基于Proteus和8086的交通燈控制電路仿真設(shè)計(jì)

李 麗

(太原工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系，山西 太原 030008)

?

基于Proteus和8086的交通燈控制電路仿真設(shè)計(jì)

李 麗

(太原工業(yè)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程系，山西 太原 030008)

文章介紹了基于INTEL8086微處理器的十字路口交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)在 Proteus平臺(tái)下進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，利用定時(shí)計(jì)數(shù)器8253和中斷控制器8259產(chǎn)生定時(shí)中斷信號(hào)，通過(guò)中斷控制并行可編程接口芯片8255A驅(qū)動(dòng)十字路口交通信號(hào)燈的切換和七段數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示.該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)利用EMU8086軟件完成，在Proteus聯(lián)合EMU8086編譯環(huán)境下進(jìn)行了系統(tǒng)仿真運(yùn)行，運(yùn)行效果良好.

Proteus；8086微處理器；交通燈；定時(shí)中斷

0 引言

Proteus是英國(guó)Labcenter electronics公司研發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真、印制電路板設(shè)計(jì)的多功能工具軟件，它支持Windows 操作系統(tǒng)，是目前唯一將電路仿真、虛擬模型仿真、PCB設(shè)計(jì)三合一的EDA軟件.其支持多系列處理器仿真，如8051,AVR,ARM等，Proteus 7.5以上的版本更新增了最小模式下8086微處理器及其外圍芯片的仿真[1].

交通信號(hào)燈是非常重要的交通控制設(shè)施，安裝在城市的各個(gè)路口，在疏導(dǎo)車(chē)輛通行中起著非常重要的作用.交通信號(hào)燈由紅黃綠三色構(gòu)成，紅燈停，綠燈行，黃燈代表警示.在車(chē)輛尤其是私家車(chē)快速增多的今天，十字路口交通燈的合理設(shè)置，能有效的緩解交通堵塞情況，使車(chē)輛和行人有序通行，顯著的減少交通事故的發(fā)生.目前，有各種各樣的交通燈控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法與方案，其中，較多的采用51系列單片機(jī)AT89C51作為核心部件[2].而本文則采用INTEL8086微處理器作為核心，利用定時(shí)計(jì)數(shù)器8253和中斷控制器8259產(chǎn)生精準(zhǔn)的定時(shí)中斷信號(hào)，控制十字路口交通信號(hào)燈的切換和七段數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示.并將該設(shè)計(jì)在Proteus環(huán)境下，進(jìn)行了仿真實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行效果良好.

1 交通燈硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件電路主要由8086微處理器、端口譯碼電路、定時(shí)中斷產(chǎn)生電路和8255交通信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)電路組成.電路所用元器件如表1所示.

表1 元器件清單

系統(tǒng)具體電路連接則如圖1所示.1)系統(tǒng)利用最小模式下的8086CPU作為主控芯片，其譯碼電路由三個(gè)74273鎖存器、或門(mén)以及一個(gè)4～16譯碼器74154構(gòu)成， 8086的20根地址復(fù)用引腳通過(guò)鎖存器輸出，其高位地址A3～A7、A12～A15經(jīng)或門(mén)連譯碼器的使能端，低電平有效，A8～A11連譯碼器的ABCD輸入端，控制74154輸出外圍芯片的端口譯碼信號(hào).由圖可知、分別連接了8253A、8259和8255A的片選地址線(xiàn)，而低位地址與各個(gè)外圍芯片偶錯(cuò)位連接[3].所以，生成8253A的端口地址為0100H～0106H，8259的端口地址為0200H和0202H，8255A的端口地址為0300H～0306H.2)定時(shí)中斷產(chǎn)生電路由8253A和8259A連接構(gòu)成，其中，8253A的通道0輸入1MHZ的CLK信號(hào)，通過(guò)和通道1級(jí)聯(lián)產(chǎn)生1秒的定時(shí)信號(hào)，該信號(hào)連到8259A的IR0端，使8259A每隔1秒產(chǎn)生一次可屏蔽中斷，以該定時(shí)中斷為基本的時(shí)間單位，利用中斷服務(wù)程序控制8255A驅(qū)動(dòng)交通信號(hào)燈按規(guī)定時(shí)間切換狀態(tài)和倒計(jì)時(shí)顯示.3)8255交通信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)電路由一片并行可編程接口芯片8255A、四個(gè)交通信號(hào)燈以及兩個(gè)紅色共陰極7段數(shù)碼管構(gòu)成，8255A的PA0-PA2連接南北向信號(hào)燈，PA5-PA7連接?xùn)|西向，控制信號(hào)燈按時(shí)間有規(guī)律的變化，端口B 和端口C各連一位7段數(shù)碼管，負(fù)責(zé)倒計(jì)時(shí)的兩位數(shù)碼顯示.

圖1 交通燈硬件電路圖

該電路要完成的交通燈狀態(tài)切換和倒計(jì)時(shí)顯示任務(wù)如表2所示：

表2 交通燈狀態(tài)和倒計(jì)時(shí)顯示任務(wù)表

2 交通燈軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)程序，利用EMU8086完成代碼的編寫(xiě)和編譯.EMU8086是一款在Windows操作系統(tǒng)下運(yùn)行，虛擬了80X86環(huán)境的匯編仿真軟件，其集源代碼編輯器、編譯和反編譯工具、Debug調(diào)試、虛擬設(shè)備和驅(qū)動(dòng)器為一體,是一款功能強(qiáng)大的匯編語(yǔ)言編輯、編譯和調(diào)試軟件[4].

