基于multisim的交通信号灯的设计与仿真

湖北民族学院信息工程学院课程设计报告书题目: 基于multisim的交通信号灯的设计与仿真 课 程：电子线路课程设计 专 业：电气工程及其自动化班 级：0312406 学 号：031240610 学生姓名：崔 亮 指导教师：杨 庆 2015年1月8日 信息工程学院课程设计任务书学 号031240610学生姓名崔亮专业（班级）电气工程及其自动化设计题目 基于multisim的交通信号灯的设计与仿真设计技术参数1 系统工作受开关控制，起动开关 ON 则系统工作；起动开关 OFF 则系统停止工作；2 控制对象有八个： 东西方向红灯两个 , 南北方向红灯两个， 东西方向黄灯两个 , 南北方向黄灯两个， 东西方向绿灯两个 , 南北方向绿灯两个， 东西方向左转弯绿灯两个，南北方向左转弯绿灯两个。设计要求 1.让红绿黄发光二极管做信号灯； 2.在每次由绿灯亮转为红灯亮的过程中，要亮11秒钟的黄灯作为过渡。参考资料1 阎石 数字电路基础 高等教育出版社2004年8月出版2 宁铎 电路基础 西北大学出版社2006年7月出版3 邓玉元、蒋卓勤 Multisim2001及其在电子设计中的应用 西安电子科技大学出版社2003年10月出版4 黄培根、奚慧平 Multisim7&电子技术试验 浙江大学出版社2005年7月出版5蒋敦斌.高频电子线路.上海：上海交通大学出版社.2003.16莫怀忠.高频电子线路.北京：化学工业出版社.2002 2015 年1 月 8 日 信息工程学院课程设计成绩评定表学生姓名： 崔亮 学号： 031240610 专业（班级）：电气工程及其自动化课程设计题目： 基于multisim的交通信号灯的设计与仿真 成绩： 指导教师： 年 月 日摘要由于电子技术的飞速发展，集成电路和电子系统的复杂程度大概是6年提高10倍，因此电子系统的复杂程度也在相应提高。简单的手工设计方法已无法满足现代电子系统设计的要求。因此许多软件公司纷纷研制采用自上而下设计方法的计算机辅助设计系统。在20世纪70年代中叶有了基于手工布局布线的第一代ECAD工具（计算机辅助设计），19811982年出现了基于原理设计仿真的第二代EDA系统（电子自动化）。EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件比较，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。到19871988年又推出了基于RTL（寄存器传输语言）的设计、仿真、逻辑综合的第三代EDA技术。时至今日，又是十多年过去了，电子系统的复杂程度又提高了10多倍。 从事电子产品设计、开发等工作的人员，经常要求对所有设计的电路进行实物模拟和调试。其目的的一方面是为了验证所设计的电路是否能达到设计要求的技术指标，另一方面通过改变电路中元器件的参数，使整个电路性能达到最佳值。加拿大Interactive Image Tecnologie 公司推出的EWB （Electrical Workbench）软件可以将不同类型的电路组成混合电路进行仿真，界面直观，操作方便等特点，创建电路、选用原件和测试仪器均可以图形方式直观完成。该软件有较为详细的电路分析手段，如电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析，以及离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏分析和电路容差分析等共计十四种电路分析方法。拥有了强大的MCU模块,支持4种类型的单片机芯片,支持对外部RAM、外部ROM、键盘和LCD等外围设备的仿真,分别对4 种类型芯片提供汇编和编译支持;所建项目支持C代码、汇编代码以及16进制代码,并兼容第三方工具源代码;包含设置断点、单步运行、查看和编辑内部RAM、特殊功能寄存器等高级调试功能。强大的数字仪器环境和数字分析环境，使其成为为数不多的经典单片机仿真软件之一。关键词：计算机辅助设计系统 ECAD工具 实物模拟 工具源代码目 录摘要第一章 绪论11.1研究背景11.2研究目的及意义1第二章 Multisim12.0简介22.1 Multisim12.0软件介绍22.2 Multisim12.0仿真软件流程图2第三章 设计框图及整机概述4第四章 各单元电路的设计方案及原理说明54.1计数器部分54.2 交通灯转换控制部分64.3 计数器与红绿灯转换控制部分的连接7第五章 调试过程及结果分析85.1 调试过程85.1.1遇到问题及解决方法85.2 调试结果8第六章 总结与体会10参考文献121 绪论1.1研究背景当前，大量的信号灯电路正向着数字化、小功率、多样化，方便人、车、路三者关系的协调，多值化方向发展随着社会的发展，城市交通问题越来越引起人们的关注。随着社会的发展，城市规模的不断扩大，城市交通成为制约城市发展的一大因素，因此，为了改善城市交通环境有许多设计工作者设计了相应方案，其中大多数为交通指挥灯。但随着社会、经济的快速发展，原来的交通灯控制系统已不能完全改善现在日益繁忙的交通情况。如何改善交通灯控制器，使其更完善，成为了研究的课题。1.2研究目的及意义随着交通量的快速增长和缺乏对道路的系统研究和控制，扩建道路并没有充分发挥出预期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特点，也决定了城市的交通状况必然受这种路况的制约。