课程设计实验报告交通灯控制功能设计.docx
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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:
信息科学与工程学院
班级:
自动化0807班
日期:
2011-1-5
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。
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。
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_MODE
MOVAL,0
OUTDX,AL;计数器0,读写16位低高字节,工作方式3,BCD计数
MOVAL,00H
MOVDX,MY8254_0
OUTDX,AL
MOVAL,50
OUTDX,AL
MOVDX,MY8254_MODE
MOVAL,77H
OUTDX,AL;计数器1,读写16位低高字节,工作方式3,BCD计数
MOVAL,8
MOVDX,MY8254_1
OUTDX,AL
MOVAL,2
OUTDX,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:
dispPROCNEAR
C1:
MOVDX,MY8255_C
MOVAL,0FEH;选通高位数码管
OUTDX,AL
SUBAH,AH
MOVAL,COUNT
MOVBL,0AH
DIVBL;商寄存在AL中,余数在AH中
MOVBX,OFFSETTAB
XLAT;通过查表找到对应的7段显示字符
MOVDX,MY8255_B
OUTDX,AL
CALLDELAY1ms
MOVAL,0
OUTDX,AL
MOVAL,0FDH;选通低位数码管
MOVDX,MY8255_C
OUTDX,AL
MOVAL,AH
MOVBX,OFFSETTAB
XLAT;通过查表找到对应的7段显示字符
MOVDX,MY8255_B
OUTDX,AL
CALLDELAY1ms
MOVAL,0
OUTDX,AL
MOVAH,1
INT16H;有键按下则跳出
JNZQUIT
dispENDP
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,0CH
OUTDX,AL
INAL,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,03H
CMPAL,00H
JEIR0ISR;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
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;
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
}
}
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。
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*4;8254计数器0端口的地址
MY8254_MODEEQUIOY1+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*******************
INTR_IVADDEQU01CCH;INTR对应的中断矢量地址
INTR_OCW1EQU0A1H;INTR对应PC机内部8259的OCW1地址
INTR_OCW2EQU0A0H;INTR对应PC机内部8259的OCW2地址
INTR_IMEQU0F7H;INTR对应的中断屏蔽字
PCI_INTCSREQU9438H;PCI卡中断控制寄存器地址
IOY0EQU0C400H;片选IOY0对应的端口始地址
IOY1EQU0C440H;片选IOY0对应的端口始地址
IOY2EQU0C480H;片选IOY0对应的端口始地址
;*****************************************************************
MY8259_ICW1EQUIOY2+00H;实验系统中8259的ICW1端口地址
MY8259_ICW2EQUIOY2+04H;实验系统中8259的ICW2端口地址
MY8259_ICW3EQUIOY2+04H;实验系统中8259的ICW3端口地址
MY8259_ICW4EQUIOY2+04H;实验系统中8259的ICW4端口地址
MY8259_OCW1EQUIOY2+04H;实验系统中8259的OCW1端口地址
MY8259_OCW2EQUIOY2+00H;实验系统中8259的OCW2端口地址
MY8259_OCW3EQUIOY2+00H;实验系统中8259的OCW3端口地址
REDEQU0FAH;紧急时刻,主支干道全部亮红灯
ZHUEQU0F5H;主干道灯的状态
ZHIEQU0F9H;支干道灯的状态
FLICKEREQU0F0H;控制灯闪烁
CLOSEEQU00H;关闭所有的灯
TIME1EQU20;主干道通行时间
TIME2EQU10;支干道通行时间
DATASEGMENT
CS_BAKDW?
IP_BAKDW?
IM_BAKDW?
TABDB40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,18H;十进制数的七段显示码
COUNTDW?
;存储计数的变量
FLAGDW?
;flag为偶数时表明主干道通行
DATAENDS
STACK1SEGMENTSTACK
DW256DUP(?
