【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 起見，把燈的代號(hào)和燈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)合二為一，并作如下規(guī)定： AG=1：甲車道綠燈亮； BG=1：乙車道綠燈亮； AY=1：甲車道黃燈亮； BY=1：乙車道黃燈亮； AR=1：甲車道紅燈亮； BR=1：乙車道紅燈亮； 設(shè)控制器的初始狀態(tài)為 S0（用狀態(tài)框表示 S0），當(dāng) S0 的持續(xù)時(shí)間小于 25 6 秒時(shí)， TL=0（用判斷框表示 TL），控制器保持 S0 不變。只有當(dāng) S0 的持續(xù)時(shí)間等于 25 秒時(shí)， TL=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào) ST（用條件輸出框表示 ST），并轉(zhuǎn)換到下一個(gè)工作狀態(tài)。由此得到交通燈的 ASM（ Algorithmic State Machine算法狀態(tài)） 圖，如 圖 所示。 圖 交通燈控制器的 ASM 單元電路的設(shè)計(jì) 一 、集成電路 CT74LS190 簡(jiǎn)介 本電路復(fù)雜程度為 58 個(gè)等效門，是同步可逆 BCD 計(jì)數(shù)器。本電路通過同時(shí)觸發(fā)所有觸發(fā)器而提供同步操作，以便在使用控制邏輯結(jié)構(gòu)時(shí)，輸出端的變化可相 互吻合。本工作方式避免了一般用異步 (行波時(shí)鐘 )計(jì)數(shù)器所帶來的計(jì)數(shù)輸出的尖峰脈沖。 若使能輸入端置低電平，四個(gè)主從觸發(fā)器的輸出將在時(shí)鐘輸入從低到高的跳變中被觸發(fā)。使能輸入端置高電平時(shí)，禁止計(jì)數(shù)。僅當(dāng)時(shí)鐘輸入端是高電平時(shí)，使能輸入端才能有電平變化。當(dāng)可逆（ UD/ ）輸入端處于低電平時(shí)，進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)可逆（ UD/ ）輸入端處于高電平時(shí)，進(jìn)行減計(jì)數(shù)。僅當(dāng)時(shí)鐘輸入是高 電平時(shí)，可逆輸入才能有電平變化。這種計(jì)數(shù)器是可編程序的，即可通過將置數(shù)輸入置于低電平并在數(shù)據(jù)輸入端送入所需數(shù)據(jù)而將輸出端預(yù)置到任一電 7 平。輸出隨數(shù)據(jù)輸入而變，不受時(shí)鐘輸入電平的影響。根據(jù)這一特點(diǎn)，用置數(shù)輸入將計(jì)數(shù)長(zhǎng)度略加改變便可將計(jì)數(shù)器作模 — N 除法器使用。 時(shí)鐘、加 /減和置數(shù)輸入都加了緩沖器，從而大大降低驅(qū)動(dòng)要求。 為便于進(jìn)行級(jí)聯(lián)，采用了兩個(gè)輸出：脈沖時(shí)鐘輸出和最大 /最小計(jì)數(shù)輸出。當(dāng)計(jì)數(shù)器發(fā)生溢出或下溢時(shí)，后一輸出將產(chǎn)生一個(gè)高電平輸出脈沖，其寬度約等于時(shí)鐘的一個(gè)整周期。出現(xiàn)溢出或下溢情況時(shí)，脈沖時(shí)鐘輸出將產(chǎn) 生一個(gè)低電平輸出脈沖，其寬度等于時(shí)鐘輸入的低電平部分。若使用并行時(shí)鐘脈沖，則計(jì)數(shù)器的級(jí)聯(lián)方式是把脈沖時(shí)鐘輸出送到下一級(jí)計(jì)數(shù)器的使能輸入；若使用并行使能，則級(jí)聯(lián)方法是把脈沖時(shí)鐘輸出送到下一級(jí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入。高速應(yīng)用時(shí)，可用最大 /最小計(jì)數(shù)輸出進(jìn)行超前進(jìn)位。 圖 74LS190 的外引線排列 圖 CT74LS190 的時(shí)序波形 8 表 CT74LS190 功能表 二、定時(shí)器 定時(shí)器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時(shí)鐘脈沖產(chǎn)生器提供） 和十進(jìn)制 的 減法 計(jì) 數(shù)器構(gòu)成，要求計(jì)數(shù)器在狀態(tài)信號(hào) ST 作用下，首先 置數(shù) 25，然后在時(shí)鐘脈沖上升沿作用下，計(jì)數(shù)器從 25 開始進(jìn)行 減 1倒 計(jì)數(shù)，向控制器提供模 5 的定時(shí)信號(hào) TY 和模25的定時(shí)信號(hào) TL。 