基于multisim交通燈課程設(shè)計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 交通信號燈控制電路的概述2</p><p><b>　　3 單元模塊4</b></p><p>　　3.1 電源模塊4</p><

2、;p>　　3.2秒脈沖發(fā)生模塊4</p><p><b>　　3.3計數(shù)模塊6</b></p><p>　　3.4 邏輯電路模塊7</p><p>　　3.5 分頻器模塊9</p><p>　　4 數(shù)字電子鐘電路的仿真與調(diào)試11</p><p>　　4.1仿真軟件簡介11<

3、;/p><p>　　4.2交通信號燈控制電路的仿真11</p><p>　　4.3 交通信號燈控制電路的實現(xiàn)13</p><p>　　4.4調(diào)試方法13</p><p>　　4.5 調(diào)試中出現(xiàn)的問題、原因分析及解決方法14</p><p><b>　　5 總結(jié)15</b></p>

4、;<p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　附錄18</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著我國城市化建設(shè)的發(fā)展，人民的生活水平日漸提高，越來越多的汽車進入了尋常老百姓的家庭，再加上政府大力發(fā)展公交車、出租車，使得道

5、路上車輛越來越多，許多大城市如北京、上海、南京等均出現(xiàn)了道路交通超負荷運行的情況。因此，自80年代后期以來，很多城市紛紛擴建城市道路，在道路建設(shè)完成的初期，它們也曾有效地改善了交通狀況。然而，隨著交通量的快速增長和缺乏對道路的系統(tǒng)研究和控制，擴建道路并沒有充分發(fā)揮出預(yù)期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特點，也決定了城市道路的交通狀況必然受這種路況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的多車道城市道路，緩解

6、城區(qū)的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理和城市規(guī)劃部門亟待解決的主要問題。在這種情況下，道路交通信號燈開始發(fā)揮了越來越重要的作用，并已成為交管部門管理交通的重要工具之一。城市交通控制系統(tǒng)是用于城市交通數(shù)據(jù)監(jiān)測、交通信號燈控制與交通疏導(dǎo)的計算機綜合管理系統(tǒng)，它是現(xiàn)代城市交通監(jiān)控指揮系統(tǒng)中最重要的組成部分．</p><p>　　由于現(xiàn)代社會模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的高速發(fā)展，因而由這種技術(shù)制造出來的產(chǎn)品也

7、越來越先進，交通信號燈控制電路就是其中之一。</p><p>　　交通信號燈控制電路的應(yīng)用十分廣泛，通過各種組合邏輯電路的組合和秒脈沖的激勵，可以很清晰地將信號燈的亮滅情況反映出來，便于人們的觀察，以及解決交通問題。它具有亮滅準時精確，顯示直觀，無機械傳動，無需人的經(jīng)常調(diào)整等優(yōu)點。它廣泛用于大中小各個城市中人口聚集的地方。</p><p>　　交通信號燈控制電路的設(shè)計涉及到模擬電子技術(shù)與數(shù)

8、字電子技術(shù)。其中，絕大部分是數(shù)字電路部分：邏輯門電路、計數(shù)器，觸發(fā)器，555定時器等的基本原理。交通信號燈控制電路的設(shè)計與制作不僅加深了對數(shù)字電路的了解，而且由于交通信號燈控制電路包括組合邏輯電路和時序電路，進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法，為數(shù)字電路的制作提供思路。</p><p>　　本系統(tǒng)采用小規(guī)模集成電路構(gòu)成交通信號燈控制電路的硬件電路，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器作為秒脈沖產(chǎn)

9、生電路，經(jīng)過雙D觸發(fā)器構(gòu)成的T’觸發(fā)器作為4分頻器電路，利用74LS164構(gòu)成十二進制扭環(huán)形計數(shù)器，來控制組合邏輯電路實現(xiàn)其邏輯功能。最后用電路仿真軟件繪制出交通信號燈控制電路的完整電路圖。對數(shù)字電路的學(xué)習(xí)起到了良好的輔助作用。</p><p>　　自從交通燈誕生以來，其內(nèi)部的電路控制系統(tǒng)就不斷的被改進，設(shè)計方法也開始多種多樣，從而使交通燈顯得更加智能化。尤其是近幾年來，隨著電子與計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路分

