交通灯控制器的设计与实现

1、交通灯控制器的设计与实现、实验目的1 了解交通灯管理的根本工作原理。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。、 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. 根本要求：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 .提高局部：1实时修改交通灯的持续时间。

2、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1 .设计目的和内容2 总体设计3 硬件设计：原理图接线图及简要说明4软件设计框图及程序清单5 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

3、灯亮，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、发光二极管模块

4、、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效劳程序组成。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，硬件电路的设计及实现相对简单

5、。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, f = 46875hz。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，进入中断效劳程序。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，否那么就熄灭。8255的接口电路如图 2所示。交通灯的对应关系如下：L7L6L5L2L1L0PC7PC6PC5PC2PC1PC013

6、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。PC BUS图1系统硬件电路图图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。序号交通灯工作情况PC输出数据持续时间下个状态113绿灯亮，24红灯亮C3H20s2213黄

7、灯闪烁，24红灯亮A3H, E3H5s3313红灯亮，24绿灯亮66H20s4413红灯亮，24黄灯闪烁65H,67H5s15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PAO控制，8255的PAO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，

8、 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效劳子程序，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8253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f = 46875hz，所以计数初值为 124FH3. 定时中断子程序定时中断子程序是本设计的重点

9、，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数据刷新程序和各状态处理程序。中断程序的流程图如图 所示。开始数码管输出数据处理状态比拟跳转1rr11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V中断恢复中断返回图4定时中断效劳子程序数码管输出数据刷新子程序是实现倒计时 25s，用LEDOU表示输出的数据，ent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。图5 LED倒计时显示子程序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。State1处理程序YVCNP? 一8255PC 口输 出数据NUMn rCNT+CNT=200?N辛State= 2CNT = 0|退出图6状态1处理程序流程图4. 外部中断效劳子程序外部中断效劳子程序主要用来处理紧急情况，将2个方向的车都停