由兩片 74LS190 級(jí)聯(lián)組成的定時(shí)器電路如圖 所示。 圖 定時(shí)器電路圖 9 三、 控制器 控制器是交通管理的核心，它應(yīng)該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號(hào)燈工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。從 ASM 圖可以列出控制器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表 所示。選用兩個(gè) D觸發(fā)器 1FF 、 0FF 做為時(shí)序寄存器產(chǎn)生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換的條件為 LT 和YT ，當(dāng)控制器處于 1000nn? 狀態(tài)時(shí)，如果 LT ＝ 0，則控制器保持在 00 狀態(tài) 。如果 LT =1，則控制器轉(zhuǎn)換到 111001nn??? 狀態(tài)。這兩種情況與條件 YT 無關(guān)，所以用無關(guān)項(xiàng) “” 表示。其余情況依次類推，同時(shí)表中還列出了狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào) ST。 表 控制器狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 根據(jù)表 可以推出狀態(tài)方程和轉(zhuǎn)換信號(hào)方程，其方法是：將 11nQ? 、 10nQ? 和TS 為 1 的項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的輸人或狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件變量相與，其中 “ 1” 用原變量表示，“ 0” 用反變量表示，然后將各與項(xiàng)相或， 其狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程如圖 所示；其中，LT 表示 25進(jìn)制的進(jìn)位， YT 表示 5 進(jìn)制的進(jìn)位。 圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 寫出狀態(tài)方程和狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)方程為 ： 11 1 0 1 0 1 0n n n n n n nYYQ Q Q T Q Q Q Q T? ? ? ? （ 31） 10 1 0 1 0 1 0n n n n n n nLLQ Q Q T Q Q Q Q T? ? ? ? （ 32） 1 0 1 0 1 0 1 0n n n n n n n nT L L L LS Q Q T Q Q T Q Q T Q Q T? ? ? ? （ 33） 根據(jù) 以上三個(gè)邏輯函數(shù)可用多種方法實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用四選一數(shù)據(jù)選擇器74LS153 來實(shí)現(xiàn)，這種方法比較簡(jiǎn)單 。 00 01 11 10T Y =1T Y =1 T L =1T L =1 10 則 控制器的邏輯圖如圖 所示。 圖 控制器邏輯電路圖 三、 74LS53 和 74LS74 簡(jiǎn)介 圖 74LS153 的外引線排列 圖 所示為 74LS153 的外引線排列，包含了兩個(gè)選擇器，其中 C0、 C CC3為數(shù)據(jù)輸入端； A、 B為公共地址輸入端； 1G、 2G 為附加控制端，用于控制電路工作狀態(tài)和擴(kuò)展功能。 其功能表如表 所示： 11 表 74LS153 的功能表 由于 74LS153 不具備儲(chǔ)存功能，所以無法使各輸出保持要求達(dá)到的時(shí)間，因此必須用觸發(fā)器，這里選用了 74LS74 雙上升沿 D 觸發(fā)器，其外引線排列圖如圖 所示，其特性表如表 所示。 圖 74LS74 的外引線排列 表 74LS74 特性表 四、譯碼器 譯碼器的主要任務(wù)是將控制器的輸出 1Q 、 0Q 的 4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上 6 個(gè)信號(hào)燈的工作狀態(tài)。 燈亮狀態(tài)用“ 1”表示，燈滅狀態(tài)用“ 0”表示；甲車道的綠、黃、紅燈分別用 AG、 AY和 AR 表示；乙車道的綠、黃、紅燈分別用 BG