交通燈控制器的設計與實現(xiàn)

1、交通燈控制器的設計與實現(xiàn) 、實驗目的 1 了解交通燈管理的基本工作原理。 2 熟悉 8253 計數(shù)器 / 定時器、 8259A 中斷控制器和 8255A 并行接口的工作方式及應用 編程。 3.掌握多位LED顯示的方法。 、 實驗內容與要求 設計一個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)時間分別為 25s,5s,20s 。 2）當有緊急情況（如消防車）時，兩個方向均為紅燈亮，計時停止，當特殊情況結 束后，控制器恢復原來狀態(tài)，正常工作。 3）一組數(shù)碼管，以倒計時方式顯示兩個方向允許通行或禁止通行的時間。 2 .提高

2、部分： 1）實時修改交通燈的持續(xù)時間。 2）根據(jù)不同時段對主要交通方向的信號進行調整。 3）可以使用 LCD 顯示提示信息。 三、實驗報告要求 1 .設計目的和內容 2 總體設計 3 硬件設計：原理圖（接線圖）及簡要說明 4軟件設計框圖及程序清單 5 設計結果和體會（包括遇到的問題及解決的方法） 四、總體設計 交通燈的工作過程如下：設十字路口的 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 個路口的 LED 數(shù)碼管開始倒計時 25 秒。延遲 20 秒后， 1、3 路口的綠燈熄滅

3、，而 1，3路口的黃燈開始閃爍（ 1HZ ）。閃爍 5次后，1、3路口的紅燈亮，同時 2、4路口的綠 燈亮， 2、4 路口方向開始通車， 2 個路口的 LED 數(shù)碼管重新開始倒計時 25 秒。延遲 20 秒 時間后， 2、4路口的綠燈熄滅，而黃燈開始閃爍。閃爍 5次后，再切換到 1、 3路口方向。 之后，重復上述過程。當有緊急情況時，2個方向都紅燈亮，倒計時停止，車輛禁止通行， 當緊急情況結束后，控制器恢復以前的狀態(tài)繼續(xù)工作。 在設計中采用6個發(fā)光二極管來模擬 2個路口的黃紅綠燈，每個路口用2個數(shù)碼管來顯 示通行或禁止剩余的時間。 緊急情況用一個單脈沖發(fā)生單元申請中斷來模擬，緊急情況結束 后，

4、再發(fā)一個中斷來恢復以前的狀態(tài)。 根據(jù)前面的介紹，本設計硬件由定時模塊、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。定時模塊采用硬件定時和軟件定時相結合的方法，用8253定時/計數(shù)器定時 100ms,再用軟件計時實現(xiàn)所需的定時。發(fā)光二極管模塊由8255控制發(fā)光二極管來實現(xiàn)。 數(shù)碼管顯示模塊由實驗平臺上的LED顯示模塊實現(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程序 組成。包括對8253、8255以及8259等可編程器件的編程。 五、硬件設計 本課題的設計可通過實驗平臺上的一些功能模塊電路組成，

5、由于各模塊電路內部已經連 接，用戶在使用時只要設計模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設計及實現(xiàn)相對簡單。完 整系統(tǒng)的硬件連接如圖 1所示。硬件電路由定時模塊、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。 定時模塊是由8253的計數(shù)器0來實現(xiàn)定時100ms。Clk0接實驗平臺分頻電路輸出 Q6, f = 46875hz。GATE0接8255的PA0，由8255輸出來控制計數(shù)器的起停。 OUT0接8259的 IRQ2，定時完成申請中斷，進入中斷服務程序。 發(fā)光二極管顯示模塊由 8255輸出來控制發(fā)光二極管的亮滅。 8255輸出為低電平時，對 應的發(fā)光二極管就點亮，否則就熄滅。8255的接

6、口電路如圖 2所示。交通燈的對應關系如 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 實驗平臺上提供一組六個 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)碼管位選信號的輸出選通。本設計用4個數(shù)碼管來倒計時。 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)生單元主要用來請求 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、軟件設計 根據(jù)交通燈的工作過程和電路連接情況，交通燈的工作狀況見下表所示。正常工作時交 通燈

7、在前4個狀態(tài)間運行，出現(xiàn)緊急情況進入狀態(tài)5,緊急情況結束后，恢復原狀態(tài)。 序號 交通燈工作情況 PC輸出數(shù)據(jù) 持續(xù)時間 下個狀態(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 恢復原狀態(tài) 1.軟件設計思路 本程序由主程序、定時中斷子程序和外部中斷子程序組成。主程序主要負責系統(tǒng)初始化 和等待中斷。定時中斷子程序主要負責數(shù)碼管顯示刷新和紅綠黃燈各種狀態(tài)切換。外部中斷 子程序負責緊急情況處理和處

8、理完恢復。 8253計數(shù)的起停由 8255的PAO控制，8255的PAO輸出1時，8253開始計數(shù)，交通燈 按正常狀態(tài)切換工作，PA0輸出0時，計數(shù)器停止工作，交通燈不再按正常狀態(tài)切換。8253 開始計數(shù)后每100ms發(fā)出一個中斷申請信號， 在中斷子程序中先刷新數(shù)碼管，然后判斷當前 狀態(tài)，進入相應的處理程序進行處理。當有緊急情況時進入外部中斷服務子程序，先讓8253 停止計數(shù)，然后點亮所有的紅燈，下一次外部中斷處理時，恢復原來的交通燈狀況，啟動 8253開始工作。 2. 主程序設計 主程序負責系統(tǒng)的初始化，然后數(shù)碼管數(shù)據(jù)輸出顯示，同時檢測PC鍵盤按鍵，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置交通燈工作 的初始狀態(tài)。8253定時的時間是 100ms, clk0的輸入時鐘f = 46875hz，所以計數(shù)初值為 124FH 3. 定時中斷子程序 定時中斷子程序是本設計的重點，負責完成數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新和各個狀態(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。 開始 數(shù)碼管輸出 數(shù)據(jù)處理 狀態(tài)比較跳轉 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 中斷返回 圖4定時中斷服務子程序 數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新子程序

10、是實現(xiàn)倒計時 25s，用LEDOU表示輸出的數(shù)據(jù)，ent用來軟 件計時1s,就是計數(shù)10個100ms。LED輸出是要將輸出的數(shù)據(jù)轉化為段選碼。 LED數(shù)碼管倒 計時顯示子程序的流程圖如圖 5所示。 圖5 LED倒計時顯示子程序 1 根據(jù)當前的狀態(tài)跳轉到相應的處理程序，在處理程序中完成定時和狀態(tài)的切換。狀態(tài) 和3的流程是一樣的，先點亮對應的交通燈，再判斷定時到了就可以切換了。狀態(tài)2和4 要實現(xiàn)黃燈的閃爍，間隔點亮和熄滅就可以了。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對應的PC 口輸出，見前面的表中介紹。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對應的 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. 外部中斷服務子程序 外部中斷服務子程序主要用來處理緊急情況，將2個方向的車都停止運行，