基于Protues的交通灯案例设计与仿真

申倩伟+于颜儒+贺艳+蔡伟超

摘 要：本文设计了一个智能交通灯控制系统，可实现路口红绿黄灯自动转换。通过Protues软件仿真并在面包板上插接芯片及电子元器件验证该系统功能。该系统使用数字电路，设计思路可用于实际路口交通灯系统中，服务于人们生活。

关键词：Protues；数字电子技术；交通灯案例

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0025-01

1 案例设计

假设某十字路口为东西向道路和南北向道路交口，该路口的信号灯为红黄绿三种，交通信号灯按照“绿灯-黄灯-红灯”依次循环点亮。经分析可知，南北向两组信号灯的显示是一样的，东西向两组信号灯的显示是一样的，如下所示：

状态一：某一时刻南北向为红燈时，东西向为绿灯；（9～2s）。状态二：下一时段东西向同时绿灯变黄灯，南北向保持红灯；（1～0s）。状态三：再下一时段东西向黄灯变红灯，南北向红灯变绿灯；（9～2s）。状态四：然后东西向保持红灯，南北向绿灯变黄灯；（1～0s）。交通灯按照“状态1、2、3、4、1…”这个顺序循环变化。

2 模块划分

为实现以上功能，将案例电路模块[1]设计为脉冲输入、计数器、译码显示、控制电路、交通灯阵列模块，如图1。

脉冲输入：使用频率为1Hz方波，输入芯片4510的CLK引脚，作为计数器的时钟信号，该方波可由555脉冲产生电路得到。计数器[2]：使用4510可逆计数器芯片，该芯片可实现加计数和减计数，交通灯往往使用的是倒计时，因此将4510的10引脚输入低电平可达到效果，由于时钟信号为1Hz，因此该芯片输出状态为（1001）2即（9）10，1s后减1计数，芯片输出（1000）2，此后每隔1s输出减1，直到输出（0000）2，下一状态变为（1001）2，形成十进制减计数器。译码显示：使用4511芯片，输入端连接计数器输出端，将计数器输出的4位二进制码译为七段显示码[3]：如：0000=>1111110。控制电路：使用了4002、4013、4081芯片，根据不同时间段计数器输出不同，设计组合逻辑和时序逻辑电路，从而控制交通灯阵列各个灯的亮暗。有利于学生组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计学习。交通灯阵列：使用6个LED灯为代表，其中D1、D3、D5分别代表东西向的红、绿、黄灯。D2、D4、D6分别代表南北向的红、绿、黄灯。整体交通灯系统如图2。

3 结语

本文采用了Protues仿真软件设计了路口交通灯系统，从生活中选取设计案例，经过适当的抽象和简化，得到了功能可实现、逻辑清晰的交通灯数字系统，该电路即可作为电子技术学习的典型案例，又可用于实际生活中。

参考文献

[1]索静，刘杰.电子技术中单元电路的设计方法研究[J].数字技术与应用，2011，11：58.

[2]阎石.数字电子技术基础（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.05.

[3]康华光.电子技术基础：数字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.01.