《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

《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：班级：目录微机课程设计——交通灯控制系统2一、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、课程设计名称：交通灯控制功能设计。微机课程设计——交通灯控制系统31.2、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。微机课程设计——交通灯控制系统4微机课程设计——交通灯控制系统5微机课程设计——交通灯控制系统6三、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：LOOP2:MOVDX,MY8254_MODEMOVAL,0OUTDX,AL;计数器0，读写16位低高字节，工作方式3，BCD计数MOVAL,00HMOVDX,MY8254_0OUTDX,ALMOVAL,50OUTDX,ALMOVDX,MY8254_MODEMOVAL,77HOUTDX,AL;计数器1，读写16位低高字节，工作方式3，BCD计数MOVAL,8MOVDX,MY8254_1OUTDX,AL微机课程设计——交通灯控制系统7MOVAL,2OUTDX,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：dispPROCNEARC1:MOVDX,MY8255_CMOVAL,0FEH；选通高位数码管OUTDX,ALSUBAH,AHMOVAL,COUNTMOVBL,0AHDIVBL;商寄存在AL中，余数在AH中MOVBX,OFFSETTABXLAT；通过查表找到对应的7段显示字符MOVDX,MY8255_BOUTDX,ALCALLDELAY1msMOVAL,0OUTDX,ALMOVAL,0FDH；选通低位数码管MOVDX,MY8255_COUTDX,ALMOVAL,AHMOVBX,OFFSETTABXLAT；通过查表找到对应的7段显示字符MOVDX,MY8255_BOUTDX,ALCALLDELAY1msMOVAL,0OUTDX,ALMOVAH,1INT16H;有键按下则跳出JNZQUITdispENDP微机课程设计——交通灯控制系统8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，程序如下所示：QUERY:MOVDX,MY8259_OCW3;向8259的OCW3发送查询命令MOVAL,0CHOUTDX,ALINAL,DX;读出查询字TESTAL,80H;判断中断是否已响应JZQUERY;没有响应则继续查询ANDAL,03HCMPAL,00HJEIR0ISR;若为IR0请求，跳到IR0处理程序JNEIR1ISR;若为IR1请求，跳到IR1处理程序JMPEOI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：voiddisplay(unsignedchart)//显示数码管函数{P2=0xf5;选通两个高位数码管P0=tab[t/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=tab[t%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，这一点的实现代码如下：voidTime0(void)interrupt1using0{t=0;count1=count;//寄存中断前count的值，以便中断结束后恢复微机课程设计——交通灯控制系统9while(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;P12=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}}微机课程设计——交通灯控制系统10四、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ＡＬ，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。微机课程设计——交通灯控制系统11五、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注释如下所示：MY8255_AEQUIOY0+00H*4;8255A口的地址MY8255_BEQUIOY0+01H*4;8255B口的地址MY8255_CEQUIOY0+02H*4;8255C口的地址MY8255_MODEEQUIOY0+03H*4;8255控制寄存器的地址MY8254_0EQUIOY1+00H*4;8254计数器0端口的地址MY8254_1EQUIOY1+01H*