1．分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖
交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。它主要由控制器、定時器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中定時器和控制器的標準時鐘信號源，譯碼器輸出兩組信號燈的控制信號，經驅動電路后驅動信號燈工作，控制器是系統(tǒng)的主要部分，由它控制定時器和譯碼器的工作。圖中：
tl: 表示甲車道或乙車道綠燈亮的時間間隔為25秒，即車輛正常通行的時間間隔。定時時間到，tl=1，否則，tl=0。
ty：表示黃燈亮的時間間隔為5秒。定時時間到，ty=1，否則，ty=0。
st：表示定時器到了規(guī)定的時間后，由控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號。由它控制定時器開始下個工作狀態(tài)的定時。
圖1 交通燈控制系統(tǒng)的原理框圖
2．畫出交通燈控制器的asm（algorithmic state machine，算法狀態(tài)機）
（1）圖甲車道綠燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上的車輛允許通行，乙車道禁止通行。綠燈亮足規(guī)定的時間隔tl時，控制器發(fā)出狀態(tài)信號st，轉到下一工作狀態(tài)。
（2）甲車道黃燈亮，乙車道紅燈亮。表示甲車道上未過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行，乙車道禁止通行。黃燈亮足規(guī)定時間間隔ty時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號st，轉到下一工作狀態(tài)。
（3）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上的車輛允許通行綠燈亮足規(guī)定的時間間隔tl時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號st，轉到下一工作狀態(tài)。
（4）甲車道紅燈亮，乙車道黃燈亮。表示甲車道禁止通行，乙車道上位過縣停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛停止通行，已過停車線的車輛繼續(xù)通行。黃燈亮足規(guī)定的時間間隔ty時，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號st，系統(tǒng)又轉換到第（1）種工作狀態(tài)。
交通燈以上4種工作狀態(tài)的轉換是由控制器器進行控制的。設控制器的四種狀態(tài)編碼為00、01、11、10，并分別用s0、s1、s3、s2表示，則控制器的工作狀態(tài)及功能如表1所示，控制器應送出甲、乙車道紅、黃、綠燈的控制信號。為簡便起見，把燈的代號和燈的驅動信號合二為一，并作如下規(guī)定：
表1 控制器工作狀態(tài)及功能
控制狀態(tài) 信號燈狀態(tài) 車道運行狀態(tài)
s0（00） 甲綠，乙紅 甲車道通行，乙車道禁止通行
s1（01） 甲黃，乙紅 甲車道緩行，乙車道禁止通行
s3（11） 甲紅，乙綠 甲車道禁止通行，甲車道通行
s2（10） 甲紅，乙黃 甲車道禁止通行，甲車道緩行
ag=1：甲車道綠燈亮；
bg=1：乙車道綠燈亮；
ay=1：甲車道黃燈亮；
by=1：乙車道黃燈亮；
ar=1：甲車道紅燈亮；
by=1：乙車道紅燈亮；
由此得到交通燈的asm圖，如 圖2所示。設控制器的初始狀態(tài)為s0（用狀態(tài)框表示s0），當s0的持續(xù)時間小于25秒時，tl=0（用判斷框表示tl），控制器保持s0不變。只有當s0的持續(xù)時間等于25秒時，tl=1，控制器發(fā)出狀態(tài)轉換信號st（用條件輸出框表示st），并轉換到下一個工作狀態(tài)。依此類推可以弄懂asm圖所表達的含義。
3．單元電路的設計
（1）定時器
定時器由與系統(tǒng)秒脈沖（由時鐘脈沖產生器提供）同步的計數器構成，要求計數器在狀態(tài)信號st作用下，首先清零，然后在時鐘脈沖上升沿作用下，計數器從零開始進行增1計數，向控制器提供模5的定時信號ty和模25的定時信號tl。
計數器選用集成電路74ls163進行設計較簡便。74ls163是4位二進制同步計數器，它具有同步清零、同步置數的功能。74ls163的外引線排列圖和時序波形圖如圖3所示，其功能表如表2所示。圖中， 是低電平有效的同步清零輸入端， 是低電平有效才同步并行置數控制端，ctp、ctt是計 圖2 交通燈的asm圖數控制端，co是進位輸出端，d0～d3是并行數據輸入端，q0～q 3是數據輸出端。由兩片74ls163級聯組成的定時器電路如圖4所示。電路的工作原理請自行分析。
（a）
圖3 74ls163的外引線排列圖和時序波形圖
（2）控制器
控制器是交通管理的核心，它應該能夠按照交通管理規(guī)則控制信號燈工作狀態(tài)的轉換。從asm圖可以列出控制器的狀態(tài)轉換表，如表3所示。選用兩個d觸發(fā)器ff1、ffo做為時序寄存器產生 4種狀態(tài)，控制器狀態(tài)轉換的條件為tl和ty，當控制器處于q1n+1q0n+1＝ 00狀態(tài)時，如果tl＝ 0，則控制器保持在00狀態(tài)；如果，則控制器轉換到q1n+1q0n+1＝ 01狀態(tài)。這兩種情況與條件ty無關，所以用無關項x表示。其余情況依次類推，同時表中還列出了狀態(tài)轉換信號st。
圖4 定時器電路圖
表2 74ls163功能表
|
表3 控制器狀態(tài)轉換表
根據表3、可以推出狀態(tài)方程和轉換信號方程，其方法是：將q1n+1、q0n+1和 st為1的項所對應的輸人或狀態(tài)轉換條件變量相與，其中1用原變量表示，0用反變量表示，然后將各與項相或，即可得到下面的方程：
根據以上方程，選用數據選擇器 74ls153來實現每個d觸發(fā)器的輸入函數，將觸發(fā)器的現態(tài)值（ ）加到74ls153的數據選擇輸入端作為控制信號．即可實現控制器的功能?？刂破鞯倪壿媹D如圖5所示。圖中r、c構成上電復位電路 。
圖 5控制器邏輯圖
（3）譯碼器
譯碼器的主要任務是將控制器的輸出 q1、 q0的4種工作狀態(tài)，翻譯成甲、乙車道上6個信號燈的工作狀態(tài)?？刂破鞯臓顟B(tài)編碼與信號燈控制信號之間的關系如表 12、4所示。實現上述關系的譯碼電路請讀者自行設計。