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1、HUBEI NORMAL UNIVERSITY电工电子实验报告课程名称电路系统仿真实验选题名称交通信号灯自动控制系统选题性质综合设计姓名学号张煜29 张子豪33班级名称1406所在院系物理与电子科学学院报告时间2017.53目 录引言.第一章 绪论.3 1.1研究背景 .3 1.2研究目的及意义 .3第2章 设计任务与要求 .4 2.1 交通灯功能要求.4 2.2 规范要求 .4第3章 设计方案及控制电路结构框图.4 3.1设计方案.4 3.2控制电路结构框图.5第四章 各单元电路的设计方案及原理说明.6 4.1状态控制及状态译码电路 .6 4.2 倒计时显示控制电路.7 4.3 整体主电路.
2、9第五章 调试过程及结果分析.9 5.1 调试过程.9 5.2遇到问题及解决方法 .10 5.3 调试结果.11第6章 总结与体会.11 参考文献.12摘要Multisim 是EDA 仿真设计系统的一个重要组成部分，它创建电路方便，且仿真所用的仪器及仿真数据读取方法都与实际实验方法相似，有各种虚拟仪器和仪表可以使用。且不消耗实际元器件。降低了实验成本，节省实验时间，提高了实验效率，利用Multisim 14.0设计并仿真了一个频率为1HZ 的交通灯控制仿真电路。而交通信号灯常用于交叉路口，用来控制车辆的流量，提高交叉路口车辆的通行能力，减少交通事故。本交通灯设计主要由状态控制及状态译码电路、计
3、数器、秒脉冲发生器。状态控制及状态译码电路由两个74LS74N，四个与门及七段数码管来显示，计数器由74LS192和74LS245实现，秒脉冲发生器由函数发生器产生脉冲。第1章 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
4、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。第二章 设计任务与要求 2.1
5、交通灯功能要求1、 东西方向与南北方向交替通行。首先东西方向绿灯亮60s、灯亮3秒，同时南北方向红灯亮63秒；接着南北方向绿灯亮60s、黄灯亮3秒，同时东西方向红灯亮63秒，完成一个循环为126秒。2、 在路口设置数字显示剩余时间，以秒为单位做倒计时，显示红、黄、绿剩余时间。2.2规范要求1、采用主电路和子电路的形式分解整机电路，所有三色灯、倒计时显示器、状态控制及状态译码电路放在主电路中，其他电路放在子电路中。2、元器件布局合理、连接线整齐规范（尽量让导线少弯折和至少两次采用总线），注释美观。第三章 设计方案及控制电路结构框图3.1设计方案根据设计要求可将交通信号灯转换分为四个状态：状态一：
6、东西方向的绿灯亮，数字显示从60开始倒计时；南北方向的红灯亮，数字显示从63开始倒计时。状态二：东西方向的黄灯亮，数字显示从3开始倒计时；南北方向的红灯亮。状态三：东西方向的红灯亮，数字显示从63开始倒计时；南北方向的绿灯亮，数字显示从60开始倒计时。状态四：东西方向的红灯亮；南北方向的黄灯亮，数字显示从3开始倒计时。3.2控制电路结构框图信号灯显示电路 倒计时显示电路状态译码电路1HZ脉冲置数控制电路可预置递减计数器状态控制电路第4章 各单元电路的设计方案及原理说明4.1状态控制及状态译码电路4.2 倒计时显示控制电路实际实验东西方向显示控制电路图：实际实验南北方向显示控制电路图：4.3 整
7、体主电路第五章调试结果及分析5.1调试过程在Multisim14.0主界面下，启动仿真开关进行电路仿真。观察数码管、电平指示器的变化情况，并将时钟信号、东西方向及南北方向三色灯信号接至逻辑分析仪，设置逻辑分析仪的每格时钟为100，时钟选择内部时钟，频率设置为2KHZ，观察其波形，如下图所示：5.2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管脚的连接没掌握好，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
