基于Multisim的交通信号灯

电子技术课程设计报告

题 目： 基于Multisim的交通信号灯

学生姓名： 学生学号： 年 级： 专 业： 班 级： 指导教师：

机械与电气工程学院制

2016年11月

交通信号灯设计

机械与电气工程学院 自动化专业

1设计的任务与要求 1.1课程设计的任务

1、进一步熟悉数字电路中计数器，译码器，555定时器等中规模逻辑器件的综合使用。

2、探究，学习可编程交通信号灯的工作原理。

3、了解使用数字电子电路知识来解决电子线路的实际问题的能力。以便更好掌握所学的知识，培养一定的动手能力。 1.2课程设计的要求

1、要求使用555定时器、计数器。 2、要求东西亮灯一致，南北亮灯一致。

3、东西亮绿灯和黄灯时，南北亮红灯；南北亮绿灯和黄灯时，东西亮红灯，黄灯亮时每秒种闪亮一次，红灯亮35s，绿灯亮32s，黄灯3s。

4、东西、南北方向除了有红（R）、黄（Y）、绿（G）灯指示外，每一种灯亮的时间都用显示器进行显示（采用倒计时的方法）；

2交通信号灯设计方案制定 2.1交通信号灯设计的原理

电路大体上可分为三个部分，即：主控制电路部分、计数器部分、红绿灯控制部分。红绿灯控制部分的门电路较多，需要占用较大的空间；主控制电路部分分布在系统的各个部分，可以说是系统的灵魂，它对整个系统进行着控制。计数器部分比较简单，主要是进行计数并且产生进位信号。

2.2交通信号灯设计的技术方案 译码·显示

预置数控制 秒脉冲 主控制电路 减法计数器 交通信号灯状态控制 东西方向信号灯 南北方向信号灯 图1 交通信号灯控制系统原理框图

交通灯原理控制如上图所示，它主要由秒脉冲发生器、定时器、译码器、控制器等部分组成。利用555定时器产生秒脉冲送至74LS192减法计数器，控制74LS192做减法计算。状态控制电路74LS162进行交通信号灯之间的转换。74LS138输入端接74LS162输出端，再对74LS192进行预置数。

3交通信号灯设计方案实施

3.1交通信号灯单元模块功能及电路设计 3.1.1 1s脉冲发生器

以555定时器接外接电路形成多谐荡器，输出频率为1Hz的脉冲信号，用作74LS162计数器及74LS192减法计数器的CLK信号。

由脉冲频率公式：

f=1/0.7(R1+2R2)C 要使f=1Hz，可选择R1=43K，R2=50K，C=10uF。 形成电路 VCC5VA1VCCRSTDISOUTR143kΩR250kΩC110μFTHRTRICONGND555_VIRTUALGND 图2 脉冲发生器 3.1.2 状态控制单元

主控电路属于时序逻辑电路，状态控制器是系统的核心部分，通过74LS162控制主支干道红绿黄灯亮灭的四中种装态S0（南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮），S1(南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮)，S2（南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮），S3（南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮）。

令灯亮为“1”、灯灭为“0”,南北干道红绿黄等分别为R1、G1、Y1,东西干道红绿黄等分别为R2、G2、Y2，东西、南北方向交通信号灯的工作是同时进行的。前25秒南北方向绿灯亮东西方向红灯亮，之后5秒南北方向黄灯亮.东西方向红灯亮，之后25秒南北方向红灯亮东西方向绿灯亮，接着5秒南北方向红灯亮.东西方向黄灯亮，一次循环为60秒。

状态流程图如下：

S0

S2 S3 S1

图3 状态流程转换图

表1 信号灯电路真值表

输 QB 0 0 1 1

入 QA 0 1 0 1 R1 0 0 1 1 G1 1 0 0 0 输 Y1 0 1 0 0 R2 1 1 0 0 出 G2 0 0 1 0 Y2 0 0 0 1 状态 S0 S1 S2 S3 74LS162输出为0011时置数，接成四进制计数器，CLK接状态转换控制信号。

