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Multisim仿真交通信号灯实验报告.docx

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.58M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    一、设计内容
    1.信号灯白天工作方式
    2.信号灯夜间工作方式
    二、设计要求：
    三、功能模块电路设计
    1秒脉冲产生电路
    2十二进制计数器:
    3分频器:
    4控制电路
    5直流稳压电源
    6整体电路
    四、总结
    五、参考文献
    目录 一、设计内容 ...................................... 2 1.信号灯白天工作方式 ........................... 2 2.信号灯夜间工作方式 ........................... 2 二、设计要求： .................................... 3 三、功能模块电路设计 .............................. 3 1 秒脉冲产生电路 ............................... 3 2 十二进制计数器: .............................. 5 3 分频器: ...................................... 7 4 控制电路 ..................................... 7 5 直流稳压电源 ................................ 13 6 整体电路 .................................... 14 四、总结 ......................................... 14 五、 参考文献 .................................... 15
    一、设计内容 1.信号灯白天工作方式 某方向绿灯点亮 20 秒，然后黄灯点亮 4 秒，最后红灯点亮 24 秒。在该方向 为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。 如果以 4 秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时 间比例为 5：1：6。 从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向 红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿 灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采用 LED 红、绿、黄发光二 极管模拟。如下图 1 所示： 图 1 信号灯流程图 2.信号灯夜间工作方式 南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。要求设置一个手动 开关，用它控制白天和夜间工作方式。具体信号灯布局如下图 2 所示：
    图 2 信号灯布局 二、设计要求： ⑴.要求根据设计要求实现交通灯的现实功能； ⑵.用 Multisim 进行仿真 ⑶.设计说明书； ⑷.仔细参考教材《Multisim 8 仿真与应用实例开发》第 9 章：交通管理系统设计。 三、功能模块电路设计 1 秒脉冲产生电路 设计思路：由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设 计秒脉冲产生电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，此电路为整个 电路提供频率脉冲，可以有多种方法，直接用频率的交流电源，或者用 555 组成 的多谐振荡电路。它可以是用门电路和电阻、电容组成的多谐振荡电路，也可以 是用定时器 555 和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节振荡周期 方便，选择用 555 定时器组成多谐振荡器。555 内部图及其引脚图如下图 3 所示， 555 外围电路图如下图 5 所示。
    图 3 555 内部图及其引脚图 图 5 555 外围电路图 555 产生时钟脉冲模块 图 555 产生时钟脉冲模块
    2 十二进制计数器: 设计思路：计数器可以用触发器组成，也可以用中规模集成计数器组成，以 及用移位寄存器组成环形或扭环形计数器。建议用中规模移位寄存器组成扭环形 12 进制计数器。由信号灯白天点亮流程图可以得知，任何方向的信号灯的一个 工作循环为十二进制（绿、黄、红时间比例为 5：1：6），因此需要设计十二进 制计数器，循环工作控制白天信号灯的点亮。因此，用移位寄存器组成十二进制 计数器，拟选用 8 位串入并出移位寄存器 74LS164。74LS164 引脚图如图 6 所示， 74LS164 功能表器原理图如图 7 所示： 图 6 74LS164 引脚图 图 7 74LS164 功能表器原理图 应用电路：用 74LS164 组成的 12 进制扭环型计数器电路 ，其电路图如下图 8 所示。
    图 8 计数器电路 计数译码电路如图 9 所示： 图 9 计数译码电路 初始值输入模块如图 10 所示： 图 10 初始值输入模块
    3 分频器: 设计思路：上述十二进制计数器的时间单位为 4 秒，即它的 CP 脉冲为 4 秒。 为了使整体电路工作步调一致，4 秒脉冲应该利用秒脉冲经分频获得，这就需要 设计一个 4 分频器电路。秒脉冲经 4 分频后得到 4 秒脉冲，将其作为十二进制计 数器的 CP 脉冲。本次课程设计使用两个 D 触发器组成 4 分频器电路。四分频的 电路原理图如下图 11 所示，74LS74 引脚图如图 12 所示，74LS74 功能图如图 13 所示： 图 11 四分频的电路原理图 图 12 74LS74 引脚图 图 13 74LS74 功能图 4 控制电路 设计思路：控制器是交通管理的核心，应该能按照交通管理规则控制信号灯 工作状态的转换，四种状态循环显示从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：
    如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮； 南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。因 此采用组合逻辑设计。组合逻辑电路：将十二进制计数器作为组合逻辑电路的输 入，而组合逻辑电路的输出去驱动东西和南北两个方向的信号灯的点亮。 其整体电路框图如下图 14 所示： 图 14 整体电路框图 信号灯采用三极管 9031 驱动，其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动 能力，电源电压采用直流 5V，通过变压器将市电降压到交流 9V，在通过整流桥 整流滤波和稳压块 7805 得到直流 5V 电压。直流稳压电源的任务是为整体电路提 供直流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需 要。 逻辑控制电路是本设计的核心电路，由它控制交通信号灯按要求方式点亮(一 般经驱动电路去控制信号灯)。根据白天信号灯的点亮要求，将时序逻辑电路的 输出作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出给信号灯的驱动电路。夜 晚工作方式也需要组合逻辑电路的功能以及秒脉冲通过与门实现。组合逻辑电路 的真值表如图 15 所示：
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