優(yōu)先級低，它主要用于控制正常工作狀態(tài)的紅綠燈和數(shù)碼管計數(shù)，而t0的優(yōu)先級高，可以處理緊急情況，并且在處理緊急情況以后能返回原正常運行狀態(tài)，這在匯編里面用的是棧保護，而在c語言中可以設置一個變量也存儲原來的數(shù)據(jù)，可以達到同樣保護數(shù)據(jù)的效果，這一點

13、的實現(xiàn)代碼如下：void time0(void) interrupt 1 using 0 t=0;count1=count;/寄存中斷前count的值，以便中斷結束后恢復 while(t!=125) t+; sound=sound; p10=0;/緊急情況綠燈全熄 p12=0; p11=1;/緊急情況紅燈全亮 p13=1; p2=0xf0;/點亮兩個數(shù)碼管 count=88; display(count); th0=(65535-921)/256; tl0=(65535-921)%256; count=count1;/恢復原來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、設計中遇到的問題及解決方法 1.數(shù)碼管的計數(shù)每秒鐘減1，當時不熟練8254的應用，就想用軟件延時來實現(xiàn)這個功能，最后查資料的時候知道了計時器的級聯(lián)應用，很容易的就解決了這個問題。 2.對于數(shù)碼管的顯示，最開始感覺很模糊，查閱資料的時候找到了xlat表轉換指令的應用，首先定義十進制的七段顯示碼，將表格首地址送入bx，數(shù)字的七段碼在表格中的偏移量送入，然后執(zhí)行xlat就可以實現(xiàn)這個功能了。 3.對于要求中的緊急響應功能，開始時只想利用8254來實現(xiàn)，結果失敗了，所以我就想到

15、了用兩級中斷，產生高級中斷時就開啟緊急響應功能，觸發(fā)蜂鳴器，點亮紅燈。 4.在執(zhí)行中斷程序的過程中，寄存器中的變量好多都改變了，開始時束手無策，最后查資料時想到了棧的運用，利用入棧和出棧來保護寄存器中的初值。 5.在用c語言編程時，用protues軟件進行仿真時，數(shù)碼管顯示錯誤，一會顯示一會停止，閃爍感太明顯了。想想后，我就把顯示函數(shù)從中斷子程序中改放到主函數(shù)中，放在while（1）無限循環(huán)語句中，最后很好的解決了這個問題。查閱資料后才明白，執(zhí)行中斷子程序是很快的事，執(zhí)行完了后就會返回到主函數(shù)中繼續(xù)執(zhí)行，所以顯示函數(shù)放在中斷子程序中只有在產生中斷的時候才會工作，所以數(shù)碼管很多時候就處于熄滅的狀

16、態(tài)，而顯示函數(shù)放在主函數(shù)中就放好解決了這個問題。 6.要做到可以人為設置通行時間，在單片機中，我不熟練鍵盤掃描，所以就想到了另外一個辦法，給p1的高四位賦不同的初值，這樣可以得到16種組合，故可以設置16中初值，為了簡化程序，我只設置了4種初值，不過同樣可以達到設置初值的效果。 7.用單片機產生兩級中斷的時候，我不知道該選定時器中斷還是外部中斷，查資料后知道定時器0和定時器1的中斷優(yōu)先級不一樣，定時器t0的優(yōu)先級高，所以可以讓定時器t1控制正常工作狀態(tài)的燈顯示和數(shù)碼管計數(shù)，而定時器t0則控制突發(fā)情況。 五、程序清單和程序注釋，相關流程圖 5.1程序清單和注釋： 基于8086匯編語言的程序清單及

17、注釋如下所示： 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計數(shù)器0端口的地址 my8254_1 equ ioy1+01h*4 ; 8254計數(shù)器0端口的地址 my8254_mode equ ioy1+02h*4 ; 8254計數(shù)器0端口的地址;*根據(jù)check配置信息修改下列符號值

18、* intr_ivadd equ 01cch ;intr對應的中斷矢量地址 intr_ocw1 equ 0a1h ;intr對應pc機內部8259的ocw1地址 intr_ocw2 equ 0a0h ;intr對應pc機內部8259的ocw2地址 intr_im equ 0f7h ;intr對應的中斷屏蔽字 pci_intcsr equ 9438h ;pci卡中斷控制寄存器地址 ioy0 equ 0c400h ;片選ioy0對應的端口始地址 ioy1 equ 0c440h ;片選ioy0對應的端口始地址 ioy2 equ 0c480h ;片選ioy0對應的端口始地址;* my8259_icw1

