计算机科学与技术 专业课程设计任务书
| 学生姓名 | 专业班级 | 学号 | |||||
| 题 目 | 交通信号灯控制系统的设计 | ||||||
| 课题性质 | A.工程设计 | 课题来源 | 自拟课题 | ||||
| 指导教师 | 同组姓名 | ||||||
| 主要内容 | 初始状态用K1键控制，为两个黄灯闪烁； K2键控制红、黄、绿灯接通时间分别为5秒、2秒、5秒； K3键控制红、黄、绿灯接通时间分别为2秒、1秒、2秒。 一位数码管显示红灯和绿灯亮时间的倒计时信息。 | ||||||
| 任务要求 | 1、画出逻辑硬件图 2、用汇编语言写出程序 3、画出程序流程图，设计出全部程序并调试通过 4、写出设计思路和调试方法与步骤 | ||||||
| 参考文献 | [1]钱晓捷.16/32位微机原理、汇编语言及接口技术教程[M].北京:机械工业出版社,2011. [2]戴梅萼,史嘉权.微型计算机技术及应用(第4版)[M].北京:清华大学出版社,2008. [3]荆淑霞.微机原理与汇编语言程序设计(第1版)[M].北京:中国水利水电出版社,2005. [4]楼天顺,周家让,张伟涛.微机原理与接口技术[M].北京:科学出版社,2019. [5]牟琦.微机原理与接口技术[M].北京:清华大学出版社,2018. | ||||||
| 审查意见 | 指导教师签字： 教研室主任签字： | ||||||
填表说明：“课题性质”一栏：A．工程设计；B．工程技术研究；C．软件工程（如CAI课题等）；D．文献型综述；E．其它。
目录
1.设计任务与要求
1.1设计任务
1.2要求
2.设计思想
3.主要元器件介绍
3.1 8086CPU芯片(33引脚高电平：最小模式)
3.2 8255A并行接口芯片（初始化控制字选择工作方式：方式0）
3.3 74LS138芯片（3 线－8 线译码器）
3.4 74LS273芯片 （8位数据/地址锁存器）
3.5 七段数码管(共阴极)
3.6 其他简单元件
4.设计方案与硬件连线
4.1设计方案
4.2硬件连线
5.程序流程图
5.1总流程图(AGAIN0)
5.2按K1黄灯闪烁流程图(AGAIN1)
5.3按K2红黄绿灯设置时间525流程图(AGAIN2)
5.4按K3红黄绿灯设置时间212流程图(AGAIN3)
6.程序源代码
7.设计结果
7.1 初始状态用K1键控制，为两个黄灯闪烁
7.2 K2键控制红、黄、绿灯接通时间分别为5秒、2秒、5秒
7.3 K3键控制红、黄、绿灯接通时间分别为2秒、1秒、2秒
8.总结
1.设计任务与要求
初始状态用K1键控制，为两个黄灯闪烁；
K2键控制红、黄、绿灯接通时间分别为5秒、2秒、5秒；
K3键控制红、黄、绿灯接通时间分别为2秒、1秒、2秒。
一位数码管显示红灯和绿灯亮时间的倒计时信息。
1、画出逻辑硬件图
2、用汇编语言写出程序
3、画出程序流程图，设计出全部程序并调试通过
4、写出设计思路和调试方法与步骤
2.设计思想
使用8086CPU芯片+8255A并行接口芯片+单位共阴数码管+红、黄、绿LED灯+SWITCH开关等进行连线，再通过编写汇编程序实现输入输出——实现通过输入K1、K2、K3三个开关的断连状态输出对应的东西南北LED红绿灯、数码管倒计时状态。
3.主要元器件介绍
3.1 8086CPU芯片(33引脚
高电平：最小模式)
⑴AD15～AD0（addressdatabus）：地址/数据总线，双向，三态。
⑵A19/S6～A16/S3（address/status）：地址/状态信号，输出，三态。
⑶BHE（低）/S7（bushighenable/status）：允许总线高8位数据传送/状态信号，输出，三态。
⑷RD/（read）：读信号，输出，三态，低电平有效。
⑸READY（ready）：准备就绪信号，输入，高电平有效。
⑹INTR（interruptrequest）：可屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效。
⑺TEST/（test）：等待测试控制信号，输入，低电平有效。
⑻NMI（non-maskableinterrupt）：非屏蔽中断请求信号，输入，高电平有效。
⑼RESET（reset）：复位信号，输入，高电平有效。
⑽CLK（clock）：时钟信号，输入。CLK为CPU提供基本的定时脉冲信号。
⑾VCC电源输入引脚。8086CPU采用单一+5V电源供电。
⑿GND：接地引脚。
⒀MN/MX/（minimum/maximum）：最小/最大模式输入控制信号。
CPU工作于最小模式时使用的引脚信号24～31的含义及其功能如下。
⑴M/IO/（memoryI/Oselect）：存储器、I/O端口选择控制信号。
信号指明当前CPU是选择访问存储器还是访问I/O端口。为高电平时，访问存储器，表示当前要进行CPU与存储器之间的数据传送。为低电平时，访问I/O端口，表示当前要进行CPU与I/O端口之间的数据传送。
⑵WR/（write）：写信号，输出，低电平有效。
