基于可編程控制的交通紅綠燈模擬系統設計

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(gè)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(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(chē)。延遲一段時(shí)間后， 1、3 路口的綠燈熄滅，而1、3 路口的黃燈開(kāi)始閃爍。閃爍若干次后， 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(kāi)始通車(chē)。延遲一段時(shí)間后， 2、4 路口的綠燈熄滅，而黃燈開(kāi)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(guò)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(shí)間控制方案

　　A 利用軟件 C程序來(lái)完成對時(shí)間延時(shí)的控制。

　　此方案特點(diǎn)：軟件定時(shí)是最簡(jiǎn)單的定時(shí)方法，它不需要硬件支持，只要讓機器循環(huán)執行某一條或一系列指令，這些指令本身并沒(méi)有具體的執行目的，但由于執行每條指令都需要一定的時(shí)間，重復執行這些指令就會(huì )占用一段固定的時(shí)間。因此，習慣上將這種延時(shí)方法稱(chēng)為軟件延時(shí)。通過(guò)正確的選取指令和改變定時(shí)時(shí)間，靈活方便，而且節省費用。這種方法的缺點(diǎn)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，而僅僅是在反復的循環(huán)，等待預定的定時(shí)時(shí)間到來(lái)，在許多情況下這樣是不允許的[1]。比如，對動(dòng)態(tài)存儲器的定時(shí)刷新操作，只要處于開(kāi)機狀態(tài)，就需要一直不停地進(jìn)行下去，顯然不能采用軟件延時(shí)。

　　B．利用芯片8253 芯片定時(shí)控制紅綠燈的亮滅時(shí)間。

　　此方案特點(diǎn)：可編程定時(shí)器/計數器利用硬件電路和中斷的方法控制定時(shí)，定時(shí)時(shí)間和范圍完全有軟件來(lái)確定和改變，并有微處理器的時(shí)鐘信號提供時(shí)間基準，因這種時(shí)鐘信號由晶體震蕩器產(chǎn)生，故計時(shí)精確穩定。但該時(shí)鐘信號頻率太高，所以要把它送到專(zhuān)門(mén)的計數器/定時(shí)器芯片進(jìn)行分頻后，才能產(chǎn)生個(gè)中所需要的定時(shí)信號。用可編程定時(shí)器/計數器電路進(jìn)行定時(shí)時(shí)，先要根據預定的定時(shí)時(shí)間，用指令對計數器/定時(shí)器芯片設定計算初值，然后啟動(dòng)芯片進(jìn)行工作。計數器一旦開(kāi)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(shí)間，變自動(dòng)形成一個(gè)輸出信號，該信號可以向CPU 提出中斷請求，通CPU 定時(shí)時(shí)間已到，使CPU 做相應的處理[2]?；蛘咧苯虞敵鲂盘枂?dòng)設備去工作。這種方法不但顯著(zhù)提高了CPU 的利用率，而且定時(shí)時(shí)間由軟件來(lái)設置，使用起來(lái)十分的靈活方便，加上定時(shí)時(shí)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(chē)輛的有序流動(dòng)，CPU 在程序執行過(guò)程中并沒(méi)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(wèn)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(gè)8253，而且第一種方案只用一個(gè)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(xiàn)圖

　　8255 是一種通用可編程并行輸入輸出接口芯片，通過(guò)對它進(jìn)行編程，芯片可工作于不同的工作方式，用8255 作接口時(shí)，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(gè)8 位輸入輸出端口A(yíng)，B，C，通過(guò)外部24 根輸入輸出線(xiàn)與外設交換數據或進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò )。端口A(yíng) 和端口B 都可以用作一個(gè)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(gè)4 位輸入輸出口，還常常用來(lái)配合A口和B 口工作，用來(lái)產(chǎn)生A 口和B 口的端口狀態(tài)信號，8255A 有兩類(lèi)控制字，一類(lèi)控制字用來(lái)定義各端口的工作方式，稱(chēng)為方式選擇控制字，另一類(lèi)控制字用于對C 端口的任一位置進(jìn)行置位或者復位操作，稱(chēng)為置位復位控制字對8255A 進(jìn)行編程時(shí)這兩種控制字都要寫(xiě)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(wèn)題

　　A .程序中應設定好8255A 的工作模式，使三個(gè)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(gè)人8 位（A 口和B 口）和兩個(gè)4 位（C 口高/低4 位）并行I/O 端口。