Multisim14在交通信号控制系统设计中的优势和应用

根据交通信号控制系统的功能要求，确定了交通信号控制系统的设计方案，设计了系统的原理框图和单元电路。通过用Multisim 对交通信号控制系统的仿真分析，说明复杂电路系统仿真分析的步骤和方法，建立对综合性电路的设计思路。

1）单元模块电路的设计

用Multisim 仿真时，将硬件电路分为时钟产生模块、计数器模块、译码模块、主控制电路模块，其他部件如LED 数码管、红、黄、绿信号灯放在总体电路中，以便观察结果。在这里，时钟产生模块分成100 Hz 时钟产生电路和分频电路两部分。

2）100 Hz 时钟产生电路模块的设计和封装

100 Hz 时钟产生电路模块的设计步骤如下：

（1）创建电路

这里利用555 组成多谐振荡器，利用电容C1 的充放电，得到输出矩形波，如图6.3.3 所示。选择元器件创建100 Hz 时钟产生电路，并用示波器测试A 点输出波形和B 点电容C1 的充放电波形，调试相关参数，使输出波形频率为100 Hz，并记录元件参数和波形。

（2）添加模块引脚

选择“Place”→“Connectors”→“Hierarchical connector”命令，将其更名为100 Hz。

（3）存储文件

单击存储按钮，将编辑的图形文件存盘，文件名为“555 产生的时钟脉冲模块.ms14”。

（4）模块封装

模块封装在总体电路设计环境中进行。

3）分频电路模块的设计和封装

（1）创建电路

图6.3.3　100 Hz 时钟产生电路模块

选择元器件创建分频电路，如图6.3.4 所示。在100 Hz 处加入CLOCK＿VOLTAGE，输入100 Hz 脉冲信号，用示波器观察输入输出信号，观察输入输出频率关系并作好波形记录。此处选用两个74LS192 加计数级联进行20 分频和100 分频得到5 Hz 和1 Hz 时钟脉冲信号。

图6.3.4　分频电路模块

（2）添加模块引脚

在需要外接的地方加入引脚100 Hz，5 Hz 和1 Hz。

（3）存储文件

单击存储按钮，将编辑的图形文件存盘，文件名为“分频电路模块.ms14”。

4）计数器电路模块的设计与封装

计数器电路模块的设计步骤如下：

（1）创建电路

选择元器件创建计数器电路，如图6.3.5 所示。这里选用两个74LS192 减计数级联组成100 进制减计数器，1 Hz作为计数脉冲，L＿QD ～L＿QA 为个位的四位二进制数据输出端，H＿QD～H＿QA 为十位的四位二进制数据输出端，LD 作为置数控制端，C，A 作为可改变的置入数据，都受主控制电路控制。这里为什么单独把C 和A 提出来控制，是因为每次计数到0 后，置入的数据需要改变，上一次是60，下一次就是30，当C 为1，A 为0 时，置入数据为60，当C为0，A 为1 时，置入数据为30。置数发生在LD 负脉冲瞬间。(www.xing528.com)

图6.3.5　计数器电路模块

（2）添加模块引脚

在需要外接的地方加入引脚。

（3）存储文件

单击存储按钮，将编辑的图形文件存盘，文件名为“计数器电路模块.ms14”。

5）译码电路模块的设计与封装

译码电路模块的设计步骤如下：

（1）创建电路

选择元器件创建计数器电路，如图6.3.6 所示。这里用共阴极数码管译码器4511 作为译码器件，输出的每一段串联一个限流电阻，防止输出电流过大，烧毁数码管。

图6.3.6　译码电路模块

（2）添加模块引脚

在4 个输入端ID～IA 和7 个输出端Og～Oa 接入模块引脚。

（3）存储文件

单击存储按钮，将编辑的图形文件存盘，文件名为“译码电路模块.ms14”。

6）主控制电路模块的设计与封装

主控制电路模块设计步骤如下：

（1）创建电路

选择元器件创建主控制电路，如图6.3.7 所示。这里用一个8 输入或门作为“检0 信号”，当计数到0 时，输出LD 为0，使得计数器置数。置数后LD 马上恢复至1，使得计数器又进入计数状态，LD 的上升沿触发D 触发器，使得触发器输出端1Q 和～1Q 发生翻转，也就是C 和A的数据发生翻转，为下一次置数准备好数据。如图6.3.8 所示为主控制电路的时序图，从图中可以看出，在C 为1 期间，主干道红灯亮，因此，R1 直接接C 即可，在A 为1 期间，需要把后3 s区分出来，这里用6 输入或非门作为“检3 信号”，当为最后3 s 时，输出为1，控制5 Hz 信号进入Y1，使得黄灯Y1 闪烁，其余则绿灯G1 亮。

图6.3.7　主控制电路模块

图6.3.8　主控制电路模块时序图

（2）添加模块引脚

H＿QD～H＿QA 为十位计数器输出端，L＿QD～L＿QA 为个位计数器输出端，R1，Y1，G1 分别为主干道的红黄绿灯，R2，Y2，G2 分别为支干道的红黄绿灯，LD 为置数控制端，5 Hz 为控制黄灯闪烁的脉冲输入端，C 和A 为置数数据输入端。

（3）存储文件

单击储存按钮，将编辑的图形文件存盘，文件名为“主控制电路模块.ms14”。