基于Protues的交通燈案例設計與仿真

申倩偉+于顏儒+賀艷+蔡偉超

摘 要：本文設計了一個智能交通燈控制系統，可實現路口紅綠黃燈自動轉換。通過Protues軟件仿真并在面包板上插接芯片及電子元器件驗證該系統功能。該系統使用數字電路，設計思路可用于實際路口交通燈系統中，服務于人們生活。

關鍵詞：Protues；數字電子技術；交通燈案例

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0025-01

1 案例設計

假設某十字路口為東西向道路和南北向道路交口，該路口的信號燈為紅黃綠三種，交通信號燈按照“綠燈-黃燈-紅燈”依次循環點亮。經分析可知，南北向兩組信號燈的顯示是一樣的，東西向兩組信號燈的顯示是一樣的，如下所示：

狀態一：某一時刻南北向為紅燈時，東西向為綠燈；（9～2s）。狀態二：下一時段東西向同時綠燈變黃燈，南北向保持紅燈；（1～0s）。狀態三：再下一時段東西向黃燈變紅燈，南北向紅燈變綠燈；（9～2s）。狀態四：然后東西向保持紅燈，南北向綠燈變黃燈；（1～0s）。交通燈按照“狀態1、2、3、4、1…”這個順序循環變化。

2 模塊劃分

為實現以上功能，將案例電路模塊[1]設計為脈沖輸入、計數器、譯碼顯示、控制電路、交通燈陣列模塊，如圖1。

脈沖輸入：使用頻率為1Hz方波，輸入芯片4510的CLK引腳，作為計數器的時鐘信號，該方波可由555脈沖產生電路得到。計數器[2]：使用4510可逆計數器芯片，該芯片可實現加計數和減計數，交通燈往往使用的是倒計時，因此將4510的10引腳輸入低電平可達到效果，由于時鐘信號為1Hz，因此該芯片輸出狀態為（1001）2即（9）10，1s后減1計數，芯片輸出（1000）2，此后每隔1s輸出減1，直到輸出（0000）2，下一狀態變為（1001）2，形成十進制減計數器。譯碼顯示：使用4511芯片，輸入端連接計數器輸出端，將計數器輸出的4位二進制碼譯為七段顯示碼[3]：如：0000=>1111110。控制電路：使用了4002、4013、4081芯片，根據不同時間段計數器輸出不同，設計組合邏輯和時序邏輯電路，從而控制交通燈陣列各個燈的亮暗。有利于學生組合邏輯電路和時序邏輯電路的設計學習。交通燈陣列：使用6個LED燈為代表，其中D1、D3、D5分別代表東西向的紅、綠、黃燈。D2、D4、D6分別代表南北向的紅、綠、黃燈。整體交通燈系統如圖2。

3 結語

本文采用了Protues仿真軟件設計了路口交通燈系統，從生活中選取設計案例，經過適當的抽象和簡化，得到了功能可實現、邏輯清晰的交通燈數字系統，該電路即可作為電子技術學習的典型案例，又可用于實際生活中。

參考文獻

[1]索靜，劉杰.電子技術中單元電路的設計方法研究[J].數字技術與應用，2011，11：58.

[2]閻石.數字電子技術基礎（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.05.

[3]康華光.電子技術基礎：數字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.01.