交通信号控制系统雏形及改进方向

         从上一篇博客的设计中, 我汲取了些许设计交通信号控制系统的灵感——即将一大段时间切分为多段时间, 在每段时间内完成独立的工作即可. 落实到交通信号控制系统上, 前面这句话可这样理解: 将一大段时间切分为三段时间, 按照时间长短分配给红灯、黄灯和绿灯, 在这一段只属于某一种灯的时间内, 该种灯亮起, 其它灯熄灭. 

        在这里, 为了模拟路口交通控制系统的运行, 我将74160以同步置数法构成同步8进制加法计数器, 这样电路共有8个有效状态000、001、010、... 、011. 我是这样划分信号亮起时间的: 

        设南北方向红灯亮与灭为变量R0: R0=0时该灯熄灭, R0=1时该灯点亮.

           东西方向红灯亮与灭为变量R1:  R1=0时该灯熄灭, R1=1时该灯点亮.

        设南北方向黄灯亮与灭为变量Y0: Y0=0时该灯熄灭, Y0=1时该灯点亮.

           东西方向黄灯亮与灭为变量Y1: Y1=0时该灯熄灭, Y1=1时该灯点亮.

        设南北方向绿灯亮与灭为变量G0: G0=0时该灯熄灭, G0=1时该灯点亮.

           东西方向绿灯亮与灭为变量G1: G0=0时该灯熄灭, G1=1时该灯点亮.

        根据上述设定, 得到下述两张状态表:

        化简后, 得到六个逻辑表达式:

            R0=Q2', Y0=Q2Q1Q0, G0=Q2·(Q1·Q0)'.

            R1=Q2,  Y1=Q2'Q1Q0,G1=Q2'·(Q1·Q0)'.

        按照求出的逻辑表达式, 绘制电路逻辑图:

        当然, 要想设计功能较为完善的交通控制系统, 其电路复杂度要远超本例. 我给大家举个例子, 若南北方向通行时间为26秒, 黄灯等待/通行时间为3秒, 红灯等待时间为71s: 根据上述假设, 共需要26+3+71=100个有效状态. 

       我们可以用2片74160以ENT引脚设计法来构成同步100进制加法计数器, 其中0~70划分给南北方向红灯, 71~96划分给南北方向黄灯, 97~99划分给南北方向绿灯. 根据这里的分析, 我们来画图讨论一下设计方案: 

        和上面的约定(变量设定)一样, 先来看南北方向: 当电路状态为0~70时, R0=1, 其余时刻R0=0; 当电路状态为71~96时, G0=1, 其余时刻G0=0; 当电路状态为97~99时, Y0=1, 其余时刻Y0=0. 再来看东西方向: 当电路状态为0~67时, G1=1, 其余时刻G1=0; 当电路状态为68~70时, Y1=1, 其余时刻Y1=0; 当电路状态为71~99时, R1=1, 其余时刻R1=0.

        注意这里说状态(比如)92并不是直接转二进制数就可计算出来, 而是采用8421码与10进制数的转换方式来转换: 92 -> 1001 0010. 这样看来, 真值表共有8个输入变量, 电路化简的难度较大. 所以, 设计一个简易的交通信号控制系统可是项大工程. 

        除了电路化简难度较大, 还要在路口增设基本的显示系统, 这需要根据两个方向的逻辑来增设两套译码系统, 其设计复杂度也较高, 对于初学者来说难度较大. 

        若日后我能将此问题完整设计出来, 我会发布到博客中和大家分享的.