Multisim仿真说明书正文
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唐山学院课程设计说明书
作为一个实际的应用系统直流稳压电源是必不可少的。本次课设设计的交通信 号灯控制电路需要使用稳定的 5V 直流稳压电源来驱动各芯片使电路其正常工作。 因此需要设计输出为 5V 的直流稳压电源。
直流稳压电源包括变压器降压、二极管（或整流桥）整流、电容滤波、集成稳 压芯片稳压四部分。
其整体电路框图如 3-2 图所示： 图 3-2 整体电路框图
东西信号灯
南北信号灯
组合逻辑电路
十二进制计数器
工作方式控制开关
关
四分频器
系 统 电 源
秒脉冲产生电路
4 单元模块
根据交通信号灯的工作方式，设计电路分为电源模块、秒脉冲发生模块、计数 模块、分频模块和控制电路模块五部分，这五个模块的详细设计如下。
唐山学院课程设计说明书
1 引言
随着我国交通事业的迅速发展，各种公交、运输汽车和汽车进入家庭的步伐加 快使得城市的汽车数量逐年增加，城市道路交通堵塞、拥挤问题显得越来越突出， 交通在许多城市已经成为“瓶颈”问题。
以下就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具 体分析讨论。
本系统由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发 生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，555 定时器输出脉冲信号，译 码器输出两组信号灯的控制信号，控制电路控制定时器和译码器的工作，驱动电路 驱动六只三色 LED 工作。最后用电路仿真软件绘制出红绿灯的完整电路图。对电 子技术的学习起到了良好的辅助作用。
目录
1 引言..................................................................................................................................................... 1 2 Multisim 的简介与注意事项.........................................................................................................1 3 设计过程............................................................................................................................................1
图 3-1 交通灯工作换灯流程
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
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
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3.2 控制电路的特点
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。因此采用组合逻辑设计。组合逻辑电路：将 十二进制计数器作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出去驱动东西和南 北两个方向的信号灯的点亮。
注意事项 不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机 删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下进行 注意数字地与模拟地的差别，使用标准符号 LED 数码管的极性 分模块调试，最后综合调试
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
2 Multisim 的简介与注意事项
Multisim10 是美国 NI 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。有了 Multisim 软件， 就 相 当 于 拥 有 了 一 个 设 备 齐 全 的 实 验 室 ，可 以 非 常 方 便 的 从 事 电 路 设 计 、仿 真 、 分析工作。
3.1 总体设计要求与内容......................................................................................................... 2 3.2 控制电路的特点...................................................................................................................2 4 单元模块............................................................................................................................................3 4.1 电源模块................................................................................................................................ 3 4.2 秒脉冲发生模块...................................................................................................................4 4.3 计数模块................................................................................................................................ 6 4.4 分频模块................................................................................................................................ 7 4.5 控制电路模块....................................................................................................................... 8 5 交通信号灯的仿真与调试............................................................................................................9 5.1 电路的仿真............................................................................................................................9 5.2 交通灯完整功能的实现...................................................................................................12 5.3 调试方法.............................................................................................................................. 14 5.4 调试中出现的问题、原因分析及解决方法..............................................................14 6 总结................................................................................................................................................... 16 参考文献...............................................................................................................................................17 附录Ⅰ 器件明细表..........................................................................................................................18 附录Ⅱ 仿真原理图..........................................................................................................................19
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唐山学院课程设计说明书
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 总体设计要求与内容
1 总体设计要求 （1）要求根据设计要求实现交通灯的现实功能； （2）用 Multisim 进行仿真 （3）设计说明书； 2 设计内容 2.1 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T (R1 2R2 ) C ln 2 0.7(R1 2R2 ) 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）。 2.2 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。
4.1 电源模块
信号灯采用三极管 2N2219 驱动，其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动 能力，电源电压采用直流 5V，通过变压器将市电降压到交流 9V，在通过整流桥整 流滤波和稳压块 7805 得到直流 5V 电压。直流稳压电源的任务是为整体电路提供直 流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要
直流稳压电源原理图如图 4-1 所示 图 4-1 直流稳压电源原理图
220V
RL
4.2 秒脉冲发生模块Fra Baidu bibliotek
由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生 电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电 容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器 555(图 4-2 是 555 定时器的原理图，图 4-3 是 555 定时器的引脚图)和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节 振荡周期方便，选择用 555 定时器组成多谐振荡器（如图 4-4 所示）：