10、析和設(shè)計方法有了很大的改進，電子設(shè)計自動化也已經(jīng)成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不可缺少的工具和手段。</p><p>　　2 交通信號燈控制電路的概述</p><p>　　較通信號燈控制電路的邏輯框圖如圖2-1所示。它由555集成芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路、雙D觸發(fā)器構(gòu)成的分頻器、十二進制扭環(huán)形計數(shù)器、直流穩(wěn)壓電源構(gòu)成部分以及組合邏輯電路組成。555集成芯片構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生的信號經(jīng)過分頻器作為4秒脈沖，

11、4秒脈沖送入計數(shù)器，來控制紅黃綠燈的工作狀態(tài)及工作時間?？赏ㄟ^觀察亮燈的情況形成有序的交通。其整體電路框圖如圖2-1所示。</p><p>　　該系統(tǒng)的工作原理是：信號燈黑天工作，即開關(guān)閉合時，計數(shù)器被置零，不工作，A、B輸入為低電平，使紅燈、綠燈不工作。當555多諧振蕩器產(chǎn)生的秒脈沖為高電平時，黃燈亮，為低電平時，黃燈滅。產(chǎn)生黃燈閃爍的現(xiàn)象。</p><p>　　信號燈白天工作，即開關(guān)斷

12、開時，計數(shù)器正常工作，由直流穩(wěn)壓電源為其提供5V直流電壓，555定時器形成的多諧振蕩器為其提供秒脈沖， A、B輸入為高電平，通過與、或、非門組成的組合邏輯電路決定亮燈的情況，使其某方向綠燈點亮20秒，然后黃燈點亮4秒，最后紅燈點亮24秒。在該方向為綠燈和黃燈點亮期間，另一方向紅燈點亮。其中信號燈白天點亮流程圖如圖2-2所示：</p><p><b>　　3 單元模塊</b></p>

13、;<p><b>　　3.1 電源模塊</b></p><p>　　電源電路如圖所示，直流穩(wěn)壓電源包括變壓器降壓、二極管（或整流橋）整流、電容濾波、集成穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓四部分。</p><p>　　電源電壓采用直流5V，通過變壓器將市電220V降壓到交流9V，在通過整流橋整流濾波和穩(wěn)壓塊7805得到直流5V電壓。直流穩(wěn)壓電源的任務(wù)是為整體電路提供直流電源。故

14、穩(wěn)壓電源電路的輸出電壓值和輸出電流值應(yīng)滿足整體電路的需要。</p><p>　　在變壓器次級交流電壓為正半周時，即A為正B為負時，二極管、導(dǎo)通，、截止。電流流經(jīng)的路徑是：從A點出發(fā)，經(jīng)二極管、負載，在經(jīng)回到B點。若忽略二極管的正向壓降，可以認為上的電壓≈。</p><p>　　當為負半周，即A為負B為正時，二極管、導(dǎo)通，、截止。</p><p>　　電流的通路是從B

15、點出發(fā)，經(jīng)、負載回到A點。若忽略二極管的正向壓降≈-。</p><p>　　從圖上看出，無論的正、負半周如何變換，流經(jīng)的電流方向始終不變，即由C→D 。四只二極管中對應(yīng)橋臂上的兩只為一組，兩組輪流導(dǎo)通。在負載上，即可得到全波脈沖的直流電壓和電流。因為這種整流屬于全波整流類型。</p><p>　　3.2秒脈沖發(fā)生模塊</p><p>　　秒脈沖產(chǎn)生電路實際就是一個多

16、諧振蕩電路，它可以是用門電路和電阻、電容組成的多諧振蕩電路，也可以是用定時器555和電阻、電容組成的多諧振蕩器?；綬S觸發(fā)器、雙極型三極管T和輸出緩沖器組成，其外部有八個引腳，第8腳為電源端，第1腳為接地端，第3腳為輸出端，第4腳為直接復(fù)位端，第5腳為控制電壓輸入端，第6腳為復(fù)位控制端，第2腳為置位控制端，第7腳為放電端。如圖3-2所示CB555的電路結(jié)構(gòu)圖，3-3所示555定時器引腳圖。為了電路簡單和調(diào)節(jié)振蕩周期方便，采用555定時

17、器組成多諧振蕩器。</p><p>　　雙極型555定時器由電阻分壓器、比較器、</p><p>　　振蕩周期與頻率的計算公式為：T= =0.7 電源電壓 =+5V，其中電路圖中 的作用是防止電磁干擾對振蕩電路的影響，一般選用0.01μF 的瓷片電容。在此課程設(shè)計中要求輸出T=1S，選取電容為 =1μF， =560Ω，根據(jù)振蕩周期計算，選擇電阻 =560Ω。當元件選取完成以后，根據(jù)電路原理

