苗国庆

（兰州工业学院，甘肃 兰州730050）

在中国共产党的正确领导下，我们中华民族创造了新的辉煌，实现了从站起来、富起来到强起来的伟大飞跃，汽车的普及就是一个具有说服力的缩影。但是交通问题紧随而来，十字路口更是交通事故的高发地段。所以在十字路口设置交通灯就显得尤为重要。本文介绍的是一种采用数字电路设计实现的带红灯闪烁的十字路口交通灯控制系统。当遇到突发事件，可由交警等人工拨动总控制开关，实现系统的暂停及复位。该系统在Proteus 中运行仿真，仿真结果良好，达到预期目标。

1 交通灯总设计方案

绿灯点亮既该方向车辆可通行，黄灯点亮既该方向已经越过停车线的车辆可通行，红灯点亮既该方向的车辆禁止通行。现假设东西方向为主干道，南北方向为次干道。东西方向通行时间为40 秒（绿灯亮35 秒，黄灯亮5 秒），南北方向通行时间为30 秒（绿灯亮25 秒，黄灯亮5 秒）；满足两个方向的工作时序：即东西方向亮红灯时间应等于南北方向亮黄、绿灯时间之和，南北方向亮红灯时间应等于东西方向亮黄、绿灯时间之和；黄灯亮时，红灯以一定频率闪烁；作为时间提示，设计倒计时显示电路，人们可更直观地把握时间；仿真时用红黄绿三色发光二极管作信号灯；设置手动控制功能，实现系统的可人工操作性。

2 工作电路分析与设计

2.1 时钟电路

2.2 按键电路

本系统按键电路用的是双向开关作为手动总开关，当按键拨到左边（SW1=1）时表示系统正常工作自动轮换，计数器置数/计时，实现交通灯的控制；当按键拨到右边（SW1=0）时表示发生特殊情况，计数器复位，交通灯保持主干道红灯亮，支干道绿灯亮。SW1 未直接接在触发电路中，而是先通过一个RS 触发器。主要是为了滤波去抖，仿真时即使没有RS 触发器，电路工作也正常，但实际中，如果不去抖，按键有抖动可能造成电路计时不准的情况。按键电路如图2 所示。

图1 时钟电路

图2 按键电路

2.3 置数/计时电路

此部分用了两片74LS192 和一片74LS161。74LS161 在本系统中工作在加1 状态，利用一片74LS161 四位二进制计数器实现S0，S1，S2，S3 四个状态，用QA，QB，的00，01，10，11 四个状态表示利用计数总控模块产生的四种状态S0，S1，S2，S3 列出真值表得出四种不同的置数，送到高位计数74LS192 和低位74LS192 的置数端。预置数逻辑表如表1 所示。

当低位74LS192 减至零，控制低位的192 芯片13 脚非同步借位输出端产生一个向高位借位信号，高位减一，同时低位变成九，又依次递减，从而实现减计数。当74LS192 倒计时的数显示为00 时高位192 芯片13 脚非同步借位输出端发生变化，与74LS161 进行联系，得到切换至下一状态和预置信号，同时将切换后的状态所对应的时间又预置进192 芯片，从而就可实现状态切换和预置数预置，既下一个计数从要求的数字开始倒数。置数/计时电路如图3 所示。

表1 预置数逻辑表

图3 置数/计时电路

2.4 带红闪的交通灯控制电路

74LS161 实现交通灯的跟随计数的循环显示，来实现在45、05、25、05 时换灯。将74LS161 的QA,QB 作为74LS139 译码器的输入端,其输出端接交通灯。

由于139 输出端为低电平有效，所以灯得一端接139 的输出端，另一端接Vcc，Vcc 和灯间加个保护电阻。每次当黄灯亮时，红灯以一定频率闪烁。将东西主干道的黄灯和139 连接的输出信号经过非门，再和时钟信号经过与非门，再和东西主干道绿灯和139 连接的输出信号接与门，再接到南北次干道的红灯上，实现主干道黄灯亮时，次干道红灯闪烁。将南北次干道的黄灯和139 连接的输出信号经过非门，再和时钟信号经过与非门，再和南北次干道绿灯和139 连接的输出信号接与门，再接到东西主干道的红灯上，实现次干道黄灯亮时，主干道红灯闪烁。带红闪的交通灯控制电路如图4 所示。

2.5 显示电路

显示电路由数码管和74LS48 组成，74LS48 为有内部上拉电阻的七段译码器/驱动器。74LS192 输出8421BCD 码，通过74LS48 译码器进行译码，输出端为高电平有效，可驱动共阴极数码管。因此可进行直观的倒计时显示。

图4 带红闪的交通灯控制电路

3 电路的仿真

在Proteus 仿真软件中画出设计的电路图，将各分散的模块电路连接起来，组成完整的带红闪的数字交通灯系统电路，然后进行仿真调试运行。着重观察交通灯的自动轮换情况，数码管的倒计时显示，倒计时时间的准确性，黄灯亮时的红闪情况。通过调试，系统电路运行正常，各项指标达到规定要求，系统性能良好、可靠性较强，满足规定要求。Proteus 正在运行的仿真图如图5 所示。

4 结论

图5 Proteus 正在运行的仿真图

本文设计了带红闪的数字交通灯系统，综合应用数字电子技术。把数字电子技术中的电路与Proteus 仿真软件充分融合，经模块化电路与整体电路的分步调试，最终设计出完整的带红闪的数字交通灯系统。交通灯的设计也是数字电子技术课程或类似课程的一个典型设计案例，它可以将理论知识和实践相结合，同时也是对理论知识更进一步的升华。