9.5 交通信号灯自动定时控制系统
交通信号灯自动定时控制系统用若中小规模数字集成电路实现非常方便，而且便于在EWB 内进行仿真实验。
设系统工作的十字路口由主、支两条干道构成，四路口均设红、黄、绿三色信号灯和用于计时的两位由数码管显示的十进制计数器，其示意图由图
9.5—1所示，系统设计与仿真过程如下。
主干道
支干道
红 黄 绿
红 黄 绿红 黄
绿
红 黄 绿
图9.5—1 十字路口交通信号系统示意图 1. 系统功能要求
（1）主、支干道交替通行，通行时间均可在0~99秒内任意设定。
（2）每次绿灯换红灯前，黄灯先亮较短时间（也可在0~99秒内任意设定），用以 等待十字路口内滞留车辆通过。
（3）主支干道通行时间和黄灯亮的时间均由同一计数器按减计数方式计数（零状态为无效态）。
（4）在减计数器回零瞬间完成十字路口通行状态的转换（换灯）。
（5）计数器的状态由显示器件库中的带译码器七段数码管显示，红、黄、绿三色信号灯由显示器件库中的指示灯模拟。
2. 系统工作流程图
设主干道通行时间为N 1，支干道通行时间为N 2，主、支干道黄灯亮的时间均为N 3，通常设置为N 1>N 2>>N 3。
系统工作流程图如图9.4—2所示。
计数器由 N2 到 1 递减计数主干道红灯亮，支干道黄灯亮
计数器由 N3 到 1 递减计数主干道红灯亮，支干道绿灯亮
S2
S3
S0
主干道绿灯亮，支干道红灯亮
计数器由 N1 到 1 递减计数主干道黄灯亮，支干道红灯亮
S1
计数器由 N3 到 1 递减计数
图9.5—2 系统工作流程图
3. 系统硬件结构框图
根据系统工作流程要求，设计硬件结构框图如图9.5—3所示
图9.5—3 系统硬件结构框图
4. 系统单元电路设计
(1)状态控制器
由流程图可见，系统有4种不同的工作状态（S 0 S 3），选用四位二进制递增集成计数器74163作状态控制器，74163的功能表见图9.5—4，电路符号参见图9.5—5，取低两位输出Q B 、Q A 作状态控制器的输出。
状态编码S 0、S 1、S 2、S 3分别为00、01 、10、11。
图9.5—4 74163 功能表
（2）状态译码器
以状态控制器输出（Q B、Q A）作译码器的输入变量，根据四个不同通行状态对主、支干道信三色号灯的控制要求，列出灯控函数真值表，如表9.5—1所示。
控制器状态主干道支干道
Q B Q A R（红）Y（黄）G（绿）r（红）y（黄）g（绿）
00 0 0 1 1 0 0
0 1 0 1 0 1 0 0
10 1 0 0 0 0 1
1 1 1 0 0 0 1 0
表9.5—1灯控函数真值表
经化简获得六个灯控函数：
R=Q B r= Q/B
Y=Q/B Q A y= Q B Q A
G= Q/B Q/A g= Q B Q/A
根据灯控函数逻辑表达式，可画出状态译码器电路（见图9.5—5）。
将状态控制器、状态译码器以及模拟三色信号灯相连接，构成信号灯转换控制电路如图9.5—5所示。
图9.5—5三色信号灯转换控制电路
需要特别指出的是：上述获得状态译码电路的过程完全可以借助EWB自动进行，在EWB主界面下，打开仪器库调出逻辑转换仪。
在逻辑转换仪面板上的真值表内填入某灯控函数值，按下“真值表 简化逻辑函数”按钮，即可得到简化的灯控逻辑函数。
为了便于调试和画系统总图简便，我们将图9.5—5 中虚线框内电路用子电路KZQ 表示。
用子电路表示的三色信号灯转换控制电路如图9.5—6所示。
图9.5—6 用子电路表示的三色信号灯控制电路
（3）递减计时系统
选用两片74190十进制可逆计数器（功能表参见8.5节图8.5—1）构成2位十进制可预置数的递减计数器（如图9.5—7所示）。
