【文章內容簡介】 零，準備重新計時。 交通燈控制器的控制過程分為四個階段，對應的輸出有四種狀態(tài)，分別用 S0、 S S S3 表示。 S0 狀 態(tài)：主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，此時主干道允許車輛通行，主干道禁止車輛通行。當主干道綠燈亮夠規(guī)定的時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)。 S1 狀態(tài)：主干道黃燈亮，主干道紅燈亮，此時主干道允許超過停車線的車輛繼續(xù)通行，而未超過停車線的車輛禁止通行，支干道禁止車輛通行。當主干道黃燈亮夠規(guī)定時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)。 S2 狀態(tài)：主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。此時主干道禁止車輛通行，支干道允許車輛通行，當支干道綠燈亮夠規(guī)定時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài)。 S3 狀態(tài)：支干道紅燈亮，支干道黃燈亮。此時主干道禁止車輛通行，支干道允許超過停車線的車輛通行，而未超過停車線的車輛禁止通行。當支干道紅燈亮夠規(guī)定的時間后，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號，系統(tǒng)進入下一個狀態(tài) S0 狀態(tài)。 S0、 S S S3 狀態(tài)分別分配狀態(tài)編碼為 00、 0 1 10，由此得到控制器的狀態(tài)，如表 1，表 2 所示。 表 狀態(tài) 主干道 支干道 時間（ s） S0 綠燈亮，允許通行 紅燈亮，禁止通行 30 S1 黃燈亮，停 車 紅燈亮，禁止通行 6 S2 紅燈亮，禁止通行 綠燈亮，允許通行 30 S3 紅燈亮，禁止通行 黃燈亮，停車 6 14 圖 2 畫出了控制器的狀態(tài)轉換圖，其中 TL、 TS、 TY 為控制器的輸入信號， ST 為控制器的輸出信號。 第二章 單元電路 設計與分析 ： 方案一： 本實驗采用 555定時器組成秒脈沖信號發(fā)生器。因為該電路的輸出脈沖的周期 T≈(R1+2R2)C, 若 T=1s ，令 C=10μf， R1=39K?,那么R2≈51K?。取一固定電阻 47K? 與一個 5K? 的電位器想串聯(lián)代替電阻 R2 。在調試電路時，調節(jié)電位器 RP ,使輸出脈沖周期為 1s。如圖 所示 15 圖 秒脈沖信號發(fā)生器 方案二： 用石英晶體振蕩器和分頻器構成秒脈沖信號發(fā)生器 ,如圖 。 先用石英晶體振蕩器和若干電阻電容組成頻率為 32768Hz 的信號發(fā)生器，再用十四位二進制計數器 CD4060 14 進行 14 分頻使其成為 2Hz 的信號，最后用 D 觸發(fā)器進行 2 分頻，使其成為頻率為 1Hz 的秒脈沖信號。 圖 石英晶體振蕩器和分頻器構成秒脈沖信號發(fā)生器 16 方案選擇 ： 本 設計中由于用秒脈沖信號作為計數器的計時脈沖，其精度會影響計數器的精度，進而影響控制系統(tǒng)的精度，因此要求秒脈沖信號具有比較高的精度，為提高精度可先做一個頻率比較高的矩形波振蕩器，然后將其輸出信號分頻，就可以得到頻率較低而精度比較高的脈沖信號發(fā)生器。用石英晶體構成秒脈沖信號發(fā)生器不需要外加輸入信號，而且其脈沖頻率很穩(wěn)定，起振快、時基精度高，它的工作頻率僅決定于石英晶體的振蕩頻率，而與電路中的 R、 C 的數值無關。 綜上考慮，在實際應用中秒脈沖信號發(fā)生器的設計選用石英晶體振蕩器和分頻器構成秒脈沖信號發(fā)生器。但由于本 次設計是基于 軟件的，而 上不支持石英晶體振蕩器，所以在仿真過程中可以使用 555 定時器構成的秒脈沖觸發(fā)器代替。在仿真精度不高的前提下，也可以使用 RC 多諧振蕩器構成的電路來提供秒脈沖。 、定時器的設計： 方案一： 用 74LS193 直接構成減計數器，時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號ST 的作用下，計數器以減計數向控制器提供 M M2 M45 的信號，即TY、 TS、 TL 的時間信號。 方案二： 定時器由與系統(tǒng)秒脈沖同步的計數器 74161 構成， 時鐘脈沖上升沿到來時，在控制信號 ST 作用下，計數器從零開始計數，并向控制器提供M M2 M45 信號，即 TY、 TS、 TL 的時間信號。 