基于扭环形计数器设计交通信号灯自动控制电路

杨海明，孔维成，李 悦，王宏干，曹学军

（总参通信训练基地 河北 宣化 075100）

数字电子技术是电类专业重要的专业基础课，数字电子技术实验是学好数字电子技术的关键，也是将数字电子技术知识融会贯通的重要环节。文中针对要综合运用数字电子技术综合知识的实验要求，设计了交通信号灯自动控制的数字电子技术实验电路。电路利用组合逻辑电路、时序逻辑电路和555定时器等方面的数字电路理论，将扭环形计数器应用到十字路口交通信号灯自动控制电路中，并利用Multisim软件进行了仿真。

1 扭环形计数器

扭环形计数器[1-3]（也称为约翰逊计数器），图1为D触发器组成的4位扭环形计数器。扭环形计数器的反馈逻辑函数为：D0=Qn-1，所以n位移位寄存器可构成模为2n的扭环形计数器。由于扭环形计数器在每次状态转换时只有一位触发器改变状态，因而在将电路状态进行译码时不会产生竞争-冒险现象。

图1 D触发器组成的4位扭环形计数器Fig.1 D flip-flop composed of 4 bit twist ring counter

2 交通信号灯自动控制电路设计

根据交通规则，绿灯亮时，车辆可以通行，红灯亮时车辆禁止通行，黄灯亮时已经进入十字路口的车辆可以继续通行，其余的依次等待，直至绿灯亮时方可通行。具体信号灯定义如表1所示。

表1 交通信号灯定义Tab.1 Traffic lights definition

表2 扭环形计数器和交通信号灯真值表Tab.2 Twisted ring counter and traffic lights truth table

根据上述真值表和逻辑表达式，利用Multisim创建交通信号灯自动控制仿真电路[4-6]。电路用6个D触发器组成的12进制扭环形移位计数器，并利用组合逻辑电路设计出交通信号灯自动控制电路的电路图，如图2所示。

图2 交通信号灯自动控制Multisim仿真电路Fig.2 Traffic lights automatically control Multisim circuit simulation

3 脉冲信号发生器设计

本例采用555定时器组成脉冲信号发生器[1-2]。用Multisim中的555定时器设计向导设计一个频率为3.33 Hz的脉冲信号，如图3所示。然后用十进制计数器进行10分频，生成一个周期为3秒的脉冲信号发生器，取代仿真时的虚拟脉冲信号源，如图4所示。

图3 Multisim的555定时器设计向导Fig.3 555 timer design wizard of Multisim

图4 555定时器脉冲信号发生器Fig.4 555 timers pulse signal generator

4 结束语

该电路包含了组合逻辑电路、时序逻辑电路和555定时器的设计与仿真，可作为数字电子技术课程的综合性实验电路，通过该电路的设计能提高学生综合运用所学数字电路知识的能力。

[1]阎石.数字电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2003.

[2]康华光.电子技术基础（数字部分）[M].北京：高等教育出版社，2000.

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[4]李悦，孔维成，王宏干，等.数字钟实验电路的设计与仿真[J].电子设计工程，2012（14）：5－7.LI Yue.Experimental digital design and simulation of clock circuit[J].Electronic Design Engineering，2012（14）：5－7.

[5]王学忠.基于Multisim7交通信号灯的设计与仿真[J].电脑知识与技术，2011（35）：9248－9250.WANG Xue-zhong.Design and simulation of traffic signal lamp based on multisim7[J].Computer Knowledge and Technology，2011（35）：9248－9250.

[6]李悦，杨海明，孔维成，等.两种权电阻网络DAC等价性证明[J].电气电子教学学报，2011（4）：115－117.LI Yue，YANG Hai-ming，KONG Wei-cheng，et al.Proving the equivalence for two kinds of weight resistance network of DAC[J].Journal of Electrical&Electronic Education，2011（4）：115－117.