18、圖連接電路即可。</p><p><b>　　3.3計數(shù)模塊</b></p><p>　　74LS164是用8位串行輸入并行輸出的移位寄存器組成的扭環(huán)形十二進制計數(shù)器。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（A 或 B）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。它具有異步清零、置數(shù)、計數(shù)、保

19、持等功能，圖3-5為其引腳排列和邏輯符號，邏輯功能見表3-1。 </p><p>　　用74LS164組成的十二進制扭環(huán)型計數(shù)器電路 ，其中秒脈沖經(jīng)4分頻后得到4秒脈沖，將其作為十二進制計數(shù)器的CP脈沖。其電路圖和功能表如下所示。 </p><p>　　3.4 邏輯電路模塊</p><p>　　邏輯控制電路是本設(shè)計的核心電路，由它控制交通信號燈按要求方式點亮(一般經(jīng)

20、驅(qū)動電路去控制信號燈)。根據(jù)白天信號燈的點亮要求，將時序邏輯電路的輸出作為組合邏輯電路的輸入，而組合邏輯電路的輸出給信號燈的驅(qū)動電路。夜晚工作方式也需要組合邏輯電路的功能以及秒脈沖通過與門實現(xiàn)?？刂齐娐返奶攸c：從點亮要求可以看出，有些輸出是并行的：如南北方向綠燈亮?xí)r，東西方向紅燈亮；南北方向黃燈亮?xí)r，東西方向紅燈亮；南北方向紅燈亮?xí)r，東西方向綠燈亮；南北方向紅燈亮?xí)r，東西方向黃燈亮。因此采用組合邏輯設(shè)計。組合邏輯電路：將十二進制計數(shù)器作

21、為組合邏輯電路的輸入，而組合邏輯電路的輸出去驅(qū)動?xùn)|西和南北兩個方向的信號燈的點亮。組合邏輯電路的原理圖如圖3-6所示。組合邏輯電路的真值表如表3-2所示。</p><p><b>　　3.5 分頻器模塊</b></p><p>　　所用的扭環(huán)形十二進制計數(shù)器的時間單位為4秒，即它的CP脈沖為4秒。為了使整體電路工作步調(diào)一致，4秒脈沖應(yīng)該利用秒脈沖經(jīng)分頻獲得，這就需要設(shè)

22、計一個4分頻器電路。秒脈沖經(jīng)4分頻后得到4秒脈沖，將其作為十二進制計數(shù)器的CP脈沖。本次課程設(shè)計使用兩個D觸發(fā)器（74LS74）組成4分頻器電路。使555多諧振蕩器與分頻器共同為邏輯電路提供4S脈沖。如表3-3為D觸發(fā)器功能表，圖3-7為兩個D觸發(fā)器組成的四分頻器。</p><p>　　74LS74內(nèi)含兩個獨立的D上升沿雙D觸發(fā)器，每個觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（D）、置位輸入（）復(fù)位輸入（）、時鐘輸入（CP）和數(shù)據(jù)輸出（

23、Q、Q’）。、的低電平使輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無關(guān)。當、均無效（高電平式）時，符合建立時間要求的D數(shù)據(jù)在CP上升沿作用下傳送到輸出端。圖3-8為74LS74的管腳排布，表3-4為74LS74的功能表。</p><p>　　4數(shù)字電子鐘電路的仿真與調(diào)試</p><p>　　4.1仿真軟件簡介 </p><p>　　Multisim軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功

24、能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設(shè)計和驗證。憑借 Multisim，您可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業(yè)標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業(yè)的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設(shè)計流程中提早對電路設(shè)計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環(huán)。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術(shù)的設(shè)計流程，從而能夠比較具有模擬數(shù)據(jù)的實現(xiàn)建模測量。有如下特點：</p>&l

25、t;p>　　通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境, 輕松設(shè)計電路 ；</p><p>　　通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為； </p><p>　　借助高級電路分析, 理解基本設(shè)計特征 ；</p><p>　　通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設(shè)計和虛擬測試 ；</p><p>　　通過改進、整合設(shè)計流程, 減少建模錯誤并縮短研發(fā)時間。　

