1、交通灯控制器的设计与实现一、实验目的1 了解交通灯管理的基本工作原理。2 熟悉 8253 计数器/定时器、8259A 中断控制器和 8255A 并行接口的工作方式及应用编程。3 掌握多位 LED 显示的方法。二、 实验内容与要求设计一个用于十字路口的交通灯控制器。1基本要求： 1) 东西和南北方向各有一组红,黄,绿灯用于指挥交通,红,黄,绿的持续时间分别为25s,5s,20s。2) 当有紧急情况（如消防车）时，两个方向均为红灯亮，计时停止，当特殊情况结束后，控制器恢复原来状态，正常工作。3) 一组数码管，以倒计时方式显示两个方向允许通行或禁止通行的时间。2提高部分：1) 实时修改交通灯的持续时
2、间。2) 根据不同时段对主要交通方向的信号进行调整。3) 可以使用 LCD 显示提示信息。三、实验报告要求设计目的和内容总体设计硬件设计：原理图（接线图）及简要说明软件设计框图及程序清单设计结果和体会（包括遇到的问题及解决的方法）四、总体设计交通灯的工作过程如下：设十字路口的 1、3 为南，北方向，2、4 为东西方向，初始态为 4 个路口的红灯全亮。之后，1、3 路口的绿灯亮， 2、4 路口的红灯亮，1、3 路口方向通车，2 个路口的 LED 数码管开始倒计时 25 秒。延迟 20 秒后，1、3 路口的绿灯熄灭，而 1，3 路口的黄灯开始闪烁（ 1HZ） 。闪烁 5 次后，1、 3 路口的红灯
3、亮，同时 2、4 路口的绿灯亮，2、 4 路口方向开始通车，2 个路口的 LED 数码管重新开始倒计时 25 秒。延迟20 秒时间后，2 、4 路口的绿灯熄灭，而黄灯开始闪烁。闪烁 5 次后，再切换到 1、3 路口方向。之后，重复上述过程。当有紧急情况时，2 个方向都红灯亮，倒计时停止，车辆禁止通行，当紧急情况结束后，控制器恢复以前的状态继续工作。在设计中采用 6 个发光二极管来模拟 2 个路口的黄红绿灯，每个路口用 2 个数码管来显示通行或禁止剩余的时间。紧急情况用一个单脉冲发生单元申请中断来模拟，紧急情况结束后，再发一个中断来恢复以前的状态。根据前面的介绍，本设计硬件由定时模块、发光二极管
4、模块、数码管显示模块和紧急中断模块组成。定时模块采用硬件定时和软件定时相结合的方法，用 8253 定时/计数器定时 100ms，再用软件计时实现所需的定时。发光二极管模块由 8255 控制发光二极管来实现。数码管显示模块由实验平台上的 LED 显示模块实现。紧急中断模块是由单脉冲发生单元和8279 中断控制器组成。程序主要是由定时子程序、发光二极管显示子程序、数码管显示子程序和中断服务程序组成。包括对 8253、8255 以及 8259 等可编程器件的编程。五、硬件设计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
5、件电路的设计及实现相对简单。完整系统的硬件连接如图 1 所示。硬件电路由定时模块、发光二极管模块、数码管显示模块和紧急中断模块组成。定时模块是由 8253 的计数器 0 来实现定时 100ms。Clk0 接实验平台分频电路输出Q6，f46875hz 。GATE0 接 8255 的 PA0，由 8255 输出来控制计数器的起停。OUT0 接8259 的 IRQ2，定时完成申请中断，进入中断服务程序。发光二极管显示模块由 8255 输出来控制发光二极管的亮灭。8255 输出为低电平时，对应的发光二极管就点亮，否则就熄灭。8255 的接口电路如图 2 所示。交通灯的对应关系如下：L7 L6 L5 L
6、2 L1 L0PC7 PC6 PC5 PC2 PC1 PC013 红灯 13 黄灯 13 绿灯 24 红灯 24 黄灯 24 绿灯实验平台上提供一组六个 LED 数码管。插孔 CS1 用于数码管段选的输出选通，插孔CS2 用于数码管位选信号的输出选通。本设计用 4 个数码管来倒计时。紧急中断模块是由单脉冲发生单元和 8259 中断控制器，单脉冲发生单元主要用来请求中断，然后做出紧急情况处理。图 2 8255 接口电路六、软件设计根据交通灯的工作过程和电路连接情况，交通灯的工作状况见下表所示。正常工作时交通灯在前 4 个状态间运行，出现紧急情况进入状态 5，紧急情况结束后，恢复原状态。序号 交通
