【正文】 微機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 基于 PC 機(jī)與 8255 的交通燈電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班級(jí)專業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)老師 ： 地點(diǎn)： 微機(jī)原理與 接口技術(shù)實(shí)驗(yàn)室 基于 PC機(jī)與 8255的交通燈電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第一部分 概論 十字路口車輛穿梭，行人熙攘，車行車道，人行人道，有條不紊。井然秩序的實(shí)現(xiàn)，靠的是交通信號(hào)燈的自動(dòng)指揮系統(tǒng)。交通信號(hào)燈控制方式有很多。本系統(tǒng)采用 8255A 芯片實(shí)現(xiàn)了 A 口設(shè)置紅、綠、黃燈點(diǎn)亮?xí)r間的功能，從而控制 LED 發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)紅、黃、綠燈循環(huán)點(diǎn)亮。另外結(jié)合日常生活經(jīng)驗(yàn)，并且從亞殘會(huì)中對(duì)殘疾人的生活不便中得出感悟，采用 8253 進(jìn)行控制揚(yáng)聲器，在紅、綠燈變換之間黃燈閃爍時(shí)，同時(shí)添加了“聲音提示 功能。整個(gè)系統(tǒng) 具有固定的 “紅燈 — 黃燈 — 綠燈”轉(zhuǎn)換間隔，并自動(dòng)切換， 對(duì) 東西南北方向的道路進(jìn)行“自動(dòng)”的控制。但是，經(jīng)過(guò)小組成員提出的各種假設(shè)，發(fā)現(xiàn)此系統(tǒng)需要加入更多人性化的元素：交警可以根據(jù)實(shí)際的路面情況，針對(duì)不同的突發(fā)事件，進(jìn)行手工控制紅綠燈的轉(zhuǎn)換。例如救護(hù)車警車執(zhí)行緊急任務(wù)；例如東西道路塞車，南北道路空閑無(wú)車輛行駛時(shí)，需要靈活調(diào)節(jié)紅綠燈的轉(zhuǎn)化。 通過(guò) 8255 并口控制，可以達(dá)到更加人性化的 效果從而方便各種人群。 設(shè)計(jì)任務(wù)： 交通信號(hào)燈的控制 （ 1）通過(guò) 8255 并行接口來(lái)控制 LED 發(fā)光二極管的亮滅，并適當(dāng)延時(shí)。 （ 2）黃燈閃爍時(shí) ，通過(guò) 8253 控制揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，以提醒燈的轉(zhuǎn)換 。 （ 3）通過(guò) 8255 并口控制，人工進(jìn)行交通燈的轉(zhuǎn)換。 任務(wù)要求 （ 1）南北路口的綠燈、東西路口的紅燈同時(shí)亮 5秒左右。 （ 2）南北路口的黃燈閃爍若干次，揚(yáng)聲器鳴叫，同時(shí)東西路口的紅燈閃爍。 （ 3）南北路口的紅燈、東西路口的綠燈同時(shí)亮 5秒左右。 （ 4）南北路口的紅燈閃爍、同時(shí)東西路口的黃燈亮閃爍若干次，揚(yáng)聲器鳴叫。 （ 5） 轉(zhuǎn) (1)重復(fù)。緊急情況可以手動(dòng)控制紅綠燈的變換。 電路原理： 本 課題的設(shè)計(jì)可通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的一些功能模塊電路組成，由 于各模塊電路內(nèi)部已經(jīng)連接，用戶在使用時(shí)只要設(shè)計(jì)模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。完整系統(tǒng)的硬件連接如圖所示。硬件電路由定時(shí)模塊、發(fā)光二極管模塊、數(shù)碼管顯示模塊和緊急中斷模塊組成。 定時(shí)模塊是由 8254 的計(jì)數(shù)器 0 來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí) 100ms。 Clk0 接實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分頻電路輸出 Q6， f＝ 46875hz。 GATE0 接 8255 的 PA0，由 8255 輸出來(lái)控制計(jì)數(shù)器的起停。 OUT0 接 8259 的 IRQ2，定時(shí)完成申請(qǐng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序。發(fā)光二極管顯示模塊由 8255 輸出來(lái)控制發(fā)光二極管的亮滅。 8255 輸出為低電 平時(shí)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管就點(diǎn)亮，否則就熄滅。 程序原理 :計(jì)數(shù)器 0的計(jì)數(shù)初值為 25000，由于 CLK0 接脈沖信號(hào)，頻率為，所以每 10ms 中斷一次。利用 CX對(duì)不同的狀態(tài)時(shí)間計(jì)數(shù)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器 0 對(duì) 1 分鐘， 20 秒鐘， 5 秒鐘的定時(shí)。中斷子程序分為數(shù)碼顯示刷新部分和紅綠黃燈各種狀態(tài)切換部分。每進(jìn)入中斷即刷新 LED 顯示。用對(duì)于東西車道和南北車道黃燈閃爍利用標(biāo)志位判斷實(shí)現(xiàn)，滿足比較條件就暗，不滿足條件就亮。 8254 計(jì)數(shù)的起停由 8255 的 PA0 控制， 8255 的 PA0 輸出 1時(shí)， 8254 開始計(jì)數(shù)，交通燈按正常狀態(tài)切 換工作， PA0 輸出 0時(shí)，計(jì)數(shù)器停止工作，交通燈不再按正常狀態(tài)切換。 8254 開始計(jì)數(shù)后每 100ms 發(fā)出一個(gè)中斷申請(qǐng)信號(hào)，在中斷子程序中先刷新數(shù)碼管，然后判斷當(dāng)前狀態(tài)，進(jìn)入相應(yīng)的處理程序進(jìn)行處理。 