【正文】 交通燈總電路設(shè)計說明書第一章 系統(tǒng)概述 總框圖設(shè)計構(gòu)思在通過對題目以及要求的分析和思考，明確了設(shè)計任務(wù)的功能后，我們將設(shè)計過程分為五大模塊，并分析各個模塊之間的工作關(guān)系，最后將各模塊組合在一起畫出總體功能模塊圖，并完成實現(xiàn)整體的電路圖，最終使用Proteus模擬器模擬其實際功能，最終完成設(shè)計書。 各單元的構(gòu)思 對于不通的實驗要求對各模塊進行分析，這個題目是一個硬件與軟件相結(jié)合的系統(tǒng)，通過研究，我們根據(jù)總電路的功能的劃分，結(jié)合我們所學(xué)習過的知識對該系統(tǒng)進行具體的構(gòu)思設(shè)計各單元模塊，在實現(xiàn)各模塊構(gòu)思設(shè)計時，從要實現(xiàn)的功能及如何實現(xiàn)等方面著手，從熟悉的芯片與原件入手，選擇相應(yīng)的元器件及芯片，再進行細節(jié)設(shè)計，最后使用Proteus對其進行仿真與測試。 總電路圖的構(gòu)思（1）在以上步驟中設(shè)計好單元模塊后，再從各個單元功能模塊間的控制關(guān)系著手，選擇最優(yōu)方案，分別對各單元功能模塊進行檢驗論證，在保證各個模塊間無沖突，均能正常運行。(2)在仿真無誤后，對整體電路進行誤差分析，確定符合要求后，對模塊間進行連接時電路圖完整。而本設(shè)計的應(yīng)重點分析部分。 (3)根據(jù)整體的電路的分布進行分劃，設(shè)計好各個元件之間的連接以及位置，最后完成總的電路圖。第二章 單元電路設(shè)計與分析一、硬件設(shè)計通過分析8258258255各端口地址，設(shè)計合理的地址譯碼電路。8259的地址為00H、01H、8253的地址為30H、31H、33H，8255的端口地址為70H、71H、72H、73H。采用獨立編址的部分譯碼電路，具體見下圖所示： 8253級聯(lián)方式本設(shè)計中采用計數(shù)器0的輸出做計數(shù)器1的輸入做級聯(lián)，其中計數(shù)器0和1都采用方式2工作 8259與8253連接 計時器/定時器8253(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)8253是Intel公司生產(chǎn)的三通道16位的可編程定時/計時器，24引腳雙列直插封裝。8253的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)總線緩沖器，讀、寫控制邏輯，3個獨立的計數(shù)器三部分組成。 1)數(shù)據(jù)總線緩沖器這是一個三態(tài)8位雙向緩沖器，D7—D0同系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。CPU通過執(zhí)行輸入/輸出指令來實現(xiàn)對緩沖器發(fā)送或接受數(shù)據(jù)。8253的控制字也是通過該緩沖器傳送的。2)讀、寫控制邏輯讀、寫控制邏輯用來管理數(shù)據(jù)信息和控制字的傳送，它接收來自CPU地址總線和控制總線的有關(guān)信號，向3個獨立的計數(shù)器的控制部件發(fā)送命令。對8253進行控制的信號有：A1,A0:片內(nèi)寄存器選擇信號。CS:片選信號，低電平有效。RD:讀信號，低電平有效。WR:寫信號，低電平有效?？刂菩盘朇S,RD,WR以及A1,A0的組合可以實現(xiàn)對三個計數(shù)器和控制寄存器的讀寫操作。3）計數(shù)器三個計數(shù)器中每一個都有三條信號線：CLK:計數(shù)輸入，用于輸入定時基準脈沖或計數(shù)脈沖；OUT:輸出信號，以相應(yīng)的電平指示計數(shù)的完成或輸出脈沖波形；GATE:選通輸入，用于啟動或禁止計數(shù)器的操作，以使計數(shù)器和計數(shù)器輸入信號同步。每個計數(shù)器中有四個寄存器：，初始化時，將控制字寫入該寄存器。，初始化時寫入該計數(shù)器的初始值，其最大初始值為0000H。，計數(shù)初值由計數(shù)初值寄存器送入減計數(shù)寄存器，當計數(shù)輸入端輸入一個計數(shù)脈沖時，減計數(shù)寄存器內(nèi)容減一。，從而使CPU可以對此進行讀操作.（2） 工作方式8253有六種工作方式：（1）方式0：計數(shù)結(jié)束中斷（2）方式1：復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（3）方式2：頻率發(fā)生器（4）方式3：方波發(fā)生器（5）方式4：軟件觸發(fā)選通信號（6）方式5：硬件觸發(fā)選通信號計數(shù)啟動方式：：GATE端為高電平,置入計數(shù)初值后的第2個CLK脈沖的下降沿。