所以，如何采用合适的控制方法，最大限度利用好耗费巨资修建的多车道城市道路，缓解城市的交通拥堵状况，越来越成为交通运输管理亟待解决的主要问题。在这种情况下，道路交通控制器开始发挥越来越重要的作用。城市交通成为制约城市发展的一大因素，交通信号灯的广泛应用，能有效地促进了城市道路交通秩序的改观，保证了道路交通安全、畅通，缓解了交警部门警力不足的压力。2 Multisim12.0简介2.1 Multisim12.0软件介绍Multisim是Interactive Image Technologies (Electronics Workbench)公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。为适应不同的应用场合，Multisim推出了许多版本，用户可以根据自己的需要加以选择。 电子线路仿真软件Multisim12.0是美国NI公司开发的多功能EDA高层次工具软件，不仅仅局限于电子线路的虚拟仿真，而是其在LabVIEW虚拟仪器、单片机仿真等技术方面都有更多的创新和提高。它采用直观的图形界面创建电路，在计算机屏幕上仿真实验室的工作平台，绘制电路图需要的各种元器件，电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。Multisim12.0还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器，可以用比传统实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器的测量方法，并能解决传统电子实验过程中既繁琐、费时，又不便进行观测开路、短路、漏电和过载等情况，因此非常适合电子技术课程的教学和实验。 2.2 Multisim12.0仿真软件流程图用Multisim12.0做仿真图时，首先用所选元件设计出电路原理图，然后用Multisim12.0模拟连接电路并对所选元件设定参数，仿真结束后用Multisim12.0虚拟仪器测定所求实验数据。如果与预测结果相同则进行数据分析，如果不同则分析原因进一步对电路图进行调试，直至与预测结果相同。流程框架图如下。电路原理图用Multisim12.0模拟连接电路设定元件参数分析原因调试电路用Multisim12.0虚拟仪器测定所求实验数据实验结果是否正确 N Y分析数据结束图2.2-1设计整体框架图3 设计框图及整机概述电路大体上可分为三个部分，即：主控制电路部分、计数器部分、红绿灯控制部分。红绿灯控制部分的门电路较多，需要占用较大的空间；主控制电路部分分布在系统的各个部分，可以说是系统的灵魂，它对整个系统进行着控制。计数器部分比较简单，主要是进行计数并且产生进位信号。东西方向信号灯显示器信号灯译码驱动电路主控制器译码器 南北方向信号灯计数器 时钟信号发生器图3.1-1红绿灯控制电路原理图4 各单元电路的设计方案及原理说明4.1计数器部分计数器的作用有两点：一是根据个方向车辆运行时间以及黄灯切换时间的要求进行45S、35S、11S三种方式的计数：二是向主控制器发出状态转换信号，主控制器根据状态转换信号进行状态转换。图4.1-1 10进制个位计数器这部分共利用1块计数芯片74LS190，负责红灯的减法计数。图4.1-2 5进制十位计数器这部分共利用1块计数芯片74LS190，负责绿灯黄灯的计数。4.2 交通灯转换控制部分主控制器的4种状态分别要控制东西方向、南北方向红绿黄灯的亮与灭。设亮灯为1，灭灯为0，用四个与门和一个74LS190完成这个部分。控制信号灯的译码电路的真值表如下：四进制计数器东西方向南北方向QAQB红黄绿红黄绿00100000010011001010001111010100图4.2-1状态真值表4.3 计数器与红绿灯转换控制部分的连接计数器向信号灯转换提供定时信号T5和定时信号T0以实现信号灯的转换。T0表示计数到00，此时给信号灯转换器一个脉冲，使信号灯发生变换，一个方向的绿灯亮，另一个方向红灯亮。接法如图：图4.3-1计数器与红绿灯转换部分的连接图5 调试过程及结果分析5.1 调试过程5.1.1遇到问题及解决方法1）只有东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮这一个状态。原因分析：对74LS190管脚的连接酶掌握好，认为在Multisim原理图中空置的管脚不需要连接。解决方法：把空置的管脚接地，灯开始有规律的变化。2）计数器变化不稳定，不按预置数开始变化。原因分析：管脚连接不当。解决办法：在检查电路过程中发现从74LS190中的一根导线没有接到预定地方。图5.1-1 信号灯显示5.2 调试结果 信号灯运转正常，完成东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮35S,东西方向黄灯亮，南北方向红灯亮11S ,东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮45S,东西方向红灯亮，南北方向黄灯亮11S。图5.2-1 调试结果图6 总结与体会通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了焊接的方法和技术，通过查询资料，也了解了收音机的构造及原理。我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。