基于8086的交通信号控制器的设计

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基于8086的交通信号控制器的设计报告这次课程设计,我们的任务是:基于8086的交通信号控制器的设计。8086系统是我们这个学期学习的主线方向,我们将在8086系统的基础上完成交通信号控制器的设计,其具体功能是:1.显示十字路口东西、南北2个方向的红、黄、绿的指示状态。2.实现正常的倒计时功能。用2组数码管作为东西和南北方向的倒计时显示,显示时间为红灯30s,绿灯50s,黄灯5s。3.按S1键能实现特殊的功能,显示倒计时的2组数码管闪烁,计数器停止计数并保持在原来的状态;东西、南北路口均显示红灯状态;特殊状态解除后能继续计数。4.按S2键实现总体清零功能。计数器由初始状态计数,对应的指示灯亮。1.2设计思想在此次设计过程中,我们选择了数码管、发光二极管、8255A和8086来控制实现交通灯按设计要求工作。1)硬件部分1、LED设计说明:用LED作为倒计时时间的显示器,LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面,都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为10:1,利用LED技术,可以制造出比LCD更薄、更亮、更清晰的显示器,LED是发光二极管属于二极管的一种,LCD是液晶显示器,两者相差太多.但是用LED的点阵也能组成显示器,适用于户外大屏幕显示,分辨率较低,LED与LCD具体比较如下图表1-1:LCD与LED的比较LCD液晶显示器,通过液晶和彩色过滤器过滤光源,在平面面板上产生图象,具有零辐射,低耗能,散热小,纤薄轻巧,精确还原图象,显示字符锐利,屏幕调节方便,可视角度小,响应时间过慢,亮度可对比度低等特点LED发光二极管,是由发光二极管排列组成的显示器件,它采用低电压扫描技术,具有耗电少,使用寿命长,成本低,亮度高,故障少,视角大,视角大,可视距离远的特点通过分析和对比,LED显示器要较优于LCD显示器,因此本实验选择LED2、8255设计说明:用8255A可编程并行接口芯片的A、B、C三口作为红、绿、黄交通灯的控制输入口。8255有三个并行输入输出口,可以方便的对三种颜色的交通灯进行很好的控制。解决方案是:PB0~PB7接模拟灯二极管,PA0~PA7接7段二极管的段选,PC0~PC3接7段二极管的位选,PC4~PC7与开关相连,处理器芯片集成芯片卡PCI卡连接,用于完成硬件方面的实验正常通信。其芯片比较说明:如下表:表1-2:8255A与8251芯片的比较比较内容8255A芯片8251A芯片通信方式并行串行数据传送方式数据的各位同时传送,数据一位一位地顺序传送,,内部组成8155内有256字节RAM和一个定时计数器。8255没有特点通信线路较8251复杂通信线路简单,利用电话或电报线路就可实现通信输入/输出编程较为灵活编程较8255不够灵活应用范围使用十分方便,传输距离近,成本较高传输距离远,使用不方便,但传输速度慢,降低成本,初始化特点8255A直接位清0/置1功能简化了接口控制8251在初始化时,必须重新设置模式寄存器的格式.2)、软件部分根据硬件需求采用8255A芯片,为实现对通信的控制,采用汇编语言,分别编程控制8255的工作方式,在编程时应考虑到状态的转换采用查询方式控制,根据需求分析可采用8255的方式0下工作具体如下设置:硬件连接说明:8255A芯片的PA、PB、PC三口的工作方式为方式0,将8255的PB0~PB7接红绿灯用以模拟交通灯的变化,PA0~PA7接7段LED灯的段选码,,完成LED显示器的段选,PC0~PC3接LED显示器的位选码用以完成位选,PC4-PC7接开关,以完成初值接收。初始化8255后。利用汇编语言编写访问控制程序,控制绿灯的显示倒记时间,它与红灯的显示时间是相同的,编写控制程序控制黄灯的闪烁时间,当绿灯的显示时间结束后切换到黄灯,再切换到红灯,如此循环下去。