基于Protues的交通燈案例設(shè)計(jì)與仿真

申倩偉+于顏儒+賀艷+蔡偉超

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一個(gè)智能交通燈控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)路口紅綠黃燈自動(dòng)轉(zhuǎn)換。通過(guò)Protues軟件仿真并在面包板上插接芯片及電子元器件驗(yàn)證該系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)使用數(shù)字電路，設(shè)計(jì)思路可用于實(shí)際路口交通燈系統(tǒng)中，服務(wù)于人們生活。

關(guān)鍵詞：Protues；數(shù)字電子技術(shù)；交通燈案例

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）11-0025-01

1 案例設(shè)計(jì)

假設(shè)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(hào)燈為紅黃綠三種，交通信號(hào)燈按照“綠燈-黃燈-紅燈”依次循環(huán)點(diǎn)亮。經(jīng)分析可知，南北向兩組信號(hào)燈的顯示是一樣的，東西向兩組信號(hào)燈的顯示是一樣的，如下所示：

狀態(tài)一：某一時(shí)刻南北向?yàn)榧t燈時(shí)，東西向?yàn)榫G燈；（9～2s）。狀態(tài)二：下一時(shí)段東西向同時(shí)綠燈變黃燈，南北向保持紅燈；（1～0s）。狀態(tài)三：再下一時(shí)段東西向黃燈變紅燈，南北向紅燈變綠燈；（9～2s）。狀態(tài)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(tài)1、2、3、4、1…”這個(gè)順序循環(huán)變化。

2 模塊劃分

為實(shí)現(xiàn)以上功能，將案例電路模塊[1]設(shè)計(jì)為脈沖輸入、計(jì)數(shù)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(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)，該方波可由555脈沖產(chǎn)生電路得到。計(jì)數(shù)器[2]：使用4510可逆計(jì)數(shù)器芯片，該芯片可實(shí)現(xiàn)加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)，交通燈往往使用的是倒計(jì)時(shí)，因此將4510的10引腳輸入低電平可達(dá)到效果，由于時(shí)鐘信號(hào)為1Hz，因此該芯片輸出狀態(tài)為（1001）2即（9）10，1s后減1計(jì)數(shù)，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(tài)變?yōu)椋?001）2，形成十進(jìn)制減計(jì)數(shù)器。譯碼顯示：使用4511芯片，輸入端連接計(jì)數(shù)器輸出端，將計(jì)數(shù)器輸出的4位二進(jìn)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(jù)不同時(shí)間段計(jì)數(shù)器輸出不同，設(shè)計(jì)組合邏輯和時(shí)序邏輯電路，從而控制交通燈陣列各個(gè)燈的亮暗。有利于學(xué)生組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)。交通燈陣列：使用6個(gè)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(tǒng)如圖2。

3 結(jié)語(yǔ)

本文采用了Protues仿真軟件設(shè)計(jì)了路口交通燈系統(tǒng)，從生活中選取設(shè)計(jì)案例，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)某橄蠛秃?jiǎn)化，得到了功能可實(shí)現(xiàn)、邏輯清晰的交通燈數(shù)字系統(tǒng)，該電路即可作為電子技術(shù)學(xué)習(xí)的典型案例，又可用于實(shí)際生活中。

參考文獻(xiàn)

[1]索靜，劉杰.電子技術(shù)中單元電路的設(shè)計(jì)方法研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011，11：58.

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

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