摘 要:使用EDA設(shè)計(jì)電子電路已經(jīng)成為時(shí)代潮流，EWB是目前各種電子電路輔助分析與設(shè)計(jì)軟件中最優(yōu)秀的軟件之一，該軟件具有模擬和數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、分析、仿真功能。介紹一種基于電子工作臺(tái)(EWB)軟件設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈自動(dòng)定時(shí)控制系統(tǒng)的方法，說明計(jì)算機(jī)仿真軟件在電子實(shí)驗(yàn)中的效用，它改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:EDA; EWB; 交通信號(hào)燈; 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):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(tái)軟件，該軟件采用圖形方式創(chuàng)建電路，形象逼真、操作方便，非常適合電子信息專業(yè)課程的教學(xué)和仿真實(shí)驗(yàn)[1]，目前已在電子設(shè)計(jì)和各大學(xué)的電工電子類課程的教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)取得了廣泛的應(yīng)用。本文就城市交通信號(hào)燈的電路設(shè)計(jì)，用EWB搭建完善的、能自動(dòng)定時(shí)、紅黃綠三色交替顯示的電路，并對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 整體規(guī)劃

1.1 系統(tǒng)工作要求

假設(shè)十字路口的兩條道路，四個(gè)路口均有紅黃綠三色交通燈，并且有數(shù)字顯示還剩余多少時(shí)間將改變信號(hào)燈。要求:兩條干道交替通行，初始時(shí)間由預(yù)置數(shù)電路設(shè)置;綠燈跳變成紅燈時(shí)，黃燈亮幾秒鐘，用以緩沖滯留車輛。當(dāng)計(jì)數(shù)器跳變到零時(shí)，要能立即進(jìn)行信號(hào)燈的轉(zhuǎn)換(時(shí)間可在0~99 s內(nèi)任意控制)[2-3]。

1.2 系統(tǒng)工作流程圖

設(shè)主干道綠燈時(shí)間為T11，黃燈時(shí)間T12，紅燈時(shí)間為T13;支干道綠燈時(shí)間為T21，黃燈時(shí)間均為T22，紅燈時(shí)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(shí)間中，設(shè)置為T11> T21 > T12。流程圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作流程圖

1.3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)系統(tǒng)工作流程要求，設(shè)計(jì)硬件結(jié)構(gòu)框圖，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)單元電路設(shè)計(jì)

2.1 狀態(tài)控制及譯碼部分

根據(jù)系統(tǒng)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(tài) 主干道 支干道

QAQBRYGr yg

00001100

01010100

10100001

11100010

根據(jù)真值表，就可以得出簡(jiǎn)化的邏輯函數(shù)，進(jìn)一步得出電路圖。如圖3所示。

圖3 交通燈轉(zhuǎn)換控制電路

2.2 計(jì)數(shù)及數(shù)碼顯示電路

在交通路口顯示等待剩余時(shí)間時(shí)，采用的是減法計(jì)數(shù)。這里選用2片74190十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成兩位十進(jìn)制可預(yù)置數(shù)的遞減計(jì)數(shù)器[5]。為了便于控制，置數(shù)電路可根據(jù)需要改換。計(jì)數(shù)器及數(shù)碼顯示電路如圖4所示。

2.3 分時(shí)置數(shù)控制電路

這部分電路的作用是協(xié)調(diào)LED顯示和交通信號(hào)燈協(xié)調(diào)工作，為此，必須解決好分時(shí)置數(shù)的問題。這里選

用 74465[6](八路單向三態(tài)傳輸門)以實(shí)現(xiàn)分時(shí)置數(shù)及

控制輸出功能。選用3片74465作為預(yù)置數(shù)的存儲(chǔ)單元來實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器分時(shí)置數(shù)控制電路，如圖5所示。G7~G0為主干道綠燈置數(shù)端，g7～g0 為支干道綠燈置數(shù)端，Y7~Y0為主支干道黃燈置數(shù)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(jì)數(shù)器的置數(shù)輸入端。工作時(shí)，3片74465只能有1片選通，其他2片輸出均處于高阻態(tài)[7]。

圖4 遞減計(jì)數(shù)及LED顯示電路

2.4 秒信號(hào)發(fā)生器

秒信號(hào)發(fā)生器可由石英晶體多諧振蕩器構(gòu)成，為簡(jiǎn)化電路，直接選用 1 Hz的脈沖信號(hào)源代替秒信號(hào)發(fā)生器[8]。

2.5 整機(jī)組裝

在系統(tǒng)安裝調(diào)試中，首先將各單元電路調(diào)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(nèi)，再按照各自對(duì)應(yīng)關(guān)系相互連接構(gòu)成的交通信號(hào)燈控制器的系統(tǒng)總電路，在連接時(shí)要特別注意電路之間的高、低電平的配合。

圖5 分時(shí)置數(shù)控制電路

3 仿真與調(diào)試

上述電路組裝完畢后，經(jīng)檢查就可以通電測(cè)試了。按下 EWB右上角仿真按鍵，LED數(shù)碼管開始減1跳變，每當(dāng)過0跳變時(shí)，代表交通燈的紅黃綠指示燈也按真值表給出的邏輯進(jìn)行跳變。

本系統(tǒng)中預(yù)置的時(shí)間是用高低電平直接接入的，為了擴(kuò)展電路的可調(diào)性，可以用 EWB的虛擬儀器數(shù)字邏輯信號(hào)源(Word Generator)作為預(yù)置時(shí)間輸入端[9]。這個(gè)數(shù)字邏輯信號(hào)源實(shí)際上是一個(gè)多路邏輯信號(hào)源，能夠產(chǎn)生16位同步信號(hào)。將它的信號(hào)源輸出端接至本系統(tǒng)的時(shí)間預(yù)置數(shù)端[10]，可以動(dòng)態(tài)改變LED跳變初始值，以驗(yàn)證紅黃綠指示燈的跳變與LED是否協(xié)調(diào)工作。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求，至此，仿真成功。

4 結(jié) 語

介紹了利用 EWB軟件進(jìn)行模擬仿真交通信號(hào)燈定時(shí)控制設(shè)計(jì)方法，同時(shí)，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)單元進(jìn)行詳細(xì)的分析與實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行了系統(tǒng)的功能仿真。從設(shè)計(jì)的全過程來看，使用這種EWB軟件設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單、直觀易于掌握，特別適合作高等院校電子類課程的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)的工具。

參考文獻(xiàn)

[1]清華大學(xué)電子學(xué)教研組.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，1999.

[2]閆石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社，1998.

[3]郭兵.電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[4]周功明.基于Electronics Workbench 6.0的數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)與仿真[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2006(10):7-9.

[5]謝煜.基于 Electronics Workbench設(shè)計(jì)交通信號(hào)燈自動(dòng)定時(shí)控制系統(tǒng)[J].商丘師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，19(5):30-33.

[6]高文華，董增壽，趙哲敏.基于EWB的數(shù)字電子電路設(shè)計(jì)[J].太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，22(3):251-254.

[7]楊欣.電子設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2005.

[8]周常森.電子電路計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)[ M] .濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

[9]包明.EDA技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[10]趙世強(qiáng).電子電路EDA技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2000.