基于8086的點陣式交通信號控制器的設計與仿真

張永志

（福建船政交通職業(yè)學院 軌道交通學院，福建福州，350007）

關鍵字：8086微處理器；8×8點陣；交通信號燈

0 引言

隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，居民小車擁有量也逐年快速增加，城市道路的擁堵現(xiàn)象也愈發(fā)嚴重。緩解城市道路擁堵現(xiàn)象，一方面可以通過改善道路交通基礎設施，使之與道路車流量的增長相適應，但此法較為費時、費力、費錢；另一方面可以通過升級城市道路綜合管理系統(tǒng)，使之更智能化，更能適應城市道路各種路況變化，更為有效的疏緩道路擁堵現(xiàn)象[1]。作為城市道路綜合管理系統(tǒng)中的重要組成部分，交通燈信號控制系統(tǒng)能夠有效地疏導車輛通行，改善道路擁堵，提升城市道路通行能力[2-3]。本文基于Intel8086處理器設計了一個十字路口的點陣式交通信號燈控制器。該控制器采用8×8點陣屏替代傳統(tǒng)的紅、綠、黃信號燈作為車輛通行指示器，不僅能夠更加直觀地實現(xiàn)十字路口紅、綠、黃箭頭自動交替顯示，有序管理車輛通行；還能根據(jù)十字路口實際情況，手動切換通行狀態(tài)、設置全路口禁行以及黃燈閃爍等多種模式，更加有效地應對城市道路十字路口出現(xiàn)的各種緊急情況。

1 總體方案設計

設計的點陣式交通信號燈控制器設計框圖如圖1所示，主要由8086控制模塊、按鍵控制模塊、8×8點陣顯示模塊和七段數(shù)碼管顯示模塊等四個電路模塊組成[4]。整體設計思路，首先是8086控制數(shù)碼管顯示30s倒計時，此時南北方向8×8點陣顯示綠色通行箭頭，東西方向8×8點陣顯示禁行紅色箭頭；接著，當數(shù)碼管顯示剩余5s倒計時，此時南北方向8×8點陣顯示黃色提醒箭頭；最后，當數(shù)碼管倒計時結束，此時南北方向8×8點陣顯示紅色禁行箭頭，東西方向8×8點陣顯示綠色通行箭頭；依此依次循環(huán)，實現(xiàn)有序管理車輛通行。而當十字路口有緊急情況發(fā)生時，可以通過按鍵模塊切換當前通行相位，也可以將路口設置為禁止通行狀態(tài)或者黃燈閃爍提醒狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)設計框圖

2 交通信號控制器硬件電路設計

2.1 8086控制模塊

8086控制電路如圖2所示，其主要由8086主控芯片、3個74LS273鎖存器、1個非門以及1個四-十六譯碼器74154構成。8086的總線既是地址線，也是數(shù)據(jù)線；當作為地址線傳送地址時，8086的20個地址復用引腳通過3個74LS273鎖存器輸出，其A4、A5、A6、A7四根地址線作為譯碼器74154的輸入，控制接在譯碼器74154上的其他外圍芯片的譯碼信號；當作為數(shù)據(jù)線傳送數(shù)據(jù)時，只用到8個引腳A0-A7，作用是分別往對應的端口傳送數(shù)據(jù)。

圖2 8086控制電路

2.2 數(shù)碼管顯示模塊

數(shù)碼管顯示電路如圖3所示，主要由一個8255A、一個七段數(shù)碼管以及一個數(shù)字鐘脈沖發(fā)生器構成。將數(shù)字鐘脈沖發(fā)生器的頻率設置為1Hz且當8255A的PA端口接收到一個低電平信號時，8255A的PB端口就進行一次減1運算，并將數(shù)值輸送到數(shù)碼管進行顯示，實現(xiàn)倒計時功能。

