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)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 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。二、 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提高部分：1) 實(shí)時(shí)修改交通燈的持續(xù)時(shí)間。2) 根據(jù)

2、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)告要求設(shè)計(jì)目的和內(nèi)容總體設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)：原理圖（接線圖）及簡(jiǎn)要說明軟件設(shè)計(jì)框圖及程序清單設(shè)計(jì)結(jié)果和體會(huì)（包括遇到的問題及解決的方法）四、總體設(shè)計(jì)交通燈的工作過程如下：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)碼管開始倒計(jì)時(shí)25秒。延遲20秒后，1、3路口的綠燈熄滅，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(shí)2、4路口的綠燈亮，2、4路口方向開始通車，2個(gè)路口的LED

3、數(shù)碼管重新開始倒計(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，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)10

4、0ms，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)可通過實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的一些功能模塊電路組成，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

5、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，f46875hz。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的接口電路如圖2所示。交通燈的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：L7L6L5L2L1L0PC7PC6PC5PC2PC1PC013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

6、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。Q6OUT0 8253 GATE0 Clk0 PA0 8255 PC地址 CS1譯碼 CS2電路 CS3 CS4路數(shù)碼管顯示模塊IRQ28259IRQ3發(fā)光二極管電路單脈沖發(fā)生單元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(shí)交通燈在前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)113綠

7、燈亮，24紅燈亮C3H20s2213黃燈閃爍，24紅燈亮A3H，E3H5s3313紅燈亮，24綠燈亮66H20s4413紅燈亮，24黃燈閃爍65H,67H5s15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)緊急情況處理和處理完恢復(fù)。8253計(jì)數(shù)的起停由8255的PA0控制，8255的PA0輸出1時(shí)，8253開始計(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開始計(jì)

8、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鍵盤按鍵，有按鍵就退出程序。主程序的流程圖如圖3所示。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f46875hz，所以計(jì)數(shù)初值為124FH。Y初始化8253初始化8

9、255設(shè)置中斷向量設(shè)置交通燈初態(tài)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器數(shù)碼管數(shù)據(jù)輸出開始有按鍵結(jié)束N 圖3 主程序的流程圖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4所示。數(shù)碼管輸出數(shù)據(jù)刷新子程序是實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)25s，用LEDOUT表示輸出的數(shù)據(jù)，cnt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。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)1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，見前面的表中介紹。狀態(tài)2和4處理程序（以狀態(tài)1