系統(tǒng)控制程序由數(shù)據(jù)段DATA、主控程序MAIN、中斷服務(wù)程序INTPROC和倒計(jì)時(shí)顯示子程序(DISP15或DISP2)四部分組成.1)數(shù)據(jù)段定義了秒數(shù)的計(jì)數(shù)變量NUM、5種交通燈狀態(tài)S0～S4、共陰極7段數(shù)碼管0～9的字形碼表LEDDISP以及倒計(jì)時(shí)時(shí)間參數(shù)D15和D2.2)主控程序MAIN主要負(fù)責(zé)修改中斷向量表并對(duì)8253A,8259,8255A芯片進(jìn)行初始化.其設(shè)計(jì)流程如圖2、圖3所示.

圖2 主控程序流程圖 圖3 中斷服務(wù)程序流程圖

其中，8259相關(guān)控制字的值為：ICW1=13H、ICW2=80H、ICW4=01H、OCW1=FEH開(kāi)放IR0中斷源、OCW2=60H；當(dāng)8253A完成初始化后即開(kāi)始計(jì)時(shí)，主程序進(jìn)入循環(huán)等待狀態(tài)，1 s后OUT1產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)觸發(fā)IR0產(chǎn)生中斷，在可屏蔽中斷允許的條件下，類(lèi)型號(hào)為80H的中斷服務(wù)程序INTPROC被調(diào)用.3)中斷服務(wù)程序INTPROC負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)和驅(qū)動(dòng)8255控制十字路口交通信號(hào)燈狀態(tài)的切換與倒計(jì)時(shí)顯示，該程序流程如圖3所示.4)倒計(jì)時(shí)顯示子程序可控制兩位數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)15 s(DISP15)或2 s(DISP2)的倒計(jì)時(shí)顯示，由中斷服務(wù)程序INTPROC調(diào)用.

3 Proteus仿真調(diào)試

在Proteus環(huán)境下，通過(guò)Source→Define Code Generation Tools，即可添加外部編譯器，EMU8086、MASM32、TASM等工具都是不錯(cuò)的選擇.注意修改CPU的Internal Memory Size和Program Loading Segment為合適的大小，添加源程序，Build All成功，點(diǎn)擊界面左下角運(yùn)行按鈕，系統(tǒng)即進(jìn)入運(yùn)行調(diào)試狀態(tài).在調(diào)試過(guò)程中， 本系統(tǒng)遇到兩個(gè)主要問(wèn)題：1)由于8086模型的問(wèn)題，無(wú)法獲取由8259發(fā)出的中斷類(lèi)型號(hào)，使中斷服務(wù)程序無(wú)法運(yùn)行.解決的辦法是將中斷類(lèi)型號(hào)發(fā)送到總線(xiàn)上使CPU能夠獲取，所以主程序循環(huán)等待過(guò)程中添加了如下語(yǔ)句：

L1: MOV DX,IO2；IO2為8259的地址 MOV AL,80h；80H為中斷類(lèi)型號(hào) OUT DX,AL JMP L1

2)由于Proteus中，利用8253A表示的時(shí)間要比真實(shí)時(shí)間長(zhǎng)很多.為了能在仿真運(yùn)行中看到與實(shí)際相符的交通燈切換狀態(tài)，本應(yīng)是1 s的定時(shí)時(shí)間需在源程序中縮短為0.5 s，即修改8253A的級(jí)聯(lián)初值1 000 000為500 000，這樣運(yùn)行起來(lái)更貼近實(shí)際[4].系統(tǒng)仿真運(yùn)行效果如圖4所示.

圖4 系統(tǒng)仿真效果圖

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)以8086CPU為核心，在Proteus環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了8253和8259硬件定時(shí)產(chǎn)生中斷，并利用中斷服務(wù)程序控制8255A實(shí)現(xiàn)十字路口交通信號(hào)燈的規(guī)律狀態(tài)切換以及七段數(shù)碼管的倒計(jì)時(shí)顯示.仿真結(jié)果表明：系統(tǒng)運(yùn)行效果良好，為交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了另一種可行性方案.另外，將該設(shè)計(jì)作為典型案例，應(yīng)用于《微機(jī)原理與接口技術(shù)》的實(shí)踐教學(xué)中，也能起到了非常好的教學(xué)效果.

[1] 顧 暉,陳 越,粱惺彥,等.微機(jī)原理與接口技術(shù)/基于8086+Proteus仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011

[2] 陳 紅,李 瑋.交通燈控制系統(tǒng)在Proteus軟件中的設(shè)計(jì)與仿真[J].科教文匯,2009,(21):271

[3] 吳殿紅.基于8086的交通燈控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].信息通信,2014(133):67-68

[4] 李珍香,李永華.基于Proteus的智能交通燈設(shè)計(jì)與仿真實(shí)現(xiàn)[J].教育教學(xué)論壇,2015,(17):50-52

Traffic Lights Control Circuit Simulation Design Based on Proteus and 8086

LI Li

(Taiyuan Institute of Technology Computer Engineering Department,Taiyuan 030008, China)

To introduce the intersection traffic signal control system based on microprocessor INTEL8086,the system in the Protews platform for circuit design, using the timer counter 8253 and interrupt controller 8259 produce the timer interrupt signal, through the interrupt control programmable parallel interface chip 8255A drive intersection traffic signal lamp switch and seven segment digital tube of the countdown display. The system software design using EMU8086 software to complete, under the environment of Protews joint EMU8086 compile the simulation run, run the effect is good.

Proteus; 8086 microprocessor; traffic lights; timer interrupt

2016-06-17

李 麗(1978-)，女，山西太原人，碩士，太原工業(yè)學(xué)院講師. 主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用與嵌入式研究.

1672-2027(2016)03-0048-04

TP391.9

A