帶紅閃的數字交通燈系統設計及其Proteus 仿真

苗國慶

（蘭州工業學院，甘肅 蘭州730050）

在中國共產黨的正確領導下，我們中華民族創造了新的輝煌，實現了從站起來、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地段。所以在十字路口設置交通燈就顯得尤為重要。本文介紹的是一種采用數字電路設計實現的帶紅燈閃爍的十字路口交通燈控制系統。當遇到突發事件，可由交警等人工撥動總控制開關，實現系統的暫停及復位。該系統在Proteus 中運行仿真，仿真結果良好，達到預期目標。

1 交通燈總設計方案

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假設東西方向為主干道，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等于南北方向亮黃、綠燈時間之和，南北方向亮紅燈時間應等于東西方向亮黃、綠燈時間之和；黃燈亮時，紅燈以一定頻率閃爍；作為時間提示，設計倒計時顯示電路，人們可更直觀地把握時間；仿真時用紅黃綠三色發光二極管作信號燈；設置手動控制功能，實現系統的可人工操作性。

2 工作電路分析與設計

2.1 時鐘電路

2.2 按鍵電路

本系統按鍵電路用的是雙向開關作為手動總開關，當按鍵撥到左邊（SW1=1）時表示系統正常工作自動輪換，計數器置數/計時，實現交通燈的控制；當按鍵撥到右邊（SW1=0）時表示發生特殊情況，計數器復位，交通燈保持主干道紅燈亮，支干道綠燈亮。SW1 未直接接在觸發電路中，而是先通過一個RS 觸發器。主要是為了濾波去抖，仿真時即使沒有RS 觸發器，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/計時電路

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

當低位74LS192 減至零，控制低位的192 芯片13 腳非同步借位輸出端產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，從而實現減計數。當74LS192 倒計時的數顯示為00 時高位192 芯片13 腳非同步借位輸出端發生變化，與74LS161 進行聯系，得到切換至下一狀態和預置信號，同時將切換后的狀態所對應的時間又預置進192 芯片，從而就可實現狀態切換和預置數預置，既下一個計數從要求的數字開始倒數。置數/計時電路如圖3 所示。

表1 預置數邏輯表

圖3 置數/計時電路

2.4 帶紅閃的交通燈控制電路

74LS161 實現交通燈的跟隨計數的循環顯示，來實現在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。每次當黃燈亮時，紅燈以一定頻率閃爍。將東西主干道的黃燈和139 連接的輸出信號經過非門，再和時鐘信號經過與非門，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，實現主干道黃燈亮時，次干道紅燈閃爍。將南北次干道的黃燈和139 連接的輸出信號經過非門，再和時鐘信號經過與非門，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，實現次干道黃燈亮時，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

顯示電路由數碼管和74LS48 組成，74LS48 為有內部上拉電阻的七段譯碼器/驅動器。74LS192 輸出8421BCD 碼，通過74LS48 譯碼器進行譯碼，輸出端為高電平有效，可驅動共陰極數碼管。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字交通燈系統電路，然后進行仿真調試運行。著重觀察交通燈的自動輪換情況，數碼管的倒計時顯示，倒計時時間的準確性，黃燈亮時的紅閃情況。通過調試，系統電路運行正常，各項指標達到規定要求，系統性能良好、可靠性較強，滿足規定要求。Proteus 正在運行的仿真圖如圖5 所示。

4 結論

圖5 Proteus 正在運行的仿真圖

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