眞趣盎然集

  先前介紹的「 基本的交通號誌控制電路 」一文，並沒有紅燈倒數計時的功能，本文延續該電路探討如何將 紅燈倒數計時的功能 加入 。其完整的電路如圖一所示： 圖一   有紅燈倒數計時的基本的交通號誌控制電路 功能 一開始縱向的紅色 LED 亮，伴隨著從 4 秒開始的倒數計時顯示，且橫向的綠色 LED 同時跟著亮。當縱向的紅色 LED 倒數至 1 秒時，橫向的綠色 LED 熄滅，且橫向的黃色 LED 亮；當縱向的紅色 LED 倒數至 0 秒時 (不顯示)，縱向的紅色 LED 熄滅，轉而縱向的綠色 LED 亮，且橫向的紅色 LED 亮，伴隨著從 4 秒開始的倒數計時顯示。當橫向的紅色 LED 倒數至 1 秒時，縱向的綠色 LED 熄滅，縱向的的黃色 LED 亮；當橫向的紅色 LED 倒數至 0 秒時 (不顯示)，橫向的紅色 LED 熄滅，縱向的綠色 LED 亮，如此周而復始。其燈號動作時序圖如圖二所示。 圖二   燈號動作時序圖 電路設計 沒有紅燈倒數計時功能的 基本的交通號誌控制電路 ，電路如圖三所示，該部分的原理參見該文說明，這裡不再贅述。接下來，我們將只針對要另外加入的紅燈倒數計時部分的電路來作說明。 圖三   無紅燈倒數計時的基本的交通號誌控制電路 圖四    紅燈倒數計時顯示電路的 真值表 基本的交通號誌控制電路中的 3 位元模數 8 的同步上數計數電路的輸出 $(Q_C,\;Q_B,\;Q_A)$ ，是我們要加入的紅燈倒數計時顯示部分的輸入；而圖一中負責將 BCD 碼轉七段顯示碼的兩顆 IC 4511 各自的 BCD 碼輸入腳 $(Q_C^{'},\;Q_B^{'},\;Q_A^{'})$ 與 $(Q_C^{"},\;Q_B^{"},\;Q_A^{"})$ ，則分別是縱向與橫向的紅燈倒數計時輸出連接接腳，其真值表如圖四所示。 根據圖四的真值表，可畫出圖五至圖十的 卡諾圖 (Karnaugh Map)： 圖五    $Q_C\;'$ 的卡諾圖 圖六     $Q_B\;'$ 的卡諾圖 圖七    $Q_A\;'$ 的卡諾圖 圖八    $Q_C\;''$ 的卡諾圖 圖九   ...

Basic Traffic Signal Control Circuit 一個基本的交通號誌控制電路，可利用 3 位元模數 8 的同步上數計數電路 搭配 時脈產生電路 作計時輸出，再透過 組合邏輯電路 來決定紅黃綠燈何時亮來完成。圖一所示為紅黃綠燈號的動作時序圖，其完整的電路圖則如圖二所示。 圖一   紅綠燈控制電路燈號動作時序圖 圖二   紅綠燈控制電路圖 電路組成 此交通號誌控制電路是由三個部分所組成，分別是 555 時脈產生電路負責產生時脈、4027 $JK$ 正反器組成的同步上數計數器 ( 循序邏輯電路 ) 負責輸出二進制計數值、以及決定紅黃綠 $LED$ 如何亮的組合邏輯電路。以下將分別說明其原理與設計思維。 555 時脈產生電路 如圖三所示，為 555 時脈產生電路，其動作原理參看本人的另一篇文章 IC 555 無穩態多諧振盪器的原理與振盪頻率推導 。 圖三    555 時脈產生電路 3 位元模數 8 上數同步計數器 此同步計數器 (Synchronous Counter) 的輸出 $(Q_C,\;Q_B,\;Q_A)$ 變化為 $(0,\;0,\;0) \to (0,\;0,\;1)\to(0,\;1,\;0)\to(0,\;1,\;1)\to(1,\;0,\;0)\to(1,\;0,\;1)\to(1,\;1,\;1)$ 一循環後，再回到 $(0,\;0,\;0)$ 新的循環重新再開始，其狀態圖如圖四所示。 圖四   3 位元 8 模同步計數器的狀態圖 而其 狀態激勵表 則如表一所示。 表一      3 位元模數 8 JK 正反器組成的同步上數計數器 狀態激勵表 接著，利用卡諾圖化簡狀態激勵表，其結果如圖五至圖十所示： 圖五   $J_C$  的卡諾圖 圖六  $K_C$  的卡諾圖 圖七   $J_B$  的卡諾圖 圖八   $K_B$  的卡諾圖 圖九   $J_A$  的卡諾圖 圖十   $K_A$  的卡諾圖 利用卡諾圖完成化簡後，找到的三個 $JK$ 正反器各自的 $J$、$K$ 輸入端的最簡的布林代數式如下所示： $...