微机系统原理与接口技术 模拟交通灯实验报告

利用所学的《微机系统原理与接口技术》知识设计一个十字路口模拟交通灯。要求如下： (1)所设计的模拟交通灯为一个十字路口的交通灯，只有两个方向，例如东西，南北两个方向，用红、绿灯来控制两个方向的交通。 ### 微机系统原理与接口技术之模拟交通灯实验报告 #### 一、设计任务概述 本实验旨在利用《微机系统原理与接口技术》的相关知识设计并实现一个模拟交通灯系统，该系统用于模拟十字路口交通灯的运作机制。具体而言，实验要求设计的模拟交通灯能够控制两个方向（例如东西、南北方向）的交通，通过红绿灯的交替点亮来引导车辆通行。设计要求包括但不限于： - **红绿灯交替控制**：东西方向与南北方向的红绿灯应能够按照预定的时间间隔交替切换。 - **倒计时显示**：每个方向的交通灯应具备倒计时功能，用于显示剩余通行时间，通常以秒为单位。 - **定时器与中断控制**：利用8254定时器和8259中断控制器来实现时间控制和中断管理。 - **附加功能**：增加黄灯过渡期，并允许用户通过键盘实时调整计时初值。 #### 二、关键技术分析与应用 ##### 1. 定时/计数器8254 - **基本功能**：8254是一款可编程定时/计数器芯片，具有三个独立的16位计数器，支持二进制或十进制计数，并提供六种不同的工作模式。 - **工作方式**：本设计采用8254计数器0以方式2（频率发生器方式）工作，利用10kHz的时钟信号，设置最大计数值为10000，即1秒。每当计数器计满时，会通过OUT0输出中断请求信号，从而实现秒级别的精确计时。 - **控制字**：8254使用两种控制字：方式控制字和读回控制字。前者用于设置计数器的工作方式，后者用于读取计数器的状态。 ##### 2. 可编程并行接口芯片8255 - **基本特性**：8255是一款通用并行I/O接口芯片，具有三个8位并行接口（A、B、C），支持多种工作模式。 - **工作模式**：本设计中，端口A、B、C均工作在方式0作为输出端口，端口A的低四位输出线用于选择数码管显示，端口B用于显示倒计时数字，而端口C的低两位用于控制红绿灯的转换。 ##### 3. 键盘与LED显示电路 - **电路组成**：由四个共阴数码管、2行4列键盘以及LED驱动器电路组成。 - **功能实现**：通过键盘实现计时初值的实时调整，数码管显示倒计时时间，LED灯则负责红绿灯的切换。 ##### 4. TD-PIT实验及开发系统 - **系统介绍**：TD-PIT实验及开发系统是由西安唐都科教仪器公司研发的一款针对“32位微机原理与接口技术”课程的开放式实验教学平台。 - **功能特点**：该系统集成了软硬件调试实验平台，支持用户根据开放式实验原则自行开发和调试32位微机接口技术相关的实验程序。 #### 三、设计思路与实现原理 本实验的核心在于利用微机系统原理与接口技术中的定时/计数器、中断控制器、并行接口等硬件资源，通过软件编程实现对交通灯的控制。 1. **时间控制**：通过8254计数器0的频率发生器模式，结合10kHz时钟信号，实现每秒产生一次中断，进而更新数码管显示和红绿灯状态。 2. **红绿灯切换**：利用8255端口C的低两位输出控制红绿灯的状态，结合倒计时显示，实现在特定时间间隔内的自动切换。 3. **键盘输入**：通过8255端口C的高位控制键盘扫描，允许用户输入新的计时初值，提高系统的灵活性和实用性。 #### 四、总结 通过本实验的设计与实现，不仅加深了学生对《微机系统原理与接口技术》课程的理解，还提高了学生的实践操作能力和综合运用知识解决问题的能力。此模拟交通灯系统不仅具备基础的红绿灯交替控制功能，还加入了实用的倒计时显示和键盘输入调整等功能，为后续深入研究提供了良好的基础。