交通信號(hào)燈控制綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的研究與實(shí)踐

1、交通信號(hào)燈控制綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的研究與理論摘要 從培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用微機(jī)原理接口技術(shù)相關(guān)知識(shí)的才能入手，提出一種采用可編程接口芯片8259A、8253、8255A進(jìn)展交通信號(hào)燈控制綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的方案。關(guān)鍵詞 交通信號(hào)燈控制；定時(shí)；中斷；狀態(tài) Research and Practice on Traffic Signal Control Comprehensive Designing Experiment/Hou BaoshengAbstract From the students principles of the integrated use of microcomputer principl

2、e and interface technology knowledge and the ability to interface to start, this paper presents a programmable interface chip 8259A, 8253, 8255A traffic light control to design a program of comprehensive experiments.Key words traffic signal control; timing; interrupt; stateAuthorrsquo;s address Depa

3、rtment of Electronic and Information Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong, Shaanxi, China 7230031 引言微機(jī)原理與接口技術(shù)是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)平臺(tái)課程，所以在教學(xué)過程中，要及時(shí)安排實(shí)驗(yàn)，理論與理論相結(jié)合，使學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的理解更深化。在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)上要注重實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性和創(chuàng)造性，使學(xué)生對(duì)理論教學(xué)的根本概念、根本理論的理解和掌握更加透徹，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用微機(jī)原理接口技術(shù)相關(guān)知識(shí)的才能。本文從二相位交通信號(hào)燈控制原理出發(fā)，采用微機(jī)原理與接口技術(shù)課程中可編程接口芯片825

4、9A、8253、8255A，提出交通信號(hào)燈控制綜合性實(shí)驗(yàn)的一種實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)原理、程序設(shè)計(jì)方法等進(jìn)展較詳細(xì)的闡述。2 單點(diǎn)交通信號(hào)燈控制根本原理單點(diǎn)交通信號(hào)燈以單個(gè)穿插口為控制對(duì)象，是交通信號(hào)燈控制的根本形式?？刂圃硎歉鶕?jù)穿插口的流量和流向，確定配時(shí)相位次序方案，設(shè)定每個(gè)相位的綠信比時(shí)間，盡量使得穿插口各個(gè)方向交通流的通行才能最大，延誤最小。車行信號(hào)燈所控制的車流是以路口停車線作為控制參照物的，即紅燈時(shí)被控車流必須及時(shí)減速并在停車線后面停車，而綠燈時(shí)必須及時(shí)跨越停車線通行。相對(duì)其他種類的信號(hào)而言，它具有最嚴(yán)格的停車時(shí)間和位置限定，其控制等級(jí)最高。因此，為了便于嚴(yán)格執(zhí)行這種信號(hào)燈的指

5、令，在綠燈轉(zhuǎn)紅燈之間設(shè)計(jì)3秒黃燈預(yù)告，以便讓駕駛員預(yù)先估計(jì)自己車輛到達(dá)路口的時(shí)間，從而決定紅燈時(shí)能否在停車線后面平穩(wěn)停車。交通信號(hào)燈相位是指在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)按路口需求設(shè)定和按次序設(shè)定的綠燈通行權(quán)序列組圖1。交通信號(hào)周期是指穿插口信號(hào)給穿插口所有路口依次分配一次通行權(quán)時(shí)間的總和時(shí)間。 3 硬件電路的設(shè)計(jì) 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件電路由定時(shí)模塊、發(fā)光二極管模塊、數(shù)碼管顯示模塊和中斷模塊組成。定時(shí)模塊采用可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)。發(fā)光二極管模塊由8255A的PA口控制發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)碼管顯示模塊用4個(gè)七段數(shù)碼管來(lái)倒計(jì)時(shí)顯示模塊實(shí)現(xiàn)，東西路和南北路分別用2個(gè)數(shù)碼管。數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示方案

6、連接，用8255A的PB口輸出段碼，8255A的PC口的PC3PC0輸出位碼。中斷模塊是由8259中斷控制器組成。為了更深化地理解可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器8253工作方式的特點(diǎn)，時(shí)鐘信號(hào)采用雙穩(wěn)態(tài)消抖電路，如圖4所示。8253工作時(shí)，撥動(dòng)KK輸出矩形方波就可以使8253進(jìn)展減1計(jì)數(shù)。 4 軟件的設(shè)計(jì)本程序由主程序、中斷效勞子程序組成。主程序主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)初始化、倒計(jì)時(shí)顯示和等待中斷。中斷效勞子程序主要負(fù)責(zé)紅綠黃燈各種狀態(tài)切換和計(jì)數(shù)器初值的改變。本系統(tǒng)中的可編程中斷控制器8259A、可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253、可編程并行接口芯片8255A使用前先必須確定其工作方式，設(shè)置工作方式控制字?？删幊滩⑿薪涌谛酒?

