基于Multisim13的交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)與仿真

王沙沙

(商丘師范學(xué)院 物理與電子信息學(xué)院，河南 商丘 476000)

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基于Multisim13的交通信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)與仿真

王沙沙

(商丘師范學(xué)院 物理與電子信息學(xué)院，河南 商丘 476000)

運(yùn)用Multisim仿真軟件設(shè)計(jì)了交通信號(hào)燈控制器，通過仿真表明該控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)十字路口信號(hào)燈的控制，設(shè)計(jì)電路達(dá)到了預(yù)期目的.利用Multisim仿真工具，能夠方便地設(shè)計(jì)電路，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案，與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相比，具有低成本、高效率的優(yōu)勢(shì).

Multisim；控制器；交通信號(hào)燈

0 引 言

交通信號(hào)燈控制器通過控制十字路口紅、黃、路燈的亮滅，來(lái)指揮車輛和行人的安全通行，以實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動(dòng)化，本設(shè)計(jì)運(yùn)用邏輯電路知識(shí)結(jié)合仿真軟件，實(shí)現(xiàn)主干道和支干道兩個(gè)方向通行時(shí)間相等的控制并配有倒計(jì)時(shí)顯示.本文的仿真軟件為Multisim13，是一款用軟件的方式虛擬電子與電工元器件、儀表、儀器的EDA仿真工具，利用Multisim可以實(shí)現(xiàn)電路的設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試等功能.它不僅為用戶提供了數(shù)千種的元器件，還可以通過調(diào)整元器件參數(shù)靈活地實(shí)現(xiàn)各種電路設(shè)計(jì).在電路實(shí)際搭建之前，可以通過仿真對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)優(yōu)化，從而提高實(shí)驗(yàn)效率，減少產(chǎn)品成本，縮短設(shè)計(jì)周期，是目前在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和教學(xué)方面應(yīng)用最廣泛的一種EDA仿真工具.

圖1 信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)的流程圖

1 交通控制器電路設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)概述

城市中心的十字路口，由于車流量和人流量較大，為保證交通秩序和行人安全，每條道路上都安裝有交通燈和數(shù)碼顯示器，交通燈有紅黃綠3種信號(hào)，當(dāng)主干道上的綠燈亮?xí)r，該道路上的車輛可以通過，支干道上的車輛禁止通行，時(shí)間為25 s；接著主干道上的黃燈開始閃爍，車輛沒有越過禁止線的停車等候，閃爍頻率為1 Hz，時(shí)間為5 s；之后主干道上的紅燈亮，車輛禁止通行，時(shí)間為25 s.兩條道路交替通行，流程圖如圖1所示，主要包括震蕩發(fā)生電路、計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路、主控制電路和譯碼驅(qū)動(dòng)信號(hào)燈[1].

1.2 振蕩電路

振蕩電路主要由555定時(shí)器、電阻、電容構(gòu)成，555定時(shí)器是一種結(jié)合模電和數(shù)電的中規(guī)模集成器件，由于它的功能強(qiáng)及適應(yīng)規(guī)模廣等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)生波形、丈量、控制等方面，常和阻容元件結(jié)合構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器等[2].

下面給出由555定時(shí)器、兩個(gè)電阻、兩個(gè)電容構(gòu)成的震蕩回路如圖2所示，通過電容的充放電原理產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，該脈沖的頻率為1 Hz，幅度為5 V[3].

1.3 計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路

計(jì)數(shù)器主要由2片74LS190N組成，通過計(jì)數(shù)器可以實(shí)現(xiàn)25 s和5 s的倒計(jì)時(shí)功能，74LS190N的CLK端接f=1 Hz的時(shí)鐘脈沖，輸出端接BCD七段譯碼器，右邊的芯片控制10位數(shù)的計(jì)數(shù)，左邊的芯片控制個(gè)位數(shù)的計(jì)數(shù)，通過主控制電路實(shí)現(xiàn)控制，最終將計(jì)數(shù)器輸出的數(shù)字輸入譯碼器[4].計(jì)數(shù)器電路如圖3所示.

圖2 震蕩回路

譯碼顯示電路如圖4所示，由74LS48N、電阻和數(shù)碼管組成，74LS48N是一種BCD七段譯碼器，將計(jì)數(shù)器的輸出接入到譯碼器的輸入端，通過譯碼器將當(dāng)前的計(jì)數(shù)值用數(shù)碼管顯示出來(lái).

