交通灯控制器的仿真

摘要：现今，随着电子技术的发展，使得数字电路或数字系统在人们的生活中随处可见。交通灯更是遍布在大街小巷，交通灯控制器设计的主要基础就是数字电子技术。设计一个数字电路系统时，必须首先明确系统的设计要求，根据要求制定合理的方案，从所给的功能条件出发，选择适当的电子器件，对方案的各部分进行单元设计，最后把各部分连接到一起，画出一个完整的符合设计要求的系统电路图。

关键词：电子系统；电路仿真

1设计任务分析

数字电路主要研究的是电路中输入与输出之间的逻辑关系，进而确定电路输出与输入之间的逻辑表达式。仿真即是利用实际设计任务与所得逻辑表达式，选择合适的电子器件进行电路连接，得到描述实际设计任务的完整电路图。

交通灯控制器仿真将涉及时间计数问题，选用74LSl61同步计数器和74LSl92十进制可逆计数器，可解决此问题；涉及LED灯交替转换问题，按照指示灯相互交替亮灭的规律，选用74LSl94移位寄存器构成扭环计数器可解决此问题；各个逻辑器件的选用对电路的运行准确性和整体的美观性同样具有重要的作用，在仿真过程中，也需做具体实践分析。

2仿真过程

2.1仿真要求

1）主干道与支干道的车辆交替运行，主干道通行时间为24s；支干道通行时间为20s；

2）当绿灯跳至红灯的时，黄灯先亮4s；

3）主干道与支干道除具有黄，红，绿三种指示灯外，要求每个指示灯亮的时间都由显示器进行倒计时显示，并且只要有一个显示器计数时，其余均清零。（这里我只给出了主干道显示器，支干道同理可知）；

4）设置同步人行道红绿灯指示。

2.2仿真系统组成

此交通灯控制器系统的组成如下：LED灯，74LS161同步计数器构成的24进制计数器，74LS192十进制可逆计数器，七段译码显示器，JK触发器构成的分频器，74LS194移位寄存器，脉冲信号发生器（为各个部分提供脉冲信号）以及各种门电路。

2.3仿真电路

2.3.1倒计时显示器

1）红灯24s倒计时

由74LSl61构成的24进制计数器，七段译码显示器组成。

七段译码显示器最左侧为最高位。左侧显示器为十位，从二至零依次循环递减；右侧为个位，从九至零依次循环递减。

2）绿灯20s倒计时

由两片74LSl92构成的二十进制递减计数器组成。

3）黄灯4s倒计时

由74LSl92构成的四进制递减计数器组成。

2.3.2四分频器件

JK触发器构成的分频器实现四分频，经过JK触发器，将时钟信号的四秒转为74LSl94时钟信号的一个周期，传送给电路的下一部分。

2.3.374LS194移位寄存器

两片74LS194移位寄存器构成一个模12扭环计数器，加上的脉冲信号周期为4秒，24秒共为6个周期，前5个周期绿灯亮20s，后一个周期黄灯亮4s，6个周期红灯亮24s，依次循环实现红绿黄灯的转换。

2.3.4LED灯

交通指示灯由10个灯组成。

D1，D3，D5为主干道交通指示灯，D7，D8为主干道人行指示灯；D2，D4，D6为支干道交通指示灯，D9，D10为为支干道人行指示灯。

D5，D6，D7，D10为绿指示灯，D1，D2，D8，D9为红指示灯，D3，D4为黄指示灯。

当交通指示灯为绿灯或黄灯时，人行指示灯为红灯；当交通指示灯为红灯时，人行指示灯为绿灯。

3仿真结果

注：下面四幅图中，从左侧数起，第一和第二个显示器为红灯倒计时；第三和第四个显示器为绿灯倒计时；第五个显示器为黄灯倒计时。

1）主干道交通灯为红灯，人行灯为绿灯；支干道交通灯为绿灯，支干道人行灯为红灯。红灯倒计时，绿灯和黄灯显示均为零。如图1所示。

2）主干道交通灯为绿灯，人行灯为红灯；支干道交通灯为红灯，支干道人行灯为绿灯。绿灯倒计时，红灯和黄灯显示均为零。如图2所示。

3）主干道交通灯为黄灯，人行灯为红灯；支干道交通灯为红灯，支干道人行灯为绿灯。黄灯倒计时，绿灯和红灯显示均为零。如图3所示。

4）支干道交通灯为黄灯，人行灯为红灯；主干道交通灯为红灯，支干道人行灯为绿灯。如图4所示。

4问题讨论

本电路设计存在如下缺陷：

1）24s倒时显示器本应显示为23-00，此电路显示为29-06。这是由于本电路的倒计时显示是由二十四进制递增计数器通过门电路使其硬性转化为递减计数显示。

改进方法：可以直接使用74LS192十进制BCD递减计数器构成上述电路。

2）24s倒计时显示器，当绿灯和黄灯亮时，无法清零至00，而是一直保持29状态。原因如下：还是由于二十四进制递增计数器直接硬性转化为递减计数器显示导致。设计电路时，二十四进制递增计数器00通过门电路转化为了29，所以29对应状态即为清零状态。

3）绿灯20s倒计时，在清零为00的瞬间会出现20瞬时状态。因为两片74LSl92均实现减法运算，低位的74LS192从9减到0时，借位信号BO会有效，将BO作为高位的74LS192的时钟信号，当低位的74LSl92完成两次完整减法（从9减到0）时，仍会给高位的74LS192一个时钟信号，这是清零信号还未到来，因此会出现20瞬时状态。

黄灯4s倒计时显示仍出现上述情况，清零时出现4过渡状态。

5总结体会

在电路设计阶段，各个电路部分存在很多设计方案，这时，便需要从电路系统的整体出发，经过详细的分析比对，选出了最为理想简便的设计方案。并且学会利用各种途径，搜寻资料，了解各器件和芯片等在实际电路中的多方面应用，积累和丰富实践经验，了解数字系统的应用技术。