圖3 數(shù)碼管顯示電路

2.3 8×8點陣顯示模塊

8×8點陣顯示電路主要由6片8255A芯片，12塊8×8點陣屏以及6片上拉集成電阻構成。8255A芯片主要用于擴展IO口，并與8×8點陣連接；12塊8×8點陣屏是指分別在四個方向分別放置的紅、綠、黃三種8×8點陣屏，用于指示車輛通行；上拉電阻的主要作用是為點陣提供有效電流。圖4是8×8點陣顯示部分電路，左邊的點陣屏是方向東的紅色禁行指示箭頭，右邊的點陣屏是方向西的紅色禁行指示箭頭，它們同時由一片8255A芯片驅動；其他顏色的點陣屏以及其他方向的點陣屏接法與圖4類似，在此不一一贅述。8×8點列陣顯示，本文采用的是列掃描的顯示方式，當掃描第一列時，把第一列對應的數(shù)據(jù)送到第一列，按照此方法循環(huán)8次就能夠顯示出所需要的箭頭圖形。

圖4 8×8點陣顯示部分電路

2.4 按鍵控制模塊

按鍵控制電路主要由四個按鍵組成。FZ按鍵的作用是切換當前通行狀態(tài)，按下該按鍵，如果系統(tǒng)當前處于東西通行狀態(tài)，則東西方向8×8點陣顯示黃色提醒箭頭5s后自動轉到南北通行狀態(tài)，并持續(xù)30s；如果系統(tǒng)當前處于南北通行狀態(tài)，則南北方向8×8點陣顯示黃色提醒箭頭5s后自動轉到東西通行狀態(tài)，并持續(xù)30s。JX按鍵的作用是禁行模式，當按下該按鍵，十字路口四個方向的8×8點陣屏均顯示紅色禁止通行箭頭，直到按下JC按鍵恢復（JC按鍵為恢復按鍵）。XJ按鍵的作用是夜間通行模式，當按下該按鍵，十字路口四個方向的8×8點陣屏均顯示黃色提醒箭頭，提醒往來車輛小心駕駛。

圖5 按鍵控制電路

3 交通信號控制器軟件設計

本控制器的軟件設計主要采用匯編語言編寫，并在Proteus8.6平臺上添加MASM32外部編譯器進行編譯鏈接[5]，圖6為主控程序流程圖。

圖6 主控程序流程圖

當沒有按鍵按下時，控制器在8255A完成初始化后，按圖示

①→②→③→④→⑤→①循環(huán)進行，對十字路口車流量進行有序管理。

當有按鍵按下且按下的按鍵分別是JX鍵或者XJ鍵時，則控制器分別進入禁行模式或者深夜模式，此時如果再按下JC鍵，則恢復到①→②→③→④→⑤→①循環(huán)模式。

如果當前控制器處于南北綠色箭頭指示的通行狀態(tài)，當按下的按鍵FZ時，南北方向黃色箭頭閃爍5s后，其會自動切換進入標號③處繼續(xù)往下執(zhí)行；如果當前控制器處于東西綠色箭頭指示的通行狀態(tài)，當按下按鍵FZ時，東西方向黃色箭頭閃爍5s后，其會自動切換進入標號①處繼續(xù)往下執(zhí)行。

4 仿真調試

在Proteus8.6環(huán)境新建一個8086微控制器固件、編譯器為MSAM32的工程項目，在圖形編輯窗口設計好基于8086的點陣式交通信號控制器原理圖；在Souce Code代碼編輯窗口添加源程序，并對代碼進行編譯鏈接產(chǎn)生可執(zhí)行文件；點擊原理圖編輯窗口界面左下角的運行按鈕，控制器即進入運行調試狀態(tài)。圖7為南北方向綠色箭頭指示通行，東西方向指示禁行的系統(tǒng)仿真效果圖。仿真結果表明，該控制器運行穩(wěn)定，效果良好。

圖7 系統(tǒng)仿真效果圖

5 結論

本設計以Intel8086為主控芯片，采用8×8點陣屏替代傳統(tǒng)的紅、綠、黃信號燈作為車輛通行指示器，設計了一個點陣式交通信號控制器。該控制器不僅能更直觀的實現(xiàn)十字路口車輛通行狀態(tài)的切換，還增加了手動切換通行狀態(tài)、全路口禁行以及深夜黃燈閃爍通行等多種應急管理模式，能對十字交叉路口進行更為有效的管理，是交通信號燈控制系統(tǒng)設計的另一種可行性方案。同時，通過Proteus軟件其進行仿真，結果表明，該控制器運行穩(wěn)定，效果良好，也可作為《微機原理與接口技術》課程的實踐項目。