19、 equ ioy2+00h ;實驗系統(tǒng)中8259的icw1端口地址 my8259_icw2 equ ioy2+04h ;實驗系統(tǒng)中8259的icw2端口地址 my8259_icw3 equ ioy2+04h ;實驗系統(tǒng)中8259的icw3端口地址 my8259_icw4 equ ioy2+04h ;實驗系統(tǒng)中8259的icw4端口地址 my8259_ocw1 equ ioy2+04h ;實驗系統(tǒng)中8259的ocw1端口地址 my8259_ocw2 equ ioy2+00h ;實驗系統(tǒng)中8259的ocw2端口地址 my8259_ocw3 equ ioy2+00h ;實驗系統(tǒng)中8259的ocw3端

20、口地址 red equ 0fah ;緊急時刻，主支干道全部亮紅燈 zhu equ 0f5h ;主干道燈的狀態(tài) zhi equ 0f9h ;支干道燈的狀態(tài) flicker equ 0f0h ;控制燈閃爍 close equ 00h ;關閉所有的燈 time1 equ 20 ;主干道通行時間 time2 equ 10 ;支干道通行時間 data segment cs_bak dw ? ip_bak dw ? im_bak dw ? tab db 40h,79h,24h,30h,19h,12h,02h,78h,00h,18h ;十進制數(shù)的七段顯示碼 count dw ? ;存儲計數(shù)的變量 flag

21、dw ? ;flag為偶數(shù)時表明主干道通行 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，均為輸出 loop1: mov dx,my8255_a mov cx,3 a1: mov al,red out dx,al call delay1 ;延時

22、0.5s mov al,close out dx,al call delay1 loop a1 ;初始狀態(tài)主支干道紅燈均閃爍，3s后進入正常工作狀態(tài) loop2: mov dx,my8254_mode mov al,0 out dx,al ;計數(shù)器0，讀寫16位低高字節(jié)，工作方式3，bcd計數(shù) 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 ;計數(shù)器1，讀寫16位低高字節(jié)，工作方式3，bcd計數(shù) mov al,8 mov dx,my8254_1 ou

23、t dx,al mov al,2 out dx,al ;1.041667mhz/2000/1000=1hz,即計數(shù)器輸出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卡中斷控制寄存器 mov ax,1f00h ;向pci_intcsr中寫入003f1f00h out dx,ax add dx,2 mov ax,003fh out dx,

24、ax mov ax,0000h ;替換intr的中斷矢量 mov es,ax mov di,intr_ivadd mov ax,es:di mov ip_bak,ax ;保存intr原中斷處理程序入口偏移地址 mov ax,offset myisr mov es:di,ax ;設置當前中斷處理程序入口偏移地址 add di,2 mov ax,es:di mov cs_bak,ax ;保存intr原中斷處理程序入口段地址 mov ax,seg myisr mov es:di,ax ;設置當前中斷處理程序入口段地址 mov dx,intr_ocw1 ;設置中斷屏蔽寄存器，打開intr的屏蔽位 in

25、 al,dx xor ax,ax mov im_bak, ax ;保存intr原中斷屏蔽字 and al,intr_im out dx,al mov dx,my8259_icw1 ;初始化實驗系統(tǒng)中8259的icw1 mov al,13h ;邊沿觸發(fā)、單片8259、需要icw4 out dx,al mov dx,my8259_icw2 ;初始化實驗系統(tǒng)中8259的icw2 mov al,08h out dx,al mov dx,my8259_icw4 ;初始化實驗系統(tǒng)中8259的icw4 mov al,01h ;非自動結束eoi out dx,al mov dx,my8259_ocw1 ;初始

26、化實驗系統(tǒng)中8259的ocw1 mov al,0fch ;打開ir0和ir1的屏蔽位 out dx,al sti wait1: call disp ;數(shù)碼管顯示 mov ah,1 ;判斷是否有按鍵按下 int 16h jz wait1 ;無按鍵則跳回繼續(xù)等待，有則退出 quit: cli mov dx,pci_intcsr ;恢復pci卡中斷控制寄存器 mov ax,0000h out dx,ax mov ax,0000h ;恢復intr原中斷矢量 mov es,ax mov di,intr_ivadd mov ax,ip_bak ;恢復intr原中斷處理程序入口偏移地址 mov es:di,

27、ax add di,2 mov ax,cs_bak ;恢復intr原中斷處理程序入口段地址 mov es:di,ax mov dx,intr_ocw1 xor ax,ax ;恢復intr原中斷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 ;中斷處理程序myisr query: mov dx,my8259_ocw3 ;向8259的ocw3發(fā)送查詢命令 mov al,0ch out dx,al in al,dx ;讀出查詢字 test al,80h ;判斷中斷是否已響應 jz q

