交通燈控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、交通燈控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 了解交通燈管理的基本工作原理。 2 熟悉 8253 計(jì)數(shù)器 / 定時(shí)器、 8259A 中斷控制器和 8255A 并行接口的工作方式及應(yīng)用 編程。 3.掌握多位LED顯示的方法。 、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求 設(shè)計(jì)一個(gè)用于十字路口的交通燈控制器。 1. 基本要求： 1）東西和南北方向各有一組紅 ,黃,綠燈用于指揮交通 , 紅,黃,綠的持續(xù)時(shí)間分別為 25s,5s,20s 。 2）當(dāng)有緊急情況（如消防車）時(shí)，兩個(gè)方向均為紅燈亮，計(jì)時(shí)停止，當(dāng)特殊情況結(jié) 束后，控制器恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，正常工作。 3）一組數(shù)碼管，以倒計(jì)時(shí)方式顯示兩個(gè)方向允許通行或禁止通行的時(shí)間。 2 .提高

2、部分： 1）實(shí)時(shí)修改交通燈的持續(xù)時(shí)間。 2）根據(jù)不同時(shí)段對(duì)主要交通方向的信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。 3）可以使用 LCD 顯示提示信息。 三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1 .設(shè)計(jì)目的和內(nèi)容 2 總體設(shè)計(jì) 3 硬件設(shè)計(jì)：原理圖（接線圖）及簡(jiǎn)要說(shuō)明 4軟件設(shè)計(jì)框圖及程序清單 5 設(shè)計(jì)結(jié)果和體會(huì)（包括遇到的問(wèn)題及解決的方法） 四、總體設(shè)計(jì) 交通燈的工作過(guò)程如下：設(shè)十字路口的 1、3 為南，北方向， 2、4 為東西方向，初始態(tài) 為 4 個(gè)路口的紅燈全亮。之后， 1、3 路口的綠燈亮， 2、4 路口的紅燈亮， 1、3 路口方向 通車， 2 個(gè)路口的 LED 數(shù)碼管開(kāi)始倒計(jì)時(shí) 25 秒。延遲 20 秒后， 1、3 路口的綠燈熄滅

3、，而 1，3路口的黃燈開(kāi)始閃爍（ 1HZ ）。閃爍 5次后，1、3路口的紅燈亮，同時(shí) 2、4路口的綠 燈亮， 2、4 路口方向開(kāi)始通車， 2 個(gè)路口的 LED 數(shù)碼管重新開(kāi)始倒計(jì)時(shí) 25 秒。延遲 20 秒 時(shí)間后， 2、4路口的綠燈熄滅，而黃燈開(kāi)始閃爍。閃爍 5次后，再切換到 1、 3路口方向。 之后，重復(fù)上述過(guò)程。當(dāng)有緊急情況時(shí)，2個(gè)方向都紅燈亮，倒計(jì)時(shí)停止，車輛禁止通行， 當(dāng)緊急情況結(jié)束后，控制器恢復(fù)以前的狀態(tài)繼續(xù)工作。 在設(shè)計(jì)中采用6個(gè)發(fā)光二極管來(lái)模擬 2個(gè)路口的黃紅綠燈，每個(gè)路口用2個(gè)數(shù)碼管來(lái)顯 示通行或禁止剩余的時(shí)間。 緊急情況用一個(gè)單脈沖發(fā)生單元申請(qǐng)中斷來(lái)模擬，緊急情況結(jié)束 后，

4、再發(fā)一個(gè)中斷來(lái)恢復(fù)以前的狀態(tài)。 根據(jù)前面的介紹，本設(shè)計(jì)硬件由定時(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)模塊采用硬件定時(shí)和軟件定時(shí)相結(jié)合的方法，用8253定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí) 100ms,再用軟件計(jì)時(shí)實(shí)現(xiàn)所需的定時(shí)。發(fā)光二極管模塊由8255控制發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。 數(shù)碼管顯示模塊由實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的LED顯示模塊實(shí)現(xiàn)。緊急中斷模塊是由單脈沖發(fā)生單元和 8279中斷控制器組成。 程序主要是由定時(shí)子程序、發(fā)光二極管顯示子程序、 數(shù)碼管顯示子程序和中斷服務(wù)程序 組成。包括對(duì)8253、8255以及8259等可編程器件的編程。 五、硬件設(shè)計(jì) 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，

5、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 1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8253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。8255的接

