基于multisim的交通信号灯实验报告

摘要Multisim是EDA仿真设计系统的一个重要组成部分，它创建电路方便，且仿真所用的仪器及仿真数据读取方法都与实际实验方法相似，有各种虚拟仪器和仪表可以使用。且不消耗实际元器件。降低了实验成本，节省实验时间，提高了实验效率，利用Multisim12.0设计并仿真了一个周期为8S的交通灯控制仿真电路。得到了很好的实验效果。关键词：Multisim12.0，仿真，交通灯，虚拟仪器第1页共13页目录摘要...................................错误!未定义书签。第一章绪论............................................21.1研究背景.......................................21.2研究目的及意义.................................2第二章Multisim12.0简介...............................32.1Multisim12.0软件介绍..........................32.2Multisim12.0仿真软件流程图....................5第三章设计框图及整机概述..............................5第四章各单元电路的设计方案及原理说明..................64.1计数器部分.....................................64.2交通灯转换控制部分.............................74.3计数器与红绿灯转换控制部分的连接...............8第五章调试过程及结果分析..............................85.1调试过程.......................................95.1.1遇到问题及解决方法.......................95.2调试结果.......................................9第六章总结与体会.....................................10参考文献..............................................11第2页共13页第一章绪论1.1研究背景当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化，方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社会的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。随着社会的发展，城市规模的不断扩大，城市交通成为制约城市发展的一大因素，因此，为了改善城市交通环境有许多设计工作者设计了相应方案，其中大多数为交通指挥灯。但随着社会、经济的快速发展，原来的交通灯控制系统已不能完全改善现在日益繁忙的交通情况。如何改善交通灯控制器，使其更完善，成为了研究的课题。1.2研究目的及意义随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，扩建道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市的交通状况必然受这种路况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城市的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理亟待解决的主要问题。在这种情况下，道路交通控制器开始发挥越来越重要的作用。城市交通成为制约城市发展的一大因素，交通信号灯的广泛应用，能有效地促进了城市道路交通秩序的改观，保证了道路交通安全、畅通，缓解了交警部门警力不足的压力。第3页共13页第二章Multisim12.0简介2.1Multisim12.0软件介绍Multisim是InteractiveImageTechnologies(ElectronicsWorkbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。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。2.2Multisim12.0仿真软件流程图用Multisim12.0做仿真图时，首先用所选元件设计出电路原理图，然后用Multisim12.0模拟连接电路并对所选元件设定参数，第4页共13页仿真结束后用Multisim12.0虚拟仪器测定所求实验数据。如果与预测结果相同则进行数据分析，如果不同则分析原因进一步对电路图进行调试，直至与预测结果相同。流程框架图如下。NY图2.2-1设计整体框架图电路原理图用Multisim12.0模拟连接电路用Multisim12.0虚拟仪器测定所求实验数据设定元件参数结束分析原因调试电路分析数据实验结果是否正确第5页共13页第三章设计框图及整机概述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。图3.1-1红绿灯控制电路原理图显示器东西方向信号灯译码器主控制器南北方向信号灯信号灯译码驱动电路计数器时钟信号发生器第6页共13页第四章各单元电路的设计方案及原理说明4.1计数器部分计数器的作用有两点：一是根据个方向车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求进行45S、35S、11S三种方式的计数：二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。图4.1-110进制个位计数器这部分共利用1块计数芯片74LS190，负责红灯的减法计数。第7页共13页图4.1-25进制十位计数器这部分共利用1块计数芯片74LS190，负责绿灯黄灯的计数。4.2交通灯转换控制部分主控制器的4种状态分别要控制东西方向、南北方向红绿黄灯的亮与灭。设亮灯为1，灭灯为0，用四个与门和一个74LS190完成这个部分。控制信号灯的译码电路的真值表如下：四进制计数器东西方向南北方向QAQB红黄绿红黄绿0010000001001100第8页共13页1010001111010100图4.2-1状态真值表4.3计数器与红绿灯转换控制部分的连接计数器向信号灯转换提供定时信号T5和定时信号T0以实现信号灯的转换。T0表示计数到00，此时给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生变换，一个方向的绿灯亮，另一个方向红灯亮。接法如图：图4.3-1计数器与红绿灯转换部分的连接图第五章调试过程及结果分析第9页共13页5.1调试过程5.1.1遇到问题及解决方法1）只有东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮这一个状态。原因分析：对74LS190管脚的连接酶掌握好，认为在Multisim原理图中空置的管脚不需要连接。解决方法：把空置的管脚接地，灯开始有规律的变化。2）计数器变化不稳定，不按预置数开始变化。原因分析：管脚连接不当。解决办法：在检查电路过程中发现从74LS190中的一根导线没有接到预定地方。图5.1-1信号灯显示5.2调试结果信号灯运转正常，完成东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮35S,东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮11S,东西方向红灯亮，南北方第10页共13页向绿灯亮45S,东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮11S。图5.2-1调试结果图第六章总结与体会这次设计我的收获颇丰，因为我的学习宗旨就是实践，平时的学习都是尽可能的以实践为基础，这次课程设计，使我的平日所学知识得到了很好的检验，对可以说是对数字电路课程的一次完整的复习。通过这次学习，使我对数字电路这门课程有了更加深入的认识。在设计的过程中，我充分的感受到了设计的乐趣，不断给自己增加难度的过程并不是对自己的苛刻，而是发自内心的希望能够做的更好，这样的心理让我并不急于应付差事，从而学到了更多的知识。第11页共13页参考文献[1]阎石《数字电路基础》高等教育出版社2004年8月出版[2]宁铎《电路基础》西北大学出版社2006年7月出版[3]邓玉元、蒋卓勤《Multisim2001及其在电子设计中的应用》西安电子科技大学出版社2003年10月出版[4]黄培根、奚慧平《Multisim7&电子技术试验》浙江大学出版社2005年7月出版