8、路过程中发现从74LS190中的一根导线没有接到预定地方。3) 开始是东西方向亮红灯，之后是亮黄灯、绿灯轮流。原因分析：东西显示的红灯和绿灯连接反。解决方法：红绿灯调换。4） 开始时红灯对应数字显示60秒，绿灯对应数字显示63秒，轮流交换依旧如此原因分析：把东西方向和南北方向的延迟时间信号弄反解决方法：为快捷方便，就把南北显示、南北数码管相接的接口，与东西显示、南北数码管相接的接口互换，对应的灯之间也互换。5.3调试结果1）信号灯运转正常，完成东西方向绿灯亮60秒开始倒计时；南北方向红灯亮63秒开始倒计时。2） 东西方向的黄灯亮，数字从3开始倒计时；南北方向的绿灯亮。3） 东西方向的红灯亮，数
9、字显示由63开始倒计时；南北方向的绿灯亮，数字显示由60秒开始倒计时。4） 东西方向的绿灯亮；南北方向的黄灯亮，数字显示从3秒开始倒计时。第六章 总结与体会实验总结实验过程前，我们达成了一共识，选择难度最大的交通信号灯，这样才能给自己更多挑战，从实践中学会独立思考能力以及培养分析问题解决问题的习惯，我们想这才是我们应该在实验中学到的最重要的东西。抱着这种态度，在准备期间，我们一起推演电路逻辑和各种电路的原理，但也遇到各种错综复杂的问题；比如用两个74LS74N的D触发器和四个与门去实现东西南北灯的逻辑控制函数真值表，由于理论基础薄弱，为了明白74LS74N的D触发器的工作逻辑，我们还专门建立分
10、电路，对给予clk脉冲分析D，1Q的状态；再如LED控制下的74LS192N是如何显示个位及十位的数码管，以及down接口与BO端配合分别实现个位减一和十位减一的功能，直至LOAD端控制的重新置数进行下一次循环。这也令我们再以后的实验的过程中提供了一定的理论基础，所以实验前的准备特别重要。 实验过程中，遇到了两个麻烦。一种是人为的，一种是技术上的。在Multisim进行实验时，我们没有进行明细的分工，没有两个人共同的交流，都不知道自己应该做什么，使实验的进度一拖再拖，耽误了不少时间，后来确定了大致的实验流程，对各个模块的任务进行明细的分工，加强了之间的合作与交流，使效率大大提高。技术上的问题出
11、现了三个，我们按逻辑和课本分析的电路连好各个模块后，进行仿真运行后，一是刚开始出现南北亮的是绿灯63s，东西灯亮的红灯60s，而实验所要求的是南北亮的是红灯63s，东西灯亮的绿灯60s，而是并且到3秒所跳灯的并非黄灯，三是3秒跳灯的一路引起了另一路的灯跳转。刚开始我们检查逻辑电路，是否与课本所连不一样，人为因素造成的。重新连接电路后，数码管与灯的问题依旧存在，我们分析到应该是书上有错误。由于数码管显示的数字都是正确的，而且灯跳变得时间与数码管一致，我们分析到前两个问题应该是引脚的错接导致的错误，果然按逻辑实现功能的思维重新置换灯的引脚后，前两个问题得到了有效的解决。后一个问题该是状态控制电路出
12、错，一个60s绿灯走完，进行跳变，发生电平的改变，在其三秒重置时是与另一个还剩3秒没走完的60s灯的电平是互不干扰的。但是失败的是，我们对其状态控制电路进行更改，问题没有有效的解决，这也是本实验最大的遗憾。 实验后，通过这次的实验，也让我们发现平时的学习问题： 1、由于平时的学习不太系统化，没有把所学的各门知识串联起来，导致基本功和理论基础不扎实，实验过程屡屡受阻，需要去查阅大量的基础知识。 2、平时的学习方法不太好，缺乏独立性的思考，在实践中不断发现问题解决问题的能力有待提升，创造性人才才能很好的适合社会发展，我们需要将理论跟实践更好的结合。 3、合作意识在今后的工作中很重要，通过这次实验，我们感受到了加深合作和交流而共同解决问题，能大大提升效率。最后结语当我们花费了将近四十个小时完成了的实验报告，写下最后的结语的时候，内心是特别愉快的。由于功能实现的并不完美，也有小小的缺憾。总的来说，这次设计我们的收获颇丰，因为我们的学习宗旨就是实践，平时的学习都是尽可能的以实践为基础，这次课程设计，使我们的平日所学知识得到了很好的检验，对可以说是对数字电路课程的一次完整的复习。通过这次学习，使我们对数字电路这门课程有了更加深入的认识。在设计的过程中，我们充分的感受到了设计的乐趣，不断给自己增加难度
