交通信号灯模拟电路实验

目录

1 引言 (1)

2 Multisim的简介 (2)

3 设计过程 (3)

3.1 总体设计要求 (3)

3.2 控制电路的特点 (4)

4 单元模块 (6)

4.1 电源模块 (6)

4.2 秒脉冲发生模块 (6)

4.3 计数模块 (8)

4.4 分频模块 (9)

4.5 控制电路模块 (10)

5 交通信号灯的仿真与调试 (14)

5.1 电路的仿真 (14)

5.2 交通灯完整功能的实现 (16)

5.3 调试方法 (18)

5.4 调试中出现的问题、原因分析及解决方法 (18)

6 设计心得 (21)

参考文献 (23)

附录Ⅰ器件明细表 (24)

附录Ⅱ仿真原理图 (25)

1 引言

设计内容：

1.信号灯白天工作要求

某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。

如果以4秒作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为5：1：6。

从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采用LED红、绿、黄发光二极管模拟。

2.夜间工作方式

南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次。其它灯不亮。要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。

交通灯的发展史

交通灯是指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯，最早出现在英国中部的约克城的一个典故中，当时交通灯只有两种颜色红绿，随着各种交通工具的发展和交通指挥的需要，第一盏名副其实的三色灯(红、黄、绿三种标志)于1918年诞生。它是三色圆形四面投影器，被安装在纽约市五号街的一座高塔上，由于它的诞生，使城市交通大为改善。

交通灯中黄色信号灯的发明者是我国的胡汝鼎，他怀着“科学救国”的抱负到美国深造，在大发明家爱迪生为董事长的美国通用电器公司任职员。一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼地一声擦身而过，吓了他一身冷汗。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，提醒人们注意危险。他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的指挥信号家族，遍及全世界陆、海、空交通领域了。

交通灯中三种灯的都有着不同的作用，绿灯亮时，准许车辆通行，黄灯亮时，已越过停止线的车辆可以继续通行；红灯亮时，禁止车辆通行。

交通灯的工作是由交通信号控制机来控制的，交通信号控制机又成信号机，信号机的作用是能够改变道路交通信号顺序、调节配时并能控制道路交通信号灯运行的装置。很多中文资料都认定黄色信号灯的发明者是中国人胡汝鼎，时间是1927年，不少文章甚至绘声绘色地写道：一天，他站在繁华的十字路口等待绿灯信号，当他看到红灯而正要过去时，一辆转弯的汽车呼的一声擦身而过。回到宿舍，他反复琢磨，终于想到在红、绿灯中间再加上一个黄色信号灯，他的建议立即得到有关方面的肯定。于是红、黄、绿三色信号灯即以一个完整的马路工具出现在世界上，造福后人。但这种说法站不住脚，世界上第一盏红黄绿三色、四方向的交通信号灯在1920年10月就已经投入了使用，这盏由警察威廉波茨发明的信号灯，被安装在了底特律伍德沃德大街和福特街的交界处，其三色灯光的含义与今天基本一致，亨利福特纪念馆收藏了这一文物并进行展出。而用黄色代表“慎行”的想法也不新鲜，铁路系统很早就开始运用，1899年，纽约、纽黑文和哈德福德的铁路系统就使用了三色灯，红色是“停止”，绿色代表“全部清除”，黄色代表“谨慎”。

2 Multisim的简介

EDA（电子设计自动化）技术是一门以计算机为工作平台进行电子产品自动化设计的技术，利用EDA工具，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出PCB版图的整个过程在计算机上自动完成。EDA的软件很多，其中Multisim是目前最为流行的电路仿真软件，是广大专业及业余电路设计人员及在校大学生设计电路的得力工具。

Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。

工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。

Multisim 10通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路;通过交互式SPICE仿真，迅速了解电路行为；借助高级电路分析, 理解基本设计特征；通过一个工具链，无缝地集成电路设计和虚拟测试；通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间。

NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。

3 设计过程

交通信号灯是交通信号中的重要组成部分，是道路交通的基本语言。为了加强道路交通安全，减少事故的发生，提高道路的使用效率，交通信号灯的设计尤为必要，同时，设计交通信号灯所应用的知识涉及范围广，通过设计可以牢固掌握所学理论知识，有利于电子技术的学习，将理论与实际有机联系起来，有利于对电子器件的功能和作用有更深入，更形象的理解。交通信号灯控制系统是典型的数字电路控制系统，通过该系统的设计和仿真，我们可以得到数字及系统的综合训练。

3.1 总体设计要求

1 信号灯白天工作要求

某方向绿灯点亮20秒，然后黄灯点亮4秒，最后红灯点亮24秒。在该方向为绿灯和黄灯点亮期间，另一方向红灯点亮。

如果以4秒)2(7.02ln )2(2121R R C R R T +=⨯+=作为时间计量单位，则某一方向绿、黄、红三种指示灯点亮的时间比例为5：1：6。

从点亮要求可以看出，有些输出是并行的：如南北方向绿灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向黄灯亮时，东西方向红灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向绿灯亮；南北方向红灯亮时，东西方向黄灯亮。信号灯采用LED 红、绿、黄发光二极管模拟（白天点亮时的工作换灯流程图如图3-1所示）。

2 夜间工作方式

南北东西各方向黄灯亮，且每秒闪动一次，其它灯不亮。要求设置一个手动开关，用它控制白天和夜间工作方式。

图3-1 交通灯工作换灯流程

南北方向红灯亮，东西方向绿灯亮 5t

南北方向红灯亮，东西方向黄灯亮 1t

南北方向绿灯亮，东西方向红灯亮 5t

南北方向黄灯亮，东西方向红灯亮 1t