电子科技大学电子技术应用实验Multisim交通灯终极版

电子科技大学电子技术应用实验实验报告 题目名称 学 号 姓 名 指导老师 电子技术应用实验实验报告（九）一、 实验项目名称交通控制灯实验内容：设计并实现一个十字路口的交通控制灯电路。具体要求为:以4个红色指示灯、4个绿色指示灯和4个黄色指示灯模拟路口的东、南、西、北4个方向的红、绿、黄交通灯。控制这些指示灯，使他们按下列规律亮和灭：1. 东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮，东西方向通车，时间30s；2. 东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮，时间2s；3. 南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮，南北方向通车，时间30s；4. 南北方向黄灯闪烁，东西方向红灯亮，时间2s；5. 返回1，继续运行。实验要求：设计满足要求的电路，并在Multisim中进行电路连接、仿真和调试。在实验报告中简要的说明实验原理，画出实验电路图，在实验报告相应位置上附上实验中的仿真结果和波形。二、实验时间计划表主要任务计划学时数实际学时数完成情况提出方案33完成搭建电路34完成仿真完成报告44完成三、方案论证方案一：基于集成器件的交通灯 利用集成芯片产生时钟信号，用计数器芯片及常用门电路构建交通灯状态机电路。方案二：基于单片机的交通灯利用单片机作为控制系统，通过编程实现对交通灯时序的控制。综合以上几种方案，方案一电路的设计简单，易于实行。单片机方案实行困难，在实际设计中容易出错而且不好仿真。方案一电路使用Multisim仿真既简单，又和本学科实验有很大的关系，是一种利用软件设计硬件的新方法，简单易行，且易于修改调试，所以本项目选择方案一。四、电路原理简介交通灯系统框图由脉冲发生器、定时器、控制器、译码器和信号灯组成。其中：脉冲发生器提供时钟脉冲信号，定时器则分为30s定时器和2s定时器，且在计数满时向控制器分别发送计时信号X、Y。当控制器收到X或Y信号时，控制器先产生状态信号S并传入定时器使其重置，然后控制译码器通过X或Y信号改变信号灯的颜色开关。信号皆为高电平有效。由题意可知有四个状态，分别设为：S0：东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。东西方向通车。S1：东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮。S2：东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮，南北方向通车。S3：东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮。以00/01/11/10分别代表S0/S1/S2/S3,由数字电路知识可得到下交通控制灯的状态转移/输出表：初态Q1Q0定时器信号输出末态Q1*Q0*XY000X00001X0101X00101X111110X11111X1010X01010X100采用D触发器输出，则得到转移方程：Q1*=Q1Q0Y+Q1Q0+Q1Q0YQ0*=Q1Q0X+Q1Q0+Q1Q0X若以E代表东西方向，N代表南北方向，R代表红灯，G代表绿灯，Y代表黄灯，那么状态可化为：00：EG=1,NR=101：EY=1,NR=111：ER=1,NG=110：ER=1,NY=1故可得下状态表状态/Q1Q0EGEYERNGNYNR00100001010100011100110010001010由数字电路知识可得：五、单元电路设计1. 脉冲发生器电路脉冲发生器为555构成的多谐振荡器，发出频率为1Hz的脉冲信号，可作为定时器和控制器D触发器的时钟源。由脉冲频率和占空比公式：f=1（R1+2R2）Cln2要使f=1Hz，选择R1=5.76K，R2=69.8K，C=10F。电路图如下。2. 定时器及数码管显示电路 为了简化数码管显示电路设计，定时器电路采用倒计时功能。由74X190级联构成的一个倒计时计数器电路，进位信号X和Y传递到控制器。倒计时数据从级联的74X190输出到数码管上显示。3. 控制器电路 由状态转移方程硬件实现得到的状态机，它的输入为定时器电路的进位信号X和Y。输出为当前的状态Q1和Q0。4. 信号灯译码电路由简单门电路构成，可根据控制器的输出Q1Q0从而改变信号灯开关情况，从而将控制器状态译码为信号灯的使能信号。六、总电路图七、实验数据整理及结果分析可以看出各信号灯波形符合实验要求。八、实验中遇到的问题及解决办法1.使用555多谐振荡器脉冲发生电路后仿真速度减慢至5-7秒仿真1秒。解决办法：修改Multisim软件的仿真时间步长为0.001秒即可解决。2.555定时器输出波形出现异常，部分本应出现5V高电平的脉冲波形仿真结果为1V。解决办法：将555器件从555_TIME_RATED切换为555_VIRTUAL即可解决。九、实验结论运用数字电路相关知识与本学期电子技术应用试验所学到的555多谐振荡器及计数器构成方法，成功完成了电路的设计。在通过本次试验我学到了使用555多谐振荡器和计数器电路产生任意周期及占空比的矩形波周期信号，使