王雯

摘要：現(xiàn)今，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)字電路或數(shù)字系統(tǒng)在人們的生活中隨處可見。交通燈更是遍布在大街小巷，交通燈控制器設(shè)計(jì)的主要基礎(chǔ)就是數(shù)字電子技術(shù)。設(shè)計(jì)一個數(shù)字電路系統(tǒng)時，必須首先明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，根據(jù)要求制定合理的方案，從所給的功能條件出發(fā)，選擇適當(dāng)?shù)碾娮悠骷瑢Ψ桨傅母鞑糠诌M(jìn)行單元設(shè)計(jì)，最后把各部分連接到一起，畫出一個完整的符合設(shè)計(jì)要求的系統(tǒng)電路圖。

關(guān)鍵詞：電子系統(tǒng)；電路仿真

1設(shè)計(jì)任務(wù)分析

數(shù)字電路主要研究的是電路中輸入與輸出之間的邏輯關(guān)系，進(jìn)而確定電路輸出與輸入之間的邏輯表達(dá)式。仿真即是利用實(shí)際設(shè)計(jì)任務(wù)與所得邏輯表達(dá)式，選擇合適的電子器件進(jìn)行電路連接，得到描述實(shí)際設(shè)計(jì)任務(wù)的完整電路圖。

交通燈控制器仿真將涉及時間計(jì)數(shù)問題，選用74LSl61同步計(jì)數(shù)器和74LSl92十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，可解決此問題；涉及LED燈交替轉(zhuǎn)換問題，按照指示燈相互交替亮滅的規(guī)律，選用74LSl94移位寄存器構(gòu)成扭環(huán)計(jì)數(shù)器可解決此問題；各個邏輯器件的選用對電路的運(yùn)行準(zhǔn)確性和整體的美觀性同樣具有重要的作用，在仿真過程中，也需做具體實(shí)踐分析。

2仿真過程

2.1仿真要求

1）主干道與支干道的車輛交替運(yùn)行，主干道通行時間為24s；支干道通行時間為20s；

2）當(dāng)綠燈跳至紅燈的時，黃燈先亮4s；

3）主干道與支干道除具有黃，紅，綠三種指示燈外，要求每個指示燈亮的時間都由顯示器進(jìn)行倒計(jì)時顯示，并且只要有一個顯示器計(jì)數(shù)時，其余均清零。（這里我只給出了主干道顯示器，支干道同理可知）；

4）設(shè)置同步人行道紅綠燈指示。

2.2仿真系統(tǒng)組成

此交通燈控制器系統(tǒng)的組成如下：LED燈，74LS161同步計(jì)數(shù)器構(gòu)成的24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，74LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，七段譯碼顯示器，JK觸發(fā)器構(gòu)成的分頻器，74LS194移位寄存器，脈沖信號發(fā)生器（為各個部分提供脈沖信號）以及各種門電路。

2.3仿真電路

2.3.1倒計(jì)時顯示器

1）紅燈24s倒計(jì)時

由74LSl61構(gòu)成的24進(jìn)制計(jì)數(shù)器，七段譯碼顯示器組成。

七段譯碼顯示器最左側(cè)為最高位。左側(cè)顯示器為十位，從二至零依次循環(huán)遞減；右側(cè)為個位，從九至零依次循環(huán)遞減。

2）綠燈20s倒計(jì)時

由兩片74LSl92構(gòu)成的二十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器組成。

3）黃燈4s倒計(jì)時

由74LSl92構(gòu)成的四進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器組成。

2.3.2四分頻器件

JK觸發(fā)器構(gòu)成的分頻器實(shí)現(xiàn)四分頻，經(jīng)過JK觸發(fā)器，將時鐘信號的四秒轉(zhuǎn)為74LSl94時鐘信號的一個周期，傳送給電路的下一部分。