)
STACK1ENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA,SS:
STACK1
START:
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
CLI
MOVDX,MY8255_MODE
MOVAL,80H
OUTDX,AL;初始化8255的工作模式A、B、C工作在方式0,均为输出
LOOP1:
MOVDX,MY8255_A
MOVCX,3
A1:
MOVAL,RED
OUTDX,AL
CALLDELAY1;延时0.5s
MOVAL,CLOSE
OUTDX,AL
CALLDELAY1
LOOPA1;初始状态主支干道红灯均闪烁,3s后进入正常工作状态
LOOP2:
MOVDX,MY8254_MODE
MOVAL,0
OUTDX,AL;计数器0,读写16位低高字节,工作方式3,BCD计数
MOVAL,00H
MOVDX,MY8254_0
OUTDX,AL
MOVAL,50
OUTDX,AL
MOVDX,MY8254_MODE
MOVAL,77H
OUTDX,AL;计数器1,读写16位低高字节,工作方式3,BCD计数
MOVAL,8
MOVDX,MY8254_1
OUTDX,AL
MOVAL,2
OUTDX,AL;1.041667MHZ/2000/1000=1HZ,即计数器输出1HZ的方波
MOVCOUNT,TIME1
MOVFLAG,0;初始化主干道通行
MOVCL,ZHU
MOVAL,CL
MOVDX,MY8255_A
OUTDX,AL
MOVDX,PCI_INTCSR
SUBDX,19H
INAL,DX
MOVDX,PCI_INTCSR;初始化PCI卡中断控制寄存器
MOVAX,1F00H;向PCI_INTCSR中写入003F1F00H
OUTDX,AX
ADDDX,2
MOVAX,003FH
OUTDX,AX
MOVAX,0000H;替换INTR的中断矢量
MOVES,AX
MOVDI,INTR_IVADD
MOVAX,ES:
[DI]
MOVIP_BAK,AX;保存INTR原中断处理程序入口偏移地址
MOVAX,OFFSETMYISR
MOVES:
[DI],AX;设置当前中断处理程序入口偏移地址
ADDDI,2
MOVAX,ES:
[DI]
MOVCS_BAK,AX;保存INTR原中断处理程序入口段地址
MOVAX,SEGMYISR
MOVES:
[DI],AX;设置当前中断处理程序入口段地址
MOVDX,INTR_OCW1;设置中断屏蔽寄存器,打开INTR的屏蔽位
INAL,DX
XORAX,AX
MOVIM_BAK,AX;保存INTR原中断屏蔽字
ANDAL,INTR_IM
OUTDX,AL
MOVDX,MY8259_ICW1;初始化实验系统中8259的ICW1
MOVAL,13H;边沿触发、单片8259、需要ICW4
OUTDX,AL
MOVDX,MY8259_ICW2;初始化实验系统中8259的ICW2
MOVAL,08H
OUTDX,AL
MOVDX,MY8259_ICW4;初始化实验系统中8259的ICW4
MOVAL,01H;非自动结束EOI
OUTDX,AL
MOVDX,MY8259_OCW1;初始化实验系统中8259的OCW1
MOVAL,0FCH;打开IR0和IR1的屏蔽位
OUTDX,AL
STI
WAIT1:
CALLDISP;数码管显示
MOVAH,1;判断是否有按键按下
INT16H
JZWAIT1;无按键则跳回继续等待,有则退出
QUIT:
CLI
MOVDX,PCI_INTCSR;恢复PCI卡中断控制寄存器
MOVAX,0000H
OUTDX,AX
MOVAX,0000H;恢复INTR原中断矢量
MOVES,AX
MOVDI,INTR_IVADD
MOVAX,IP_BAK;恢复INTR原中断处理程序入口偏移地址
MOVES:
[DI],AX
ADDDI,2
MOVAX,CS_BAK;恢复INTR原中断处理程序入口段地址
MOVES:
[DI],AX
MOVDX,INTR_OCW1
XORAX,AX
;恢复INTR原中断屏蔽寄存器的屏蔽字
MOVAX,IM_BAK
OUTDX,AL
STI
MOVAX,4C00H;返回到DOS
INT21H
MYISRPROCNEAR;中断处理程序MYISR
QUERY:
MOVDX,MY8259_OCW3;向8259的OCW3发送查询命令
MOVAL,0CH
OUTDX,AL
INAL,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,03H
CMPAL,00H
JEIRO0;若为IR0请求,跳到IR0处理程序
JNEIRO1;若为IR1请求,跳到IR1处理程序
JMPEOI
IRO0:
MOVAL,FLAG;IRO为高级中断,处理紧急情况
CBW
MOVBX,AX;把count变成双字节存入AX,这样就可以存入栈中
MOVAL,COUNT;把count变成双字节存入AX,这样就可以存入栈中
CBW
PUSHAX
PUSHBX
MOVCX,0FFFFH;中断程序执行时间为65536*256/f=3s
LOOP0:
MOVBL,0FFH
LOOP1:
MOVDX,MY8255_A
MOVAX,0FAH;主干道支干道红灯均亮
MOVDX,MY8255_C
MOVAL,80H;PC7为高电平,接扬声器
OUTDX,AL
DECBL
CMPBL,0
JNELOOP1
LOOPLOOP0
POPBX
POPAX
MOVCOUNT,AL;还原中断前的变量值
MOVFLAG,BL
MOVAH,0
MOVAL,FLAG
MOVBL,2
DIVBL;AH=1,FLAG为奇数,支干道通行
CMPAH,1
JEP3
MOVDX,MY8255_A
MOVAL,ZHU;主干道通行灯的状态
OUTDX,AL
P3:
MOVDX,MY8255_A
MOVAL,ZHI;支干道通行灯的状态
OUTDX,AL
IRET
IRO1:
MOVAL,COUNT
SUBAL,01H
DAS
MOVCOUNT,AL;计数初值自减1
CMPAL,0
JEL2
MOVAL,FLAG
MOVBL,2
DIVBL;AH=1,FLAG为奇数,支干道通行
CMPAH,1
JEP1
MOVDX,MY8255_A
MOVAL,ZHU;主干道通行灯的状态
OUTDX,AL
P1:
MOVDX,MY8255_A
MOVAL,ZHI;支干道通行灯的状态
OUTDX,AL
L2:
MOVAL,FLAG
ADDAL,01H;状态显示数加1
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