6、口電路如圖 2所示。交通燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系如 下： L7 L6 L5 L2 L1 L0 PC7 PC6 PC5 PC2 PC1 PC0 13紅燈 13黃燈 13綠燈 24紅燈 24黃燈 24綠燈 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上提供一組六個(gè) LED數(shù)碼管。插孔CS1用于數(shù)碼管段選的輸出選通，插孔CS2 用于數(shù)碼管位選信號(hào)的輸出選通。本設(shè)計(jì)用4個(gè)數(shù)碼管來(lái)倒計(jì)時(shí)。 緊急中斷模塊是由單脈沖發(fā)生單元和8259中斷控制器，單脈沖發(fā)生單元主要用來(lái)請(qǐng)求 中斷，然后做出緊急情況處理。 PC BUS 圖1系統(tǒng)硬件電路圖 圖2 8255接口電路 六、軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)交通燈的工作過(guò)程和電路連接情況，交通燈的工作狀況見(jiàn)下表所示。正常工作時(shí)交 通燈

7、在前4個(gè)狀態(tài)間運(yùn)行，出現(xiàn)緊急情況進(jìn)入狀態(tài)5,緊急情況結(jié)束后，恢復(fù)原狀態(tài)。 序號(hào) 交通燈工作情況 PC輸出數(shù)據(jù) 持續(xù)時(shí)間 下個(gè)狀態(tài) 1 13綠燈亮，24紅燈亮 C3H 20s 2 2 13黃燈閃爍，24紅燈亮 A3H, E3H 5s 3 3 13紅燈亮，24綠燈亮 66H 20s 4 4 13紅燈亮，24黃燈閃爍 65H,67H 5s 1 5 所有紅燈亮（緊急情況） 63H 不確定 恢復(fù)原狀態(tài) 1.軟件設(shè)計(jì)思路 本程序由主程序、定時(shí)中斷子程序和外部中斷子程序組成。主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化 和等待中斷。定時(shí)中斷子程序主要負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示刷新和紅綠黃燈各種狀態(tài)切換。外部中斷 子程序負(fù)責(zé)緊急情況處理和處

8、理完恢復(fù)。 8253計(jì)數(shù)的起停由 8255的PAO控制，8255的PAO輸出1時(shí)，8253開(kāi)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。8253 開(kāi)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。當(dāng)有緊急情況時(shí)進(jìn)入外部中斷服務(wù)子程序，先讓8253 停止計(jì)數(shù)，然后點(diǎn)亮所有的紅燈，下一次外部中斷處理時(shí)，恢復(fù)原來(lái)的交通燈狀況，啟動(dòng) 8253開(kāi)始工作。 2. 主程序設(shè)計(jì) 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(pán)按鍵，有按鍵 就退出程序。主程序的流程圖如圖3所

9、示。 系統(tǒng)初始化包括8253的初始化，8255的初始化，中斷向量初始化以及設(shè)置交通燈工作 的初始狀態(tài)。8253定時(shí)的時(shí)間是 100ms, clk0的輸入時(shí)鐘f = 46875hz，所以計(jì)數(shù)初值為 124FH 3. 定時(shí)中斷子程序 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。中斷程序的流程圖如圖 所示。 開(kāi)始 數(shù)碼管輸出 數(shù)據(jù)處理 狀態(tài)比較跳轉(zhuǎn) 1 r r 1 1 狀態(tài)1處理 程序 狀態(tài)2處理 程序 狀態(tài)3處理 程序 狀態(tài)4處理 程序 V 中斷恢復(fù) 中斷返回 圖4定時(shí)中斷服務(wù)子程序 數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新子程序

10、是實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí) 25s，用LEDOU表示輸出的數(shù)據(jù)，ent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。 LED數(shù)碼管倒 計(jì)時(shí)顯示子程序的流程圖如圖 5所示。 圖5 LED倒計(jì)時(shí)顯示子程序 1 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) 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6所示，其中NUM是狀態(tài)1對(duì)應(yīng)的PC 口輸出，見(jiàn)前面的表中介紹。狀態(tài)2和 4處理程序（以狀態(tài) 1為例）的流程圖如圖 7所示，其中NUM1和NUM2是狀態(tài)1對(duì)應(yīng)的 PC 口輸出。 State1處理程 序 Y VCNP? 一 8255PC 口輸 出數(shù)據(jù)NUM n r CNT+ CNT=200? N辛 State= 2 CNT = 0 | 退出 圖6狀態(tài)1處理程序流程圖 4. 外部中斷服務(wù)子程序 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，