武汉理工大学《微机原理与接口技术》课程设计说明书
摘 要
随着交通的不断发展和交通指挥的需要，交通灯的控制指挥系统自始至终都显得尤为重要。本课题旨在设计一种交通灯控制指挥系统，以实现对交通的有效控制。在十字路口，当南北方向红灯亮，东西方西绿灯亮时，南北方向车辆禁止通行，东西方向允许通行；反之，南北方向允许车辆通行，东西方向禁止车辆通行。当发生危急情况时，可使所有路口红灯点亮，禁止所有车辆通行。
本系统使用8255可编程接口进行数据的输入输出，计时器使用软件编程进行延时。通过本课程设计，可巩固和加深课堂所学知识；熟悉各种指令的应用及条件；深入了解与掌握8255A在PC机系统的典型接法和8255A的工作方法及应用编程。对仿真软件Proteus的熟练使用，掌握其基本规则，能解决一些常见问题与错误，能实现Proteus与emu8086的联合调试
关键词：交通灯 汇编语言 8255
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1. 设计任务与要求
采用 16 位微处理器 8086 CPU 以及 86 系列微型计算机的指令系统；
软件设计平台可使用 EMU8086 等汇编语言软件，仿真设计平台可采用 Proteus 软件。 设计微型计算机最小系统，实现交通灯模拟功能，具体功能要求如下： （1）输入设备：启动、停止按钮；输出设备：指示灯（模拟交通灯） ；
（2）按下启动按钮，即按自定义的控制方式模拟交通灯变化，直至按下停止按钮，交通灯全灭。
2. 总体方案论证
城市十字交叉路口红绿灯控制系统，主要负责控制东西走向和南北走向的红绿灯的状态和转换顺序,关键是各个状态之间的转换和进行适当的时间延时,而方案的主要不同便是延时方法的不同，有以下两种方案：
方案一：考虑到题目要求黄灯闪烁的频率为1HZ，既每秒1次，那么前0.5秒黄灯亮,后0.5秒黄灯灭,所以最小的定时单位为0.5秒,频率为2HZ,30秒即为60个0.5秒。
显然一个计数器无法完成,所以采用两个计数器级联的方式,将计数器0的输出OUT0接到计数器1的输入端CLK1,CLK0=1MHZ,计数值为50000=C350H,OUT0=20HZ,CLK1=20HZ,记数值=10,OUT1=2HZ。并且计数器0工作于方式3用于产生方波信号，计数器1工作方式2，产生负脉冲信号，计数器1的输出端OUT1接入8255芯片的PC5口，用于读取负脉冲个数，以完成计时功能。 8086及8255设置同方案一，8086则每隔0.5秒变换一次黄灯的状态，持续五次，完成闪烁的功能。
方案二：因为程序中多次用到延时程序，鉴于某一段代码能完成一项特定的功能，并具有公用性，重复性，相对独立性的某段程序应设计成子程序。延时子程序模块的编写方法多种，8086CPU频率为5M，执行一条代码需要时间2.4us，若要实现短暂而精确的延时可以用nop，然而此处数码管的延时精度不要求那么高，所以写一个嵌套的延时子程序即可。在写此系统程序中，采用的是嵌套结构编写延时程序，把子程序两层循环所用到的寄存器中原有的值推入堆栈，延时过后再出栈。
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这种子程序的结构会给程序设计和调试带来许多方便，实现比较简单，还可以简化硬件电路连接，所以选择了方案二。
3. 总体设计
3.1 基本原理
此方案是通过并行接口芯片8255A和8086计算机的硬件连接，以及通过软件延时的方法，来实现十字路口交通灯的模拟控制。本课题的设计可通过实验平台上的一些功能模块电路组成，由于各模块电路内部已经连接，用户在使用时只要设计模块间电路的连接，因此，硬件电路的设计及实现相对简单。七段数码管（不加小数点）加上段选一共八位，可以用一个P口来控制，两组数码管就分别占用了PA和PB，剩下的PC口用来控制交通灯。
3.2 实现思路
1) 输入设备：启动、停止按钮；这部分不需用8259来进行中断管理，直接用NMI即可。
输出设备：指示灯（模拟交通灯）和数码管；
2) 按下启动按钮，即按自定义的控制方式模拟交通灯变化，以下任意时刻按下停止按钮，
交通灯和数码管全灭；
3) 东西方向绿灯通车(time-13)秒钟（time的值可以在程序中设定），南北方向红灯禁行； 4) 一段时间后，数码管开始10秒倒计时，直至为零，绿灯变为黄灯； 5) 黄灯持续时间为3秒，此时数码管闪烁进入3秒倒计时 6) 南北方向绿灯通车(time-13)秒钟，东西方向红灯禁行；
7) 一段时间后，数码管开始10秒倒计时，直至为零，绿灯变为黄灯； 8) 黄灯持续亮3秒，此时数码管闪烁进入3秒倒计时，然后进入重复步骤3.