2.3.374LS194移位寄存器

兩片74LS194移位寄存器構(gòu)成一個模12扭環(huán)計(jì)數(shù)器，加上的脈沖信號周期為4秒，24秒共為6個周期，前5個周期綠燈亮20s，后一個周期黃燈亮4s，6個周期紅燈亮24s，依次循環(huán)實(shí)現(xiàn)紅綠黃燈的轉(zhuǎn)換。

2.3.4LED燈

交通指示燈由10個燈組成。

D1，D3，D5為主干道交通指示燈，D7，D8為主干道人行指示燈；D2，D4，D6為支干道交通指示燈，D9，D10為為支干道人行指示燈。

D5，D6，D7，D10為綠指示燈，D1，D2，D8，D9為紅指示燈，D3，D4為黃指示燈。

當(dāng)交通指示燈為綠燈或黃燈時，人行指示燈為紅燈；當(dāng)交通指示燈為紅燈時，人行指示燈為綠燈。

3仿真結(jié)果

注：下面四幅圖中，從左側(cè)數(shù)起，第一和第二個顯示器為紅燈倒計(jì)時；第三和第四個顯示器為綠燈倒計(jì)時；第五個顯示器為黃燈倒計(jì)時。

1）主干道交通燈為紅燈，人行燈為綠燈；支干道交通燈為綠燈，支干道人行燈為紅燈。紅燈倒計(jì)時，綠燈和黃燈顯示均為零。如圖1所示。

2）主干道交通燈為綠燈，人行燈為紅燈；支干道交通燈為紅燈，支干道人行燈為綠燈。綠燈倒計(jì)時，紅燈和黃燈顯示均為零。如圖2所示。

3）主干道交通燈為黃燈，人行燈為紅燈；支干道交通燈為紅燈，支干道人行燈為綠燈。黃燈倒計(jì)時，綠燈和紅燈顯示均為零。如圖3所示。

4）支干道交通燈為黃燈，人行燈為紅燈；主干道交通燈為紅燈，支干道人行燈為綠燈。如圖4所示。

4問題討論

本電路設(shè)計(jì)存在如下缺陷：

1）24s倒計(jì)時顯示器本應(yīng)顯示為23-00，此電路顯示為29-06。這是由于本電路的倒計(jì)時顯示是由二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器通過門電路使其硬性轉(zhuǎn)化為遞減計(jì)數(shù)顯示。

改進(jìn)方法：可以直接使用74LS192十進(jìn)制BCD遞減計(jì)數(shù)器構(gòu)成上述電路。

2）24s倒計(jì)時顯示器，當(dāng)綠燈和黃燈亮?xí)r，無法清零至00，而是一直保持29狀態(tài)。原因如下：還是由于二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器直接硬性轉(zhuǎn)化為遞減計(jì)數(shù)器顯示導(dǎo)致。設(shè)計(jì)電路時，二十四進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器00通過門電路轉(zhuǎn)化為了29，所以29對應(yīng)狀態(tài)即為清零狀態(tài)。

3）綠燈20s倒計(jì)時，在清零為00的瞬間會出現(xiàn)20瞬時狀態(tài)。因?yàn)閮善?4LSl92均實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算，低位的74LS192從9減到0時，借位信號BO會有效，將BO作為高位的74LS192的時鐘信號，當(dāng)?shù)臀坏?4LSl92完成兩次完整減法（從9減到0）時，仍會給高位的74LS192一個時鐘信號，這是清零信號還未到來，因此會出現(xiàn)20瞬時狀態(tài)。

黃燈4s倒計(jì)時顯示仍出現(xiàn)上述情況，清零時出現(xiàn)4過渡狀態(tài)。

5總結(jié)體會

在電路設(shè)計(jì)階段，各個電路部分存在很多設(shè)計(jì)方案，這時，便需要從電路系統(tǒng)的整體出發(fā)，經(jīng)過詳細(xì)的分析比對，選出了最為理想簡便的設(shè)計(jì)方案。并且學(xué)會利用各種途徑，搜尋資料，了解各器件和芯片等在實(shí)際電路中的多方面應(yīng)用，積累和豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，了解數(shù)字系統(tǒng)的應(yīng)用技術(shù)。