基于Multisim 10的十字路口交通燈控制器的設計與仿真
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隨著(zhù)計算機與微電子技術(shù)的發(fā)展，電子設計自動(dòng)化EDA領(lǐng)域已成為電子技術(shù)發(fā)展的主體。EDA(Electronic Design Automation電子設計自動(dòng)化技術(shù))是在電子CAD技術(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)的計算機軟件系統，它在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設計與制造等方面發(fā)揮著(zhù)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(gè)完整的集成化設計環(huán)境，它將原理圖的創(chuàng )建、電路的測試分析、結果的圖表顯示等全部集成到同一個(gè)電路窗口中。在搭建實(shí)際電路之前，采用Multisim 10仿真軟件進(jìn)行虛擬測試，可使實(shí)驗方法和實(shí)驗手段現代化，擴展實(shí)驗容量，使實(shí)驗內容更完備，提高了實(shí)驗效率，節省大量的實(shí)驗資源。Multisim 10軟件進(jìn)行設計仿真分析的基本步驟為：設計創(chuàng )建仿真電路原理圖→電路圖選項的設置→使用仿真儀器→設定仿真分析方法→啟動(dòng)Multisim 10仿真。
下面介紹以Muitisiml0為平臺設計一個(gè)十字路口交通控制器系統的過(guò)程。
1 系統概述
在城鎮街道的十字路口中，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(gè)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(chē)輛交替運行，主干道上的車(chē)輛比較多，因此主干道的車(chē)輛通行時(shí)間長(cháng)，支干道上的車(chē)輛少，因此支干道的車(chē)輛通行時(shí)間短。主干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮，時(shí)間為60 s；支干道通行時(shí)，主干道綠燈亮，主干道紅燈亮，時(shí)間為30 s。每次綠燈變紅時(shí)，黃燈先閃爍3 s(頻率為5Hz)。此時(shí)另一路口的紅燈不變。基于以上規則設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)轉換，可以方便地實(shí)現指揮各種車(chē)輛和行人通行實(shí)現十字路口交通管理的自動(dòng)化。
2 交通控制器電路設計與仿真
交通控制器電路按功能分成3個(gè)單元電路：振蕩電路、計數器和譯碼顯示電路、主控制電路和信號燈譯碼驅動(dòng)。
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(shí)鐘脈沖。為提高精度，本設計系統利用555定時(shí)器設計一個(gè)輸出頻率為100 Hz的多諧振蕩器，再通過(guò)100分頻(100進(jìn)制計數器)而得到1 Hz的時(shí)鐘脈沖，通過(guò)20分頻得到5 Hz的時(shí)鐘脈沖。
2．1．1 555定時(shí)器構成的100 Hz多諧振蕩器
555定時(shí)器是一種多用途的模擬、數字混合集成電路，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)域中得到了應用。555定時(shí)器功能多樣，應用廣泛，只要外部配上幾個(gè)阻容元器件即可構成單穩態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器等電路。
由555定時(shí)器構成的100 Hz多諧振蕩器電路原理圖如圖2所示。電路由一個(gè)555芯片、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成，通過(guò)電阻給電容C充電、放電的過(guò)程來(lái)產(chǎn)生振蕩，從而輸出矩形脈沖。
2．1．2 74LS192構成的100分頻和20分頻的分頻器
計數器是一個(gè)用以實(shí)現計數功能的時(shí)序部件，它不僅可用來(lái)計脈沖數，而且常用作數字系統的定時(shí)、分頻和執行數字運算以及其他特定的邏輯功能，在電路設計中應用相當廣泛。74LSl92是同步十進(jìn)制可逆計數器，它具有雙時(shí)鐘十進(jìn)制可逆計數器、異步并行置數功能、保持功能以及清零功能。CLR是清零端，LOAD是置數控制端。用2片74LSl92可以構成二級十分頻器，將100 Hz矩形波100分頻得到1 Hz的時(shí)鐘脈沖、通過(guò)20分頻得到5 Hz的時(shí)鐘脈沖。100分頻和20分頻電路如圖3所示。
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