基于可編程控制的交通紅綠燈模擬系統(tǒng)設(shè)計

1. 需求分析

　　本系統(tǒng)的設(shè)計首先必須了解交通路燈的亮滅規(guī)律。設(shè)有一個十字路口，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。延遲一段時間后， 1、3 路口的綠燈熄滅，而1、3 路口的黃燈開始閃爍。閃爍若干次后， 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。延遲一段時間后， 2、4 路口的綠燈熄滅，而黃燈開始閃爍。閃爍若干次后，再切換到1、3 路口方向。之后，重復(fù)上述過程。對于各組燈的亮滅，我們運用的是8255A 的輸入輸出功能。

　　2. 對于各組燈亮滅的時間控制方案

　　A 利用軟件 –程序來完成對時間延時的控制。

　　此方案特點：軟件定時是最簡單的定時方法，它不需要硬件支持，只要讓機器循環(huán)執(zhí)行某一條或一系列指令，這些指令本身并沒有具體的執(zhí)行目的，但由于執(zhí)行每條指令都需要一定的時間，重復(fù)執(zhí)行這些指令就會占用一段固定的時間。因此，習(xí)慣上將這種延時方法稱為軟件延時。通過正確的選取指令和改變定時時間，靈活方便，而且節(jié)省費用。這種方法的缺點明顯就是CPU 的利用律太低，在指定的循環(huán)期，CPU 不能去做任何其他有用的工作，而僅僅是在反復(fù)的循環(huán)，等待預(yù)定的定時時間到來，在許多情況下這樣是不允許的[1]。比如，對動態(tài)存儲器的定時刷新操作，只要處于開機狀態(tài)，就需要一直不停地進行下去，顯然不能采用軟件延時。

　　B．利用芯片8253 芯片定時控制紅綠燈的亮滅時間。

　　此方案特點：可編程定時器/計數(shù)器利用硬件電路和中斷的方法控制定時，定時時間和范圍完全有軟件來確定和改變，并有微處理器的時鐘信號提供時間基準(zhǔn)，因這種時鐘信號由晶體震蕩器產(chǎn)生，故計時精確穩(wěn)定。但該時鐘信號頻率太高，所以要把它送到專門的計數(shù)器/定時器芯片進行分頻后，才能產(chǎn)生個中所需要的定時信號。用可編程定時器/計數(shù)器電路進行定時時，先要根據(jù)預(yù)定的定時時間，用指令對計數(shù)器/定時器芯片設(shè)定計算初值，然后啟動芯片進行工作。計數(shù)器一旦開使工作后，CPU 就可以去做別的工作了，等計數(shù)器到了預(yù)定的時間，變自動形成一個輸出信號，該信號可以向CPU 提出中斷請求，通CPU 定時時間已到，使CPU 做相應(yīng)的處理[2]?；蛘咧苯虞敵鲂盘枂釉O(shè)備去工作。這種方法不但顯著提高了CPU 的利用率，而且定時時間由軟件來設(shè)置，使用起來十分的靈活方便，加上定時時間又很精確，所以獲得了廣泛的應(yīng)用。

　　由上可知，該模擬系統(tǒng)設(shè)計的目的是控制車輛的有序流動，CPU 在程序執(zhí)行過程中并沒有其他的工作要做只是單一的使程序正常運行，所以也就不用考慮其利用率的問題的，在從節(jié)省資金的方面考慮第一種方案比第二種少用一個8253，而且第一種方案只用一個芯片在維修方面也比第二種方案方便。綜合這些因素，我們最終選擇第一種方案作為我們的設(shè)計方案。

　　3. 電路設(shè)計及功能

　　3.1 8255 原理及接線圖

　　8255 是一種通用可編程并行輸入輸出接口芯片，通過對它進行編程，芯片可工作于不同的工作方式，用8255 作接口時，通常不需要附加外部邏輯電路就可直接為CPU 與外設(shè)之間提供數(shù)據(jù)通道，8255 內(nèi)部包含3 個8 位輸入輸出端口A，B，C，通過外部24 根輸入輸出線與外設(shè)交換數(shù)據(jù)或進行通信聯(lián)絡(luò)。端口A 和端口B 都可以用作一個8 位的輸入口或8 位的輸出口，出口既可作8 位輸入輸出口又可分為兩個4 位輸入輸出口，還常常用來配合A口和B 口工作，用來產(chǎn)生A 口和B 口的端口狀態(tài)信號，8255A 有兩類控制字，一類控制字用來定義各端口的工作方式，稱為方式選擇控制字，另一類控制字用于對C 端口的任一位置進行置位或者復(fù)位操作，稱為置位復(fù)位控制字對8255A 進行編程時這兩種控制字都要寫入控制字寄存器中，但方式選擇控制字的D7 位總是1，而置位復(fù)位控制字的D7 位總是0[3]。

　　3.2 系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)注意的問題

　　A .程序中應(yīng)設(shè)定好8255A 的工作模式，使三個端口均工作于方式0，并處于輸出態(tài)[4]。

　　B. 8255A 的A 端口地址為：300H, B 端口地址為： 301H, C 端口地址為： 302H, 控制口地址為：303H

　　C．8255A 可編程并行接口芯片的特性和編程命令： 8255A 具有兩個人8 位（A 口和B 口）和兩個4 位（C 口高/低4 位）并行I/O 端口。

　　4. 軟件模擬界面

　　軟件模擬界面如圖1 所示。

　　圖1 軟件模擬界面

　　5. 軟件模擬流程圖

　　軟件模擬流程圖如圖2 所示。

　　圖 2 軟件模擬流程圖示意

　　6. 系統(tǒng)核心程序代碼

　　7. 測試與分析

　　編寫次程序的時候遇到的主要問題及解決方案：

　　A. 延時問題的解決：作者查閱了許多相關(guān)資料，最后選中程序中所用到的提取系統(tǒng)時間的這個方法，其原因主要是因為這段語句比較短，不容易出錯，但是有一個缺點就是不能使所添入的時間加上系統(tǒng)時間大于等于24：00，要不就會出錯，但是這個缺陷可以人工避免。

　　B. 循環(huán)問題的解決：針對該問題作者也嘗試了很多方法，但最后選擇了GOTO 跳轉(zhuǎn)語句解決這個問題。雖然在高級程序語言中我們并不提倡使用GOTO 語句，但由于我們在此使用的匯編語言需要經(jīng)常性地與硬件交互[5]，使用該語句反而會使得問題解決起來最簡單，最方便，程序易懂，且不易出錯。

　　8. 結(jié)論

　　電子設(shè)計正在當(dāng)今社會發(fā)揮越來越重要的作用，其采用的軟硬件結(jié)合技術(shù)也逐漸成熟，該模擬系統(tǒng)正是采用軟硬相結(jié)合的方法實現(xiàn)的[6]。該模擬交通紅綠燈的設(shè)計實現(xiàn)對于讀者了解在我們?nèi)粘Ｉ钪邪l(fā)揮巨大作用的交通指揮系統(tǒng)很有幫助，其對于交通燈原理的揭示對于電子設(shè)計的探索研究提供了思路，相信隨著時代的發(fā)展，我們能見證更多更好的電子設(shè)計產(chǎn)品問世。