十字路口交通灯电路设计及仿真.doc

^` 电子科技大学物理电子学院 电子技术实验报告 课程名称 电子技术应用实验 实验项目名称 交通控制灯 学 号 姓 名 指导老师 2015年 1 月 2 日 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。 使十字路口的交通灯以以下规律亮和灭: 1东西方向绿灯亮，南北方向红灯亮。东西方向通车，时间30秒。 2东西方向黄灯闪烁，南北方向红灯亮，时间2秒。 3东西方向红灯亮，南北方向绿灯亮。南北方向通车，时间30秒。 4东西方向红灯亮，南北方向黄灯闪烁，时间2秒。 5 返回1，继续运行。 二 实验时间计划表 主要任务 计划时长 实际时长 完成情况 提出方案 1hour 2hour 完成 搭建电路 5hour 4hour 完成 仿真完成报告 4hour 4hour 完成 三 方案论证 方案一：基于时钟数字芯片电路：利用时钟数字芯片产生时钟信号，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。 方案三：基于Multisim的交通灯：用Multisim来仿真操作简单，可视化程度高，容易检查出电路错误，以便及时修改 综合以上几种方案，时钟芯片电路的设计过于复杂繁琐；单片机方案虽然简洁，但是跟我们这门课关系不大；而Multisim的方案既简单，又合数字电路有很大的关系，选择方案三，设计电路中，所需时钟信号由555多谐振荡器及计数实现的分频电路产生，黄灯闪烁可通过连续亮0.5秒和灭0.5秒来实现，控制信号则由门电路组合产生，并在Multisim中进行电路的连接、仿真和调试。 四 电路原理简介 如图，交通灯系统框图由秒脉冲发生器，定时器，分频器，控制电路和交通信号灯组成。 本实验中状态的变化周期为64秒，因此我们可以首先产生一个秒脉冲，再通过一个1/2频分频器将其周期变为2秒，而后将产生的信号作为该定时器（主要为一个模16计数器）的时钟信号，将时钟信号的进位端再连到一个1/2频分频器，上述电路即可构造出一个周期为1秒*2*16*2=64秒的区间信号。各种交通信号灯的亮灭即相应接入信号的有效和无效。而控制译码电路即前面所产生各个信号的门电路组合，通过门电路组合使接入信号灯的信号在64秒的周期内不同的时段满足相应的有无效要求，具体方案见单元电路设计。 五 单元电路设计 1.秒脉冲发生器电路：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，可分频后作为定时器的触发源和控制电路的输入信号。当我们选择C1=10uf，C2=10nf时，由555的计算公式得：f=1／（R1+2R2）C㏑依照要求f=1Hz，经计算可以得出R1=R2=47kHz可以基本符合要求 2.分频器电路：它的作用是将产生的周期为1秒的脉冲信号变为周期为2s，第二个则是将定时器产生的定时信号在时域拓宽为2倍，最终实际得到了一个完整的64秒周期；可以通过74ls90以二进制计数器接法模式实现。 3.定时器电路：定时器实际上是由74ls163构成的一个计数器电路，它的模为16，作为基础加以2次分频后产生完整的64秒周期，用以控制电路所需求的输入信号。 4.控制译码及交通灯电路：由简单门电路构成，可根据控制电路的输出改变交通信号灯开关情况，从而将数字信号译码为灯的亮灭。具体而言，南北方向：红灯输入信号：QA 绿灯：QA’RCO黄灯：QA’RCO OUT;东西方向:红灯输入信号：QA’绿灯：QA RCO’黄灯：QA RCO OUT 注：信号之间为与，’表示非。 最终可以将64秒的周期不同区间内得到不同的控制信号，即交通指示灯的亮灭。 六 总电路图 七 实验数据整理及结果分析 示波器仿真得555产生的1Hz脉冲信号波形： 仿真出南北方向绿灯信号与红灯信号波形图比较： 仿真出南北方向绿灯信号与黄灯信号波形图比较： 其他仿真方法与之前大致相同 由波形图可清楚看到该实验要求与仿真结果符合，验证成功。 八 实验中遇到的问题及解决办法 脉冲频率问题：用公式f=1／（R1+2R2）C㏑2得出的频率为1Hz，但在Multisim软件中用示波器根本无法显示明显的脉冲。但将频率设置为100Hz左右时便可得脉冲。但在焊电路板时候，仍然要用1Ｈｚ的元件连接电路。并且在它也影响仿真时交通信号灯的变化速度，刚开始时远远多于30s后才会出现变化，最后通过将仿真离交互参数设置里的终止时间由1e+050变为1e+030后电路便和预期结果大致相同。 九 实验结论 我们通过运用数电知识与电子技术实验所学到的555多谐振荡器及计数器构成方法，可以成功设计十字路口交通灯电路。同时在此过程中，我们可以掌握如何从现实问题中提取出相应电路问题，并且在熟悉各个电路元件和集成电路的基础上，加以模块化思想，最终一步一步设计出解决问题的电路方案的能力。从中可以看出Multisim编程易于理论设计及设计电路的修改，对进一步了解数字电路有很大的帮助，捅死本次实验让我初步了解了小型数字电路系统的设计。