课程设计报告
2013— 2014学年第x学期
课程名称 微型计算原理与接口技术
设计题目 十字路口交通灯的设计与实现
学生姓名 xxx
学 号 xxx
专业班级 通信x
指导教师 xxx
年 月 日
目 录
一、 绪论
1、题目
2、内容
3、要求
4、 所需元器件
5、 功能
二、元件的介绍与原理
2.1 8086 CPU介绍
2.2 8255芯片介绍
2.3 8259A的原理分析。
2.4 8253芯片介绍
2.5 LED二极管的介绍
三、 设计方案
四、详细设计
五、设计总结
六、设计总结
七、参考资料
一、 绪论
1、题目：
十字路口交通灯的设计与实现（光柱渐熄灭方式）。
现代城市交通日益拥挤，为保证交通安全，防止交通阻塞，在城市交通井然有序，交通信号灯便出为此出现在人们眼中。十字道口的红绿灯是交通法规的无声命令，是司机和行人的行为准则。十字道口的交通红绿灯控制是保证交通安全和道路畅通的关键。当前，国内大多数城市正在采用“自动”红绿交通灯，它具有固定的“红灯—绿灯”转换间隔，并自动切换。它们一般由“通行与禁止时间控制显示、红黄绿三信号灯和方向指示灯”三部分组成。交通灯的时间控制显示，以固定时间值预先“固化”在单片机中，每次只是以一定周期交替变化。 . 2、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，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。
3、要求
了解8086/8088微型计算机控制系统的基本设计方法与思路，能独立查阅资料并汇总，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。
4、 所需元器件
①.8086系统微机一台。
②温度传感器（可自选）和湿度传感器（可自选）、信号放大器。
③ 8253定时/计数器和8255A并行接口芯片、8259A、ADC0809。
④小键盘一个，红，黄，绿，发光二极管。 ⑤LED发光二极管6个。
5、 功能
①.在一个十字路口的一条主干道和一条支干到上分别装上一套红，黄，绿三种信号灯；用按键模拟十字路口的车辆检测传感器信号；用二个LED显示停靠车辆数和二个LED显示红（或）绿灯的时间。
②在一般情况下，主、支干道上的绿灯--黄灯--红灯 交替变换。
③当检测到主干道为红灯而且干道上超过29辆车时（用按键K1模拟干道上停靠车辆），
且从干道上没有车辆时，支干道的绿灯转为黄灯，持续6s后，又变为红灯，同时主干道由红灯变为绿灯。
④ 反之，当检测到支干道为红灯而且干道上超过29辆车时（用按键K1模拟干道上停靠车辆），支干道的绿灯转为黄灯，持续6s后，又变为红灯，同时支干道由红灯变为绿灯。
⑤当检测到特殊车辆经过时（用按键K2模拟），主从干道都变成红灯，当检测到车辆经过后（再次按下按键3）,恢复原来红绿灯情况。
二、元件的介绍与原理
2.1 8086 CPU介绍
在本系统中，8086工作在最小模式下。负责对8255芯片等进行工作方式控制和数据处理
（1）AD7~AD0（双向。三态）为低8位地址／数据的复用引脚线。采用分时的多路转换方法来实现对地址线和数据线的复用。在总线坐骑的T1状态。这些银线表示为这些银线用作株距总线。可见对复用信号使用时间来加以划分的。它要求在T1状态线出现低8位地址时，用地址锁存器加
图2.1 8086
以锁存。这样在随后的T状态，即使这些线用作数据线，而第8位地址线的地址在个体却被记录保存下来，并送到地址总线上。在DMA方式时，这些银线被浮置为高阻状态。
（2）A15~A8（输出，三态）为8位地址线。在读写存储器或外设端口中个总线周期内，都作为地址线输出高8位地址。在DMA方式时，这些引线被浮置为高阻。
(3)A19/S6~A16/S3（输出。三态）为地址／状态服用引脚线，在总线周期的T1状态，这些线表示为最高4位的地址线，在总线周期的其他T状态，这些线用作提供状态信息，同样
