基于Multisim13的交通信号灯控制器的设计与仿真

王沙沙

(商丘师范学院 物理与电子信息学院，河南 商丘 476000)



基于Multisim13的交通信号灯控制器的设计与仿真

王沙沙

(商丘师范学院 物理与电子信息学院，河南 商丘 476000)

运用Multisim仿真软件设计了交通信号灯控制器，通过仿真表明该控制器能够实现对十字路口信号灯的控制，设计电路达到了预期目的.利用Multisim仿真工具，能够方便地设计电路，验证设计方案，与传统的设计方法相比，具有低成本、高效率的优势.

Multisim；控制器；交通信号灯

0 引 言

交通信号灯控制器通过控制十字路口红、黄、路灯的亮灭，来指挥车辆和行人的安全通行，以实现十字路口交通管理的自动化，本设计运用逻辑电路知识结合仿真软件，实现主干道和支干道两个方向通行时间相等的控制并配有倒计时显示.本文的仿真软件为Multisim13，是一款用软件的方式虚拟电子与电工元器件、仪表、仪器的EDA仿真工具，利用Multisim可以实现电路的设计、仿真、测试等功能.它不仅为用户提供了数千种的元器件，还可以通过调整元器件参数灵活地实现各种电路设计.在电路实际搭建之前，可以通过仿真对电路进行实时监控，实时优化，从而提高实验效率，减少产品成本，缩短设计周期，是目前在产品设计和教学方面应用最广泛的一种EDA仿真工具.

图1 信号灯控制器设计的流程图

1 交通控制器电路设计

1.1 系统概述

城市中心的十字路口，由于车流量和人流量较大，为保证交通秩序和行人安全，每条道路上都安装有交通灯和数码显示器，交通灯有红黄绿3种信号，当主干道上的绿灯亮时，该道路上的车辆可以通过，支干道上的车辆禁止通行，时间为25 s；接着主干道上的黄灯开始闪烁，车辆没有越过禁止线的停车等候，闪烁频率为1 Hz，时间为5 s；之后主干道上的红灯亮，车辆禁止通行，时间为25 s.两条道路交替通行，流程图如图1所示，主要包括震荡发生电路、计数器和译码显示电路、主控制电路和译码驱动信号灯[1].

1.2 振荡电路

振荡电路主要由555定时器、电阻、电容构成，555定时器是一种结合模电和数电的中规模集成器件，由于它的功能强及适应规模广等特点，被广泛应用于产生波形、丈量、控制等方面，常和阻容元件结合构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等[2].

下面给出由555定时器、两个电阻、两个电容构成的震荡回路如图2所示，通过电容的充放电原理产生时钟脉冲，该脉冲的频率为1 Hz，幅度为5 V[3].

1.3 计数器和译码显示电路

计数器主要由2片74LS190N组成，通过计数器可以实现25 s和5 s的倒计时功能，74LS190N的CLK端接f=1 Hz的时钟脉冲，输出端接BCD七段译码器，右边的芯片控制10位数的计数，左边的芯片控制个位数的计数，通过主控制电路实现控制，最终将计数器输出的数字输入译码器[4].计数器电路如图3所示.

图2 震荡回路

译码显示电路如图4所示，由74LS48N、电阻和数码管组成，74LS48N是一种BCD七段译码器，将计数器的输出接入到译码器的输入端，通过译码器将当前的计数值用数码管显示出来.

1.4 主控制电路

主控制电路主要由多个逻辑门和触发器构成，如图5所示.主要实现对两个十字路口黄、红、绿灯的控制，主干道的灯分别用R1、G1、Y1来表示，支干道的灯分别用R2、G2、Y2来表示[5].74LS74N两个输出端是非的逻辑关系，分别接两个十字路口的红灯，所以两个红灯R1和R2，例如在某一时间LD为0，计数器预置数为25 s，R1亮、R2灭，同时G2亮[6].当计数器倒计时到0 s时，由10位上的计数器B端和触发器的反相输出端接入到一个74LS08D的输入端，是信号灯发生转换，G2灭，Y2开始以1 HZ的频率闪烁，闪烁时间为5 s，在此期间R1-不变.当计数到0 s时，LD又变为0，重新置数，一直循环下去.

图4 由74LS48N构成的译码电路

图5 主控制电路

2 仿真结果

按照之前对电路各部分的设计，将各模块组合起来，进行调试.点击仿真菜单里的“运行”，可以观察到主干道上的红灯亮25 s，支干道上的绿灯亮25 s，倒数到0时支干道上的黄灯以1 HZ的频率闪烁5 s，主干道的红灯不变；接着支干道上的红灯亮25 s，主干道上的绿灯亮25 s，倒数到0 s时，主干道上的黄灯以1 HZ的频率闪烁5 s，支干道上的红灯不变.如此循环.经仿真验证了本次设计的可行性，并且满足实验要求.

3 结束语

在论文中使用Multisim实现对十字路口交通灯的设计和仿真，同时对Multisim软件有了更深刻的认识，该软件是一种简单、易懂、方便的设计工具，为解决实际问题提供了良好的平台.

[1]段永霞,沈广鸿.基于Multisim的城市交通信号灯控制系统的仿真[J].广西轻工业，2010,2(2)：58-59.

[2]余孟尝.数字电子技术基础简明教程(第三版)[M].北京:高等教育出版社，2006.

[3]展慧,宋朝霞,曾瑛.基于Multisim的交通灯控制器的设计仿真[J].中国科技信息，2012,5(2)：94-95.

[4]聂茹.基于Multisim10的十字路口交通灯控制器的设计与仿真[J].现代电子技术，2010,11(11)：79-81.

[5]张艳春.数字电子系统的EDA设计方法研究[J].现代电子技术，2009,32(17)：188-190.

[6]马海宽,雷学林.基于Multisim10的数字时钟仿真探讨[J].电气技术与自动化，2008,37(4)：155-159.

[责任编辑：徐明忠]

Design and simulation of traffic signal lights based on Multisim 13

WANG Shasha

(Shangqiu Normal University，School of Physics and Electrical Information Ingineering,Shangqiu 476000,China)

This paper designs a traffic signal ligters controller based on Multisim 13 simulation software，using simulation show that the program is better to achieve the control of traffic signal ligters.As a simulation tool,Multisim can be easy to design circuit，test design program，it has supeeriority of low cost and efficient comparing with the traditional design method.

Multisim；controller；traffic signal ligters

2016-04-28；

2016-05-16

王沙沙(1985—)，女，河南焦作人，商丘师范学院助教，主要从事通信方面的研究.

U491.5+1

A

1672-3600(2017)09-0018-03