7、255A有兩個(gè)作用：一是用PA口來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管做交通燈使用，工作方式0輸出；二是PB口和PC口的下半部分用進(jìn)展倒計(jì)時(shí)顯示，PB口輸出段碼，PC口的PC3PC0輸出位碼，故8255A的端口PA、PC工作在方式0輸出。為了使編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253定時(shí)時(shí)間到后能產(chǎn)生中斷懇求，8253工作于方式0計(jì)數(shù)完畢產(chǎn)生中斷懇求?？删幊讨袛嗫刂破?259A進(jìn)展單一中斷處理。主程序中系統(tǒng)初始化主要完成8259A、8255A、8253的工作方式控制字的設(shè)置，中斷向量的設(shè)置，8259中斷屏蔽存放器的設(shè)置，8253計(jì)數(shù)初值的設(shè)置及啟動(dòng)，用8255端口PA驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示交通信號(hào)燈的初始狀態(tài)。倒計(jì)時(shí)顯示根據(jù)8253當(dāng)

8、前計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值修正并在8255的PA口上顯示。在CPU讀取計(jì)數(shù)值前先用鎖存命令鎖存減1計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值，否那么得不到正確的結(jié)果；CPU取走數(shù)據(jù)后，鎖存功能自動(dòng)失鎖。讀入數(shù)據(jù)的程序設(shè)計(jì)過程，先要鎖存，然后才開始讀入。當(dāng)交通信號(hào)燈的狀態(tài)為S1、S3時(shí)，紅燈的剩余時(shí)間應(yīng)為計(jì)數(shù)器當(dāng)前值加上黃燈的時(shí)間。主程序流程圖如圖5所示。中斷效勞子程序是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，負(fù)責(zé)信號(hào)燈各個(gè)狀態(tài)的處理切換、定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初值的設(shè)定及啟動(dòng)。中斷程序的流程圖如圖6所示。根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理程序段，在處理程序中完成定時(shí)初值和狀態(tài)的切換。根據(jù)狀態(tài)標(biāo)志，先點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的交通燈，再設(shè)置8253定時(shí)計(jì)數(shù)器新的計(jì)數(shù)初值。由于CPU在

9、響應(yīng)中斷懇求過程中，將中斷允許標(biāo)志IF和跟蹤標(biāo)志TF清0，所以為了能使定時(shí)計(jì)數(shù)器下一次定時(shí)時(shí)間到達(dá)后CPU又能響應(yīng)中斷懇求，在中斷返回前應(yīng)采用軟件方式將中斷允許標(biāo)準(zhǔn)位IF置為1。中斷返回前還應(yīng)發(fā)送中斷完畢命令EOI，將當(dāng)前中斷效勞存放器ISR的對(duì)應(yīng)位清0。5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 通過表1可以看出，假設(shè)8253設(shè)置的計(jì)數(shù)初值設(shè)為N，那么撥動(dòng)開關(guān)的次數(shù)為N+1。這可以使學(xué)生對(duì)8253定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值與計(jì)數(shù)脈沖數(shù)之間的關(guān)系有更加深化的理解。6 結(jié)論實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果說明, 將微機(jī)原理與接口技術(shù)的核心器件8259、8255、8253用在交通信號(hào)燈控制實(shí)驗(yàn)中，教學(xué)效果良好，可較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這種從工程實(shí)際出發(fā)，結(jié)合微機(jī)原理課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生不僅可以理解交通信號(hào)燈控制的原理，而且可以使學(xué)生很好地理解和掌握微機(jī)原理接口技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，為今后進(jìn)展微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)打下良好的根底。中國(guó) LWlm 參考文