需要地址锁存器对T1状态出现的最高4位地址加以锁存。状态信息S6总是为低电平，S5反映当前允许中断标志的状态。S4与S3一起指示当前那一个段寄存器被使用。 在DMA方式时，这些引线被浮置为高阻。 (4)RD（输出，三态）读信号，当其有效时表示正在对存储器或I／O端口进行读操作。若IO／M为低电平，表示读取存储器的数据，若IO／M为高电平，表示读取I／Or516端口的数据。在DMA方式时，这些引线被浮置为高阻。 (5)READY（输入）为准备就绪信号。低电平有效。本信号由等待指令WAIT来检查。我们知道当CPU执行WAIT指令时，CPU处于等待状态，一旦检测到TEST号为低，则结束等待状态，继续执行WAIT指令下面的指令。 (6)TEST（输入）为检测信号，低电平有效。本信号由低呢古代指令WAIT来检查。我们知道当CPU执行WAIT指令时，CPU处于等待状态，一旦检测到TEST号为低，则结束等待状态，继续执行WAIT指令下面的指令。 (7)INTR（输入）可屏蔽中断请求信号，高电平有效。CPU在执行每条指令的最后一个T状态时，去采样INTR信号，若发现有效，而中断允许标志IF有为1，则CPU在结束当前指令周期后相应中断请求，赚取执行中断处理程序。 (8)NMI（输入）非屏幕中断请求信号，为一个边缘触发信号，不能有软件加以屏蔽。只要在NMI线上出现由低到高的变化信号，则CPU就会在当前指令中，赚取之行给屏蔽中断处理程序。
(9)RESET（输入）复位信号，高电平有效，复位时该信号要求维持高电平值到4个时钟周期，若使初次加电，则高电平信号至少要保持50us，复位信号的到来，将立即结束CPU的当前操作，内部寄存器恢复到初始状态。当RESET信号从高电平回到低电平时，及复位后进入重新启动时，变质型从内存FFFF0H处带式的指令，通常在FFFF0H存放一条无条件转移指令，转移到系统程序的实际入口处。这样只要系统被复位启动，就自动进入系统程序。
(10)CLK(输入)时钟信号，它为CPU和总线控制电路提供基准时钟，对时钟信号要求：1／3周期为高电平，2／3周期为低电平。8088的标准时钟频率为5MZ。
(11)电源和地,VCC为电源引线，单一的为+5V电源。引脚为1和20为两条GND线，要求均要接地。
(12)IO／M,访问存储器或I／O端口的控制信号。若IO／M为高电平，则访问的是I／O端口；若IO／M为低电平，则访问的是存储器（13)WR,写信号。当其有效时表示CPU正在对
存储器或I／O端口进行写操作，具体对水进行写操作，有IO／M信号决定。本信号在总线周期的T2，T3。TW状态有效。在DMA方式时，此线被浮置为高阻。
2.2 8255芯片介绍
Intel 8255A是专为Intel公司的微处理器配套
的接口芯片，8255A为可编程芯片，可用程序
设定或改变其工作状态，CPU通过它可直接与
外设相连接。它有3个8位并行I/O口，具有3
个通道3种工作方式，其各口功能可由软件选
择，使用灵活，通用性强。引脚信号8255A
如图
2.3 8259A的原理分析。
端口A工作与方式0的无条件数据传输方式，用以控制交通灯的亮灭；端口B工作与方式1的输入方式，并设置为允许中断；将端口C的PC2，PC3接到负脉冲源上，使得每按一下按钮时分别表示支干道上有一辆车过来和主干道上有一辆车过来，而将PC0接到中断请求线上，模拟当干道上有特殊车辆来时，由中断请求线向CPU发出中断，CPU响应中断后发出控制信号来控制主，支干道交通灯变为状态。端口C的低4位用作输出接口，用来控制LED显示。 3, 有关中断技术的功能，可以采用8259外部中断来控制特殊车辆的到来和红灯路口的阻塞车辆数。再用K1、K2来模拟阻塞车辆和特殊车辆。其8259与K1、K2按键连线如下(图3)
8259A是专门为了对8085A和8086/8088进行中断控制而设计的芯片，它是可以用程序控制的中断控制器。 8259A引脚定义(1张)单个的8259A能管理8级向量优先级中断。在不增加其他电路的情况下，最多可以级联成64级的向量优级中断系统。8259A有多种工作方式，能用于各种系统。各种工作方式的设定是在初始化时通过软件进行的。 水位显示器在总线控制器的控制下，8259A芯片可以处于编程状态和操作状态，编程状态是CPU雨刷片使用IN或OUT指令对8259A芯片进行初始化编程的状态
2.4 8253芯片介绍
8253是一种NMOS工艺制成的可编程计数器/定时器，其计数频率范围为0~2MHZ，用+5V单电源供电。内部共有三个16位计数器，分别为计数器0、计数器1和计数器2，它们的机构完全相同。每个计数器的输入和输出都决定于设置在控制寄存器中的控制字，互相之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚和外部联系，一个为时钟输入端CLK，一个为门控信号输入
图2.2 8253