X1X3X5X2X4X6 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 VU2A74LS00DU13456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115U5AU6A74LS08D74LS08DU7AU8A74LS08D74LS08DU3AU4B74LS04D74LS04DGND791210VCC5V74LS162D

图4 状态控制电路

3.1.3 初值预置单元

当交通灯控制系统开始工作时，该部分电路将实现各种状态的转换功能。由于Multisim的问题，本来预置数为25、5、25、5，现在根据原理，预置数要改为35、5、35、5，将数码管显示南北方向绿灯和东西方向红灯的预值（25秒），预置：0011、0101；当其减到0时，计数器产生借位，此时南北绿灯和东西方向红灯同时灭。然后将南北方向黄灯和东西方向红灯的预值（5秒），预置0000、0101；重复上述转换功能，实现倒计时计数功能。

U7U8DCD_HEXDCD_HEXU1VCC5V123645ABCG1~G2A~G2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y715141312111097U4AU5B74LS04D74LS04DU6A151109111454ABCDU2QAQBQCQD~BO~CO32671312VCC5V151109ABCDU3QAQBQCQD~BO~CO32671312GND74LS138D74LS32DGNDVCC5V~LOADCLRUPDOWNGND111454~LOADCLRUPDOWN74LS192D74LS192D

图5 初值预置电路

3.1.4数字显示单元

用两片计数器74LS192接成百进制减法计数器，低位片的借位输出端接高位片的脉冲输入端。高位的借位端用作主控制电路翻转的脉冲信号来完成状态的改变，同时主控制电路的输出状态又控制了减法计数器的下次计数的初值。由置数模块采用译码器（74LS138）译码。减法计数器的十位和个位分别接译码器和静态数码管来显示时间的倒计时。通过电路与静态显示管来循环显示25、5、25、5这四个数

U3U6U4U5DCD_HEXDCD_HEXDCD_HEXDCD_HEXU1151109ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO32671312VCC5V151109ABCDU2QAQBQCQD~BO~CO32671312GNDVCC5V111454GND111454~LOADCLRUPDOWN74LS192D74LS192D

图6 数字显示电路

3.2交通信号灯电路参数计算及元器件选择

3.3交通信号灯系统整体电路图

3.4元器件清单 名称 555 74LS138 74LS162 74LS192 74LS00 74LS32 74LS04 74LS08 DCD_HEX C R 信号灯

作用 定时器 编码器 同步计数器 减法计数器 与非门 或门 非门 与门 数码管 电容 电阻 显示红绿黄 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 4 4 4 1

4交通信号灯设计的仿真实现 4.1 仿真软件介绍

电子线路仿真软件Multisim12.0是美国NI公司开发的多功能EDA高层次工具软件，不仅仅局限于电子线路的虚拟仿真，而是其在LabVIEW虚拟仪器、单片机仿真等技术方面都有更多的创新和提高。它采用直观的图形界面创建电路，在计算机屏幕上仿真实验室的工作平台，绘制电路图需要的各种元器件，电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。Multisim12.0还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器，可以用比传统实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器的测量方法，并能解决传统电子实验过程中既繁琐、费时，又不便进行观测开路、短路、漏电和过载等情况，因此非常适合电子技术课程的教学和实验。

4.2交通信号灯设计仿真实现

X2X4X6X1X3X5 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 V 2.5 VU2A74LS00DU13456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO1413121115U5AU6A74LS08D74LS08DU3AU4B74LS04D74LS04DU13U16U14U17U7AU8A74LS08D74LS08DGND791210DCD_HEXDCD_HEXDCD_HEXDCD_HEX74LS162DVCCVCC5VU11VCC5V123645ABCG1~G2A~G2BY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7151413121110975VR143kΩRSTQAQBQCQD~BO~CO32671312DISA1VCCOUTU4AU12B74LS04D74LS04DU15A74LS32DU9151109ABCD~LOADCLRUPDOWNQAQBQCQD~BO~CO32671312VCC5V151109ABCDU10GNDGND11VCC145V54GND111454R250kΩC110μFTHRTRICONGND~LOADCLRUPDOWN74LS138D555_VIRTUAL74LS192D74LS192DGND

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