基于MSI芯片的交通燈控制器設(shè)計(jì)

JournalofGuangxiVocationalAndTechnicalCollege廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報第2卷第1期2009年2月Vol.2No．1Feb．2009基于MSI芯片的交通燈控制器設(shè)計(jì)韋祿民（廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530226）【摘要】本文介紹了利用MSI芯片設(shè)計(jì)交通燈控制器。新控制器由時鐘信號發(fā)生器、主控制器、置數(shù)器、計(jì)數(shù)器、譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示電路等組成，它除了實(shí)現(xiàn)基本交通燈功能外，還具有倒計(jì)時顯示、時間設(shè)置功能。相比于采用單片機(jī)或FPGA實(shí)現(xiàn)交通燈設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)方法簡單，不需要軟件編程和調(diào)試。最后經(jīng)Proteus軟件仿真表明，新設(shè)計(jì)方法完全正確。【關(guān)鍵詞】MSI芯片交通燈設(shè)計(jì)仿真中圖分類號：U121文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-3083（2009）01-0007-03TheDesignofTrafficLightsControllerBasedonMSIChipsWeiLumin（GuangxiVocationalandTechnicalCollege，NanningGuangxi530226）【Abstract】ThispaperintroducesthedesignoftrafficlightscontrollerbasedondigitalMSIchips.Thenewcontrollerconsistsoftheclocksignalgenerator，themaincontroller，presetdatacircuit，counter，decodingdrivecircuitanddigitaldisplaycircuit.Itnotonlyworksasthebasicfunctionoftrafficlights，butalsosomenewfunction，suchascountdowndisplayandtimesettings.ComparedtothemethodsdesignedbySCMorFPGA，thenewdesigniseasyandsimplewithoutsoftwareprogramminganddebugging.Theresult，testedbyProteussoftwareemulation，indicatesthatthenewdesignsisfullyaccurate.【KeyWords】MSIchiptrafficlightdesignemulationMSI中規(guī)模數(shù)字集成電路從上世紀(jì)中后期以來，一直都沒有被廣大電子愛好者所遺忘。目前，交通燈倒計(jì)時顯示設(shè)計(jì)都采用單片機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，有的甚至采用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)。為了尋求簡單的實(shí)現(xiàn)方法，經(jīng)過反復(fù)仿真與修改，可以利用MSI芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)交通燈倒計(jì)時顯示的設(shè)計(jì)。倒計(jì)時計(jì)數(shù)器的不同預(yù)置數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)選擇器來存儲，并按照時序選擇輸送，由計(jì)數(shù)器構(gòu)成主控制器來協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作即可。也就是說，用簡單的芯片和方法實(shí)現(xiàn)了較復(fù)雜的電路功能。1交通燈控制器的基本組成交通燈控制器是由時鐘信號發(fā)生器、主控制器、置數(shù)器、計(jì)數(shù)器、信號燈譯碼驅(qū)動電路和數(shù)字顯示電路等幾部分組成。其框圖如圖1所示。收稿日期：2009－02－10作者簡介：韋祿民（1964-），男，大學(xué)本科，講師/高級技師，主要研究方向：電子應(yīng)用技術(shù)。7--廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報2009年2月2交通燈控制器主要電路的設(shè)計(jì)2.1主控制器設(shè)計(jì)十字路口車輛通行可分兩種情況：（1）有如交通事故之類的特殊情況的禁行。這時東西大道和南北大道均不通行，紅燈亮，倒計(jì)時停止且閃爍，其對應(yīng)的狀態(tài)為S=1××。（2）無特殊情況的通行。