端GATE，另一个为输出端OUT。每个计数 器内部有一个8位的控制寄存器，还有一个16位的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。
8253的功能强大，共有6种不同的工作方式:
方式0：计数结束中断；
方式1：可编程单拍脉冲发生；
方式2：脉冲发生器；
方式3：方波发生器；
方式4：软件触发选通；
方式5：硬件触发选通
2.5 LED二极管的介绍
1)发光二极管（英语：Light-Emitting Diode，简称LED） 是一种能发光的半导体电子元件。
这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。
2）LED单向导通性
LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，同时，在每千流明的购入价格上，也因为投入市场的厂商相互竞争的影响，而明显下降。虽然越来越多人使用LED照明作办公室、家具、装饰、招牌甚至路灯用途，但在技术上，LED在光电转换效率(有效照度对用电量的比值)上仍然低于新型的荧光灯，是国家以后发展民用的去向
三、 设计方案
1）基于8255A的分析。根据课题内容，在本课题系统中，微机需要检测2按键送来的主，干道车辆到达信号及特殊车辆信号，并按一定的条件发出主、支干道6个信号灯的控制信号，以及LED显示器的控制信号。根据如（图1）的8255内部结构及引脚，显然，用一片8255A完全可以满足上述要求。可对于8255A作如下安排。PA0~PA7用来给信号灯在不同时刻发送不同状态的信号。PB0~PB7用来给LED发送LED驱动码。PC0~PC3用来发送对LED的控制信号，PC4~PC7暂时还未用到。其8255电路图如下（图2）
管道封堵器
图 2 8255 接线图
本模块主要用到以几种硬件，各种硬件相连，组成整个系统的硬件系统。但是除了硬件系统外，还需要有软件来驱动硬件间相互配合执行，现给出其流程如下图4：
图 4
四、详细设计
根据本小组对本课题的分析，最后确定将本课题分为如下四个模块：
1, 信号灯显示模块：本模块分六个子程序, 其功能分别是主干道绿灯支干道红灯，主干道黄灯支干道红灯，主干道红灯分干道绿灯，主干道红灯，分干道黄灯。主支干道Y N N 开始 主干道绿灯，支干 道红灯 设置中断向量，初始
化按摩文胸8259开中断 主干道黄灯支干道红灯；闪烁；倒计时4秒 主干道红灯，支干道绿 灯 主干道红灯，支干道黄灯；闪烁倒计时4秒 Main>=29 &&到计时到0 Main>=29 &&到计时到0 Y 图4 系统软件流程图 都红灯，主支干道灯都灭。在程序中分别是子程序light1, light2, light3, light4, light5, light6.
2, LED显示模块：此模块分五个子程序，其功能分别是,led根据父程序通过ax和数据段main传过来的值控制4变速箱线束个LED的数字显示。Led1、led2两个子程序分别通过ax的值显示倒计时。led3，led4两个子程序分别通过main的值和buffer对应的驱动码显示阻塞车辆数。
3, 中断子程序模块，此模块分两个子程序，irq6用来处理K1触发的中断。此中断用来表示
阻塞了一辆车，即main加一。irq7用来处理K2触发的中断，此中断用来处理十字路口来了一辆特殊车辆，即两条路的信号灯都成红灯，倒计时暂停。其中断子程序的流程图如下图五：
4, 此模块主要实现本课题的逻辑，即通过本调用以上三个模块的子程序将现整个课题连起来，并让整个系统能连续的运行，因此也负责整个程序的时序。本模块实现了整个系统的
主程序，具体流程包括两重循环，三次分支，每一重用来循环控制信号灯四个基本状态的轮流转换，第二重循环用来控制时序及LED。第一次分支是根据每一重中断irq7入口 保护现场主、支干道都亮红灯，同时，倒计时时间静止 延时3S 恢复现场中断返回 中断irq6入口 保护现场 main （车辆数量）的值加 1 恢复现场 中断返回 循环下的每个基本状态分别显示不同的信号灯，第二个分支是，根据数据段中的main来判断阻塞车辆是不是过多，是否需要信号灯的转换。第三个分支是根据信号灯是否黄灯时来商定要信号灯是否要闪烁。另外此模块还要负责中断的初始化，及开中断的时间。这也是本个负责的模块，其主要流程如图4和图6。
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