基于QuartusII的十字路口交通灯控制电路设计与仿真实现

-130-设计应用》》的寻优过程，列出了优化前后汽车各挡速比、汽车动力性以及燃料经济性的对比。4.结论介绍汽车传动系统的优化设计方法，提出以燃油消耗量为目标函数，动力性指标为约束条件，应用复合形法求解。然后介绍了传动系参数优化程序，在动力燃油经济行等方面做了模拟计算，最后对其传动系进行了参数优化。参考文献[1]王铁,武玉维.重型载货汽车动力传动系统参数优化匹配[J].汽车技术,2010,9.[2]孙晓东.罚函数法在汽车传动系统最优匹配中的应用[J].机械设计与制造,2004,6.[3]齐晓杰,齐英杰编.汽车液压、液力与气压传动技术[M].化学工业出版社,2005,1.[4]文孝霞,杜子学.汽车动力传动系统匹配研究[J].重庆交通学院,2006,6.作者简介：任春非（1990—），女，山东德州人，研究方向：汽车运用工程。基于QuartusII的十字路口交通灯控制电路设计与仿真实现北京电子科技职业学院孙世菊梁金宏【摘要】本文以QuartusII软件为开发环境，采用原理图与图表模块输入法，设计十字路口交通灯控制电路，并仿真实现数字系统功能。【关键词】QuartusII；交通灯；控制电路1.引言EDA技术是以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计，它的应用大大简化了硬件电路的设计过程，QuartusII软件作为FPGA/CPLD集成开发环境，它提供了一种与结构无关的设计环境，使设计者能方便地进行设计输入、快速处理和器件编程。采用数字电子技术实现数字信息处理、传输、控制的数字逻辑单元集合称为数字系统，数字系统一般由数据子系统和控制子系统构成。数据子系统由寄存器和组合电路构成，寄存器用于暂存信息，组合电路实现对数据的加工和处理。在一个操作步骤中，控制子系统发出命令信号给数据子系统，数据子系统完成命令信号所规定的操作。在下一个操作步骤中，控制子系统发出另一组命令信号，命令数据子系统完成相应的操作，通过多步操作(也称操作序列)，数字系统完成一个操作任务，控制子系统接收数据子系统的状态信息及外部输入来选择下一步的操作。控制子系统决定数据子系统的操作和操作序列。控制子系统决定操作步骤，它根据外部输入控制信号和数据子系统的状态信号来确定下一个操作步骤。控制子系统控制数字系统的整个操作过程。本文利用QuartusII软件，设计仿真实现十字路口交通灯控制电路。2.系统功能与使用要求十字路口交通灯控制系统要完成对十字路口交通信号灯的控制，系统功能与使用要求如下：(1)十字路口由一条东西方向的主干道和南北方向的支干道构成，主干道和支干道均有红、绿、黄3种信号灯。(2)通常保持主干道绿灯、支干道红灯，只有当支干道有车时，才转为主干道红灯，支干道绿灯。(3)绿灯转为红灯过程中，先由绿灯转为黄灯，5s后再由黄灯转为红灯；同时对方才由红灯转为绿灯。(4)当两个方向同时有车时，红、绿灯应每隔30s变换一次，应扣除绿灯转红灯过程中有5s黄灯过渡，绿灯实际只亮25s。(5)若仅一个方向有车时，处理方法是：①该方向原来为红灯时，另一个方向立即由绿灯变为黄灯，5s后再由黄灯变为红灯，同时本方向由红灯变为绿灯。②该方向原来为绿灯时，继续保持绿灯。当另一方向由车来时，作两个方向均有车处理。3.总体方案设计根据交通灯控制系统的功能，车辆传感器及交通示意图，如图1所示：图1 车辆传感器及交通示意图(1)在东西南北4个方向各装1个车辆传感器，有车用1表示，无车用0表示。主干道(A道)的东西分别为AX1和AX2，只要AX1和AX2中有一个为1，就说明A道有车，令AX=AX1+AX2。支干道(B道)的南北分别为BX1和BX2，只要BX1或BX2中有一个为1，就说明B道有车，令BX=BX1+BX2。(2)设黄灯5s时间到时T5=1，时间未到时T5=0；5s定时器由五进制计数器构成，C5是控制信号。设绿灯25s时间到时，T25=1，时间未到时T25=0；25s定时器由二十五进制计数器构成，从C25是控制信号。(3)设主干道由绿灯转为黄灯的条件为AK，AK=0时绿灯继续，当AK=1时立即由绿灯转为黄灯。设支干道由绿灯转为黄灯转为黄灯的条件为BK，当BK=0时绿灯继续，当BK=1时立即由绿灯转为黄灯。AK、BK与T25、AX、BX有关。(4)设主干道的东侧绿灯、黄灯、红灯分别为AG1、AY1、AR1，主干道的西侧绿灯、黄灯、红灯分别为AG2、AY2、AR2。AG1、AG2、AY1、AY2、AR1、AR2分别并联，即它们同时点亮或熄灭，分别用AG、AY、AR表示。设支干道的南侧绿灯、黄灯、红灯分别为BG1、BY1、BR1，支干道的北侧绿灯、黄灯、红灯分别为BG2、BY2、BR2。