EDA程序设计

EDA设计

题目：基于multisim10.0的交通灯设计与仿真学院：

专业班级：

学生姓名：

指导教师：

成绩：

目录

1系统概述 (3)

1.1设计初始条件 (3)

1.2设计要求指标 (3)

2 交通控制器的设计原理 (4)

2.1振荡电路 (4)

2.1.1 555定时器构成的100 Hz多谐振荡器 (4)

2.1.2 74LSl92构成的100分频和20分频的分频器 (4)

2.2．3 74LS192构成的计数器和译码显示电路 (5)

2.2主控制电路和信号灯译码驱动 (6)

2.3仿真结果 (7)

3 电路原理图： (8)

3.1 Multisim原理图如下： (8)

3.2电路仿真效果 (9)

3.3 在Protel中的原理图： (10)

3.4 PCB双面布线制版如图： (11)

4.总结 (12)

5.参考文献 (13)

1系统概述

在城镇街道的十字路口中，为保证交通秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯。图1是一个典型的十字路口的平面位置示意图：有主干道和支干道两条道路，每条道路上各有一组红、黄、绿交通信号灯。主干道与支干道上的车辆交替运行，主干道上的车辆比较多，因此主干道的车辆通行时间长，支干道上的车辆少，因此支干道的车辆通行时间短。主干道通行时，主干道绿灯亮，支干道红灯亮，时间为60S;支干道通行时，主干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30S。每次绿灯变红时，黄灯先闪烁3s(频率为5 Hz)。此时另一路口的红灯不变。基于以上规则设计的交通控制器控制十字路口两组红、黄、绿交通信号灯的状态转换，可以方便地实现指挥各种车辆和行人通行实现十字路口交通管理的自动化。

图1-1 十字路口的平面位置示意图

1.1设计初始条件

1)课程设计辅导资料：“数字电路EDA入门”、“EDA与数字系统设计”等；

2)先修课程：电路、电子设计EDA、电子技术基础等。

3)主要涉及的知识点：

4)门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等。

1.2设计要求指标

1)本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目进行理论分

析，针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析，画出程序设

计框图，编写程序代码（含注释），上机调试运行程序，记录实验结果（仿真结果），并对实验结果进行分析和总结。具体设计要求包括：

①复习EDA的相关技术与方法；

②M ultisim10.0软件的使用：掌握该软件的仿真方法。

2 交通控制器的设计原理

交通控制器电路按功能分成3个单元电路：振荡电路、计数器和译码显示电路、主控制电路和信号灯译码驱动。

2.1振荡电路

振荡电路输出频率分别为1 Hz和5 Hz、幅度为5 V的时钟脉冲。为提高精度，本设计系统利用555定时器设计一个输出频率为100 Hz的多谐振荡器，再通过100分频(100进制计数器)而得到l Hz的时钟脉冲，通过20分频得到5 Hz的时钟脉冲。

2.1.1 555定时器构成的100 Hz多谐振荡器

555定时器是一种多用途的模拟、数字混合集成电路，在波形的产生与变换、控制与检测、家用电器以及电子玩具等领域等许多领域中得到了应用。555定时器功能多样，应用广泛，只要外部配上几个阻容元器件即可构成单稳态触发器、施密特触发器、多谐振荡器等电路。

由555定时器构成的100 Hz多谐振荡器电路原理图如图2所示。电路由一个555芯片、两个电阻和两个电容组成，通过电阻给电容C充电、放电的过程来产生振荡，从而输出矩形脉冲。

图2-1 555构成的100 Hz多谐振荡器原理图

2.1.2 74LSl92构成的100分频和20分频的分频器

计数器是一个用以实现计数功能的时序部件，它不仅可用来计脉冲数，而且常用作数字

74LSl92是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟十进制可逆计数器、异步并行置数功能、保持功能以及清零功能。CLR是清零端，LOAD是置数控制端。用2片74LSl92可以构成二级十分频器，将100 Hz矩形波100分频得到1 Hz的时钟脉冲、通过20分频得到5Hz的时钟脉冲。100分频和20分频电路如图3所示。

右边1片74LSl92的输出端QA端是经过20分频得到的5 Hz的时钟脉冲，而输出端QD端是经过100分频后得到的1 Hz的时钟脉冲。

图2-2 74 LSl92构成的100分频和20分频电路图

2.2．3 74LS192构成的计数器和译码显示电路

计数器电路具有60 s倒计时(计数范围为60～1的减数计数器)、30 S倒计时(计数范围为30～1的减数计数器)以及3s计时功能。此三种计数的实现主要是由2片十进制计数器74I。S192芯片组成，然后通过主控制电路实现转换，最终各个方向的倒计时共用一套译码显示数码管显示出来。74LSl92构成的计数器电路图如图4所示：左边的1片74LSl92芯片为计数器的个位，右边的1片74LSl92芯片为计数器的十位，个位和十位计数器的四个输出端都接上数码管显示。其中作为个位数的74LSl92芯片的CLK接的是1 Hz时钟脉冲。

图2-3 74LSl92构成的计数器电路

2.2主控制电路和信号灯译码驱动

主控制电路和信号灯译码驱动用各种门电路和T触发器组成，能实现计时电路的转换、各方向信号灯的控制。主控制电路和信号灯译码驱动电路如图5所示。图5中的红灯l，黄灯1，绿灯1是主干道的三个交通信号灯，红灯2，黄灯2，绿灯2则是支干道的三个交通信号灯。图4中的两片74LSl92的8个输出端用或门连起来，接到LD置数端，决定倒计时器是置数还是计数。

工作开始时，LD为0，计数器预置数，此时T触发器的初始状态Q=0，因此预置数为30 s。置数完后，LD变为1，计数器开始从30 s倒计时，T触发器状态发生翻转Q=1，主干道的红灯1及支干道的绿灯2亮。当计数器计数到“03”秒时，由于图4中的十位计数器的QD2，QC2，QB2，QA2与个位计数器的QD1，QC1用一个或非门连起来，使信号灯发生转换，绿灯2灭，黄灯2在这3 s内以5 Hz的频率闪烁，红灯1不变。当倒计时减到数“00”时，LD又变为0，计数器又预置60 S，之后又倒计时，如此循环下去。