信号有效时，表明CPU正在执行写总线周期，同时由信号决定是对存储器还是对I/O端口执行写操作。
⑶INTA/（interruptacknowledge）：可屏蔽中断响应信号，输出，低电平有效。
CPU通过信号对外设提出的可屏蔽中断请求做出响应。为低电平时，表示CPU已经响应外设的中断请求，即将执行中断服务程序。
⑷ALE（addresslockenable）：地址锁存允许信号，输出，高电平有效。
CPU利用ALE信号可以把AD15～AD0地址/数据、A19/S6～A16/S3地址/状态线上的地址信息锁存在地址锁存器中。
⑸DT/（datatransmitorreceive）：数据发送/接收信号，输出，三态。
DT/信号用来控制数据传送的方向。DT/为高电平时，CPU发送数据到存储器或I/O端口；DT/为低电平时，CPU接收来自存储器或I/O端口的数据。
⑹DEN/（dataenable）：数据允许控制信号，输出，三态，低电平有效。
信号用作总线收发器的选通控制信号。当为低电平时，表明CPU进行数据的读/写操作。
⑺HOLD（busholdrequest）：总线保持请求信号，输入，高电平有效。
在DMA数据传送方式中，由总线控制器8237A发出一个高电平有效的总线请求信号，通过HOLD引脚输入到CPU，请求CPU让出总线控制权。
⑻HLDA（holdacknowledge）：总线保持响应信号，输出，高电平有效。
HLDA是与HOLD配合使用的联络信号。在HLDA有效期间，HLDA引脚输出一个高电平有效的响应信号，同时总线将处于浮空状态，CPU让出对总线的控制权，将其交付给申请使用总线的8237A控制器使用，总线使用完后，会使HOLD信号变为低电平，CPU又重新获得对总线的控制权。
3.2 8255A并行接口芯片（初始化控制字选择工作方式：方式0）
8位数据端口：A口、B口、C口
A口：PA7~PA0
B口：PB7~PB0
C口：PC7~PC0
连接外部设备
A口与B口为一个8位的输入口或输出口
C口单独作为一个8位的输入口或输出口
配合A口和B口使用，作为控制信号和状态信号
A组和B组控制逻辑
A组：A口和C口的高4位；
B组：B口和C口的低4位。
控制寄存器：保存CPU送来的命令字。
决定A组和B组的工作方式
对C口的每一位执行置位/复位操作
根据命令字，向相关端口送出控制信号
数据总线缓冲器
D7~D0：8位三态双向缓冲器
连接系统数据总线
用于传输三类信息
CPU送来的数据和控制信息(命令字)
外设送来的数据和状态信息U
高阻态：隔离芯片与系统总线
读/写控制逻辑
CS：片选信号输入引脚，低电平有效
~RD：读信号输入引脚，低电平有效
~WR：写信号输入引脚，低电平有效
~RESET：复位信号输入引脚，高电平有效。用于将8255A控制字寄存器清“0”，并将A、B、C口置成输入状态
A1、A0：端口选择信号输入引脚
其余引脚
VCC接电源，GND接地
8255A与微机系统的连接
8位数据总线的系统中，A1与A0与地址总线的A1与A0相连。
16位数据总线的系统中，A1与A0与地址总线的A2，A1相连，当数据线D7~D0连接到cpu数据总线的低8位，以偶地址来寻址，连接到cpu数据总线的高8位，以奇地址来寻址。
工作方式方式0（基本输入/输出方式）
A口、B口和C口：三个独立的8位输入或输出数据口。
C口：可分为两个独立的4位输入或输出数据口。
输出时有锁存能力，输入时无锁存能力。
基本输入方式
外设将数据送到8255A输入缓冲器
CPU给出有效的8255A地址及控制信号
CPU发读命令，将输入缓冲器中的数据读入AL寄存器中
基本输出方式
CPU给出有效的8255A地址及控制信号。
CPU发写命令，将AL寄存器中的数据写入输出锁存器。
适合于无条件输入输出方式。
74LS138工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。下图是它的原理结构图以及真值表：
无论从逻辑图还是功能表我们都可以看到74LS138的八个输出管脚，任何时刻要么全为高电平1—芯片处于不工作状态，要么只有一个为低电平0，其余7个输出管脚全为高电平1。如果出现两个输出管脚在同一个时间为0的情况，说明该芯片已经损坏。
74LS138有三个附加的控制端、和。当、时，输出为高电平（S＝1），译码器处于工作状态。否则，译码器被禁止，所有的输出端被封锁在高电平，如表中所示。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多篇连接起来以扩展译码器的功能。
74LS273是一种带清除功能的8D触发器 ， D0～D7为数据输入端，Q0～Q7为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作数据锁存器,地址锁存器。
74LS273的工作原理:
1脚是复位端，11脚是时钟（脉冲）输入端;当1脚为L电平时，无论有无脉冲，数据端（D端）是H或L电平，输出端（Q端）都为L电平;仅当1脚为高电平（H）时，“D”端的数据在脉冲的上升期间被传送到“Q”端.
