交通灯控制电路设计案例

1、原理框图

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。

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。

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。

表3  译码驱动电路真值表

图4 译码器的参考电路