交通燈數字邏輯電路的設計

摘 要：本設計主要以74190芯片級聯為核心實現交通燈控制。這個電路采用兩個74190芯片級聯成一個從99倒計到00的計數器，用JK觸發器實現信號燈的轉換，倒計時顯示采用七段數碼管作為顯示，非常簡單地實現了交通信號燈的控制。使用電腦 EWB Version 5.0c仿真技術對系統進行仿真。

關鍵詞：邏輯電路；交通燈；74190；JK觸發器；仿真

1 設計要求

1.1 設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行，每次通行時間都設為10秒。時間可設置修改。

1.2 在綠燈轉為紅燈時，要求黃燈先亮3秒鐘，才能變換運行車道。

1.3 黃燈亮時，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行顯示。

2 方案設計與比較論證

2.1 分析系統的邏輯功能，畫出其框圖

對方案一和方案二進行比較，發現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。故信號燈轉換器選擇方案二的接法，即用JK觸發器進行信號燈的轉換。

2.3 倒計時計數器

十字路口要有數字顯示，作為倒計時提示，以便人們更直觀地把握時間。具體為：當某方向綠燈亮時，置顯示器為某值，然后以每秒減1，計數方式工作，直至減到數為“3”和“0”，十字路口綠、黃、紅燈變換，一次工作循環結束，而進入下一步某方向的工作循環。在倒計時過程中計數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碼管作為顯示，它由計數器驅動并顯示計數器的輸出值。

計數器選用集成電路74190進行設計較簡便。74190是十進制同步可逆計數器，它具有異步并行置數功能、保持功能。74190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的輸出數據間接實現清零功能。

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，還是計數。工作開始時，LD為0，計數器預置數，置完數后，LD變為1，計數器開始倒計時。當倒計時減到數00時，LD又變為0，計數器又預置數，之后又倒計時，如此循環下去。

預置數（即車的通行時間）功能：預置數的范圍為4～98。假如把通行時間設為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。（接電源相當于接1，懸空相當于接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來，再接到黃燈。

3 工作流程

仿真過程與效果分析：

（1） 根據設計的要求，整個交通燈控制系統需要有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器控制，所以我在設計圖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） 點擊啟動按鈕，然后再打開總開關，便可以進行交通燈控制系統的仿真，電路默認把通車時間設為10秒，打開總開關，東西方向車道的綠燈亮；南北方向車道的紅燈亮。時間顯示器從預置的10秒，以每秒減1，減到數3時，東西方向車道的綠燈轉換為黃燈，而且黃燈每秒閃一次，其余燈都不變。減到數0時，0秒后顯示器又轉換成預置的10秒，東西方向車道的黃燈轉換為紅燈；南北方向車道的紅燈轉換為綠燈。如此循環下去。

（3） 修改通車時間為其它的值再進行仿真（時間范圍為4～98秒），效果同2一樣，總開關一打開，東西方向車道的綠燈亮，時間倒計數3，車燈進行一次轉換，到0秒時又進行轉換，而且時間重置為預置的數值，如此循環。

4 結束語

總體來說，這次實習我受益匪淺。留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅持的毅力。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節設計上。多種方案的選擇中，仔細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下，使整個電路可穩定工作。過程中，我深刻的體會到在設計過程中，需要反復實踐，其過程很可能相當煩瑣，有時花很長時間設計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，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

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