在當今世界，科學與技術(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。隨著計算機技術(shù)和嵌入式技術(shù)的逐步成熟，我們的社會生活加便利，體現(xiàn)在交通、購物等方方面面。如今的智能交通今非昔比，是一個龐大而有序的交智能網(wǎng)絡，可以時事監(jiān)控及反饋一個城市的交通狀況，可以同時處理相當龐大的數(shù)據(jù)量，仿佛一張巨大的神經(jīng)網(wǎng)絡，每個交通信號燈是一個神經(jīng)元。目前，大部分信號燈采用體積小成本低控制簡單的嵌入式技術(shù)。

一、信號燈設(shè)計要求

當主要道路和分支道路上有車輛時，兩者交替通過，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，黃燈需要點亮 5 秒鐘（原始紅燈不會改變）。

二、信號燈設(shè)計流程

（一）時鐘脈沖信號

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

圖1 脈沖信號

（二）主狀態(tài)控制模塊

主控制電路是系統(tǒng)的核心，其輸入信號來自主道路和次級道路定時系統(tǒng)具有進位輸出時產(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)，另一方面控制定時系統(tǒng)的設(shè)置。根據(jù)信號的狀態(tài)，為主要和次要道路計時器設(shè)置時間信號，允許計時器以預定間隔操作。主控制電路屬于時序邏輯電路，即四種狀態(tài)：主綠燈亮，支紅燈亮，主干道經(jīng)過 ; 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; 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狀態(tài)，通過譯碼器輸出一個進位信號接回 74 LS163 D 的置數(shù)端， 實現(xiàn)四個狀態(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 計數(shù)器的輸入 DCBA 接地，并且 EP 和 ET 應連接到高電平以在計數(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 解碼器的四個輸出是四個狀態(tài) S0，S1，S2 和 S3。S3 再作為同步置數(shù)信號接回 163，則 S0、 S1、 S2 和 S3 的狀態(tài)變化依次是 0111、1011、1101、1110。

（三）信號燈驅(qū)動模塊

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

（四）計時器模塊

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

1.計數(shù)器電路

在這部分我們使用兩個十進制計數(shù)器芯片74LS190D 級聯(lián)。74 LS190 D 可以實現(xiàn)加法計數(shù)和減法計數(shù)，由U ^ / D 控制，并在輸入端為低電平時加計數(shù)。否則，它是減法計數(shù)。（CT）^ 是計數(shù)控制終端，當它連接到低電平時才工作，（LD）^ 異步置數(shù)終端，（RC）^ 是行波時鐘輸出，CO / BO 是進位 / 位移輸出。

2.設(shè)定端開關(guān)信號和主控制器脈沖信號輸出電路

當計數(shù)器完成一個狀態(tài)的計數(shù)后，需要產(chǎn)生一個反饋信號來打開置數(shù)開關(guān)，并使主控器切換到新的狀態(tài)。由于每次計數(shù)狀態(tài)完成，定時器將具有低電平進位輸出經(jīng)反向后打開置數(shù)開關(guān)，同時送往主控器切換狀態(tài)。

3.主控端狀態(tài)控制的置數(shù)信號輸入

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