交通灯控制器的设计与实现交通灯控制器设计原理

交通灯控制器的设计与实现交通灯控制器设计原理 摘要:本文介绍了利用数字集成芯片设计交通灯控制器。新控制器由时钟信号发生器、主控制器、置数器、计数器、译码驱动电路和数字显示电路等组成,它除了实现基本交通灯功能外,还具有倒计时显示、时间设置功能。相比于采用单片机或FPGA实现交通灯设计,新设计方法简单,不需要软件编程和调试。最后经Proteus软件仿真表明,新设计方法完全正确。 关键词:控制器;交通灯;设计;仿真 数字集成电路从上个世纪中后期以来,一直都没有被广大电子爱好者所遗忘。目前,交通灯倒计时显示设计都采用单片机实现,有的甚至采用FPGA实现。为了寻求简单的实现方法,经过反复仿真与修改,可以利用MSI芯片实现交通灯倒计时显示的设计。倒计时计数器的不同预置数据由数据选择器来存储,并按照时序选择输送,由计数器构成主控制器来协调系统工作即可。也就是说,用简单的芯片和方法实现了较复杂的电路功能。 1交通灯控制器的基本组成 交通灯控制器是由时钟信号发生器、主控制器、置数器、计数器、信号灯译码驱动电路和数字显示电路等几部分组成,其框图如图1所示。 2交通灯控制器主要电路的设计 2.1主控制器设计 十字路口车辆通行可分两种情况:有如交通事故之类的特殊情况的禁行。这时东西大道和南北大道均不通行,红灯亮,倒计时停止且闪烁,其对应的状态为S=1;无特殊情况的通行。包含四种:设开始时,东西大道通行、绿灯亮,南北大道禁行、红灯亮,持续时间为40秒;东西、南北大道都禁行,东西大道黄灯亮,南北大道红灯闪烁,持续时间为5秒;东西大道禁行、红灯亮,南北大道通行、绿灯亮,持续时间为30秒;东西、南北大道都禁行,东西大道红灯闪烁,南北大道黄灯亮,持续时间还是为5秒。接下来回到第一种情况,如此反复循环。因此,要求主控制器也要有4种状态。设这4种状态依次为:S0、S1、S2、S3。状态图转换如图2所示。 设S0=000,S1=001,S2=010,S3=011。实现这4个状态的电路,可用74LS192实现,其电路如图3所示。K0是清零按键,由位置1切换到位置2实现。K1、K2是交通道路特殊状态控制按键,有特殊情况按K1,使C=1,即主控制器进入S=1状态;特殊情况处理结束后,按K2使C=0,即S0、S1、S2、S3最高位代码为0,恢复正常通车的控制。CP1、CP2倒计时计数电路,CP2用于控制S0、S1、S2、S3低二位代码的转换,并由U12的输出端Q1Q0输出。令A=Q0,B=Q1。CP1作用于U11,实现预置数据电路中74153地址码的生成。A、B、C三路信号用于信号灯的控制,C还兼做停止计时的闪烁效果控制,同秒脉冲信号“与非”后控制CD4511的BI端实现。用于封锁秒脉冲信号,实现停止计时控制。 2.2倒计时计数器的设计 倒计时计数器用74LS192来设计,电路如图4所示。秒脉冲信号和交通道路特殊情况控制信号经与非门U5:A后送到个位片U2的DN端,十位片的DN端连接到U1的Q3端,U1、U2预置端D0-D3的数据74LS153的Y端。 用预置数法来实现任意进制计数器的设计,且十位、个位片U1、U2的预置数据(可视需要更改,硬件上用拨动开关实现)按表1设置。 U1、U2的预置数据由图5所示电路提供。74LS153的地址码AB由主控器中U11的Q1Q0决定。由于U1、U2的预置时刻是在倒计时计数器到“00”秒时由U1、U2的TCD信号经或门U6:A后形成,考虑到芯片的延迟和控制脉冲容易形成,选在“03”秒时就对主控器中U11产生驱动脉冲,从而实现U1、U2预置数据的可靠传送。 2.3 控制信号灯译码电路的设计 主控制器的4种状态分别要控制东西大道和南北大道的红、黄、绿灯的亮灭。现设东西、南北大道的红、黄、绿灯分别用R1、Y1、G1和R2、Y2、G2表示,运用组合逻辑电路的设计方法,可得交通信号灯译码电路逻辑电路如图6所示。C为有特殊情况时红灯闪烁的控制信号。 3仿真 在本设计中利用Proteus软件仿真。该软件是英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件。本设计中所用数字集成芯片均能在Proteus的元件库里找到,画好仿真电路并修订元件的参数即可仿真。通过仿真,电路实现对十字路口交通灯基本功能的控制,并具有倒计时显示、时间设置功能。 4结束语 该交通灯控制器基于数字集成芯片设计,相比于采用单片机或FPGA实现的交通灯设计,新设计方法简单,不需要软件编程和调试,电路的组装、调试和维护方便,通过Proteus软件仿真结果表明,新设计方法完全正确。 _ 1康华光主编.电子技术基础数字部分(第四版) M.北京:高等教育出版社,xx. 2李中发主编.数字电子技术M.北京:水利水电出版社,xx. 3李海主编.74系列芯片手册M.重庆:重庆大学出版社,1999. 4杨贵,郑善贤.基于FPGA的交通灯控制器实现J. 中国仪器仪表, xx,(09)