基于MSI芯片的交通灯控制器设计

JournalofGuangxiVocationalAndTechnicalCollege广西职业技术学院学报第2卷第1期2009年2月Vol.2No．1Feb．2009基于MSI芯片的交通灯控制器设计韦禄民（广西职业技术学院，广西南宁530226）【摘要】本文介绍了利用MSI芯片设计交通灯控制器。新控制器由时钟信号发生器、主控制器、置数器、计数器、译码驱动电路和数字显示电路等组成，它除了实现基本交通灯功能外，还具有倒计时显示、时间设置功能。相比于采用单片机或FPGA实现交通灯设计，新设计方法简单，不需要软件编程和调试。最后经Proteus软件仿真表明，新设计方法完全正确。【关键词】MSI芯片交通灯设计仿真中图分类号：U121文献标识码：A文章编号：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中规模数字集成电路从上世纪中后期以来，一直都没有被广大电子爱好者所遗忘。目前，交通灯倒计时显示设计都采用单片机技术实现，有的甚至采用FPGA技术实现。为了寻求简单的实现方法，经过反复仿真与修改，可以利用MSI芯片技术实现交通灯倒计时显示的设计。倒计时计数器的不同预置数据由数据选择器来存储，并按照时序选择输送，由计数器构成主控制器来协调系统工作即可。也就是说，用简单的芯片和方法实现了较复杂的电路功能。1交通灯控制器的基本组成交通灯控制器是由时钟信号发生器、主控制器、置数器、计数器、信号灯译码驱动电路和数字显示电路等几部分组成。其框图如图1所示。收稿日期：2009－02－10作者简介：韦禄民（1964-），男，大学本科，讲师/高级技师，主要研究方向：电子应用技术。7--广西职业技术学院学报2009年2月2交通灯控制器主要电路的设计2.1主控制器设计十字路口车辆通行可分两种情况：（1）有如交通事故之类的特殊情况的禁行。这时东西大道和南北大道均不通行，红灯亮，倒计时停止且闪烁，其对应的状态为S=1××。（2）无特殊情况的通行。包含四种：①设开始时东西大道通行、绿灯亮，南北大道禁行、红灯亮，持续时间为40秒；②东西、南北大道均禁行，东西大道黄灯亮，南北大道保持红灯亮，持续时间为5秒；③东西大道禁行、红灯亮，南北大道通行、绿灯亮，持续时间为30秒；④东西、南北大道均禁行，东西大道保持红灯亮，南北大道黄灯亮，持续时间还是为5秒。接下来回到第一种情况，如此反复循环。因此，要求主控制器也要有4种状态。设这4种状态依次为：S0、S1、S2、S3。状态图转换如图2所示。设S0=000，S1=001，S2=010，S3=011。实现这4个状态的电路，可用74LS192实现，其电路如图3所示。K0是清零按键，由位置1切换到位置2实现。K1、K2是交通道路特殊状态控制按键，有特殊情况按K1，使C=1，即主控制器进入S=1××状态；特殊情况处理结束后，按K2使C＝0，即S0、S1、S2、S3最高位代码为0，恢复正常通车的控制。CP1、CP2来自倒计时计数电路，CP2用于控制S0、S1、S2、S3低二位代码的转换，并由U12的输出端Q1Q0输出。令A=Q0，B=Q1。CP1作用于U11，实现预置数据电路中74153地址码的生成。A、B、C三路信号用于信号灯的控制，C还兼做停止计时的闪烁效果控制，C和秒脉冲信号CP“与非”后控制CD4511的BI端实现，用于封锁秒脉冲信号，实现停止计时控制。2.2倒计时计数器的设计倒计时计数器用74LS192来设计，电路如图4所示。秒脉冲信号和交通道路特殊情况控制信号经与非门U5：A后送到个位片U2的DN端，十位片的DN端连接到U1的Q3端，U1、U2预置端D0-D3的数据来自74LS153的Y端。用预置数法实现任意进制计数器的设计，且十位、个位片U1、U2的预置数据（可视需要更改，硬件上用拨动开关实现）按表1设置。图1交通灯控制器的组成框图图2状态转换图图3主控制器电路图图4由两片74LS192级联构成倒计时计数电路8--第1期U1、U2的预置数据由图5所示电路提供。74LS153的地址码AB由主控器中U11的Q1Q0决定。由于U1、U2的预置时刻是在倒计时计数器到“00”秒时由U1、U2的TCD信号经或门U6：A后形成，考虑到芯片的延迟和控制脉冲容易形成，选在“03”秒时就对主控器中U11产生驱动脉冲，从而实现U1、U2预置数据的可靠传送。2.3控制信号灯译码电路的设计主控制器的4种状态分别要控制东西大道和南北大道的红、黄、绿灯的亮灭。现设东西、南北大道的红、黄、绿灯分别用R、Y、G和r、y、g表示，运用组合逻辑电路的设计方法，可得交通信号灯译码电路逻辑电路如图6所示。3仿真在本设计中利用Proteus软件仿真，该软件是英国Labcenterelectronics公司的EDA工具软件。本设计中所用MSI芯片均能在Proteus的元件库里找到，画好仿真电路并修订元件的参数即可仿真。通过仿真，电路实现对十字路口交通灯基本功能的控制，并具有倒计时显示、时间设置功能。4结语该交通灯控制器基于MSI芯片设计，相比于采用单片机或FPGA实现的交通灯设计，新设计方法简单，不需要软件编程和调试，电路的组装、调试和维护方便，通过Proteus软件仿真结果表明，新设计方法完全正确。参考文献：［1］康华光，邹寿彬.电子技术基础（数字部分）[M].北京：高等教育出版社，2003［2］李中发，庄宜松，何利民等.数字电子技术[M].北京：水利水电出版社，2001［3］李海.74系列芯片手册[M].重庆：重庆大学出版社，1999［4］杨贵，郑善贤.基于FPGA的交通灯控制器实现[J].中国仪器仪表，2003（