：GATE端有一個上升沿,對應(yīng)CLK脈沖的下降沿計數(shù)過程中，可用門控脈沖GATE重新啟動計數(shù)。當GATE變低時，現(xiàn)行計數(shù)暫停，變高后，下一個CLK輸入脈沖使減一計數(shù)器恢復(fù)計數(shù)初值重新開始計數(shù)，所以可用一個外部控制邏輯來控制GATE,從而達到同步計數(shù)的作用(3) 控制字8253只有一個控制字，其格式和含義如圖321所示圖321 8253控制字8253的控制寄存器和3個計數(shù)器分別具有獨立的編程地址，并且控制字本身的內(nèi)容又確定了所控制的寄存器序號，所以對8253的編程沒有太多嚴格的順序規(guī)定，使用非常靈活。但是，編程有3條原則必須嚴格遵守：1)在選擇任何一種工作方式下，都必須先向8253寫入控制字，控制字還起復(fù)位作用，它使OUT端變?yōu)楣ぷ鞣绞街幸?guī)定的狀態(tài)和對計數(shù)初值寄存器清零。2)對計數(shù)器設(shè)置初值前必須先寫控制字,在設(shè)置計數(shù)初值時，要符合控制字中的格式規(guī)定，控制字中一旦規(guī)定，具體初始值設(shè)定時就要與之一致。3）讀取當前計數(shù)值時，必須設(shè)置鎖存操作控制字。由于8253對外的數(shù)據(jù)線只有8根，對16位計數(shù)器進行寫入或讀取當前計數(shù)值時，需要分兩次進行；由于兩次讀/寫之間存在時間間隔，這期間可能恰好有計數(shù)脈沖，所以讀出的值帶有隨機性，為了使CPU能獲得計數(shù)器某一時刻準確的值，8253設(shè)置了鎖存操作。當控制字的D5,D4位為00時，表示鎖存。當鎖存命令到來時，減一計數(shù)器記到某一個值，因為鎖存器是跟隨減一計數(shù)器工作的，所以，鎖存器中為同一個值，此時，這一數(shù)值被鎖住，當CPU將此鎖定值置后，鎖存器自動失鎖，于是又跟隨計數(shù)器變化。 中段控制器8259A8259A是一種可由軟件進行控制的中斷控制器,可以使用于各種不同環(huán)境，具有很強的中斷管理功能。8259A主要功能有：，在基于不增加其他電路的情況下，通過8259A的級聯(lián)，最多可管理64級優(yōu)先級的中斷源。b對任何一個級別的中斷源都可以單獨進行屏蔽，使該級中斷請求暫時被禁止，直到取消屏蔽時為止。，對于8086Pentium的CPU來說就是中斷類型碼。，即全嵌套方式、特殊全嵌套方式、自動循環(huán)方式、特殊循環(huán)方式、特殊屏蔽方式、中斷查詢方式，這些管理方式均可通過程序動態(tài)的進行變化。，即自動中斷結(jié)束方式，一般的中斷結(jié)束方式和特殊的中斷結(jié)束方式。，只需要一組+5V電源。 (1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255為可編程的并行接口芯片，具有40個引腳，雙列直插DIP封裝，+5V供電，全部信號與TTL電平兼容。8255的特點有：：A端口、B端口、C端口；：A口具有3種工作方式；B口具有2種工作方式；C口只有1種工作方式；，具有鎖存功能；，8位端口，12位端口，16位端口，20位端口或24位端口；8255由四部分組成,如下圖322所示圖322 8255A 結(jié)構(gòu)圖(2)工作方式8255有三種工作方式（方式0，方式1，方式2）可供選擇使用，而且三個端口可以同時按照各自選擇的工作方式工作，當然8255各端口在正常工作開始前，必須進行初始化設(shè)計，確定每個端口按哪種工作方式工作。方式0：基本輸入或輸出方式，為單向8位端口。多用于同步數(shù)據(jù)傳輸場合，無需握手線進行傳輸，也可用于查詢方式，此時往往用C口的某些信號線作為自定義狀態(tài)線和控制線。8255的三個端口都可工作于方式0。方式1：選通輸入或輸出方式，為單向的8位端口。只有A口和B口可以工作在方式1狀態(tài)，而此時C口的某些信號線一定作為A口或B口的聯(lián)絡(luò)線，其他非聯(lián)絡(luò)線仍可以工作在方式0 輸入或輸出狀態(tài)。方式2：雙向傳輸方式，既可以輸入又可輸出。只有A口可以采用方式2 工作，此時C口中的5根信號線作為A口的聯(lián)絡(luò)線，而其余的3根信號線可以做B口方式1時的聯(lián)絡(luò)線，或者與B口一起工作在方式0狀態(tài)。(3)控制字8255在正常工作之前必須進行初始化設(shè)置，對所用到的每個端口都要設(shè)置具體的工作方式。8255具有2個控制字：方式控制字和C口位控控制字。2個控制字均需要送入控制寄存器口地址中，其區(qū)別在于：方式控制字中的D7=1，C口位控控制字中的D7=0。1）方式控制字其中D7為方式控制字標志位，用來區(qū)別C口位控控制字。D6D5設(shè)置A口的工作方式，D4 設(shè)置A口處于方式0或者方式1時的傳輸方向，當處于方式2時此位無效，D3設(shè)置C口的高4位傳輸方向，由于C口只有一種