二、硬件设计2.1选择芯片8255A1)、8255A在本实验中的作用:通过8255A的三个I/O端口A口、B口、C口与红、绿、黄二极管连接起来控制交通灯的规律性变化。2)、8255A的功能分析:PA、PB、PC三口均工作在方式0状态。:PB2~PB3接黄灯,PB4~PB5接红灯;PB0~PB1接绿灯,PA0~PA7作为段选码;PC0~PC1作为位选码。我们采用的是将PC口分成两部分使用,PC0-PC3作为位选码,PC4-PC7作为输入口,接收开关输入的初值信息。将在用8255A前首先要对它进行初始化,设置它的方式选择控制字。3)、8255A工作方式0说明:方式0的工作特点:这种方式通常不用联络信号,不使用中断,三个通道中的每一个都有可以由程序选定作为输入或输出。其功能为:(1)两个8位通道:通道A、B。两个四位通道:通道C高4位和低四位;(2)任何一个通道可以作输入/输出;(3)输出是锁存的;(4)输入是不锁存的;(5)在方式0时各个通道的输入/输出可有16种不同的组合。方式0的使用场合:同步传送是在外设控制过程的各种动作时间为固定,且已知的条件下使用的。因此,传送中不要应答信号。输入时,执行程序只要给出IN指令;而输出时,也只给出OUT指令,就能实现数据的输入或输出。优点是程序简单,接口的硬件开销小。查询式传输时,要先查询一个外设的状态,当该状态表示外设已准备好时,方能开始查询传输,否则CPU将继续查询。但在方式0,没有规定固定的应答信号,所以,这时将通道A、B作为数据通道,把通道C的4个位(高4位或低4位)规定为输出口,用来输出一些控制信号,而把通道C的另外4个位规定为输入口,用来输入外设的状态。这样利用通道C来配合通道A和B的输入/输出操作。4)、8255A方式选择控制字说明:控制字格式如图1-2:图1-2:8255A芯片的控制字格式参数说明:D7=1工作方式控制标志。D6D5组合设定A口工作方式:00~方式0、01~方式1、10/11~方式2。D4设定A口的输入/输出,D4=1输入D4=0输出。D3C口高位输入/输出选择,D3=1输入D3=0输出。D2B口工作方式选择,D2=1方式1;D2=0方式0。D1B口输入/输出选择D1=1输入D1=0输出。D0设定C口低位输入/输出D0=1输入D0=0输出。5)、8255A技术参数:主要参数说明:8255A工作最大电流为120MA,VCC=-5V~+5V,I(DAR)工作电流最大为4MA。8255的输出电压不高,连接到LED时,最好加入一个驱动器起到电流放大的作用,其具体参数值说明如表3-1。表1-3:8255A技术参数说明8255A技术参数测试条件规范值单位大小输入低电平电压VIL0.8-0.5V输入高电平电压VIHVCC2.0V输出低电平电压VOL(数据端口)IOL=2.5MA0.45V输出低电平电压VOL(外围端口)IOL=1.7MA0.45V输出高电平电压VOH(数据端口)IOR=-400MA2.4V输出高电平电压VOH(外围端口)IOH=-200MA2.4V达林顿驱动电流IOAR-4.0-1.0mA电源电流ICC120mA输入负载电流IILIIN=0~VCCI/OmA输出浮动电流IOFVOR=0.45~VCCI/OmA6)、8255A的逻辑图图1-3:8255A内部逻辑图2.2选择芯片七段LED显示器1)、LED显示器在本设计中的作用:接收由8255A芯片送来的字型码显示编码结果其中LED技术参数如表1-5:表1-4:LED技术参数说明2)、七段LED显示器LED显示器的功能分析:LED显示器有共阳极和共阴极两类。其原理图(图1-4):图是一个6位LED动态显示电路,段驱动器输出LED字符7段代码信息,位驱动器输出6个LED的位选信号,即分时使Q0~Q5轮流有效,使得LED0~LED5轮流显示。图1-4:七段LED显示器笔画型LED显示器是由8个二极管电路a~dp按字型‘8’的方式排列,当不同的二极管被选通后根据发光效果会显示不同的自型。本设计中采用共阴极连接方式,a~dp分别与74LS273的1Q~8Q相连,接收段选码信号(高电平);4位LED显示器的4根共阴极引线与8255A的PC0~PC3相连,接收位选码信号(低电平)。