交通燈數(shù)字邏輯電路的設(shè)計

摘 要：本設(shè)計主要以74190芯片級聯(lián)為核心實(shí)現(xiàn)交通燈控制。這個電路采用兩個74190芯片級聯(lián)成一個從99倒計到00的計數(shù)器，用JK觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)信號燈的轉(zhuǎn)換，倒計時顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，非常簡單地實(shí)現(xiàn)了交通信號燈的控制。使用電腦 EWB Version 5.0c仿真技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真。

關(guān)鍵詞：邏輯電路；交通燈；74190；JK觸發(fā)器；仿真

1 設(shè)計要求

1.1 設(shè)計一個十字路口的交通燈控制電路，要求東西方向車道和南北方向車道兩條交叉道路上的車輛交替運(yùn)行，每次通行時間都設(shè)為10秒。時間可設(shè)置修改。

1.2 在綠燈轉(zhuǎn)為紅燈時，要求黃燈先亮3秒鐘，才能變換運(yùn)行車道。

1.3 黃燈亮?xí)r，要求每秒閃亮一次。

1.4 東西方向、南北方向車道除了有紅、黃、綠燈指示外，每一種燈亮的時間都用顯示器進(jìn)行顯示。

2 方案設(shè)計與比較論證

2.1 分析系統(tǒng)的邏輯功能，畫出其框圖

對方案一和方案二進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)方案二無論是從原理還是從接法畫線上，都是比較簡單易懂，工作效率高，而且不容易出錯。故信號燈轉(zhuǎn)換器選擇方案二的接法，即用JK觸發(fā)器進(jìn)行信號燈的轉(zhuǎn)換。

2.3 倒計時計數(shù)器

十字路口要有數(shù)字顯示，作為倒計時提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當(dāng)某方向綠燈亮?xí)r，置顯示器為某值，然后以每秒減1，計數(shù)方式工作，直至減到數(shù)為“3”和“0”，十字路口綠、黃、紅燈變換，一次工作循環(huán)結(jié)束，而進(jìn)入下一步某方向的工作循環(huán)。在倒計時過程中計數(shù)器還向譯碼器提供模5的定時信號T5和模0的定時信號T0。

倒計時顯示采用七段數(shù)碼管作為顯示，它由計數(shù)器驅(qū)動并顯示計數(shù)器的輸出值。

計數(shù)器選用集成電路74190進(jìn)行設(shè)計較簡便。74190是十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。74190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的輸出數(shù)據(jù)間接實(shí)現(xiàn)清零功能。

信號LD由兩個芯片的8個輸出端用或門連起來，決定倒計時是置數(shù)，還是計數(shù)。工作開始時，LD為0，計數(shù)器預(yù)置數(shù)，置完數(shù)后，LD變?yōu)?，計數(shù)器開始倒計時。當(dāng)?shù)褂嫊r減到數(shù)00時，LD又變?yōu)?，計數(shù)器又預(yù)置數(shù)，之后又倒計時，如此循環(huán)下去。

預(yù)置數(shù)（即車的通行時間）功能：預(yù)置數(shù)的范圍為4～98。假如把通行時間設(shè)為10秒，就像圖4的接法，A接0，B接1，C接0，D接0，A’接0，B’接1，C’接0，D’接1。（接電源相當(dāng)于接1，懸空相當(dāng)于接0）

2.4 黃燈閃爍控制

要求黃燈每秒閃一次，即黃燈0.5秒亮，0.5秒滅，故用一個頻率為2的脈沖與控制黃燈的輸出信號用一個與門連進(jìn)來，再接到黃燈。

3 工作流程

仿真過程與效果分析：

（1） 根據(jù)設(shè)計的要求，整個交通燈控制系統(tǒng)需要有4個時間顯示器，10個交通燈。但由于4個時間顯示器是由同一個倒計時計數(shù)器控制，所以我在設(shè)計圖6電路的過程中，為了簡化電路使畫圖看起來更加清晰，就只接了1個時間顯示器。

（2） 點(diǎn)擊啟動按鈕，然后再打開總開關(guān)，便可以進(jìn)行交通燈控制系統(tǒng)的仿真，電路默認(rèn)把通車時間設(shè)為10秒，打開總開關(guān)，東西方向車道的綠燈亮；南北方向車道的紅燈亮。時間顯示器從預(yù)置的10秒，以每秒減1，減到數(shù)3時，東西方向車道的綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。減到數(shù)0時，0秒后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的10秒，東西方向車道的黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈；南北方向車道的紅燈轉(zhuǎn)換為綠燈。如此循環(huán)下去。

（3） 修改通車時間為其它的值再進(jìn)行仿真（時間范圍為4～98秒），效果同2一樣，總開關(guān)一打開，東西方向車道的綠燈亮，時間倒計數(shù)3，車燈進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，到0秒時又進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而且時間重置為預(yù)置的數(shù)值，如此循環(huán)。

4 結(jié)束語

總體來說，這次實(shí)習(xí)我受益匪淺。留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。在整個電路的設(shè)計過程中，花費(fèi)時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計上。多種方案的選擇中，仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在同事的耐心指導(dǎo)下，使整個電路可穩(wěn)定工作。過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點(diǎn)灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。

參考文獻(xiàn)

[1]華中工學(xué)院教研室，康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)：數(shù)字部分、第五版.[M].北京：高等教育出版社，2006（168-173）.

[2]彭介華.湖南大學(xué).電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1996（269-274）.

[3]張慶雙，等.實(shí)用電子電路200例[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004（329-314）.

[4]電子工程手冊編委會、集成電路手冊分編委會編.標(biāo)準(zhǔn)集成電路數(shù)據(jù)手冊：COMS400系列電路.北京：電子工業(yè)出版社，1991（261-273）.

[5]電子工程手冊編委會、集成電路手冊分編委會編.標(biāo)準(zhǔn)集成電路數(shù)據(jù)手冊：TTL電路[M].北京：電子工業(yè)出版社，1989（184-206）.

[6]電子工程手冊編委會、集成電路手冊分編委會編.標(biāo)準(zhǔn)集成電路數(shù)據(jù)手冊：TTLCOM電路.北京：電子工業(yè)出版社，1991（34-268）.