交通灯控制系统的实现

1、 交通信号灯控制系统的实现摘 要随着经济发展、城市人口增加、汽车的普及、交通问题成为各个国家面临的共同问题。而交通信号控制系统则会使整个交通系统的通行能力得到提高，本文将综合概述交通信号系统的设计过程，简明地介绍系统的基本框图，说明ASM图法在系统设计过程中的运用，以及两种实现交通信号控制系统的方法，一种是组合和时序电路的基本模块实现，另一种是用可编程逻辑器件来实现。关键词：交通信号灯，ASM图法，组合电路，时序电路，编程逻辑器件。Abstract: With the development of economy, the increase of urban population, the p

2、opularization of automobiles, the traffic problem is the common problem that every country faces. The traffic signal control system can improve the traffic capacity of the whole system. This paper introduces the design process of the traffic signal system, introduces the basic block diagram of the s

3、ystem, and describes the application of ASM diagram in the system design process.Key words: Traffic signal lamp, ASM chart method, combined circuit, time sequence circuit, programming logic device.引言：交通信号灯自问世以来，经历了机电定时控制，继电器控制，到现在计算机控制的发展过程。许多国家投入巨大人力和物力研究智能交通系统，即运用计算机、通信、人工智能、传感器等领域先进的技术，随时对各个交通路口信

4、号进行调整以及对外界进行信息发布，使整个交通系统的通行能力有所提高。一、 系统框图交通灯控制系统框图如图1.1所示。它主要由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。由定时器和译码器作为处理单元，秒脉冲发生器做该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，译码器输出两组信号灯的控制信号，经驱动电路后驱动信号灯工作，控制器是系统的主要部分，由它控制定时器和译码器的工作。传感器S图中， TL: 表示甲车道或乙车道绿灯亮的时间间隔为25秒，即车辆正常通行的时间间隔。定时时间到，TL=1，否则，TL=0。 TY：表示黄灯亮的时间间隔为5秒。定时时间到，TY=1，否则，TY=0。 ST：表示定时器到

5、了规定的时间后，由控制器发出状态转换信号。由它控制定时器开始下个工作状态的定时。二、 交通信号灯控制系统ASM图图2是一个十字路口示意图。分别用1、2、3、4表明四个流向的主车道，用A、B、C、P分别表示各主车道的左行车道、直行车道、右行车道以及人行道。用a、b、c、p分别表示左转、直行、右转和人行道的交通信号灯，如图2所示。2.1交通灯控制系统的工作过程：（1）甲车道绿灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上的车辆允许通行，乙车道禁止通行。绿灯亮足规定的时间隔TL时，控制器发出状态信号ST，转到下一工作状态。 （2）甲车道黄灯亮，乙车道红灯亮。表示甲车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继

6、续通行，乙车道禁止通行。黄灯亮足规定时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。 （3）甲车道红灯亮，乙车道绿灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上的车辆允许通行。绿灯亮足规定的时间间隔TL时，控制器发出状态转换信号ST，转到下一工作状态。 （4）甲车道红灯亮，乙车道黄灯亮。表示甲车道禁止通行，乙车道上未过停车线的车辆停止通行，已过停车线的车辆继续通行。黄灯亮足规定的时间间隔TY时，控制器发出状态转换信号ST，系统又转换到第（1）种工作状态，继续循环工作。 交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器进行控制的，控制器应送出红、黄、绿灯的控制信号给甲、乙车道。设控制器的四种状态编码为0

7、0、01、11、10，并分别用S0、S1、S2、S3表示，则控制器的工作状态以及功能如表1.1所示：2.2过程分析设控制器的初始状态为S0（用状态框表示S0），当S0的持续时间小于25秒时，TL=0（用判断框表示TL），控制器保持S0不变。只有当S0的持续时间等于25秒时，TL=1，控制器发出状态转换信号ST（用条件输出框表示ST），并转换到下一个工作状态。由此得到交通灯的ASM图，如图1.2所示。三、 用典型电路基本模块实现交通控制系统通过分析交通控制系统的要求可知，系统由传感器、时钟脉冲产生器、定时器、控制单元及译码器构成，传感器S在有车辆通过时发出一个高电平信号。时钟脉冲产生器有石英晶体

