交通灯控制电路

时间:2023-03-14作者:佚名
1.分析系统的逻辑功能,画出其框图
交通灯控制系统的原理框图如图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。秒脉冲发生器是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。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。
交通灯控制电路
交通灯控制电路
图1 交通灯控制系统的原理框图 2.画出交通灯控制器的ASM(Algorithmic State Machine,算法状态机)

(1)图甲车道绿灯亮,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,乙车道黄灯亮。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,乙车道上位过县停车线的车辆停止通行,已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。
交通灯以上4种工作状态的转换是由控制器器进行控制的。设控制器的四种状态编码为00、01、11、10,并分别用S0、S1、S3、S2表示,则控制器的工作状态及功能如表1所示,控制器应送出甲、乙车道红、黄、绿灯的控制信号。为简便起见,把灯的代号和灯的驱动信号合二为一,并作如下规定:
表1 控制器工作状态及功能
控制状态 信号灯状态 车道运行状态
S0(00) 甲绿,乙红 甲车道通行,乙车道禁止通行
S1(01) 甲黄,乙红 甲车道缓行,乙车道禁止通行
S3(11) 甲红,乙绿 甲车道禁止通行,甲车道通行
S2(10) 甲红,乙黄 甲车道禁止通行,甲车道缓行
AG=1:甲车道绿灯亮;
BG=1:乙车道绿灯亮;
AY=1:甲车道黄灯亮;
BY=1:乙车道黄灯亮;
AR=1:甲车道红灯亮;
BY=1:乙车道红灯亮;
由此得到交通灯的ASM图,如 图2所示。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。依此类推可以弄懂ASM图所表达的含义。
3.单元电路的设计
(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。
计数器选用集成电路74LS163进行设计较简便。74LS163是4位二进制同步计数器,它具有同步清零、同步置数的功能。74LS163的外引线排列图和时序波形图如图3所示,其功能表如表2所示。图中, 是低电平有效的同步清零输入端, 是低电平有效才同步并行置数控制端,CTp、CTT是计 图2 交通灯的ASM图数控制端,CO是进位输出端,D0~D3是并行数据输入端,Q0~Q 3是数据输出端。由两片74LS163级联组成的定时器电路如图4所示。电路的工作原理请自行分析。

交通灯控制电路
(a)
交通灯控制电路
图3 74LS163的外引线排列图和时序波形图


(2)控制器
控制器是交通管理的核心,它应该能够按照交通管理规则控制信号灯工作状态的转换。从ASM图可以列出控制器的状态转换表,如表3所示。选用两个D触发器FF1、FFO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Q1n 1Q0n 1= 00状态时,如果TL= 0,则控制器保持在00状态;如果,则控制器转换到Q1n 1Q0n 1= 01状态。这两种情况与条件TY无关,所以用无关项"X"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。

交通灯控制电路
图4 定时器电路图


表2 74LS163功能表
|交通灯控制电路

表3 控制器状态转换表
交通灯控制电路

根据表3、可以推出状态方程和转换信号方程,其方法是:将Q1n 1、Q0n 1和 ST为1的项所对应的输人或状态转换条件变量相与,其中"1"用原变量表示,"0"用反变量表示,然后将各与项相或,即可得到下面的方程:
交通灯控制电路
根据以上方程,选用数据选择器 74LS153来实现每个D触发器的输入函数,将触发器的现态值( )加到74LS153的数据选择输入端作为控制信号.即可实现控制器的功能。控制器的逻辑图如图5所示。图中R、C构成上电复位电路 。

交通灯控制电路
图 5控制器逻辑图


(3)译码器
译码器的主要任务是将控制器的输出 Q1、 Q0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。控制器的状态编码与信号灯控制信号之间的关系如表 12、4所示。实现上述关系的译码电路请读者自行设计。

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