帶紅閃的數(shù)字交通燈系統(tǒng)設(shè)計及其Proteus 仿真

苗國慶

（蘭州工業(yè)學(xué)院，甘肅 蘭州730050）

在中國共產(chǎn)黨的正確領(lǐng)導(dǎo)下，我們中華民族創(chuàng)造了新的輝煌，實現(xiàn)了從站起來、富起來到強起來的偉大飛躍，汽車的普及就是一個具有說服力的縮影。但是交通問題緊隨而來，十字路口更是交通事故的高發(fā)地段。所以在十字路口設(shè)置交通燈就顯得尤為重要。本文介紹的是一種采用數(shù)字電路設(shè)計實現(xiàn)的帶紅燈閃爍的十字路口交通燈控制系統(tǒng)。當(dāng)遇到突發(fā)事件，可由交警等人工撥動總控制開關(guān)，實現(xiàn)系統(tǒng)的暫停及復(fù)位。該系統(tǒng)在Proteus 中運行仿真，仿真結(jié)果良好，達到預(yù)期目標。

1 交通燈總設(shè)計方案

綠燈點亮既該方向車輛可通行，黃燈點亮既該方向已經(jīng)越過停車線的車輛可通行，紅燈點亮既該方向的車輛禁止通行?，F(xiàn)假設(shè)東西方向為主干道，南北方向為次干道。東西方向通行時間為40 秒（綠燈亮35 秒，黃燈亮5 秒），南北方向通行時間為30 秒（綠燈亮25 秒，黃燈亮5 秒）；滿足兩個方向的工作時序：即東西方向亮紅燈時間應(yīng)等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應(yīng)等于東西方向亮黃、綠燈時間之和；黃燈亮?xí)r，紅燈以一定頻率閃爍；作為時間提示，設(shè)計倒計時顯示電路，人們可更直觀地把握時間；仿真時用紅黃綠三色發(fā)光二極管作信號燈；設(shè)置手動控制功能，實現(xiàn)系統(tǒng)的可人工操作性。

2 工作電路分析與設(shè)計

2.1 時鐘電路

2.2 按鍵電路

本系統(tǒng)按鍵電路用的是雙向開關(guān)作為手動總開關(guān)，當(dāng)按鍵撥到左邊（SW1=1）時表示系統(tǒng)正常工作自動輪換，計數(shù)器置數(shù)/計時，實現(xiàn)交通燈的控制；當(dāng)按鍵撥到右邊（SW1=0）時表示發(fā)生特殊情況，計數(shù)器復(fù)位，交通燈保持主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。SW1 未直接接在觸發(fā)電路中，而是先通過一個RS 觸發(fā)器。主要是為了濾波去抖，仿真時即使沒有RS 觸發(fā)器，電路工作也正常，但實際中，如果不去抖，按鍵有抖動可能造成電路計時不準的情況。按鍵電路如圖2 所示。

圖1 時鐘電路

圖2 按鍵電路

2.3 置數(shù)/計時電路

此部分用了兩片74LS192 和一片74LS161。74LS161 在本系統(tǒng)中工作在加1 狀態(tài)，利用一片74LS161 四位二進制計數(shù)器實現(xiàn)S0，S1，S2，S3 四個狀態(tài)，用QA，QB，的00，01，10，11 四個狀態(tài)表示利用計數(shù)總控模塊產(chǎn)生的四種狀態(tài)S0，S1，S2，S3 列出真值表得出四種不同的置數(shù)，送到高位計數(shù)74LS192 和低位74LS192 的置數(shù)端。預(yù)置數(shù)邏輯表如表1 所示。

當(dāng)?shù)臀?4LS192 減至零，控制低位的192 芯片13 腳非同步借位輸出端產(chǎn)生一個向高位借位信號，高位減一，同時低位變成九，又依次遞減，從而實現(xiàn)減計數(shù)。當(dāng)74LS192 倒計時的數(shù)顯示為00 時高位192 芯片13 腳非同步借位輸出端發(fā)生變化，與74LS161 進行聯(lián)系，得到切換至下一狀態(tài)和預(yù)置信號，同時將切換后的狀態(tài)所對應(yīng)的時間又預(yù)置進192 芯片，從而就可實現(xiàn)狀態(tài)切換和預(yù)置數(shù)預(yù)置，既下一個計數(shù)從要求的數(shù)字開始倒數(shù)。置數(shù)/計時電路如圖3 所示。

表1 預(yù)置數(shù)邏輯表

圖3 置數(shù)/計時電路

2.4 帶紅閃的交通燈控制電路

74LS161 實現(xiàn)交通燈的跟隨計數(shù)的循環(huán)顯示，來實現(xiàn)在45、05、25、05 時換燈。將74LS161 的QA,QB 作為74LS139 譯碼器的輸入端,其輸出端接交通燈。

由于139 輸出端為低電平有效，所以燈得一端接139 的輸出端，另一端接Vcc，Vcc 和燈間加個保護電阻。每次當(dāng)黃燈亮?xí)r，紅燈以一定頻率閃爍。將東西主干道的黃燈和139 連接的輸出信號經(jīng)過非門，再和時鐘信號經(jīng)過與非門，再和東西主干道綠燈和139 連接的輸出信號接與門，再接到南北次干道的紅燈上，實現(xiàn)主干道黃燈亮?xí)r，次干道紅燈閃爍。將南北次干道的黃燈和139 連接的輸出信號經(jīng)過非門，再和時鐘信號經(jīng)過與非門，再和南北次干道綠燈和139 連接的輸出信號接與門，再接到東西主干道的紅燈上，實現(xiàn)次干道黃燈亮?xí)r，主干道紅燈閃爍。帶紅閃的交通燈控制電路如圖4 所示。

2.5 顯示電路

顯示電路由數(shù)碼管和74LS48 組成，74LS48 為有內(nèi)部上拉電阻的七段譯碼器/驅(qū)動器。74LS192 輸出8421BCD 碼，通過74LS48 譯碼器進行譯碼，輸出端為高電平有效，可驅(qū)動共陰極數(shù)碼管。因此可進行直觀的倒計時顯示。

圖4 帶紅閃的交通燈控制電路

3 電路的仿真

在Proteus 仿真軟件中畫出設(shè)計的電路圖，將各分散的模塊電路連接起來，組成完整的帶紅閃的數(shù)字交通燈系統(tǒng)電路，然后進行仿真調(diào)試運行。著重觀察交通燈的自動輪換情況，數(shù)碼管的倒計時顯示，倒計時時間的準確性，黃燈亮?xí)r的紅閃情況。通過調(diào)試，系統(tǒng)電路運行正常，各項指標達到規(guī)定要求，系統(tǒng)性能良好、可靠性較強，滿足規(guī)定要求。Proteus 正在運行的仿真圖如圖5 所示。

4 結(jié)論

圖5 Proteus 正在運行的仿真圖

本文設(shè)計了帶紅閃的數(shù)字交通燈系統(tǒng)，綜合應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)。把數(shù)字電子技術(shù)中的電路與Proteus 仿真軟件充分融合，經(jīng)模塊化電路與整體電路的分步調(diào)試，最終設(shè)計出完整的帶紅閃的數(shù)字交通燈系統(tǒng)。交通燈的設(shè)計也是數(shù)字電子技術(shù)課程或類似課程的一個典型設(shè)計案例，它可以將理論知識和實踐相結(jié)合，同時也是對理論知識更進一步的升華。