两片计数器之间采用异步级连方式，利用个位计数器的借位输出脉冲（RCO/）直接作为十位计数器的计数脉冲（CLK），个位计数器输入秒脉冲作为计数脉冲。
选用两只带译码功能的七段显示数码管实现两位十进制数显示。
D1、、C1、B1、A1和D0、、C0、B0、A0是十位和个位计数器的8421码置数输入端。
由74190功能表可知，该计数器在零状态时RCO/端输出低电平。
我们将个位与十位计数器的RCO/端通过或门控制两片计数器的置数控制端LOAD/（低电平有效），从而实现了计数器减计数至“00”状态瞬间完成置数的要求。
通过8421码置数输入端，可以选择100以内的数值，实现0～100秒内自由选择的定时要求。
图9.5—7 具有预置数功能的递减计数系统
同样，为了简化系统，我们将图9.5—7中虚线框内部分电路用子电路JFJSQ替代，将减计数器中或门（OR）输出的置数控制信号由ZS端引出作为状态控制器的状态转换控制脉冲。
用子电路表示的具有预置数功能的减计数器如图9.5—8所示。
9.5—8 可预置数的递减计数器子电路表示方式
（4）递减计数器的分时置数控制
为使系统简化，我们用同一递减计数器分时显示主、支干道通行时间（即主、支干道绿灯亮的时间）和主支干道通行转换中黄灯亮的时间，为此，必需解决好分时置数问题。
选用三片74465八路单向三态传输门（功能表如图9.5—9所示）实现的递减计数器分时置数控制电路如图9.5—10所示。
三片74465输入端分别以8421BCD码形式设定主、支干道通行时间和黄灯亮的时间，输出端分别按高、低位对应关系并联后按D7～D0由高位到低位排列后，接到递减计数器的置数输入端。
三片74465的选通控制端G2/分别命名为AG/、Ag/和AY/，由主、支干道的绿灯和黄灯分别选通（低电平有效），完成对递减计数器的预置数。
三片74465任何时刻只能有一片选通，其他两片输出端均处于高阻
图9.5—8 八路单向三态传输门74465功能表
图9.5—9 递减计数器的分时置数控制系统
在图9.5—9所示递减计数器分时置数控制电路中，将虚线框内的电路用子电路DLXZ表示后，的简化的置数控制电路如图9.5—10所示。
图9.5—10 用子电路表示的分时置数控制系统
（5）秒脉冲发生器
秒脉冲发生器可由555多谐振荡器构成，为简化电路，直接选用秒脉冲信号源代替秒脉冲发生器。
5. 系统组装与调试
在EWB主界面内，用粘贴的方法将上述5部分单元电路置于同一界面内，再按照各自对应关系相互连接构成的交通信号灯自动定时控制系统如图9.5—11所示。
很明显，由于采用了子电路表示方法，使系统电路大大简化。
图9.5—11 交通信号灯自动定时控制系统
在该系统中，由G7～G0设定主干道通行时间为35秒，AG/由主干道绿灯亮时选通。
由g7～g0设定支干道通行时间25秒，Ag/由支干道绿灯亮时选通。
由Y7～Y0设定黄灯亮的时间为5秒，AY/由主干道或支干道黄灯亮时选通。
当递减计数器回零瞬间，置数控制
态控制器翻转为下一个工作状态，状态译码器完成换灯的同时选通下一片74465，计数器置入新的定时值并开始新状态下的减计数，当计数器减计数再次回零时又重复上述过程，这样信号灯就自动按设定时间交替转换。
在上述系统中，置数输入是根据定时时间的8421编码将相应输入端接高、低电平实现的，在实际应用中，可采用8421码数码拨盘，实现递减计数器的预置数控制。
在系统安装调试中，首先将各单元电路调试正常，然后再进行各单元电路之间的连接，要特别注意电路之间的高、低电平配合。
若系统组装完毕，“通电”测试，工作不正常，仍可将各单元电路拆开，引入秒脉冲单独调试。