7、灯工作情况 PC 输出数据 持续时间 下个状态1 13 绿灯亮，24 红灯亮 C3H 20s 22 13 黄灯闪烁，24 红灯亮 A3H，E3H 5s 33 13 红灯亮，24 绿灯亮 66H 20s 4Q6OUT08253 GATE0Clk0PA08255 PC地址 CS1译码 CS2电路 CS3CS4路数码管显示模块IRQ28259 IRQ3发光二极管电路单脉冲发生单元PC BUS图 1 系统硬件电路图4 13 红灯亮，24 黄灯闪烁 65H,67H 5s 15 所有红灯亮（紧急情况） 63H 不确定 恢复原状态1. 软件设计思路本程序由主程序、定时中断子程序和外部中断子程序组成。主程序主
8、要负责系统初始化和等待中断。定时中断子程序主要负责数码管显示刷新和红绿黄灯各种状态切换。外部中断子程序负责紧急情况处理和处理完恢复。8253 计数的起停由 8255 的 PA0 控制，8255 的 PA0 输出 1 时，8253 开始计数，交通灯按正常状态切换工作，PA0 输出 0 时，计数器停止工作，交通灯不再按正常状态切换。8253 开始计数后每 100ms 发出一个中断申请信号，在中断子程序中先刷新数码管，然后判断当前状态，进入相应的处理程序进行处理。当有紧急情况时进入外部中断服务子程序，先让 8253 停止计数，然后点亮所有的红灯，下一次外部中断处理时，恢复原来的交通灯状况，启动 82
9、53 开始工作。2. 主程序设计主程序负责系统的初始化，然后数码管数据输出显示，同时检测 PC 键盘按键，有按键就退出程序。主程序的流程图如图 3 所示。系统初始化包括 8253 的初始化，8255 的初始化，中断向量初始化以及设置交通灯工作的初始状态。8253 定时的时间是 100ms，clk0 的输入时钟 f46875hz，所以计数初值为124FH。图 3 主程序的流程图Y初始化 8253初始化 8255设置中断向量设置交通灯初态启动计数器数码管数据输出开始有按键结束N3. 定时中断子程序定时中断子程序是本设计的重点，负责完成数码管输出数据刷新和各个状态的处理切换。中断子程序包括数码管输出
10、数据刷新程序和各状态处理程序。中断程序的流程图如图4 所示。开始数码管输出数据处理状态比较跳转状态 1 处理程序状态 2 处理程序状态 3 处理程序状态 4 处理程序中断恢复中断返回图 4 定时中断服务子程序数码管输出数据刷新子程序是实现倒计时 25s，用 LEDOUT 表示输出的数据，cnt 用来软件计时 1s，就是计数 10 个 100ms。LED 输出是要将输出的数据转化为段选码。LED 数码管倒计时显示子程序的流程图如图 5 所示。开始c n t 图 5 L E D 倒计时显示子程序c n t = 1 0 ?c n t = 0L E D O U T L E D O U T = 0 ?L
11、 E D O U T = 2 5退出YYNN根据当前的状态跳转到相应的处理程序，在处理程序中完成定时和状态的切换。状态1 和 3 的流程是一样的，先点亮对应的交通灯，再判断定时到了就可以切换了。状态 2 和4 要实现黄灯的闪烁，间隔点亮和熄灭就可以了。状态 1 和 3 处理程序的流程图（以状态1 为例）如图 6 所示，其中 NUM 是状态 1 对应的 PC 口输出，见前面的表中介绍。状态 2和 4 处理程序（以状态 1 为例）的流程图如图 7 所示，其中 NUM1 和 NUM2 是状态 1 对应的 PC 口输出。图 6 状态 1 处理程序流程图C N T = 0 ?8 2 5 5 P C 口输
12、出数据 N U MC N T = 2 0 0 ?C N T + +S t a t e 1 处理程序S t a t e 2C N T 0退出YNYN4. 外部中断服务子程序外部中断服务子程序主要用来处理紧急情况，将 2 个方向的车都停止运行，点亮所有红灯。下次中断来时恢复以前的状态。用一个标志位 FLAG 判断是第一次进入还是恢复状态。外部中断服务子程序的流程图见图 8 所示。图 8 外部中断服务子程序流程图F L A G T R U E8 2 5 5 P A 0 口输出 0中断处理点亮所有红灯退出YN8 2 5 5 P A 0 口输出 1恢复点亮原状态的交通灯图 7 状态 2 处理程序流程图C N T = 0 ?8 2 5 5 P C 口输出数据 N U M 1C N T = 5 ?C N T + +S t a t e 2 处理程序C N T 1 ，C N T 0 ，N U M 1 和 N U M 2互换退出YNYNC N T 1 = 1 0 ?S t a t e 3C N T 0YN