26、　 </p><p>　　4.2交通信號燈控制電路的仿真 </p><p>　　按照原理圖逐部分仿真，先仿真直流穩(wěn)壓電源的產(chǎn)生部分，然后仿真秒脈沖產(chǎn)生部分，最后是整體電路的仿真。仿真直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生部分電路圖及仿真結(jié)果為：</p><p>　　仿真秒脈沖產(chǎn)生電路的電路圖及仿真結(jié)果為:</p><p>　　通過仿真正確的兩部分電路，結(jié)合組合邏輯

27、電路及計數(shù)器，分頻器部分實現(xiàn)電路的整體仿真。整體仿真電路圖及仿真結(jié)果見附錄。</p><p>　　4.3 交通信號燈控制電路的實現(xiàn)</p><p>　　1. 交通信號燈控制電路的完整電路圖見附錄仿真圖</p><p>　　2. 交通信號燈控制電路的工作原理：信號燈白天工作，即開關(guān)斷開時，計數(shù)器正常工作，由直流穩(wěn)壓電源為其提供5V直流電壓，555定時器形成的多諧振蕩器

28、為其提供秒脈沖， A、B輸入為高電平，通過與、或、非門組成的組合邏輯電路決定亮燈的情況，使其某方向綠燈點亮20秒，然后黃燈點亮4秒，最后紅燈點亮24秒。在該方向為綠燈和黃燈點亮期間，另一方向紅燈點亮。</p><p>　　信號燈黑天工作，即開關(guān)閉合時，計數(shù)器被置零，不工作，A、B輸入為低電平，使紅燈、綠燈不工作。當555多諧振蕩器產(chǎn)生的秒脈沖為高電平時，黃燈亮，為低電平時，黃燈滅。產(chǎn)生黃燈閃爍的現(xiàn)象。</p

29、><p><b>　　4.4調(diào)試方法</b></p><p>　　1. 首先調(diào)試直流穩(wěn)壓電源。用電壓表觀察直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，確定電路連接及所用原件是否正確，輸出電壓是否為5V。</p><p>　　2. 調(diào)試555定時器。用示波器觀察555定時器輸出波形，確定555定時器是否正常工作，振蕩頻率是否是1Hz。</p><p&

30、gt;　　3. 調(diào)試分頻器。用示波器觀察分頻器輸出波形，確定信號頻率是否是0.25Hz。</p><p>　　4.調(diào)試計數(shù)器電路。將雙D觸發(fā)器組成的4分頻器電路產(chǎn)生的4秒脈沖信號作為計數(shù)器的輸入信號，觀察計數(shù)器是否正常工作。</p><p>　　5. 整體調(diào)試。各部分電路連接起來，觀察交通信號燈控制電路是否正常工作</p><p>　　4.5 調(diào)試中出現(xiàn)的問題、原因

31、分析及解決方法</p><p>　　1．對直流穩(wěn)壓電源進行仿真時，發(fā)現(xiàn)在直流穩(wěn)壓電源的輸入輸出均符合要求的情況下，接入整體電路后發(fā)現(xiàn)總是出現(xiàn)故障，把直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生電路換成直流電源，則結(jié)果正確。經(jīng)同學(xué)和老師的共同努力，發(fā)現(xiàn)變壓器型號錯誤。改變型號后，實驗結(jié)果與預(yù)期結(jié)果相同。</p><p>　　2．對555定時器形成的多諧振蕩器進行仿真時，與預(yù)期結(jié)果差不多，有一定的誤差。接入整體電路后發(fā)現(xiàn)

32、亮燈情況與理論結(jié)果不一致，但是直接用秒脈沖時，得到理想結(jié)果。經(jīng)過討論分析，555定時器運用型號錯誤，再次犯了相同的錯誤，經(jīng)過更改，得到理想的的結(jié)果。</p><p>　　3．對整體電路進行檢驗時，發(fā)現(xiàn)亮燈情況與理論結(jié)果不一致，經(jīng)過細心觀察，發(fā)現(xiàn)電路連接上出了問題，有一個端口未接線，改正后得到理想結(jié)果。</p><p><b>　　5 總結(jié)</b></p>

