基于Multisim 10的十字路口交通燈控制器的設(shè)計(jì)與仿真

1、基于Multisim10的十字路口交通燈控制器的設(shè)計(jì)與仿真發(fā)表時(shí)間：2011-5-20聶茹來源：萬方數(shù)據(jù)關(guān)鍵字：Muhisim10交通控制器EDACAD信息化調(diào)杳找茬投稿收藏評論好文推薦打印社區(qū)分享介紹運(yùn)用Multisim10仿真軟件，設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通燈控制器。該控制器實(shí)現(xiàn)了對十字路口交通信號燈控制。利用Multisim10這種高效的設(shè)計(jì)平臺(tái)，能夠方便地設(shè)計(jì)電路，并用虛擬儀器庫進(jìn)行仿真以及驗(yàn)證電路是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，它具有省時(shí)、低成本、高效率的優(yōu)越性。0引言隨著計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA領(lǐng)域已成為電子技術(shù)發(fā)展的主體。EDA（ElectronicDes

2、ignAutomation電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)）是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，它在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等方面發(fā)揮著巨大的作用。Multisim10是一款知名的EDA仿真軟件，由加拿大IIT公司予2007年推出最新版本。在Windows環(huán)境下，Multisim10軟件有一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，它將原理圖的創(chuàng)建、電路的測試分析、結(jié)果的圖表顯示等全部集成到同一個(gè)電路窗口中。在搭建實(shí)際電路之前，采用Multisim10仿真軟件進(jìn)行虛擬測試，可使實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)手段現(xiàn)代化，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)容量，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更完備，提咼了實(shí)驗(yàn)效率，節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)資源。Multisim10軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真分析

3、的基本步驟為：設(shè)計(jì)創(chuàng)建仿真電路原理圖一電路圖選項(xiàng)的設(shè)置一使用仿真儀器一設(shè)定仿真分析方法一啟動(dòng)Multisim10仿真。下面介紹以Multisiml0為平臺(tái)設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通控制器系統(tǒng)的過程。1系統(tǒng)概述在城鎮(zhèn)街道的十字路口中，為保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈。圖1是一個(gè)典型的十字路口的平面位置示意圖：有主干道和支干道兩條道路，每條道路上各有一組紅、黃、綠交通信號燈。主干道與支干道上的車輛交替運(yùn)行，主干道上的車輛比較多，因此主干道的車輛通行時(shí)間長，支干道上的車輛少，因此支干道的車輛通行時(shí)間短。主干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時(shí)間為60S；支干道通行

4、時(shí)，主干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時(shí)間為30S。每次綠燈變紅時(shí)，黃燈先閃爍3s（頻率為5Hz）。此時(shí)另一路口的紅燈不變?；谝陨弦?guī)則設(shè)計(jì)的交通控制器控制十字路口兩組紅、黃、綠交通信號燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，可以方便地實(shí)現(xiàn)指揮各種車輛和行人通行實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化。圖1十字路口的平面位置示意圖2交通控制器電路設(shè)計(jì)與仿真交通控制器電路按功能分成3個(gè)單元電路：振蕩電路、計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路、主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動(dòng)。2.1振蕩電路振蕩電路輸出頻率分別為1Hz和5Hz、幅度為5V的時(shí)鐘脈沖。為提高精度，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)輸出頻率為100Hz的多諧振蕩器，再通過100分頻（100進(jìn)制計(jì)數(shù)器

5、）而得到1Hz的時(shí)鐘脈沖，通過20分頻得到5Hz的時(shí)鐘脈沖。2.1.1555定時(shí)器構(gòu)成的100Hz多諧振蕩器555定時(shí)器是一種多用途的模擬、數(shù)字混合集成電路，在波形的產(chǎn)生與變換、控制與檢測、家用電器以及電子玩具等領(lǐng)域等許多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。555定時(shí)器功能多樣，應(yīng)用廣泛，只要外部配上幾個(gè)阻容元器件即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路。由555定時(shí)器構(gòu)成的100Hz多諧振蕩器電路原理圖如圖2所示。電路由一個(gè)555芯片、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成，通過電阻給電容C充電、放電的過程來產(chǎn)生振蕩，從而輸出矩形脈沖。號OUTKSTVCC圖2555構(gòu)成的100Hz多諧振蕩器原理圖2.1.274L