BG1、BG2、BY1、BY2、BR1、BR2分别并联，即它们同时点亮或熄灭，分别用BG、BY、BR表示，两个方向的交通灯有4种输出状态.4.数据子系统设计交通灯控制系统的数字子系统只有25s定时器和5s定时器。假设基准时钟周期CP为1s，则需要设计一个二十五进制计数器和一个五进制计数器，且每个计数器应具有计数器使能控制端和计时间到信号输出端。本设计中计数器采用可异步清零、同步置位的4位十进制加-131-设计应用》》法计数器74LS160构成。采用反馈置数法将十进制计数器74LS160设置成五进制计数器。在74LS160的数据输入端有D3D2D1D0=0000，当输入4个计数脉冲后，计数器有Q3Q2Q1Q0=0100。74LS160是同步预置数的，且低电平有效；在预置信号为低电平时并不立即置数，而必须再有一个有效时钟信号，才能完成置数功能，使计数器的状态为Q3Q2Q1Q0=0000。二十五进制计数器是采用2片74LS160同步级联方式实现的。个位74LS160完成十进制计数，并将其进位输出至十位74LS160的计数控制端P。为实现“逢25清零”功能，当计数到24个时钟脉冲时，使2片74LS160的清零端输出低电平，在下一个时钟脉冲上升沿到来时，整个计数器复位到全0状态。只有当个位74LS160的计数状态为Q3Q2Q1Q0=0100，且十位74LS160的计数状态为Q3Q2Q1Q0=0010时，2片74LS160的清零端LD’能同时为0。在五进制计数器中，当C5=1时，5s定时器开始工作；当5s定时时间到，T5=1。在二十五进制计数器中，当C25=1时，25s定时器开始工作；当25s定时时间到，T25=1。5.控制子系统设计设控制子系统的初始状态为S0，此时主干道A道为绿灯，支干道B道为红灯。要想脱离该状态转入A道黄灯、B道红灯的S1状态，必须同时满足如下条件：B道有车(BX=1)；A道无车(AX=0)，或者25s定时时间到(T25=1)。也就是，AK=BX(AX’+T25)。同样，在S2状态，此时主干道A道为红灯，支干道B道为绿灯。要想脱离该状态转入B道黄灯、A道红灯的S3状态，只需要满足如下一种条件：B道无车(BX=0)；A道有车(AX=1)，且25s定时时间到(T25=1)，也就是，BK=BX’+AX·T25。根据以上分析，可以列出交通灯控制器状态转换表，如表2所示。根据交通灯控制器激励表状态，以及输入和输出变量，选用两个4选1数据选择器74LS153分别实现AK和BK，选用另一个4选1数据选择器74LS153实现表中的转换条件。由状态转换图可知共有4个状态，故只需选用74LS161的QB和QA。控制输出使用2线-4线译码器74LS139，因译码器输出是低电平有效，故需要加反相器。为此，十字路口交通灯控制子系统逻辑电路如图2所示。6.十字路口交通灯控制电路仿真实现将控制子系统模块电路和2个定时器模块电路进行连接，得到实现交通灯控制的逻辑电路。该电路有2个数据信号输入AX、BX，一个时钟信号输入CP，一个复位信号RESET’(低电平有效)，6个输出信号AR、AY、AG、BR、BY、BG。采用QuartusⅡ提供的各种常用逻辑部件，通过原理图输入，实现十字路口交通灯控制系统。输入的原理图如图2所示。编译并进行时序仿真，结果如图3所示。7.结论根据数字系统功能要求，利用Qu-artusII软件，设计完成了十字路口交通灯控制电路，并进行了仿真实现，通过仿真结果，可以看出完成后的系统满足设计要求。参考文献[1]郑燕.基于vhdl语言与quartus ii软件的可编程逻辑器件应用与开发[M].北京:国防工业出版社,2007.[2]周润景,苏良碧.基于quartus ii的fpga/cpld数字系统设计实例(第2版)[M].北京:电子工业出版社,2013.基金项目：院级课题（编号：YYK2013005）。作者简介：孙世菊（1978—），女，硕士，讲师，研究方向：电子信息。表2 交通灯控制器状态转换表说明输入次态(Q1Q0)输出现态(Q1Q0)转换条件AGAYARBGBYBRC25C5A道绿灯B道红灯S0(00)AK=1S0(01)10000110A道黄灯B道红灯S1(01)T5=1S1(10)01000101A道红灯B道绿灯S2(10)PK=1S3(11)00110010A道红灯B道黄灯S3(11)T5=1S0(00)00101001图2 十字路口交通灯控制电路图3 十字路口交通灯控制电路仿真结果基于QuartusII的十字路口交通灯控制电路设计与仿真实现作者：孙世菊，梁金宏作者单位：北京电子科技职业学院刊名：电子世界英文刊名：ElectronicsWorld年，卷(期)：2014(1)参考文献(2条)1.郑燕基于vhdl语言与quartusi软件的可编程逻辑器件应用与开发20072.周润景;苏良碧基于quartusi的fpga/cpld数字系统设计实例(第2版)2013本文链接：