1.4 主控制電路

主控制電路主要由多個(gè)邏輯門和觸發(fā)器構(gòu)成，如圖5所示.主要實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)十字路口黃、紅、綠燈的控制，主干道的燈分別用R1、G1、Y1來(lái)表示，支干道的燈分別用R2、G2、Y2來(lái)表示[5].74LS74N兩個(gè)輸出端是非的邏輯關(guān)系，分別接兩個(gè)十字路口的紅燈，所以兩個(gè)紅燈R1和R2，例如在某一時(shí)間LD為0，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù)為25 s，R1亮、R2滅，同時(shí)G2亮[6].當(dāng)計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到0 s時(shí)，由10位上的計(jì)數(shù)器B端和觸發(fā)器的反相輸出端接入到一個(gè)74LS08D的輸入端，是信號(hào)燈發(fā)生轉(zhuǎn)換，G2滅，Y2開始以1 HZ的頻率閃爍，閃爍時(shí)間為5 s，在此期間R1-不變.當(dāng)計(jì)數(shù)到0 s時(shí)，LD又變?yōu)?，重新置數(shù)，一直循環(huán)下去.

圖4 由74LS48N構(gòu)成的譯碼電路

圖5 主控制電路

2 仿真結(jié)果

按照之前對(duì)電路各部分的設(shè)計(jì)，將各模塊組合起來(lái)，進(jìn)行調(diào)試.點(diǎn)擊仿真菜單里的“運(yùn)行”，可以觀察到主干道上的紅燈亮25 s，支干道上的綠燈亮25 s，倒數(shù)到0時(shí)支干道上的黃燈以1 HZ的頻率閃爍5 s，主干道的紅燈不變；接著支干道上的紅燈亮25 s，主干道上的綠燈亮25 s，倒數(shù)到0 s時(shí)，主干道上的黃燈以1 HZ的頻率閃爍5 s，支干道上的紅燈不變.如此循環(huán).經(jīng)仿真驗(yàn)證了本次設(shè)計(jì)的可行性，并且滿足實(shí)驗(yàn)要求.

3 結(jié)束語(yǔ)

在論文中使用Multisim實(shí)現(xiàn)對(duì)十字路口交通燈的設(shè)計(jì)和仿真，同時(shí)對(duì)Multisim軟件有了更深刻的認(rèn)識(shí)，該軟件是一種簡(jiǎn)單、易懂、方便的設(shè)計(jì)工具，為解決實(shí)際問題提供了良好的平臺(tái).

[1]段永霞,沈廣鴻.基于Multisim的城市交通信號(hào)燈控制系統(tǒng)的仿真[J].廣西輕工業(yè)，2010,2(2)：58-59.

[2]余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程(第三版)[M].北京:高等教育出版社，2006.

[3]展慧,宋朝霞,曾瑛.基于Multisim的交通燈控制器的設(shè)計(jì)仿真[J].中國(guó)科技信息，2012,5(2)：94-95.

[4]聶茹.基于Multisim10的十字路口交通燈控制器的設(shè)計(jì)與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2010,11(11)：79-81.

[5]張艷春.數(shù)字電子系統(tǒng)的EDA設(shè)計(jì)方法研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009,32(17)：188-190.

[6]馬海寬,雷學(xué)林.基于Multisim10的數(shù)字時(shí)鐘仿真探討[J].電氣技術(shù)與自動(dòng)化，2008,37(4)：155-159.

[責(zé)任編輯：徐明忠]

Design and simulation of traffic signal lights based on Multisim 13

WANG Shasha

(Shangqiu Normal University，School of Physics and Electrical Information Ingineering,Shangqiu 476000,China)

This paper designs a traffic signal ligters controller based on Multisim 13 simulation software，using simulation show that the program is better to achieve the control of traffic signal ligters.As a simulation tool,Multisim can be easy to design circuit，test design program，it has supeeriority of low cost and efficient comparing with the traditional design method.

Multisim；controller；traffic signal ligters

2016-04-28；

2016-05-16

王沙沙(1985—)，女，河南焦作人，商丘師范學(xué)院助教，主要從事通信方面的研究.

U491.5+1

A

1672-3600(2017)09-0018-03