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图2-1 东西通行图
南北通行的情况与上类似。
4. 单元电路设计与说明
4.1 8255A工作方式及数据I/O操作
8255A共有三种工作方式，即方式0、方式1、方式2. （a）方式0 基本输入/输出方式
方式0下，可供使用的是两个8位口（A口和B口）及两个4位口（C口高4位部分和低4位部分）。四个口可以是输入和输出的任何组合。
方式0适用于无条件数据传送，也可以把C口的某一位作为状态位，实现查询方式的数据传送。
（b）方式1 选通输入/输出方式
A口和B口分别用于数据的输入/输出。而C口则作为数据传送的联络信号。具体定义见表7–2。可见A口和B口的联络信号都是三个，如果A或B只有一个口按方式1使用，则剩下的另外13位口线仍然可按方式0使用。如果两个口都按方式1使用，则还剩下2位口线，这两位口线仍然可以进行位状态的输入输出。 方式1适用于查询或中断方式的数据输入/输出。 （c）方式2 双向数据传送方式
只有A口才能选择这种工作方式，这时A口既能输入数据又能输出数据。在这种方式下需使用C口的五位线作控制线，信号定义如表7–2所示。方式2适用于查询或中断方式的双向数据传送。如果把A口置于方式2下，则B口只能工作于方式0.
本设计中只需采用方式0即可完成全部功能，并且都是输出。
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4.2 锁存控制电路
在微控制器单元（MCU）中，寄存器是十分重要的资源。寄存器的主要作用是快速寄存算术逻辑运算单元（ALU）运算过程中的数据，其锁存功能利用74LS273来实现， （1） 锁存使能控制端 LE。 （2） 控制输入端 （3） 数据输入端
通过锁存器74LS273把数据存储于集成块中，当LE锁存控制端为1, \\OE使能端为0时，其具有输入功能，反之其具有锁存功能，在此系统中充当一个桥梁的作用，将部分数据传送给8255A的A0,A1，和CS片选等等，从而驱动发光二级管显示不同的颜色。
因为在总线周期的前半部分，CPU总是送出地址信号和BHE（总线高允许）信号，为了通知地址已经准备好了，可以被所存，CPU会送出高电平允许所存信号ALE。此时地址信号和BHE信号被锁存。
由于有了锁存器对地址信号和BHE信号的锁存，CPU在总线周期的后半部分，地址和数据都在地址总线和数据总线上，确保了CPU对锁存器和I/O接口的读/写操作。
U6AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7347813141718111D0D1D2D3D4D5D6D7CLKMR74273A13A14A15Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7256912151619A8A9A10A11A12A13A14A15Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7256912151619A0A1A2A3A4A5A6A7A9A10A11A12ADR[0..19]U3NOTU7AD83AD94AD107AD118AD1213AD1314AD1417AD1518111D0D1D2D3D4D5D6D7CLKMR74273U10AD16AD17AD18AD19347813141718111D0D1D2D3D4D5D6D7CLKMR74273Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7256912151619A16A17A18A19BHE图3-1 锁存控制电路74LS273
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