交通灯控制电路是由定时器、控制器、译码器组成的电路,实际交通灯的信号变换是由传感器发出信号实现的。在课程设计中,用数据开关表示传感器的信号。交通灯的系统控制框图如图1所示。
hg、hy、hr分别表示主干道绿、黄、红三色灯,fg、fy、fr分别表示支干道绿、黄、红三色灯,绿、黄、红三色灯可用发光二极管模拟。控制要求是:由—条主干道与一条支干道汇合成十字路口,在每一条路的路口处设置红、绿、黄三色信号灯。主干道处于常允许通行状态,支干道有车来时才允许通行,主、支干道均有车时,两者交替允许通行,主干道每次放行t1,支干道每次放行t2,在每次由绿灯亮转换到红灯亮时,要经过黄灯亮的t3时间。现设:t1为45s;t2为25s;t3为5s。
图1交通灯系统框图
2、各功能模块的参考电路
①定时器
定时器分别产生上述三个时间可隔后,向控制器发出“时间已到’’信号,控制器根据定时器与传感器的信号,决定是否进行状态转换。如确定要状态转换,则控制器发出状态转换信号st,定时器开始清零,准备重新计时。
定时器由与系统脉冲同步的计数器构成,从系统脉冲得到标准的1hz频率信号,当脉冲上升沿到来时,在控制信号的作用下,计数器从零开始计数,并向控制器提供模5、模25、模45信号,即t1、t2、t3时间间隔信号。(如需表示指示灯的显示时间,可考虑将计数器改为减法计数器,当控制信号脉冲上升沿到来时,计数器从44开始减法计数,直至减为0,这样可以显示45s的时间。如此类推,也可提供m5、m25分别显示5s、25s的亮灯信号)。
定时器电路是由5s、25s、45s计数器功能模块构成,这在前面已详述。
②控制器
交通灯的主控电路是一个时序电路,输入信号为:车辆检测信号(传感器信号)设为a、b,三个定时信号5s、25s、45s设为e、d、c。
控制器的状态转换表如表1所示。
状态
主干道
支干道
时间(s)
s0
绿灯亮,允许通行
红灯亮,禁止通行
45
s1
黄灯亮,停车
红灯亮,禁止通行
5
s2
红灯亮,禁止通行
绿灯亮,允许通行
25
s3
红灯亮,禁止通行
黄灯亮,停车
5
表1状态转换表
逻辑变量的取值含义为:
a=0,主干道无车,a=1,主干道有车;b=0,支干道无车,b=1,支干道有车;
c=0,45s定时未到,c=1,45s定时到;d=0,25s定时未到,d=1,25s定时到;
e=0,5s定时未到,e=1,5s定时到。
状态编码为:s0=00,s1=01,s2=10,s3=11。
赋值后的状态转换表如表2所示。
abcde
q2nq1n
q2n+1q1n+1
说明
×0×××
00
00
维持s0
110××
00
00
01×××
00
00
由s0→s1
111××
01
01
××××0
01
01
维持s1
××××1
01
11
由s1→s2
11×0×
11
11
维持s2
01×××
11
11
×0×××
11
11
由s2→s1
11×1×
10
10
××××0
10
10
维持s3
××××1
10
00
由s3→s0
表2逻辑赋值后的状态表
将表中的触发器输出化简,并选择jk触发器,由此可得到控制器、定时器的电路图,分别如图2、图3所示。
图2 交通灯控制器的参考电路
图3定时器的驱动脉冲参考电路
③译码器
系统的输出是由q2、q1驱动下的六个信号灯,可列出各状态与信号灯的逻辑关系真值表如表3所示,得到译码驱动电路的逻辑表达式及电路图,如图4所示。
q2q1
hg
hy
hr
fg
fy
fr
00
1
0
0
0
0
1
01
0
1
0
0
0
1
10
0
0
1
0
1
0
11
0
0
1
1
0
0
表3译码驱动电路真值表
图4译码器的参考电路