28、uery ;沒有響應則繼續(xù)查詢 and al,03h cmp al,00h je iro0 ;若為ir0請求，跳到ir0處理程序 jne iro1 ;若為ir1請求，跳到ir1處理程序 jmp eoi iro0: mov al,flag ;iro為高級中斷，處理緊急情況 cbw mov bx,ax ;把count變成雙字節(jié)存入ax，這樣就可以存入棧中 mov al,count ;把count變成雙字節(jié)存入ax，這樣就可以存入棧中 cbw push ax push bx mov cx,0ffffh ;中斷程序執(zhí)行時間為65536*256/f=3s loop0: mov bl,0ffh loop1

29、: mov dx,my8255_a mov ax,0fah ;主干道支干道紅燈均亮 mov dx,my8255_c mov al,80h ;pc7為高電平，接揚聲器 out dx,al dec bl cmp bl,0 jne loop1 loop loop0 pop bx pop ax mov count,al ;還原中斷前的變量值 mov flag,bl mov ah,0 mov al,flag mov bl,2 div bl ;ah=1,flag為奇數(shù) ,支干道通行 cmp ah,1 je p3 mov dx,my8255_a mov al,zhu ;主干道通行燈的狀態(tài) out dx,al

30、 p3: mov dx,my8255_a mov al,zhi ;支干道通行燈的狀態(tài) out dx,al iret iro1: mov al,count sub al,01h das mov count,al ;計數(shù)初值自減1 cmp al,0 je l2 mov al,flag mov bl,2 div bl ;ah=1,flag為奇數(shù) ,支干道通行 cmp ah,1 je p1 mov dx,my8255_a mov al,zhu ;主干道通行燈的狀態(tài) out dx,al p1: mov dx,my8255_a mov al,zhi ;支干道通行燈的狀態(tài) out dx,al l2: mov

31、 al,flag add al,01h ;狀態(tài)顯示數(shù)加1 daa mov ah,0 mov bl,2 div bl ;ah=1,flag為奇數(shù) ,支干道通行 cmp ah,1 je p2 mov count,time1 ;支干道工作完后設置主干道的通行時間time1 p2: mov count,time2 ;主干道工作完后設置支干道的通行時間time2 iret eoi: mov dx,my8259_ocw2 ;向實驗系統(tǒng)中8259發(fā)送中斷結束命令 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卡中斷控制寄存器標志位 add dx,2 mov ax,003fh out dx,ax mov dx,intr_ocw2 ;向pc機內部8259發(fā)送中斷結束命令 mov al,20h out dx,al mov al,20h out 20h,al iret myisr endp disp proc mov dx,my8255_c mov al,0ah ;選通高位數(shù)碼管 out dx,al mov al,count mov bl,0ah div bl ;十位存在al中，個位存在ah中 mov bx,offset tab xlat ;找到十位對應的七段顯示碼 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 ;找到個位對應的七段顯示碼 mov dx,my8255_b out dx,al ret ;過程返回指令 disp endp delay1 proc near ;延時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 ;延時1ms push cx mov cx,50h next: nop nop loop next pop cx ret delay1ms endp code ends end start 基于單片機的c語言程序清單及注釋如下所示： #include unsigned char tab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;unsigned char time;unsigned char t;unsigned char count;/儲存通行時間unsigned char main1;/主干道通行時間u

35、nsigned char cross;/支干道通行時間unsigned char count1;unsigned char a;/測試主干道工作還是支干道工作 sbit p10=p10;/控制主干道綠燈 sbit p11=p11;/主干道紅燈sbit p12=p12;/控制支干道綠燈sbit p13=p13;/支干道紅燈sbit p14=p14;/以下端口輔助撥碼開關設置時間sbit p15=p15;sbit p16=p16;sbit p17=p17;sbit sound=p37;/發(fā)聲音void delay()/延時20ms unsigned char i; for(i=0;i200;i+) ;void display(unsigned char t)/顯示數(shù)碼管函數(shù) p2=0xf5; p0=tabt/10; delay(); p2=0xf0; p2=0xfa; p0=tabt%10; delay(); p2=0xf0;void main() ea=1; /開總中斷 et0=1; /開定時器0的中斷 et1=1; /開定時器1的中斷 tmod=0x19;/計數(shù)器1工作于方式1，計數(shù)器0工作于方式1，tr0為1且int0為高電平啟動工作 th0=(65535-921)/256; tl0=(65535-921)%256; /定