主程序負(fù)責(zé)系統(tǒng)的初始化，然后數(shù)碼管數(shù)據(jù)輸出顯示，同時(shí)檢測(cè) PC鍵盤按鍵，有按鍵就退出程序。主程序的流程圖如圖所示。 定時(shí)中斷子程序是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，負(fù)責(zé)完成數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新和各個(gè)狀態(tài)的處理切換。中斷子程序包括數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新程序和各狀態(tài)處理程序。數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新子程序是實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí) 25s，用 LEDOUT 表示輸出的數(shù)據(jù) ， t 用來(lái)軟件計(jì)時(shí) 1s，就是計(jì)數(shù) 10 個(gè) 100ms。 LED 輸出是要將輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為段選碼。根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序，在處理程序中完成定時(shí)和狀態(tài)的切換。狀態(tài) 1 和 3 的流程是一樣的，先點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的交通燈，再判斷定時(shí)到了就可以切換了。狀態(tài) 2 和 4 要實(shí)現(xiàn)黃燈的閃爍，間隔點(diǎn)亮和熄滅就可以了。狀態(tài) 1 和 3處理程序的流程圖（以狀態(tài) 1 為例）如圖所示，其中 NUM 是狀態(tài) 1 對(duì)應(yīng)的 PC口輸出。 外部中斷服務(wù)子程序主要用來(lái)處理緊急情況，將 2 個(gè)方向的車都停止運(yùn)行，點(diǎn)亮所有紅燈。下次中斷來(lái)時(shí)恢復(fù)以前的狀態(tài)。用一個(gè)標(biāo)志位 FLAG 判斷是 第一次進(jìn)入還是恢復(fù)狀態(tài)。 第二部分 硬件設(shè)計(jì) 線路示意圖 8255 連接圖 : 8253 連接圖 : 8255A 的工作原理 8255A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) : 1) 數(shù)據(jù)總線緩沖器 :這是一個(gè)雙向三態(tài)的 8 位數(shù)據(jù)緩沖器，它是 8255A與 微機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的接口。輸入輸出的數(shù)據(jù)、 CPU 輸出的控制字以及 CPU 輸入的狀態(tài)信息都是通過(guò)這個(gè)緩沖器傳送的。 2) 三個(gè)端口 A， B和 C:A 端口包含一個(gè) 8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個(gè) 8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 B 端口包含一個(gè) 8位數(shù)據(jù)輸入 /輸出鎖存器和緩沖器，一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 C端口包含一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器，一個(gè) 8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器 (輸入沒有鎖存器 )。 3) A組和 B組控制電路 :這是兩組根據(jù) CPU輸出的控制字控制 8255工作方式的電路，它們對(duì)于 CPU而言，共用一個(gè)端口地址相同的控制字寄存器，接收 CPU 輸 出的一字節(jié)方式控制字或?qū)?C口按位復(fù)位字命令。方式控制字的高 5 位決定 A組的工作方式，低 3 位決定 B 組的工作方式。對(duì) C口按位復(fù)位命令字可對(duì) C 口的每一位實(shí)現(xiàn)置位或復(fù)位。 A組控制電路控制 A 口和 C口上半部， B組控制電路控制 B 口和 C口下半部。 4) 讀寫控制邏輯 :用來(lái)控制把 CPU 輸出的控制字或數(shù)據(jù)送至相應(yīng)端口，也由它來(lái)控制把狀態(tài)信息或輸入數(shù)據(jù)通過(guò)相應(yīng)的端口送到 CPU。 8255A 的 工作方式 : 方式 0基本輸入輸出方式；方式 1選通輸入輸出方式； 方式 2雙向選通輸入輸出方式。 引腳信號(hào) 8255A 的 引腳如 有： 分為數(shù)據(jù)線、地址線、讀 /寫控制線、輸入 /輸出端口線和電源線。 D7～ D0（ data bus）：三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)線，與 CPU 數(shù)據(jù)總線連接，用來(lái)傳送數(shù)據(jù)。 （ chip select）：片選信號(hào)線，低電平有效時(shí)，芯片被選中。 A1, A0（ port address）：地址線，用來(lái)選擇內(nèi)部端口。 （ read）：讀出信號(hào)線，低電平有效時(shí)，允許數(shù)據(jù)讀出。 （ write）：寫入信號(hào)線，低電平有效時(shí)，允許數(shù)據(jù)寫入。 RESET（ reset)：復(fù)位信號(hào)線，高電平有效時(shí)，將所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）清 0。 PA7～ PA0（ port A）： A口輸入 /輸出信號(hào)線。 PB7～ PB0（ port B）： B口輸入 /輸出信號(hào)線。 PC7～ PC0（ port C）： C口輸入 /輸出信號(hào)線。 VCC：＋ 5V 電源。 GND：電源地線。 第三部分 軟件設(shè)計(jì) 流程如下 主程序中主要是通過(guò)初始化 8255，然后將 PC 口設(shè)置成為輸出口，將 PC口與 LED 燈連接起來(lái)。