基于QuartusⅡ简易路口交通信号灯管理系统的仿真设计
2011级通信工程一班 刘志鹏
一、实验目的
通过此次自主设计、仿真完成过程，对QuartusⅡ加深认识，并且能密切地将其与实际问题联系在一起，增强自身独立解决实际问题的能力。
二、实验要求
在马路的十字路口，X和Y方向除了有红灯、绿灯、黄灯指示灯是否允许通行外，内部还设有倒计时时钟进行计数，控制允许通行和禁止通行的时间。为了实验方便，假定绿灯，黄灯，红灯的持续时间分别为5秒、2秒和7秒。当X方向或者Y方向出现警车、消防车、救护车等优先通行类车辆时，则X、Y方向红灯全亮，其他灯全灭，其他车辆禁止通行。当特殊状态结束后，恢复原来状态，继续正常运行。
三、实验需求分析
根据分析，此实验主要有两个功能：一是实现交通信号灯的时间控制，二是实现外部开关可以控制交通灯在特殊情况下的状态，而且当出现特殊情况下，交通信号灯的计数时间停止，以便特殊情况结束后信号灯恢复到正常状态。
四、设计过程
1、计数模块
本设计方案计数使用16进制加法计数器74161，采用异步置零的方法接成14进制计数器，计数状态从0000-1101，其中在0000-0004段控制绿灯亮，0005-0006段控制黄灯亮，0007-0013段控制红灯亮。计数电路图如下所示：
2、信号灯控制电路
记计数器输出为0123QQQQ，则控制交通信号灯的真值表为：
0123QQQQ G1 Y1 R1
0000 1 0 0
0001 1 0 0
0010 1 0 0
0011 1 0 0
0100 1 0 0
0101 0 1 0
0110 0 1 0
0111 0 0 1
1000 0 0 1
1001 0 0 1
1010 0 0 1 1011 0 0
1
1100 0 0
1
1101 0 0
1
经过整理化简状态方程，得到：
230123QQQQQQG
01230123QQQQQQQQY
01233QQQQQR
使用 QuartusⅡ仿真控制电路，得到图如下：
同理可得G2、Y2、R2的真值表，状态方程和电路连接情况略，计算方式与上面类似。 0123QQQQ G2 Y2 R2
0000 0 0 1
0001 0 0 1
0010 0 0 1
0011 0 0 1
0100 0 0 1
0101 0 0 1
0110 0 0 1
0111 1 0 0
1000 1 0 0
1001 1 0 0
1010 1 0 0
1011 1 0 0
1100 0 1 0
1101 0 1 0
3、特殊情况应急电路
利用一个外置的SWITCH（开关）对G、Y、R进行控制，即当SWITCH为1时，G和Y置0，R置1。此操作可用与门和或门实现。电路图如下所示。
4、特殊情况应急电路停止CLK信号输入电路
若SWITCH置1，则强迫CLK信号置1，计数器停止计数。待SWITCH置0的时候计数器恢复计数状态。电路图如下：
5、驱动7段LED灯数字显示控制电路
以G11—G17为例用信号灯控制电路的输出与CLK信号“与”，当作减法计数器74190的CLK信号。将74190采用置数的方法接成X进制减法计数器（X为当前信号灯工作的时间），再将74190的输出接入7segment7448，从而输出可以接7段LED灯的七个输入引脚。电路图如下所示：
6、总设计
将所有模块整合之后得到的总电路如下所示：
其中，G1、Y1、R1为X方向的信号灯，G2、Y2、R2为Y方向的信号灯。
G11—G17、Y11—Y17、R11—R17为X方向的倒计时LED时钟输入，G21—G27、Y11—Y27、R21—R27为Y方向的倒计时LED时钟输入。
五、输出波形仿真结果
1、当输入CLK信号，SWITCH置1时的仿真波形如下图
2、当SWITCH置0时的仿真波形如下图
可以看出，当SWITCH置1时，无论经过多少CLK信号，总是R=1，G=Y=0。且所有时钟停止。综上，此交通信号灯控制电路工作正常。
六、总结
经过缜密的设计步骤，交通信号灯控制电路基本设计完成。本设计实现了交通信号灯在时钟信号控制下的绿、黄、红灯的转换，并且提供了特殊情况的应急控制系统，有一定的实用性。除此之外，本实验还可以进行其他功能的扩展例如加入倒计时LED灯进行时间指示，有一定的可开发性。但是，本设计也有很多缺点，例如门电路过多，不宜装配；计数时间仅仅是模拟时间，比真实时间短很多。我也希望能有机会进行改善。