33、<p>　　萬事開頭難，一開始拿到設(shè)計題目，花了好長時間才進入狀態(tài)，設(shè)計所需的電路圖。通過這次的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)只要不放棄，在最困難的時候堅持下去，那么所有的事情都能迎刃而解。開頭是重要的，只有做好了，才能有好的結(jié)果。</p><p>　　學(xué)了一個學(xué)期的《數(shù)字邏輯》課程，知道這次課程設(shè)計時，才發(fā)現(xiàn)，原來自己掌握的知識那么有限，能夠運用到實際中的知識更是少之又少。平時，我們都只是學(xué)習(xí)原理知識，但是沒有進行實

34、踐。許多知識學(xué)了就忘，很難將它們長期的保存在腦海中。所以說，實踐是檢驗真理的唯一標準。一切事物，對與不對，都需要通過實踐來證明。同時，實踐還是真正掌握知識、掌握技能的重要途徑，一切的成就都來源于實踐，空想是行不通的。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計,我明白了一個道理:無論做什么事情,都必需養(yǎng)成嚴謹,認真,善思的工作作風(fēng).我這課程設(shè)計由于我采用的是數(shù)字電路來實現(xiàn)的,所以電路較復(fù)雜,但是容易理解.每一部分我都能

35、理解并且能有多種設(shè)計方法.</p><p>　　時間很緊，這一周又在忙碌中過去了，經(jīng)過一周的數(shù)電課程設(shè)計，我從原先看見電路圖就一頭霧水到現(xiàn)在能夠設(shè)計復(fù)雜的交通信號燈控制電路，并且能夠?qū)崿F(xiàn)電路的仿真與實物板的制作與調(diào)試，之間的巨大變化著實令人吃驚。但是這種進步來之不易，因為這期間我遇到了很多的困難，發(fā)現(xiàn)了很多的問題，正是在解決問題的期間我才慢慢地熟悉了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)知識，才慢慢學(xué)會了如何去按照給定的要求設(shè)計

36、出合適的電路，作出電路的實物并對電路進行調(diào)試。</p><p>　　本次課程設(shè)計主要是運用本學(xué)期所學(xué)到的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識來設(shè)計一個符合要求的交通信號燈控制電路，本次設(shè)計不僅要求我們要掌握數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)知識，還要求我們對交通信號燈控制電路的各個組成部分的原理，包括555組成的多諧振蕩器的原理、計數(shù)器的原理、直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)生原理以及邏輯電路的功能都有深刻的理解和掌握，本次課程設(shè)計最重要的是要求我們能夠

37、運用所學(xué)的知識將幾種單元電路組合起來，并且能夠根據(jù)給定性能指標求解電路中的參數(shù)，最后在實踐方面還要求我們要有一定的動手能力，能夠根據(jù)電路圖買到我們所需的原件，繪制出仿真電路并調(diào)試。</p><p>　　在課設(shè)過程中我遇到很多問題，原因有很多比如如何安裝軟件、如何正確快速的查找各個器件，調(diào)試過程中遇到的問題都不盡相同，但是通過老師與同學(xué)交流都迎刃而解。</p><p>　　在每次課設(shè)中，遇到

38、問題最好的辦法就是請教別人，因為每個人掌握的情況都不一樣，一個人不可能做到處處都懂，必須發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情才能夠簡單化。在很多時候，我遇到的困難或許別人之前就遇到過，向他們請教遠比自己在那邊摸索來得簡單，來得快。</p><p>　　雖然我現(xiàn)在已經(jīng)初步學(xué)會了如何設(shè)計符合要求的交通信號燈控制電路，但是離真正能夠利用已學(xué)的數(shù)電知識自由設(shè)計使用電路的還有一段的距離。課設(shè)的這段時間我確實受益匪淺，不僅是因為它發(fā)生

39、在特別的實踐，更重要的是我的專業(yè)知識又有了很大的進步，因為進步總是讓人快樂的。</p><p>　　這次實習(xí)讓我有很深的感悟：課本知識固然重要，但是實踐環(huán)節(jié)也是必不可少的，希望平時能夠多提供一些實踐動手環(huán)節(jié)，拓展我們多方面的思維。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 電子工程實踐技術(shù)．付家才．北京工業(yè)出版社

40、，2003</p><p>　　[2] 電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計．畢滿清．機械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[3] 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）．閻石主編．高等教育出版社，2009</p><p>　　[4] 電子工程手冊．丁潤濤主編．機械工業(yè)出版社，1995</p><p>　　[5] multisim10應(yīng)用教程.韓力.電子工業(yè)出