段选码和位选码共同作用以显示不同的字型。LED字型显示原理:表1-5:LED字型显示组合DpGfEdcbA显示数码0011111103fh000001101O6H0101101125bh0100111134fH01100110466H0110110156dH0111110167dH00000111707H0111111187fH0110111196fH2.3硬件总逻辑图及其说明1)、硬件原理说明:本设计以STARES598PCI实验仪提供的最实用、新颖的接口实验,提供的汇编控制程序设计控制硬件运行为依据设计的;在课程设计中主要利用了STARES598PCI实验提供的8255A芯片,7段LED显示器,以及红绿灯LED显示二极管,其中完成PC机与实验箱之间的通信用到了最主要的集成卡PCI卡。课程设计时完成编程调试的只要开发工具为星研集成开发环境。2)、硬件连接说明:8255A芯片的PA、PB、PC三口的工作方式为方式0,将8255的PB0~PB7接红绿灯用以模拟交通灯的变化,PA0~PA7接7段LED灯的段选码完成LED显示器的段选,PC0~PC3接LED显示器的位选码用以完成位选,PC机通过数据总线经过集成电路卡PCI卡与8255A芯片相连接。其连接方式为:PCI卡的地址总线A1A0接到8255A芯片的A1A0来实现端口选择。将8255A芯片的片选信号CS与PCI卡的CS1相连接来决定各端口的初始地址。8255A芯片的PB口中PB0~PB7经过排线与实验箱的红绿灯电路板的插槽相连接,用来实现控制交通灯的变化规律;8255A的PC口中的PC0~PC3经过排线与实验箱上的7段LED灯的位选码插槽相连接,用来实现选择绿灯倒计时时的7段LED灯的位置选择,8255A芯片的PA口中的PA0~PA7经过排线与实验箱上的7段LED灯的段选码插槽相连接,用来实现7段LED灯的段选码选择。LED灯管的a、b、c、d、e、f、g、dp做为段选来显示倒计时数据。图1-5:硬件总连接图三、控制程序设计3.1控制程序设计思路说明:首先,明确交通灯的变化规律,假设在一个十字路口,其中东西方向,南北方向,工作方式如下:将红黄绿灯按照红灯停,绿等行,黄灯闪烁为缓冲时间的原则进行通车。倒计时将可以由用户自由设定,用8255的PB,PC口来连接红黄绿灯电路板,而PA口连接LED显示管来计数倒计时。开始时初始化东西南北方向全为红灯,然后东西方向绿灯亮,进入倒计时默认值40秒,结束后东西方向绿灯闪烁三次,变黄灯亮三秒,然后红灯亮;南北方向绿灯亮,此时南北方向进入倒计时,倒计时时间可以在开关口提前设定本次倒计时时间。结束后绿灯闪烁三秒后,变黄灯亮三秒,然后红灯亮,东西方向绿灯亮,如此循环下去。其次,主程序的设计思路:首先初始化8255A的芯片的控制字格式和状态字格式,其次设置交通灯开始运行的初始状态并做相应的延时便于观察,再次调用子程序对东西绿灯的倒计时时间,调用子程序显示绿灯的倒计时,后进行查表选择相应的LED灯的段选码,使相应的灯亮,显示东西绿灯交通灯变化,然后设置绿灯的闪烁,以及黄灯的亮持续,再次就是查表设置转换成南北绿灯的亮,同时调用子程序设置南北绿灯的倒计时时间,后进行查表选择相应的LED灯的段选码,使相应的灯亮,显示南北绿灯交通灯变化,然后做南北绿灯的闪烁,和黄灯的亮持续,最后做主程序的循环,利用无条件跳转指令。3.2程序流程图开始程序初始化路口红灯全亮东西绿南北红开始倒计时Cx=5东西绿灯,南北红灯延时500ms东西绿灯灭,cx自减1Cx=0东西黄灯亮延时5s东西红南北绿倒计时开始南北绿灯灭Cx=5延时500ms南北绿灯亮cx自减1Cx=0南北黄灯亮延时5s图1-6:主控制程序再次,也设计了一个到计时显示子程序,用来显示绿灯的到计时时间,设计思路:首先要保存进入到计时子程序时的断点保存,以保证能够子程序结束能够正常返回主程序,其次设置LED灯的秒数跳的快慢,使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