城市交通信号灯控制系统的设计与仿真

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1、万方数据2009年2月绵阳师范学院学报Feb．，2009城市交通信号灯控制系统的设计与仿真周功明1，周陈琛2(1绵阳师范学院物理与电子工程学院，四川绵阳621000；2汕头大学工学院电子系。广东汕头515000)摘要：电子5--作平台ElectronicsWorkbench6．0(EWB6．0)是电子设计自动化(EDA)技术的优秀软件之一。该软件采用图形方式创建电路，形象逼真，操作方便，与著名的电路分析软件“SPICE”完全兼容。该文详细论述了使用EWB6．0这种EDA软件作为电子工作台的强大功能。并以城

2、市交通信号灯控制系统的设计为例。阐述如何应用该软件进行数字电路系统的设计与仿真。关键词：EDA；EWB6．O；交通信号灯；控制系统中图分类号：TN911．3文献标识码：A文章编号：1672-612x(2009)02-0028-050引言电子工作平台ElectronicsWorkbench6．0(EWB6．0，现称为MultiSim2001)软件是加拿大InteractiveIm—ageTechnologies公司推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，是电子设计自动化(EDA)技术的优秀软件之一。该软件采

3、用图形方式创建电路，形象逼真，操作方便，与著名的电路分析软件“SPICE”完全兼容。本文详细论述了使用EWB6．0这种EDA软-红黄绿1徽舞篇r秘l髓搠整体规划与设计lo毒k善1．1系统功能要求十字路口交通信号灯控制示意图如图l所示。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显示还剩余多少时间将改变信号灯的数码显示器。要求：主、支干道交替通行，通行时间均可在0—99s内任意设定；绿灯换红灯前，黄灯先亮较短时间(也可在0—99s内任意设定)，用以等待十字路口内滞留车辆通过

4、；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L船r]h-d-剑llIo*一支干道圈1+宇路口交通倍号灯控制示意图Fig．1Schematicdiagramofcontroloftra伍cli#t8atacrossroads为无效态)；在减计数器回零瞬间完成十字路口通行状态的转换(换灯)。1．2系统工作流程图设主干道通行时间为Nl，支干道通行时间为N2，主、支干道黄灯亮的时间均为N3，通常主干道车流量大，支干道车流量小，通行时间设置为N1>N2>>N3。系统工作流程图如图2所示。1

5、．3系统硬件结构框图根据系统要求，设计系统硬件结构框图如图3所示。图中秒信号发生器产生标准的秒信号。可预置计数器进行递减计数，根据置数控制电路的控制信号，计数的长短可作相应调整，计数完成后产生一个输出收稿日期：2008-03-24作者简介：月功明(1963一)，男，副教授，主要研究方向：电子信息科学技术。万方数据第1l期周功明等：城市交通信号灯控制系统的设计与仿真·29·信号到状态控制电路，状态控制电路经过译码，驱动主干道和支干道的红、黄、绿三色灯作相应的状态变化。可预置计数器计数状态通过数码显示电路显示

6、相应计数值。主下道绿灯亮．支干道红灯亮I计数器由NI到1递减计致lS0主干道黄灯亮．支干道红灯亮计数I嚣由N3列I递减计数lsl主干道红灯亮．支干道绿灯亮计I敷器由N2到l递减计数I眈主干道红灯亮．支干道黄灯亮l计数器由^『3到I递减计数l酗图2系统工作流程图Fig．2Flowchartsystem2各部分单元电路设计图3系统硬件结构框图Fig．3Structureofthesystemhardware2．1状态控制及信号灯指示电路2．1．1状态控制电路由流程图可见，系统有4种不同的工作状态(So～S3)

7、，选用四位二进制递增计数器74163作状态控制电路，可选中74163然后单击工具栏中帮助按钮“?”得到74163的功能表，其电路符号参见图4，取低两位输出QB、QA作状态控制电路的输出。状态编码So、Sl、S2、s3分别为oo、01、10、11。2．1．2信号灯指示电路该电路也称状态译码器。以状态控制电路的输出(QB、QA)作译码器的输入变量，根据4种不同通行状态对主、支干道信号灯的控制要求，列出如表1所示的指示灯驱动函数真值表。经化简(可利用逻辑转换仪)得六个指示灯驱动函数：R=Q卧r=Q：、Y=Q；Q

8、¨Y=Q。Q小G=q'．ql、g=Q。Q：表1指示灯驱动函数真值表Table1Light—drivenfunctiontruthtable根据指示灯驱动函数逻辑表达式，可画出信号灯指示电路。将状态控制电路、信号灯指示电路及模拟三色信号灯相连接，构成状态控制及信号灯指示电路如图4所示。为了便于调试和简化系统总图，我们采用子电路图表示法，将虚线框内的74163和组合逻辑电路放在一起定义为子电路KZDL。用子电路表示的控制及信号灯指