在當(dāng)今世界，科學(xué)與技術(shù)日新月異，發(fā)明創(chuàng)造比比皆是，使我們的世界煥然一新。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式技術(shù)的逐步成熟，我們的社會(huì)生活加便利，體現(xiàn)在交通、購(gòu)物等方方面面。如今的智能交通今非昔比，是一個(gè)龐大而有序的交智能網(wǎng)絡(luò)，可以時(shí)事監(jiān)控及反饋一個(gè)城市的交通狀況，可以同時(shí)處理相當(dāng)龐大的數(shù)據(jù)量，仿佛一張巨大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)交通信號(hào)燈是一個(gè)神經(jīng)元。目前，大部分信號(hào)燈采用體積小成本低控制簡(jiǎn)單的嵌入式技術(shù)。

一、信號(hào)燈設(shè)計(jì)要求

當(dāng)主要道路和分支道路上有車輛時(shí)，兩者交替通過(guò)，主要道路每次需要釋放 30 秒，主要道路每次釋放 20 秒。每次綠燈變紅時(shí)，黃燈需要點(diǎn)亮 5 秒鐘（原始紅燈不會(huì)改變）。

二、信號(hào)燈設(shè)計(jì)流程

（一）時(shí)鐘脈沖信號(hào)

時(shí)鐘脈沖信號(hào)由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生。由于電路中所需的脈沖信號(hào)周期為 1 s，我們選擇 1 Hz，5 V 脈沖信號(hào)發(fā)生器。則正極一端接 CLK 信號(hào)另一端接地，如圖 1 所示。

圖1 脈沖信號(hào)

（二）主狀態(tài)控制模塊

主控制電路是系統(tǒng)的核心，其輸入信號(hào)來(lái)自主道路和次級(jí)道路定時(shí)系統(tǒng)具有進(jìn)位輸出時(shí)產(chǎn)生的脈沖。其輸出一方面控制主路的狀態(tài)和次路的狀態(tài)，另一方面控制定時(shí)系統(tǒng)的設(shè)置。根據(jù)信號(hào)的狀態(tài)，為主要和次要道路計(jì)時(shí)器設(shè)置時(shí)間信號(hào)，允許計(jì)時(shí)器以預(yù)定間隔操作。主控制電路屬于時(shí)序邏輯電路，即四種狀態(tài)：主綠燈亮，支紅燈亮，主干道經(jīng)過(guò) ; 主黃燈亮和支紅燈亮，主道路停止通行 ; 主道路紅燈亮和支道綠燈亮，次要道路通過(guò); 主路紅燈亮和支路黃燈亮，次要道路停止通行。因此， 我們可以用 74 LS163 D 與 74 LS138 D 兩片連在一起組成四個(gè)狀態(tài)，通過(guò)譯碼器輸出一個(gè)進(jìn)位信號(hào)接回 74 LS163 D 的置數(shù)端， 實(shí)現(xiàn)四個(gè)狀態(tài)的循環(huán)轉(zhuǎn)換。74LS163D 與 74LS138D 兩片組成的主控電路的連接如圖 2 所示。

圖2 主控模塊

讓左 163 計(jì)數(shù)器的輸入 DCBA 接地，并且 EP 和 ET 應(yīng)連接到高電平以在計(jì)數(shù)狀態(tài)下工作。同步清除端子 CR 連接到高電平，輸出端子 QA，QB 和 QC 連接到譯碼器的輸入端。右3/8 解碼器的四個(gè)輸出是四個(gè)狀態(tài) S0，S1，S2 和 S3。S3 再作為同步置數(shù)信號(hào)接回 163，則 S0、 S1、 S2 和 S3 的狀態(tài)變化依次是 0111、1011、1101、1110。

（三）信號(hào)燈驅(qū)動(dòng)模塊

主控制器的四種狀態(tài)應(yīng)分別控制主路和支路紅燈和黃燈的開(kāi)啟和關(guān)閉。讓燈光亮為“1”，燈光滅為“0”。

（四）計(jì)時(shí)器模塊

定時(shí)器電路是設(shè)計(jì)的一個(gè)非常關(guān)鍵的部分，它可以分為輸入和輸出兩部分。除了脈沖時(shí)鐘信號(hào)之外，輸入信號(hào)還具有由主控制電路輸入的設(shè)定信號(hào)。輸出信號(hào)有三部分，它們是主干線和副干線的定時(shí)顯示電路，設(shè)定端開(kāi)關(guān)控制信號(hào)和主控制電路的脈沖控制信號(hào)。

1.計(jì)數(shù)器電路

在這部分我們使用兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片74LS190D 級(jí)聯(lián)。74 LS190 D 可以實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù)和減法計(jì)數(shù)，由U ^ / D 控制，并在輸入端為低電平時(shí)加計(jì)數(shù)。否則，它是減法計(jì)數(shù)。（CT）^ 是計(jì)數(shù)控制終端，當(dāng)它連接到低電平時(shí)才工作，（LD）^ 異步置數(shù)終端，（RC）^ 是行波時(shí)鐘輸出，CO / BO 是進(jìn)位 / 位移輸出。

2.設(shè)定端開(kāi)關(guān)信號(hào)和主控制器脈沖信號(hào)輸出電路

當(dāng)計(jì)數(shù)器完成一個(gè)狀態(tài)的計(jì)數(shù)后，需要產(chǎn)生一個(gè)反饋信號(hào)來(lái)打開(kāi)置數(shù)開(kāi)關(guān)，并使主控器切換到新的狀態(tài)。由于每次計(jì)數(shù)狀態(tài)完成，定時(shí)器將具有低電平進(jìn)位輸出經(jīng)反向后打開(kāi)置數(shù)開(kāi)關(guān)，同時(shí)送往主控器切換狀態(tài)。

3.主控端狀態(tài)控制的置數(shù)信號(hào)輸入

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)主路燈亮綠燈時(shí)，支路紅燈亮，計(jì)數(shù)器需要開(kāi)始計(jì)時(shí) 30s 信號(hào)，30s 后輸出進(jìn)位信號(hào)和主控脈沖信號(hào)。主控制電路進(jìn)入下一個(gè)狀態(tài)，計(jì)數(shù)器置 5s 信號(hào)。在 5s 計(jì)數(shù)后開(kāi)始倒計(jì)時(shí) 5s，輸出進(jìn)位脈沖和主控制脈沖信號(hào)。主控制器切換到下一個(gè)狀態(tài)，同時(shí)向計(jì)數(shù)器輸入 20s 的設(shè)定信號(hào)，支道綠燈亮主道為紅色。定時(shí)器倒計(jì)時(shí) 20s，20s 后，進(jìn)位輸出發(fā)送， 設(shè)定的置數(shù)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，主控制器接受脈沖切換狀態(tài)。并送出新的 5s 置數(shù)信號(hào)，此時(shí)，支路的黃燈亮起，主路亮紅燈。同時(shí)， 向計(jì)數(shù)器輸入 30s 設(shè)定信號(hào)。此時(shí)，主控制器完成狀態(tài)循環(huán)。