基于Multisim的交通燈控制器設(shè)計與仿真

展 慧，宋朝霞，曾瑛

1.武漢工業(yè)學(xué)院工商學(xué)院，湖北 武漢 430065

基于Multisim的交通燈控制器設(shè)計與仿真

展 慧1，宋朝霞，曾瑛

1.武漢工業(yè)學(xué)院工商學(xué)院，湖北 武漢 430065

本文以Multisim仿真軟件為平臺設(shè)計了交通燈控制電路，對電路的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行仿真和理論分析。仿真結(jié)果表明，設(shè)計的電路達(dá)到了預(yù)期要求。

電子設(shè)計；電路仿真；multisim；555定時器；控制器

electronics design；circuit simulation；multisim；555 timer ；controller

引 言

Multisim是一個用于電路設(shè)計和仿真的軟件,被稱為電子設(shè)計工作平臺或虛擬電子實驗室[1,2]。Multisim提供了從分立元件到集成元件,從無源器件到有源器件,從模擬器件到數(shù)字器件甚至高頻類元器件及機(jī)電類元器件等龐大的元器件庫,并且提供了功能強(qiáng)大、設(shè)備齊全的虛擬儀器和能滿足各種分析需求的分析方法。與傳統(tǒng)的電路設(shè)計相比，可隨時調(diào)整元器件參數(shù)以達(dá)到預(yù)期的要求，從而能降低電路設(shè)計成本，縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計效率[3,4，5]。

在十字路口中，為了保證交通秩序和行人安全，一般在每條道路上各有一組信號燈。南北向和東西向道路上的車輛交替運行。本文研究利用Multisim軟件設(shè)計具有三種信號燈（紅、黃、綠）的交通燈控制器，紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行，黃燈亮則給行駛中的車輛留出時間停在禁行線外；兩干道交替允許通行，每次放行30秒，黃燈亮5秒；各信號燈倒計時顯示，以方便的實現(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，設(shè)計流程圖如圖1所示。

1 交通控制器電路設(shè)計

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。

圖 1 交通燈控制電路的設(shè)計框圖

1.1 振蕩電路

該振蕩電路核心元件由555定時器構(gòu)成，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許多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。此外，555定時器的驅(qū)動能力較強(qiáng)，可以吸收和輸出200mA電流。因此它可直接用于驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚聲器、指示燈等[6]。

由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路原理圖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。該振蕩電路輸出頻率為1HZ幅度為5V的時鐘脈沖。

555定時器原理圖

1.2 計數(shù)器和譯碼顯示電路

圖3 計數(shù)電路

計數(shù)器電路可實現(xiàn)30S倒計時（計數(shù)范圍為30～1的減數(shù)計數(shù)器）功能。該電路主要是由2片可逆計數(shù)器74LS192芯片級聯(lián)而成，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。74LS192構(gòu)成的計數(shù)器電路圖3所示：左側(cè)的74LS192芯片為計數(shù)器的十位，右側(cè)的74LS192芯片為計數(shù)器的個位，個位和十位計數(shù)器的四個輸出端接到數(shù)碼顯示管的四個引腳上。

位數(shù)的74LS192芯片的DOWN端接的是1HZ時鐘脈沖，即可倒計時。該芯片低電頻有效，所以芯片的UP端和LOAD端接5V VCC電源。BO為借位端接作為十位數(shù)的74LS192芯片的DOWN端。該芯片A、B端都接電源，則可完成十位從3開始倒計時。BO端與LOAD端接，則30秒倒計時完成時BO端進(jìn)位觸發(fā)LOAD端置數(shù)再次從30開始倒計時。

1.3 主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動

主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動用各種門電路和T觸發(fā)器組成，能實現(xiàn)計時電路的轉(zhuǎn)換、各方向信號燈的控制。主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動電路圖4所示。

U12引腳接作為個位數(shù)的74LS192的QD端，U13引腳分別接其QC、QB端，U11的四個引腳分別接作為十位數(shù)的74LS192的QA、QB、QC、QD端,U11在與U12接一個與門U15。則作為十位數(shù)74LS192輸出全為0時才可觸發(fā)，作為個位數(shù)74LS192輸出有8時不觸發(fā)，有4同時有2不觸發(fā)，只有1、2、3、4、5才觸發(fā)，即為黃燈線路。

因為6個燈的連接方式為：南北向黃綠燈并聯(lián)后與東西向紅燈串聯(lián)，東西向黃綠燈并聯(lián)后與南北向紅燈串聯(lián)。所以將U15后加一個非門即可分出兩條線路對應(yīng)黃燈線路和綠燈線路。U19的UP端接作為十位數(shù)的74LS192芯片的LOAD端與BO端的連接處，即每次倒數(shù)到0時U4自我置數(shù)時給予U19芯片UP端+1所以U19芯片74LS192每次倒數(shù)1次都在處于奇偶變換，則由QA輸出端分出兩條線其中一條接非門，即可分別控制南北/東西向燈了。

1.4 仿真分析

點擊Multisim11軟件的“Simulate/ Run”按鈕或“F5”鍵進(jìn)行交通燈控制電路仿真演示。電路倒計時顯示首先為30S，南北向綠燈亮，東西向紅燈亮，南北向的車輛可自由通行；東西向紅燈亮，東西向的車輛禁止通行。時間顯示器從預(yù)置的30S，以每秒減1，減到5時，南北向綠燈轉(zhuǎn)換為黃燈，其他燈不變。減到數(shù)1時，一秒后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的30S，南北向黃燈轉(zhuǎn)換為紅燈，南北向車輛禁止通行，依次循環(huán)。

2 結(jié)語

文章依Multisim11軟件為平臺，設(shè)計了一個交通燈控制電路，并仿真演示，其結(jié)果與實際設(shè)計的要求相符。而使用Multisim軟件可方便的使用各種器件并能靈活的對相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，使電子線路的設(shè)計變得便捷，更有利于實際問題的解決。

[1]董玉冰. 基于 Multisim 9.0 簡易數(shù)字頻率計的設(shè)計與仿真 [J].長春大學(xué)學(xué)報, 2009, 19(6) : 6～8

[2]馬華玲，左謹(jǐn)平. 基于NI Multisim 10的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計與仿真[ J].北京：電子技術(shù)，2010:35～36

[3]孔云龍, 謝海良. Multisim 9.0在電子電路實驗中的應(yīng)用[J].三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報, 2008 (1) :117～118

[4]張晶,李心廣. 基于 Multisim的電路設(shè)計與仿真[J].計算機(jī)仿真,2005, 22 (5) : 109～112

[5]郭麗穎.基于Multisim的彩燈循環(huán)閃爍電路設(shè)計與仿真[J].實驗室研究與探索，2010.7

[6]佘新平.數(shù)字電子技術(shù).[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009

Design and Simulation of Controller of traffic light Based on Mu l tisi m

Zhan Hui ，Song Zhaoxia，Zeng Ying (Wuhan Polytechnic University Industrial a ,Wuhan 430065 Hub)

Adopting an excellent software Multisim, this paper offers a new design of traffic light circuit controller, by adjusting some of the circuit parameters as well as adopting some theoretical analysis and simulation. The results of the experiment reveals that the desired goals have been met.

TP391.9

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.05.049

展 慧(1982-) 女，碩士生. 漢族，河南省周口市，研究方向：智能化檢測與控制技術(shù)，電子設(shè)計