8、组成。下面介绍用典型的组合和时序电路模块设计交通信号指示灯控制系统。3.1设计控制电路单元状态分配方案有：自然二进制码、格雷码和“一对一”。“一对一”是指一个触发器对应一个状态。现在主要介绍的是采用格雷码进行状态分配的方法设计交通灯控制单元。交通控制单元由4种状态，选用两个D触发器1FF、0FF做为时序寄存器产生 4种状态，控制器状态转换的条件为TL和TY，当控制器处于Q1nQ0n=00状态时，如果TL=0，则控制器保持在00状态；如果TL=1，则控制器Q1nQ0n=01状态。这两种情况与条件YT无关，所以用无关项“×”表示。其余情况依次类推，同时表中还列出了状态转换信号ST。由此可

9、以列出状态转换表表1.3. 根据表1.3可以推出状态方程和信号转换方程。其状态转换方程如图1.6所示。5进制转换选择：25进制转换选择：可得到以下方程：简化可得：比较可得：FF1和FF0选用D触发器，每个触发器的输入函数用数据选择器选择，所以数据选择器的数目等于触发器的数目。考虑到控制信号ST与输入变量的关系，也需要用一个数据选择器，所以共选用三个数据选择器，并将触发器的现态值加到数据选择器的选择变量端，数据选择器的输入端信号可以根据状态方程和转换信号方程得出。交通灯控制单位的逻辑图如图1.7所示。3.2设计处理单元及时钟脉冲器电路（1）定时器定时器由与系统秒脉冲（由时钟脉冲产生器提供）同步的

10、计数器构成，要求计数器在状态信号ST作用下，首先清零，然后在时钟脉冲上升沿作用下，计数器从零开始进行增1计数，向控制器提供模5的定时信号TY和模25的定时信号TL。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图1.5所示。（2）译码器译码器的主要任务是将控制器的输出1Q、0Q的4种工作状态，翻译成甲、乙车道上6个信号灯的工作状态。灯亮状态用“1”表示，灯灭状态用“0”表示；甲车道的绿、黄、红灯分别用AG、AY和AR表示；乙车道的绿、黄、红灯分别用BG、BY和BR表示。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表1.6所示。那么，由非门和与门构成译码器的电路图如图1.10所示。（3）时钟脉冲电路

11、 利用555定时器为主组成多谐振荡器，输出1Hz的矩型方波，实现脉冲电路功能。555定时器的原理图如图1.11所示，功能表如表1.7所示：555定时器构成多谐震荡器，震荡频率为F=1KHz，那么，秒脉冲电路图如图 1.12所示： 是四、 用可编程逻辑器件实现交通电灯控制系统当采用可编程逻辑器件实现数字系统时，一个重要的任务是用HDL描述数字系统。数字系统的HDL描述可以在数据级或者行为级进行，行为级又可分为寄存器级或者算法级。因此对数字系统的描述分为结构级描述、寄存器传输级（RTL）描述和基于算法的行为级描述。结构级描述是最底层、最详细的描述。它是根据具体物理元件以及它们之间的连接描述系统。这

12、些元件包括门、触发器及选择器、计数器等标准部件。描述过程首先是将系统划分为多个不同功能的模块，然后用HDL描述每个功能模块，最后将所有这些底层模块组合起来构成顶层模块，即完成了整个系统的设计。五、 总结通过不断的查资料让我积累了许多经验，已初步了解了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用，我深刻体会到了数子电路技术对当今现代社会的重要作用。让我知道严密的思考的重要性，构想及怎样把计划付诸于实际行动之中。同时与社会的不断高速发展的步伐相比，我认识到自己所学的知识和技能还远远不足，有些实际性的问题还不能够解决，缺少很多有实际运用价值的知识储备，缺乏应有的动手解决实际问题的能力，缺乏些高效利用及筛选大量资料的能力，缺乏资源共享及应有的团队合作精神，有待进一步提高，我应当学好自己的专业知识