基于EWB的城市交通信號燈控制系統仿真

摘 要:使用EDA設計電子電路已經成為時代潮流，EWB是目前各種電子電路輔助分析與設計軟件中最優秀的軟件之一，該軟件具有模擬和數字電路的設計、分析、仿真功能。介紹一種基于電子工作臺(EWB)軟件設計交通信號燈自動定時控制系統的方法，說明計算機仿真軟件在電子實驗中的效用，它改變了傳統的設計方法，為電子虛擬實驗室的建設打下基礎。

關鍵詞:EDA; EWB; 交通信號燈; 控制系統

中圖分類號:TP274 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)13-0181-02

Design and Simulation of Control System of City Traffic Lights Based on EWB

DUAN Yong-xia1， LI Jun1， ZHOU Jian-bo2

(1. Bengbu Tank University， Bengbu 233050， China; 2. Unit 66220 of PLA， Xingtai 054000， China)

Abstract: The design of the electronic circuits with EDA technique has become the trend of the development， in which EWB is one of the best softwares in all kinds of assistant analysis and design for electronic circuits. The software has the functions of design， analysis and simulation in analog or digital circuit. A method to design the auto-timing control system of traffic lights based on EWB is presented， which has changed the traditional design method，and embodied the effect of the computer simulation software in electronic experiments.

Keywords: EDA; EWB; traffic lights; control system

0 引 言

EWB(Electronics Workbench)軟件是加拿大 Interactive Image Technologies公司推出的專門用于電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件，該軟件采用圖形方式創建電路，形象逼真、操作方便，非常適合電子信息專業課程的教學和仿真實驗[1]，目前已在電子設計和各大學的電工電子類課程的教學領域內取得了廣泛的應用。本文就城市交通信號燈的電路設計，用EWB搭建完善的、能自動定時、紅黃綠三色交替顯示的電路，并對其進行仿真驗證。

1 整體規劃

1.1 系統工作要求

假設十字路口的兩條道路，四個路口均有紅黃綠三色交通燈，并且有數字顯示還剩余多少時間將改變信號燈。要求:兩條干道交替通行，初始時間由預置數電路設置;綠燈跳變成紅燈時，黃燈亮幾秒鐘，用以緩沖滯留車輛。當計數器跳變到零時，要能立即進行信號燈的轉換(時間可在0~99 s內任意控制)[2-3]。

1.2 系統工作流程圖

設主干道綠燈時間為T11，黃燈時間T12，紅燈時間為T13;支干道綠燈時間為T21，黃燈時間均為T22，紅燈時間為T23，則T11 + T12 = T23 ，T13 = T21 + T22 ，T12 = T22 ，一般3燈顯示時間中，設置為T11> T21 > T12。流程圖如圖1所示。

圖1 系統工作流程圖

1.3 系統硬件結構框圖

根據系統工作流程要求，設計硬件結構框圖，如圖2所示。

圖2 系統硬件結構框圖

2 系統單元電路設計

2.1 狀態控制及譯碼部分

根據系統的要求可以列出真值表如表1所示[4] 。

表1 真值表

四種控制狀態 主干道 支干道

QAQBRYGr yg

00001100

01010100

10100001

11100010

根據真值表，就可以得出簡化的邏輯函數，進一步得出電路圖。如圖3所示。

圖3 交通燈轉換控制電路

2.2 計數及數碼顯示電路

在交通路口顯示等待剩余時間時，采用的是減法計數。這里選用2片74190十進制可逆計數器構成兩位十進制可預置數的遞減計數器[5]。為了便于控制，置數電路可根據需要改換。計數器及數碼顯示電路如圖4所示。

2.3 分時置數控制電路

這部分電路的作用是協調LED顯示和交通信號燈協調工作，為此，必須解決好分時置數的問題。這里選

用 74465[6](八路單向三態傳輸門)以實現分時置數及

控制輸出功能。選用3片74465作為預置數的存儲單元來實現計數器分時置數控制電路，如圖5所示。G7~G0為主干道綠燈置數端，g7～g0 為支干道綠燈置數端，Y7~Y0為主支干道黃燈置數端;AG，Ag和 AY為3片74465選通端，由主干道綠燈、支干道綠燈和黃燈選通;D7～D0為按由高到低排列后的輸出端，要接到計數器的置數輸入端。工作時，3片74465只能有1片選通，其他2片輸出均處于高阻態[7]。

圖4 遞減計數及LED顯示電路

2.4 秒信號發生器

秒信號發生器可由石英晶體多諧振蕩器構成，為簡化電路，直接選用 1 Hz的脈沖信號源代替秒信號發生器[8]。

2.5 整機組裝

在系統安裝調試中，首先將各單元電路調試正常，然后再將各單元電路用粘貼的方法置于同一EWB工作界面內，再按照各自對應關系相互連接構成的交通信號燈控制器的系統總電路，在連接時要特別注意電路之間的高、低電平的配合。

圖5 分時置數控制電路

3 仿真與調試

上述電路組裝完畢后，經檢查就可以通電測試了。按下 EWB右上角仿真按鍵，LED數碼管開始減1跳變，每當過0跳變時，代表交通燈的紅黃綠指示燈也按真值表給出的邏輯進行跳變。

本系統中預置的時間是用高低電平直接接入的，為了擴展電路的可調性，可以用 EWB的虛擬儀器數字邏輯信號源(Word Generator)作為預置時間輸入端[9]。這個數字邏輯信號源實際上是一個多路邏輯信號源，能夠產生16位同步信號。將它的信號源輸出端接至本系統的時間預置數端[10]，可以動態改變LED跳變初始值，以驗證紅黃綠指示燈的跳變與LED是否協調工作。經實驗驗證，達到設計任務要求，至此，仿真成功。

4 結 語

介紹了利用 EWB軟件進行模擬仿真交通信號燈定時控制設計方法，同時，對系統的各個單元進行詳細的分析與實現，并進行了系統的功能仿真。從設計的全過程來看，使用這種EWB軟件設計電路簡單、直觀易于掌握，特別適合作高等院校電子類課程的計算機輔助分析與設計的工具。

參考文獻

[1]清華大學電子學教研組.數字電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社，1999.

[2]閆石.數字電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社，1998.

[3]郭兵.電子設計自動化(EDA)技術及應用[M].北京:機械工業出版社，2003.

[4]周功明.基于Electronics Workbench 6.0的數字電子鐘設計與仿真[J].中國現代教育裝備，2006(10):7-9.

[5]謝煜.基于 Electronics Workbench設計交通信號燈自動定時控制系統[J].商丘師范學院學報，2003，19(5):30-33.

[6]高文華，董增壽，趙哲敏.基于EWB的數字電子電路設計[J].太原重型機械學院學報，2001，22(3):251-254.

[7]楊欣.電子設計[M].北京:清華大學出版社，2005.

[8]周常森.電子電路計算機仿真技術[ M] .濟南:山東科學技術出版社，2002.

[9]包明.EDA技術與數字系統設計[M].北京:北京航空航天大學出版社，2002.

[10]趙世強.電子電路EDA技術[M].西安:西安電子科技大學出版社，2000.