第一脚WR：主清除端，低电平触发，即当为低电平时，芯片被清除，输出全为0（低电平）；
CP（CLK）：触发端，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0~D7的数据通过芯片；为0时将数据锁存，D0~D7的数据不变。
⑴1脚是复位/MR，低电平有效，当1脚是低电平时，输出脚2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）全部输出0，即全部复位。
⑵当1脚为高电平时，11（CP）脚是锁存控制端，并且是上升沿触发锁存.。当11脚有一个上升沿，立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态，并且立即呈现在在输出脚2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）上。
⑶74ls273其它管脚功能：1D～8D为数据输入端，1Q～8Q为数据输出端，正脉冲触发，低电平清除，常用作8位地址锁存器。
一个七段数码管由一根导线选中，一组八根导线控制发光显示不同的数字。
LED_RED/YELLOW/GREEN红黄绿发光二极管、SWITCH一位开关、RES电阻、NOT非门、OR_10或门（10连线）等。
4.设计方案与硬件连线
8086采用最小模式，连接8255A并行接口并进行汇编编程实现本次课设要求，如下设计方案：8255A的C端口输入K1、K2、K3三个开关的断连状态，A端口输出倒计时数码管状态，B端口输出东南西北红黄绿灯状态。
首先8255A的C端口读入K1/K2/K3按键数据：如果判断数据为001B则实现功能AGAIN1黄灯闪烁；如果判断为010B则实现功能AGAIN2设置红黄绿525秒；如果判断为100B则实现功能AGAIN3设置红黄绿212秒；如果读入数据都不符合则进行最初AGAIN0循环重新读入按键数据。
按下K1开关进入黄灯闪烁功能AGAIN1：首先向A端口输入0关闭倒计时数码管、B端口输入0100100B点亮东西南北黄灯，进行延时0.5秒，再向B端口输入0熄灭东西南北黄灯，延时一秒。配合外部AGAIN0大循环可以实现黄灯一直闪烁。
按下K2开关进入红绿灯设置时间525功能AGAIN2：首先设置TIME1为5（对应红绿灯倒计时初始值），TIME2为2（对应黄灯倒计时初始值），然后跳转AGAIN_LOOP进行显示——通过A端口向数码管传输数字，通过B端口改变红黄绿灯状态，内部有小循环S1、S2、S3、S4使红绿灯状态不变，倒计时每秒减一。配合外部AGAIN0大循环可以实现实时接受按键变化。
按下K3开关进入红绿灯设置时间212功能AGAIN3：除了更改设置TIME1为2，TIME2为1，其他设计思路与功能AGAIN2一样。
5.程序流程图
5.1总流程图(AGAIN0)
6.程序源代码
......
7.设计结果
7.2 K2键控制红、黄、绿灯接通时间分别为5秒、2秒、5秒
图7.4 东西黄，南北红（2）
7.3 K3键控制红、黄、绿灯接通时间分别为2秒、1秒、2秒
图7.10 东西红，南北黄（1）
8.总结
通过本次课设，我更加深刻的理解到了微机课上所讲的知识，很好的将学过的知识：8086、8255A、汇编语言等联系到一起，中间遇到了一些小困难——比如如何实现延时0.5秒，那些端口控制什么进行输入输出、初始化控制字、硬件连线等，但是都通过查找相关资料得到了较好的解决。
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，选择了自己很感兴趣的交通信号灯管理系统。做完这个课设明白了原来红绿灯的实现也没有那么难做，现在的自己也对用单片机开发连线、编程实现简单功能有了个囫囵见解，很有成就感，希望能继续加油，下次争取做得更好。