6、S192構(gòu)成的100分頻和20分頻的分頻器計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件，它不僅可用來計(jì)脈沖數(shù)，而且常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能，在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器、異步并行置數(shù)功能、保持功能以及清零功能。CLR是清零端，LOAD是置數(shù)控制端。用2片74LS192可以構(gòu)成二級十分頻器，將100Hz矩形波100分頻得到1Hz的時(shí)鐘脈沖、通過20分頻得到5Hz的時(shí)鐘脈沖。100分頻和20分頻電路如圖3所示。右邊1片74LS192的輸出端QA端是經(jīng)過20分頻得到的5Hz的時(shí)鐘脈沖，而輸出端QD端是經(jīng)過

7、100分頻后得到的1Hz的時(shí)鐘脈沖。BO|：-UP74LSI4!iWHitWADDOWNqa.QB1OCQR：LOADIMJWN圖374LS192構(gòu)成的100分頻和20分頻電路圖2.274LS192構(gòu)成的計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路計(jì)數(shù)器電路具有60s倒計(jì)時(shí)（計(jì)數(shù)范圍為601的減數(shù)計(jì)數(shù)器）、30S倒計(jì)時(shí)（計(jì)數(shù)范圍為301的減數(shù)計(jì)數(shù)器）以及3s計(jì)時(shí)功能。此三種計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是由2片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器741。S192芯片組成，然后通過主控制電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，最終各個(gè)方向的倒計(jì)時(shí)共用一套譯碼顯示數(shù)碼管顯示出來。74LS192構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路圖如圖4所示：左邊的1片74LS192芯片為計(jì)數(shù)器的個(gè)位，右邊的1片74LS1

8、92芯片為計(jì)數(shù)器的十位，個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端都接上數(shù)碼管顯示。其中作為個(gè)位數(shù)的74LS192芯片的CLK接的是1Hz時(shí)鐘脈沖。圖474LS192構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路2.3主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動(dòng)主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動(dòng)用各種門電路和T觸發(fā)器組成，能實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)電路的轉(zhuǎn)換、各方向信號燈的控制。主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路如圖5所示。圖5中的紅燈1,黃燈1,綠燈1是主干道的三個(gè)交通信號燈，紅燈2,黃燈2,綠燈2則是支干道的三個(gè)交通信號燈。圖4中的兩片74LS192的8個(gè)輸出端用或門連起來，接到LD置數(shù)端，決定倒計(jì)時(shí)器是置數(shù)還是計(jì)數(shù)。工作開始時(shí)，LD為0,計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)，此時(shí)T觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q

9、=0，因此預(yù)置數(shù)為30s。置數(shù)完后，LD變?yōu)?,計(jì)數(shù)器開始從30s倒計(jì)時(shí)，T觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)Q=1，主干道的紅燈1及支干道的綠燈2亮。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“03秒時(shí)，由于圖4中的十位計(jì)數(shù)器的QD2,QC2,QB2,QA2與個(gè)位計(jì)數(shù)器的QD1,QC1用一個(gè)或非門連起來，使信號燈發(fā)生轉(zhuǎn)換,綠燈2滅，黃燈2在這3s內(nèi)以5Hz的頻率閃爍，紅燈1不變。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)“00”時(shí)，LD又變?yōu)?計(jì)數(shù)器又預(yù)置60S，之后又倒計(jì)時(shí)，如此循環(huán)下去。押施輸出-worns圖5主控制電路2.4仿真結(jié)果將上述各單元電路組合起來，可以得到交通控制燈的整體電路，點(diǎn)擊Multisim10軟件的“Simulate/Run”按鈕或直接按“F5”鍵，便可以進(jìn)行交通燈控制電路的仿真。電路的倒計(jì)時(shí)顯示首先為30s,支干道的綠燈2亮，支干道的車輛可自由通行；主干道的紅燈1亮，主干道的車輛禁止通行。時(shí)間顯示器從預(yù)置的30s，以每秒減1,減到數(shù)3時(shí)，支干道的綠燈2轉(zhuǎn)換為黃燈2,而且黃燈以0.2s（5Hz的頻率）閃一次，其他燈不變。減到數(shù)1時(shí)，1s后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的60s，支干道的黃燈2轉(zhuǎn)換為紅燈2,支干道的車輛禁