基于可編程控制的交通紅綠燈模擬系統設計
發布時間：2010-8-10 14:36
發布者：lavida
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本文在綜合分析了8255A 及8253 芯片的特點之后，運用二者的特性，進行了交通紅綠燈模擬系統設計，在詳細闡述了設計思想及電路設計方案之后，對該系統的有效性測試表明了該交通紅綠燈模擬系統具有較為可靠的性能，對相關的電子設計具有一定的參考價值。在文章的最后，作者對電子設計的發展前景進行了展望，相信交通控制燈會在其未來的行業應用中發揮更大的作用。 1. 需求分析 本系統的設計首先必須了解交通路燈的亮滅規律。設有一個十字路口，1、3 為南，北方向， 2、4 為東，西方向，初始態為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，只要讓機器循環執行某一條或一系列指令，這些指令本身并沒有具體的執行目的，但由于執行每條指令都需要一定的時間，重復執行這些指令就會占用一段固定的時間。因此，習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，在指定的循環期，CPU 不能去做任何其他有用的工作，而僅僅是在反復的循環，等待預定的定時時間到來，在許多情況下這樣是不允許的[1]。比如，對動態存儲器的定時刷新操作，只要處于開機狀態，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，因這種時鐘信號由晶體震蕩器產生，故計時精確穩定。但該時鐘信號頻率太高，所以要把它送到專門的計數器/定時器芯片進行分頻后，才能產生個中所需要的定時信號。用可編程定時器/計數器電路進行定時時，先要根據預定的定時時間，用指令對計數器/定時器芯片設定計算初值，然后啟動芯片進行工作。計數器一旦開使工作后，CPU 就可以去做別的工作了，等計數器到了預定的時間，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 做相應的處理[2]�；蛘咧苯虞敵鲂盘枂釉O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用。 由上可知，該模擬系統設計的目的是控制車輛的有序流動，CPU 在程序執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計方案。 3. 電路設計及功能 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 與外設之間提供數據通道，8255 內部包含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交換數據或進行通信聯絡。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，用來產生A 口和B 口的端口狀態信號，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位操作，稱為置位復位控制字對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，而置位復位控制字的D7 位總是0[3]。 3.2 系統設計應注意的問題 A .程序中應設定好8255A 的工作模式，使三個端口均工作于方式0，并處于輸出態[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資料，最后選中程序中所用到的提取系統時間的這個方法，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. 結論 電子設計正在當今社會發揮越來越重要的作用，其采用的軟硬件結合技術也逐漸成熟，該模擬系統正是采用軟硬相結合的方法實現的[6]。該模擬交通紅綠燈的設計實現對于讀者了解在我們日常生活中發揮巨大作用的交通指揮系統很有幫助，其對于交通燈原理的揭示對于電子設計的探索研究提供了思路，相信隨著時代的發展，我們能見證更多更好的電子設計產品問世。 |
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