摘 要：交通信號燈是控制交叉路口車流方向、保持秩序、減少交通事故的有力工具。本次的交通信號燈設(shè)計(jì)主要由倒計(jì)時顯示電路、定周控制電路以及信號產(chǎn)生及分頻電路三部分電路組成，最后用Multisim仿真軟件對電路進(jìn)行仿真驗(yàn)證

關(guān)鍵詞：交通燈；計(jì)時電路；定周控制電路；信號產(chǎn)生及分頻電路；Multsim

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.220

1 系統(tǒng)綜述

1.1 單元電路簡述

本次設(shè)計(jì)主要分為三個部分：倒計(jì)時顯示電路、定周控制電路、信號產(chǎn)生及分頻電路。

第一部分是倒計(jì)時顯示電路，考慮使用減計(jì)數(shù)的方法，用四位數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

第二部分是定周控制電路，通過組內(nèi)長時間討論，試了多種思路多種方法，最終選擇了電路最簡潔的方案，選擇使用16進(jìn)制計(jì)數(shù)器、3-8譯碼器、2-4譯碼器與基本門電路來實(shí)現(xiàn)。

第三部分是信號產(chǎn)生及分頻電路，使用555定時器來產(chǎn)生所需的脈沖信號，同時用74LS161對所產(chǎn)生的信號進(jìn)行分頻以滿足不同部分電路所需的不同頻率的脈沖。

1.2 總體電路設(shè)計(jì)原理

本次設(shè)計(jì)由信號產(chǎn)生部分提供所需脈沖，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生1Hz的方波脈沖，同時再利用74LS161通過清零法實(shí)現(xiàn)五分頻同時產(chǎn)生0.2Hz的脈沖信號。1Hz的脈沖信號提供給計(jì)時顯示電路，0.2Hz的脈沖信號提供給定周控制電路。計(jì)時顯示電路使用四片十進(jìn)制減計(jì)數(shù)器74LS192與四位數(shù)碼管分別構(gòu)成一個30s倒計(jì)時與一個50s倒計(jì)時的計(jì)時顯示電路，并通過定周控制電路中對主支干道紅綠燈選擇電路來控制兩個倒計(jì)時顯示電路的顯示順序。定周控制電路利用16進(jìn)制加計(jì)數(shù)器74LS161進(jìn)行定周控制，對紅綠燈亮滅分析得一個大周期為80s，脈沖信號周期最長為5s，所以定周控制電路的CP脈沖為0.2Hz的方波信號。

2 單元電路設(shè)計(jì)

2.1 倒計(jì)時顯示電路

（1）方案選擇。倒計(jì)顯示電路主要由計(jì)數(shù)器構(gòu)成，它在整個系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的作用是實(shí)現(xiàn)計(jì)時計(jì)數(shù)，在此我們選用減法計(jì)數(shù)器，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)要求時間可預(yù)置，所以需要可預(yù)置數(shù)的減計(jì)數(shù)器。在設(shè)計(jì)過程中曾考慮用74LS193實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)部分，但經(jīng)過仿真發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管會出現(xiàn)亂碼，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，理論上用預(yù)置數(shù)法是反饋端是用借位輸出端，但74LS193是16進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)有借位輸出時，輸出的數(shù)字已經(jīng)變?yōu)?5而不是預(yù)置數(shù)，所以通過查閱資料決定使用兩片74LS192十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)電路

（2）方案實(shí)現(xiàn)。用四個74LS192通過反饋置數(shù)法，令：A1B1C1D1=0010、A2B2C2D2=1001、A3B3C3D3=0010、A4B4C4D4=1001，兩片借位輸出端相或連到兩片74LS192的置數(shù)端并將二片的借位輸出端連到一片的CPD脈沖端，二片的CPD接1Hz脈沖。

2.2 定周控制電路

選用一片74LS161作為計(jì)數(shù)器、74LS138、74LS139實(shí)現(xiàn)。

方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求為主干道綠燈四十五秒，支干道綠燈二十五秒，每次綠燈轉(zhuǎn)紅燈時要有5s的黃燈作為過渡，那么從主干道綠燈開始，到下次主干道變?yōu)榫G燈為一周期，時間為80s。74LS161狀態(tài)由0000-1111共16個狀態(tài)，CP脈沖周期為5s，這樣16個狀態(tài)就可實(shí)現(xiàn)一個80S的交通燈工作周期。

2.3 信號產(chǎn)生及分頻電路

該部分電路所用的器件為555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器。

在紅綠燈電路中，數(shù)碼管顯示電路需要頻率為1Hz的脈沖信號，而定周控制電路則需要頻率為0.2Hz的脈沖信號，信號產(chǎn)生電路需要兩種頻率的脈沖信號。對此選擇的方案是先通過以555定時器為核心的多諧振蕩電路產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，再通過以74LS161為核心五進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對秒脈沖的分頻從而產(chǎn)生頻率為0.2Hz的脈沖信號。

（1）1Hz產(chǎn)生電路 。利用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，通過公式f=（R1+2R2）Ln2C，令C取10uF，取R1= 44.2695kΩ、R2= 50kΩ。則RCO端輸出1Hz的脈沖。

（2）0.2Hz產(chǎn)生電路。利用74LS161用清零法改為五進(jìn)制計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)五分頻，將QC端作為脈沖輸出端。

3 系統(tǒng)綜述與總體電路圖

總電路是將三部分單元電路，連接方式為：信號發(fā)生電路的1Hz脈沖接給倒計(jì)時顯示電路兩個74LS192的 CPD端，經(jīng)過分頻后的0.2Hz脈沖接到定周控制電路的74LS161的脈沖端，定周控制電路中2-4譯碼器的四個輸出端經(jīng)過一定的與非門接入倒計(jì)時顯示電路的四個74LS192的清零端，是50s、30s倒計(jì)時能依次先后計(jì)時。

作者簡介：趙悄然（1996-），女，河北石家莊人，本科，研究方向：電子信息、電子自動化。