包含四種：①設(shè)開始時東西大道通行、綠燈亮，南北大道禁行、紅燈亮，持續(xù)時間為40秒；②東西、南北大道均禁行，東西大道黃燈亮，南北大道保持紅燈亮，持續(xù)時間為5秒；③東西大道禁行、紅燈亮，南北大道通行、綠燈亮，持續(xù)時間為30秒；④東西、南北大道均禁行，東西大道保持紅燈亮，南北大道黃燈亮，持續(xù)時間還是為5秒。接下來回到第一種情況，如此反復(fù)循環(huán)。因此，要求主控制器也要有4種狀態(tài)。設(shè)這4種狀態(tài)依次為：S0、S1、S2、S3。狀態(tài)圖轉(zhuǎn)換如圖2所示。設(shè)S0=000，S1=001，S2=010，S3=011。實(shí)現(xiàn)這4個狀態(tài)的電路，可用74LS192實(shí)現(xiàn)，其電路如圖3所示。K0是清零按鍵，由位置1切換到位置2實(shí)現(xiàn)。K1、K2是交通道路特殊狀態(tài)控制按鍵，有特殊情況按K1，使C=1，即主控制器進(jìn)入S=1××狀態(tài)；特殊情況處理結(jié)束后，按K2使C＝0，即S0、S1、S2、S3最高位代碼為0，恢復(fù)正常通車的控制。CP1、CP2來自倒計(jì)時計(jì)數(shù)電路，CP2用于控制S0、S1、S2、S3低二位代碼的轉(zhuǎn)換，并由U12的輸出端Q1Q0輸出。令A(yù)=Q0，B=Q1。CP1作用于U11，實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)據(jù)電路中74153地址碼的生成。A、B、C三路信號用于信號燈的控制，C還兼做停止計(jì)時的閃爍效果控制，C和秒脈沖信號CP“與非”后控制CD4511的BI端實(shí)現(xiàn)，用于封鎖秒脈沖信號，實(shí)現(xiàn)停止計(jì)時控制。2.2倒計(jì)時計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)倒計(jì)時計(jì)數(shù)器用74LS192來設(shè)計(jì)，電路如圖4所示。秒脈沖信號和交通道路特殊情況控制信號經(jīng)與非門U5：A后送到個位片U2的DN端，十位片的DN端連接到U1的Q3端，U1、U2預(yù)置端D0-D3的數(shù)據(jù)來自74LS153的Y端。用預(yù)置數(shù)法實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，且十位、個位片U1、U2的預(yù)置數(shù)據(jù)（可視需要更改，硬件上用撥動開關(guān)實(shí)現(xiàn)）按表1設(shè)置。圖1交通燈控制器的組成框圖圖2狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖圖3主控制器電路圖圖4由兩片74LS192級聯(lián)構(gòu)成倒計(jì)時計(jì)數(shù)電路8--第1期U1、U2的預(yù)置數(shù)據(jù)由圖5所示電路提供。74LS153的地址碼AB由主控器中U11的Q1Q0決定。由于U1、U2的預(yù)置時刻是在倒計(jì)時計(jì)數(shù)器到“00”秒時由U1、U2的TCD信號經(jīng)或門U6：A后形成，考慮到芯片的延遲和控制脈沖容易形成，選在“03”秒時就對主控器中U11產(chǎn)生驅(qū)動脈沖，從而實(shí)現(xiàn)U1、U2預(yù)置數(shù)據(jù)的可靠傳送。2.3控制信號燈譯碼電路的設(shè)計(jì)主控制器的4種狀態(tài)分別要控制東西大道和南北大道的紅、黃、綠燈的亮滅?，F(xiàn)設(shè)東西、南北大道的紅、黃、綠燈分別用R、Y、G和r、y、g表示，運(yùn)用組合邏輯電路的設(shè)計(jì)方法，可得交通信號燈譯碼電路邏輯電路如圖6所示。3仿真在本設(shè)計(jì)中利用Proteus軟件仿真，該軟件是英國Labcenterelectronics公司的EDA工具軟件。本設(shè)計(jì)中所用MSI芯片均能在Proteus的元件庫里找到，畫好仿真電路并修訂元件的參數(shù)即可仿真。通過仿真，電路實(shí)現(xiàn)對十字路口交通燈基本功能的控制，并具有倒計(jì)時顯示、時間設(shè)置功能。4結(jié)語該交通燈控制器基于MSI芯片設(shè)計(jì)，相比于采用單片機(jī)或FPGA實(shí)現(xiàn)的交通燈設(shè)計(jì)，新設(shè)計(jì)方法簡單，不需要軟件編程和調(diào)試，電路的組裝、調(diào)試和維護(hù)方便，通過Proteus軟件仿真結(jié)果表明，新設(shè)計(jì)方法完全正確。參考文獻(xiàn)：［1］康華光，鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].北京：高等教育出版社，2003［2］李中發(fā)，莊宜松，何利民等.數(shù)字電子技術(shù)[M].北京：水利水電出版社，2001［3］李海.74系列芯片手冊[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，1999［4］楊貴，鄭善賢.基于FPGA的交通燈控制器實(shí)現(xiàn)[J].中國儀器儀表，2003（