基于扭環(huán)形計數(shù)器設(shè)計交通信號燈自動控制電路

楊海明，孔維成，李 悅，王宏干，曹學(xué)軍

（總參通信訓(xùn)練基地 河北 宣化 075100）

數(shù)字電子技術(shù)是電類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，數(shù)字電子技術(shù)實驗是學(xué)好數(shù)字電子技術(shù)的關(guān)鍵，也是將數(shù)字電子技術(shù)知識融會貫通的重要環(huán)節(jié)。文中針對要綜合運用數(shù)字電子技術(shù)綜合知識的實驗要求，設(shè)計了交通信號燈自動控制的數(shù)字電子技術(shù)實驗電路。電路利用組合邏輯電路、時序邏輯電路和555定時器等方面的數(shù)字電路理論，將扭環(huán)形計數(shù)器應(yīng)用到十字路口交通信號燈自動控制電路中，并利用Multisim軟件進行了仿真。

1 扭環(huán)形計數(shù)器

扭環(huán)形計數(shù)器[1-3]（也稱為約翰遜計數(shù)器），圖1為D觸發(fā)器組成的4位扭環(huán)形計數(shù)器。扭環(huán)形計數(shù)器的反饋邏輯函數(shù)為：D0=Qn-1，所以n位移位寄存器可構(gòu)成模為2n的扭環(huán)形計數(shù)器。由于扭環(huán)形計數(shù)器在每次狀態(tài)轉(zhuǎn)換時只有一位觸發(fā)器改變狀態(tài)，因而在將電路狀態(tài)進行譯碼時不會產(chǎn)生競爭-冒險現(xiàn)象。

圖1 D觸發(fā)器組成的4位扭環(huán)形計數(shù)器Fig.1 D flip-flop composed of 4 bit twist ring counter

2 交通信號燈自動控制電路設(shè)計

根據(jù)交通規(guī)則，綠燈亮?xí)r，車輛可以通行，紅燈亮?xí)r車輛禁止通行，黃燈亮?xí)r已經(jīng)進入十字路口的車輛可以繼續(xù)通行，其余的依次等待，直至綠燈亮?xí)r方可通行。具體信號燈定義如表1所示。

表1 交通信號燈定義Tab.1 Traffic lights definition

表2 扭環(huán)形計數(shù)器和交通信號燈真值表Tab.2 Twisted ring counter and traffic lights truth table

根據(jù)上述真值表和邏輯表達式，利用Multisim創(chuàng)建交通信號燈自動控制仿真電路[4-6]。電路用6個D觸發(fā)器組成的12進制扭環(huán)形移位計數(shù)器，并利用組合邏輯電路設(shè)計出交通信號燈自動控制電路的電路圖，如圖2所示。

圖2 交通信號燈自動控制Multisim仿真電路Fig.2 Traffic lights automatically control Multisim circuit simulation

3 脈沖信號發(fā)生器設(shè)計

本例采用555定時器組成脈沖信號發(fā)生器[1-2]。用Multisim中的555定時器設(shè)計向?qū)гO(shè)計一個頻率為3.33 Hz的脈沖信號，如圖3所示。然后用十進制計數(shù)器進行10分頻，生成一個周期為3秒的脈沖信號發(fā)生器，取代仿真時的虛擬脈沖信號源，如圖4所示。

圖3 Multisim的555定時器設(shè)計向?qū)ig.3 555 timer design wizard of Multisim

圖4 555定時器脈沖信號發(fā)生器Fig.4 555 timers pulse signal generator

4 結(jié)束語

該電路包含了組合邏輯電路、時序邏輯電路和555定時器的設(shè)計與仿真，可作為數(shù)字電子技術(shù)課程的綜合性實驗電路，通過該電路的設(shè)計能提高學(xué)生綜合運用所學(xué)數(shù)字電路知識的能力。

[1]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].4版.北京：高等教育出版社，2003.

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]王全宇.扭環(huán)形移位計數(shù)器在彩燈控制電路中的應(yīng)用[J].自動化與儀器儀表，2009（4）：72－73.WANG Quan-yu.Application of twisted ring counter in lights control circuits[J].Automation&Instrumentation，2009（4）：72－73.

[4]李悅，孔維成，王宏干，等.數(shù)字鐘實驗電路的設(shè)計與仿真[J].電子設(shè)計工程，2012（14）：5－7.LI Yue.Experimental digital design and simulation of clock circuit[J].Electronic Design Engineering，2012（14）：5－7.

[5]王學(xué)忠.基于Multisim7交通信號燈的設(shè)計與仿真[J].電腦知識與技術(shù)，2011（35）：9248－9250.WANG Xue-zhong.Design and simulation of traffic signal lamp based on multisim7[J].Computer Knowledge and Technology，2011（35）：9248－9250.

[6]李悅，楊海明，孔維成，等.兩種權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC等價性證明[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2011（4）：115－117.LI Yue，YANG Hai-ming，KONG Wei-cheng，et al.Proving the equivalence for two kinds of weight resistance network of DAC[J].Journal of Electrical&Electronic Education，2011（4）：115－117.