基于Multisim 10的十字路口交通燈控制器的設(shè)計與仿真 2011-04-26 11:11:52來源:互聯(lián)網(wǎng)
0 引言
隨著計算機(jī)與微電子技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)計自動化EDA領(lǐng)域已成為電子技術(shù)發(fā)展的主體。EDA(Electronic Design Automation電子設(shè)計自動化技術(shù))是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機(jī)軟件系統(tǒng)，它在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計與制造等方面發(fā)揮著巨大的作用。Multisim 10是一款知名的EDA仿真軟件，由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本。在Windows環(huán)境下，Multisim 10軟件有一個完整的集成化設(shè)計環(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電路窗口中。在搭建實際電路之前，采用Multisim 10仿真軟件進(jìn)行虛擬測試，可使實驗方法和實驗手段現(xiàn)代化，擴(kuò)展實驗容量，使實驗內(nèi)容更完備，提高了實驗效率，節(jié)省大量的實驗資源。Multisim 10軟件進(jìn)行設(shè)計仿真分析的基本步驟為：設(shè)計創(chuàng)建仿真電路原理圖→電路圖選項的設(shè)置→使用仿真儀器→設(shè)定仿真分析方法→啟動Multisim 10仿真。
下面介紹以Muitisiml0為平臺設(shè)計一個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行，主干道上的車輛比較多，因此主干道的車輛通行時間長，支干道上的車輛少，因此支干道的車輛通行時間短。主干道通行時，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時間為60 s；支干道通行時，主干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時間為30 s。每次綠燈變紅時，黃燈先閃爍3 s(頻率為5Hz)。此時另一路口的紅燈不變?；谝陨弦?guī)則設(shè)計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，可以方便地實現(xiàn)指揮各種車輛和行人通行實現(xiàn)十字路口交通管理的自動化。

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2 交通控制器電路設(shè)計與仿真
交通控制器電路按功能分成3個單元電路：振蕩電路、計數(shù)器和譯碼顯示電路、主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動。
2．1 振蕩電路
振蕩電路輸出頻率分別為1Hz和5Hz、幅度為5 V的時鐘脈沖。為提高精度，本設(shè)計系統(tǒng)利用555定時器設(shè)計一個輸出頻率為100 Hz的多諧振蕩器，再通過100分頻(100進(jìn)制計數(shù)器)而得到1 Hz的時鐘脈沖，通過20分頻得到5 Hz的時鐘脈沖。
2．1．1 555定時器構(gòu)成的100 Hz多諧振蕩器
555定時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定時器功能多樣，應(yīng)用廣泛，只要外部配上幾個阻容元器件即可構(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。


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由555定時器構(gòu)成的100 Hz多諧振蕩器電路原理圖如圖2所示。電路由一個555芯片、兩個電阻和兩個電容組成，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。
2．1．2 74LS192構(gòu)成的100分頻和20分頻的分頻器
計數(shù)器是一個用以實現(xiàn)計數(shù)功能的時序部件，它不僅可用來計脈沖數(shù)，而且常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時、分頻和執(zhí)行數(shù)字運算以及其他特定的邏輯功能，在電路設(shè)計中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。74LSl92是同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘十進(jìn)制可逆計數(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74LSl92可以構(gòu)成二級十分頻器，將100 Hz矩形波100分頻得到1 Hz的時鐘脈沖、通過20分頻得到5 Hz的時鐘脈沖。100分頻和20分頻電路如圖3所示。


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右邊1片74LSl92的輸出端QA端是經(jīng)過20分頻得到的5 Hz的時鐘脈沖，而輸出端QD端是經(jīng)過100分頻后得到的1 Hz的時鐘脈沖。
2．2 74LSl92構(gòu)成的計數(shù)器和譯碼顯示電路
計數(shù)器電路具有60 s倒計時(計數(shù)范圍為60～1的減數(shù)計數(shù)器)、30 s倒計時(計數(shù)范圍為30～1的減數(shù)計數(shù)器)以及3 s計時功能。此三種計數(shù)的實現(xiàn)主要是由2片十進(jìn)制計數(shù)器74LSl92芯片組成，然后通過主控制電路實現(xiàn)轉(zhuǎn)換，最終各個方向的倒計時共用一套譯碼顯示數(shù)碼管顯示出來。74LSl92構(gòu)成的計數(shù)器電路圖如圖4所示：左邊的1片74LSl92芯片為計數(shù)器的個位，右邊的1片74LSl92芯片為計數(shù)器的十位，個位和十位計數(shù)器的四個輸出端都接上數(shù)碼管顯示。其中作為個位數(shù)的74LS192芯片的CLK接的是1 Hz時鐘脈沖。