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作为一个实际的应用系统直流稳压电源是必不可少的。本次课设设计的交通信 号灯控制电路需要使用稳定的 5V 直流稳压电源来驱动各芯片使电路其正常工作。 因此需要设计输出为 5V 的直流稳压电源。
直流稳压电源包括变压器降压、二极管（或整流桥）整流、电容滤波、集成稳 压芯片稳压四部分。
其整体电路框图如 3-2 图所示： 图 3-2 整体电路框图
东西信号灯
南北信号灯
组合逻辑电路
十二进制计数器
工作方式控制开关
关
四分频器
系 统 电 源
秒脉冲产生电路
4 单元模块
根据交通信号灯的工作方式，设计电路分为电源模块、秒脉冲发生模块、计数 模块、分频模块和控制电路模块五部分，这五个模块的详细设计如下。
唐山学院课程设计说明书
1 引言
随着我国交通事业的迅速发展，各种公交、运输汽车和汽车进入家庭的步伐加 快使得城市的汽车数量逐年增加，城市道路交通堵塞、拥挤问题显得越来越突出， 交通在许多城市已经成为“瓶颈”问题。
以下就城乡交通灯控制系统的电路原理、设计计算和实验调试等问题来进行具 体分析讨论。
本系统由控制器、定时器、译码器和秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲发 生器是该系统中定时器和控制器的标准时钟信号源，555 定时器输出脉冲信号，译 码器输出两组信号灯的控制信号，控制电路控制定时器和译码器的工作，驱动电路 驱动六只三色 LED 工作。最后用电路仿真软件绘制出红绿灯的完整电路图。对电 子技术的学习起到了良好的辅助作用。
目录
1 引言..................................................................................................................................................... 1 2 Multisim 的简介与注意事项.........................................................................................................1 3 设计过程............................................................................................................................................1
图 3-1 交通灯工作换灯流程
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
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
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3.2 控制电路的特点
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。因此采用组合逻辑设计。组合逻辑电路：将 十二进制计数器作为组合逻辑电路的输入，而组合逻辑电路的输出去驱动东西和南 北两个方向的信号灯的点亮。
注意事项 不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机 删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下进行 注意数字地与模拟地的差别，使用标准符号 LED 数码管的极性 分模块调试，最后综合调试
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
2 Multisim 的简介与注意事项
Multisim10 是美国 NI 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。有了 Multisim 软件， 就 相 当 于 拥 有 了 一 个 设 备 齐 全 的 实 验 室 ，可 以 非 常 方 便 的 从 事 电 路 设 计 、仿 真 、 分析工作。
3.1 总体设计要求与内容......................................................................................................... 2 3.2 控制电路的特点...................................................................................................................2 4 单元模块............................................................................................................................................3 4.1 电源模块................................................................................................................................ 3 4.2 秒脉冲发生模块...................................................................................................................4 4.3 计数模块................................................................................................................................ 6 4.4 分频模块................................................................................................................................ 7 4.5 控制电路模块....................................................................................................................... 8 5 交通信号灯的仿真与调试............................................................................................................9 5.1 电路的仿真............................................................................................................................9 5.2 交通灯完整功能的实现...................................................................................................12 5.3 调试方法.............................................................................................................................. 14 5.4 调试中出现的问题、原因分析及解决方法..............................................................14 6 总结................................................................................................................................................... 16 参考文献...............................................................................................................................................17 附录Ⅰ 器件明细表..........................................................................................................................18 附录Ⅱ 仿真原理图..........................................................................................................................19
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唐山学院课程设计说明书
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 总体设计要求与内容
1 总体设计要求 （1）要求根据设计要求实现交通灯的现实功能； （2）用 Multisim 进行仿真 （3）设计说明书； 2 设计内容 2.1 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T (R1 2R2 ) C ln 2 0.7(R1 2R2 ) 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）。 2.2 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。
4.1 电源模块
信号灯采用三极管 2N2219 驱动，其额定电流与额定电压应满足三级管的驱动 能力，电源电压采用直流 5V，通过变压器将市电降压到交流 9V，在通过整流桥整 流滤波和稳压块 7805 得到直流 5V 电压。直流稳压电源的任务是为整体电路提供直 流电源。故稳压电源电路的输出电压值和输出电流值应满足整体电路的需要
直流稳压电源原理图如图 4-1 所示 图 4-1 直流稳压电源原理图
220V
RL
4.2 秒脉冲发生模块Fra Baidu bibliotek
由于黄灯点亮时按秒闪动以及时间显示按秒倒计时，所以需要设计秒脉冲产生 电路。秒脉冲产生电路实际就是一个多谐振荡电路，它可以是用门电路和电阻、电 容组成的多谐振荡电路，也可以是用定时器 555(图 4-2 是 555 定时器的原理图，图 4-3 是 555 定时器的引脚图)和电阻、电容组成的多谐振荡器。为了电路简单和调节 振荡周期方便，选择用 555 定时器组成多谐振荡器（如图 4-4 所示）：