方案選擇： 74LS193 是雙時鐘同步二進制可逆計數器，用它進行減計數與數字顯示倒計時相符合。然而必須在輸入端輸入數字，因此向控制器提供 MM2 M45 的信號需要 5 片 74LS193。而用 74161 可以級聯(lián)，只需要 2 17 片即可向控制器提供 M M2 M45 的信號，倒計數可在數字顯示電路中實現。用 74161 節(jié)省材料，節(jié)約成本，而且由于經常應用，因而使用起來較方便。因而選擇方案（ Ⅱ ）。 當系統(tǒng)處于 S0 狀態(tài)為滿足支干道綠燈亮夠 45 秒，要將 M45 的輸出端反饋到使能端 EP、 ET，使它記到 44 時停止計數，然后轉換到 S1 狀態(tài)。而且要 求計數器在狀態(tài)轉換信號 ST 的作用下，首先清零，然后開始計數，電路如圖 4 所示。 ST1秒 脈 沖 信 號L DABCDE PE TC RQAQBQCQDRC OL DABCDE PE TC RQAQBQCQDRC OC P74LS161(2)74LS161(1)1111111amp。amp。amp。1C PDC PQDC PQDC PQ4 5 秒 定 時信 號 T L 2 5 秒 定 時信 號 TS5 秒 定 時信 號 TY圖 4 定 時 器 電 路 圖 ： 列出狀態(tài)轉換表，如圖所示。選用兩個觸發(fā)器作為時序寄存器產生四種狀態(tài)，控制器的轉換條件為 TL、 TY 及 TS，當控制器處于 Q1nQ0n = 00 狀 18 態(tài)時，如果 TL=0，則控制器保持在 00 狀態(tài)；如果 TL=1，則控制器轉換到 Q1n+1Q0n+1=01 狀態(tài)。這兩種情況與條件 TY 和 TS 無關，所以無關項用“”表示。其余情況依次類 推，同時列出狀態(tài)轉換信號 ST。 表 2 邏輯賦值后的狀態(tài)表 Q1n Q2n TL TS TY Q1n+1 Q2n+1 說明 0 0 0 0 維持 S0， 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 由 S0 S1 0 1 0 0 1 維持 S1 0 1 1 1 0 由 S1 S2 1 0 0 1 0 維持 S2 1 0 1 1 1 由 S2 S3 1 1 0 1 1 維 持 S3 1 1 1 0 0 由 S3 S0 表 2 控制器的狀態(tài)轉換表 輸入 輸出 現態(tài) 狀態(tài)轉換條件 次態(tài) 狀態(tài)轉換信號 Q1nQ0n TL TY TS Q1n+1 Q0n+1 ST 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 19 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 根據表 2，寫出狀態(tài)方程和狀態(tài)轉換信號方程為： Q1n + 1 = Q1nQ0nTY + Q1nQ0n + Q1nQ0n TY Q0n + 1 = Q1n Q0nTL + Q1nQ0n + Q1nQ0nTS ST= Q1nQ0nTL + Q1nQ0nTY + Q1nQ0nTY + Q1nQ0nTS 用四選一數據選擇器和 D 觸發(fā)器實現，設 A1A0 = Q1nQ0n ，其他變量通過數據 輸入端輸入。 數據選擇器用 74LS153，觸發(fā)器用 74LS74。設計中將觸發(fā)器的輸出看作邏輯變量，將 TL、 TS、 TY 看作輸入信號，按照由數據選擇器實現邏輯函數的方法實現以上三個邏輯函數，并將觸發(fā)器的現態(tài)值加到數據選擇器的選擇變量端，數據選擇器的輸入端信號可以根據狀態(tài)方程和轉換信號方程得出。就可得到控制器的原理圖，觸發(fā)器的時鐘輸入端輸入秒脈沖。 系統(tǒng)的輸出是在 Q1Q0 驅動下的六個發(fā)光二極管，各狀態(tài)與信號燈的關系由表 2 給出，因此，得到二極管信號與控制器狀態(tài)變量的關系為： 主干道： MG= Q10 MY=1Q0 MR= Q1 支干道： NG= Q1Q0 NY= Q1Q0 N R = Q 1 電路如圖 5 所示。 20 １0Ｔ ＹＴ ＳＴ ＬD0D1D2D3A0A1YED0D1D2D3A0A17 4 L S 1 5 3 （ １ ）１秒 脈 沖STDC PLDRDQ0Q0＆＆ ＆＆DC PLDRDQ1Q17 4 L S 7 4( 1 )7 4 L S 7 4( 2 )MGMYMRNGNYNR