作者：高珩，邱燁，鮑鵬，紀(jì)永強(qiáng)

本文在綜合分析了8255A 及8253 芯片的特點(diǎn)之后，運(yùn)用二者的特性，進(jìn)行了交通紅綠燈模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在詳細(xì)闡述了設(shè)計(jì)思想及電路設(shè)計(jì)方案之后，對(duì)該系統(tǒng)的有效性測(cè)試表明了該交通紅綠燈模擬系統(tǒng)具有較為可靠的性能，對(duì)相關(guān)的電子設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。在文章的最后，作者對(duì)電子設(shè)計(jì)的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，相信交通控制燈會(huì)在其未來的行業(yè)應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。

1. 需求分析

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先必須了解交通路燈的亮滅規(guī)律。設(shè)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。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 路口方向開始通車。延遲一段時(shí)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(duì)于各組燈的亮滅，我們運(yùn)用的是8255A 的輸入輸出功能。

2. 對(duì)于各組燈亮滅的時(shí)間控制方案

A 利用軟件 –程序來完成對(duì)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(jī)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(shí)間，重復(fù)執(zhí)行這些指令就會(huì)占用一段固定的時(shí)間。因此，習(xí)慣上將這種延時(shí)方法稱為軟件延時(shí)。通過正確的選取指令和改變定時(shí)時(shí)間，靈活方便，而且節(jié)省費(fèi)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(fù)的循環(huán)，等待預(yù)定的定時(shí)時(shí)間到來，在許多情況下這樣是不允許的［1］。比如，對(duì)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器的定時(shí)刷新操作，只要處于開機(jī)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(jì)數(shù)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確定和改變，并有微處理器的時(shí)鐘信號(hào)提供時(shí)間基準(zhǔn)，因這種時(shí)鐘信號(hào)由晶體震蕩器產(chǎn)生，故計(jì)時(shí)精確穩(wěn)定。但該時(shí)鐘信號(hào)頻率太高，所以要把它送到專門的計(jì)數(shù)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(hào)。用可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器電路進(jìn)行定時(shí)時(shí)，先要根據(jù)預(yù)定的定時(shí)時(shí)間，用指令對(duì)計(jì)數(shù)器/定時(shí)器芯片設(shè)定計(jì)算初值，然后啟動(dòng)芯片進(jìn)行工作。計(jì)數(shù)器一旦開使工作后，CPU 就可以去做別的工作了，等計(jì)數(shù)器到了預(yù)定的時(shí)間，變自動(dòng)形成一個(gè)輸出信號(hào)，該信號(hào)可以向CPU 提出中斷請(qǐng)求，通CPU 定時(shí)時(shí)間已到，使CPU 做相應(yīng)的處理［2］。或者直接輸出信號(hào)啟動(dòng)設(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(shí)時(shí)間由軟件來設(shè)置，使用起來十分的靈活方便，加上定時(shí)時(shí)間又很精確，所以獲得了廣泛的應(yīng)用。

由上可知，該模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是控制車輛的有序流動(dòng)，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(yùn)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(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(shè)計(jì)方案。

3. 電路設(shè)計(jì)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(duì)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(shè)之間提供數(shù)據(jù)通道，8255 內(nèi)部包含3 個(gè)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(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。端口A 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(hào)，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(duì)C 端口的任一位置進(jìn)行置位或者復(fù)位操作，稱為置位復(fù)位控制字對(duì)8255A 進(jìn)行編程時(shí)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(jì)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(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。

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(cè)試與分析

編寫次程序的時(shí)候遇到的主要問題及解決方案：

A. 延時(shí)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(shí)間的這個(gè)方法，其原因主要是因?yàn)檫@段語句比較短，不容易出錯(cuò)，但是有一個(gè)缺點(diǎn)就是不能使所添入的時(shí)間加上系統(tǒng)時(shí)間大于等于24：00，要不就會(huì)出錯(cuò)，但是這個(gè)缺陷可以人工避免。

B. 循環(huán)問題的解決：針對(duì)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(gè)問題。雖然在高級(jí)程序語言中我們并不提倡使用GOTO 語句，但由于我們?cè)诖耸褂玫?a target="_blank">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(huì)使得問題解決起來最簡(jiǎn)單，最方便，程序易懂，且不易出錯(cuò)。

8. 結(jié)論

電子設(shè)計(jì)正在當(dāng)今社會(huì)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(shí)現(xiàn)的。該模擬交通紅綠燈的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)于交通燈原理的揭示對(duì)于電子設(shè)計(jì)的探索研究提供了思路，相信隨著時(shí)代的發(fā)展，我們能見證更多更好的電子設(shè)計(jì)產(chǎn)品問世。

責(zé)任編輯：gt