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3.1.11s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：译码·显示减法计数器预置数控制主控制电路交通信号灯状态控制东西方向信号灯南北方向信号灯秒脉冲f=1/0.7(R1+2R2)C要使f=1Hz，可选择R1=43K，R2=50K，C=10uF。形成电路图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：A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIVCC5VGNDR143kΩR250kΩC110µFS0图3状态流程转换图表1信号灯电路真值表输入输出QBQAR1G1Y1R2G2Y2状态00010100S001001100S110100010S211100001S374LS162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。S2S3S1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。U174LS162DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VGNDU2A74LS00DU3A74LS04DU4B74LS04DU5A74LS08DU6A74LS08DU7A74LS08DU8A74LS08DX12.5VX22.5VX32.5VX42.5VX52.5VX62.5V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U174LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5U274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U4A74LS04DU5B74LS04DU6A74LS32DU7DCD_HEXU8DCD_HEXVCC5VVCC5VVCC5VGNDGNDGNDU374LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U174LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14GNDVCC5VVCC5VGNDU3DCD_HEXU4DCD_HEXU5DCD_HEXU6DCD_HEXU274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14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元器件清单名称作用数量555定时器174LS138编码器174LS162同步计数器174LS192减法计数器174LS00与非门174LS32或门174LS04非门174LS08与门1DCD_HEX数码管4C电容4R电阻4信号灯显示红绿黄14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U7A74LS08DU8A74LS08DX22.5VX42.5VX62.5VU6A74LS08DX12.5VX32.5VX52.5VU13DCD_HEXU14DCD_HEXU16DCD_HEXU17DCD_HEXU174LS162DQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10~LOAD9~CLR1CLK2VCC5VGNDU2A74LS00DU3A74LS04DU4B74LS04DU5A74LS08DA1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIU974LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14GNDGNDVCC5VVCC5VU1074LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U1174LS138DY015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y77A1B2C3G16~G2A4~G2B5U4A74LS04DU12B74LS04DU15A74LS32DVCC5VGNDR143kΩR250kΩVCC5VGNDC110µF5总结及心得体会5.1设计过程中遇到的问题及解决方法第一次仿真：数码管无法进行倒计时功能，原因是５５５定时器的ｖｃｃ没有接好。第二次仿真：数码管倒计时间过快，5.2设计体会通过本次课程设计，对数字电路的基本知识有了更加深刻的印象，对555定时器有了更深的认识，完成了交通灯的设计。对以前所学的电子电路和数电知识既是巩固又是发展。学会了在实践中运用理论，用理论来指导实践，培养了理论联系实际的正确设计思想。通过对课题的设计，训练了运用所学的理论知识去思考问题并联系理论实际解决问题的能力，提高了逻辑思维的能力。在这次课程设计中，培养了实际运用理论的能力，懂得理论联系实际去处理问题，也培养了吃苦耐劳的精神，为以后更好的的学习和工作打下了结实的基础，对于我们来说是一次难得的实践机遇，也是一个宝贵的精神财富。参考文献[1]康华光.电子技术基础.模拟部分[M].第五版.北京：高等教育出版社，1998.8.[2]沈小丰，余琼蓉主编电子线路实验模拟电子实验[M].第一版清华大学出版社，2008.[3]贾更新.电子技术基础实验、设计与仿真.郑州大学出版社，2006.10[4]王革思.数字电路原理设计与实践教程.哈尔滨工程大学出版社，2007.4[5]孙肖子.电子设计指南[M].北京：高等教育出版社2006.1.[6]朱彩莲.MULTISIM仿真实验教材[M].西安:西安电子科技大学出版社，2007.[7]童诗白，华成英主编.模拟电子基础[M].第四版.高等教育出版社，2006.[8]阎石.数字电子技术基础[M].第五版.高等教育出版社，2006.指导教师评语成绩（60%）指导教师签字：年月日答辩过程及评价成绩（40%）答辩小组签字：年月日院综合意见综合成绩分管院长签字（盖章）：年月日