1、HUBEI NORMAL UNIVERSITY電工電子實驗報告課程名稱電路系統仿真實驗選題名稱交通信號燈自動控制系統選題性質綜合設計姓名學號張煜29 張子豪33班級名稱1406所在院系物理與電子科學學院報告時間2017.53目 錄引言.第一章 緒論.3 1.1研究背景 .3 1.2研究目的及意義 .3第2章 設計任務與要求 .4 2.1 交通燈功能要求.4 2.2 規范要求 .4第3章 設計方案及控制電路結構框圖.4 3.1設計方案.4 3.2控制電路結構框圖.5第四章 各單元電路的設計方案及原理說明.6 4.1狀態控制及狀態譯碼電路 .6 4.2 倒計時顯示控制電路.7 4.3 整體主電路.

2、9第五章 調試過程及結果分析.9 5.1 調試過程.9 5.2遇到問題及解決方法 .10 5.3 調試結果.11第6章 總結與體會.11 參考文獻.12摘要Multisim 是EDA 仿真設計系統的一個重要組成部分，它創建電路方便，且仿真所用的儀器及仿真數據讀取方法都與實際實驗方法相似，有各種虛擬儀器和儀表可以使用。且不消耗實際元器件。降低了實驗成本，節省實驗時間，提高了實驗效率，利用Multisim 14.0設計并仿真了一個頻率為1HZ 的交通燈控制仿真電路。而交通信號燈常用于交叉路口，用來控制車輛的流量，提高交叉路口車輛的通行能力，減少交通事故。本交通燈設計主要由狀態控制及狀態譯碼電路、計

3、數器、秒脈沖發生器。狀態控制及狀態譯碼電路由兩個74LS74N，四個與門及七段數碼管來顯示，計數器由74LS192和74LS245實現，秒脈沖發生器由函數發生器產生脈沖。第1章 緒論 1.1研究背景當前，大量的信號燈電路正向著數字化、小功率、多樣化，方便人、車、路三者關系的協調，多值化方向發展隨著社會的發展，城市交通問題越來越引起人們的關注。隨著社會的發展，城市規模的不斷擴大，城市交通成為制約城市發展的一大因素，因此，為了改善城市交通環境有許多設計工作者設計了相應方案，其中大多數為交通指揮燈。但隨著社會、經濟的快速發展，原來的交通燈控制系統已不能完全改善現在日益繁忙的交通情況。如何改善交通燈控

4、制器，使其更完善，成為了研究的課題。1.2研究目的及意義隨著交通量的快速增長和缺乏對道路的系統研究和控制，擴建道路并沒有充分發揮出預期的作用。而城市道路多十字路口、多交叉的特點，也決定了城市的交通狀況必然受這種路況的制約。所以，如何采用合適的控制方法，最大限度利用好耗費巨資修建的多車道城市道路，緩解城市的交通擁堵狀況，越來越成為交通運輸管理亟待解決的主要問題。在這種情況下，道路交通控制器開始發揮越來越重要的作用。城市交通成為制約城市發展的一大因素，交通信號燈的廣泛應用，能有效地促進了城市道路交通秩序的改觀，保證了道路交通安全、暢通，緩解了交警部門警力不足的壓力。第二章 設計任務與要求 2.1

5、交通燈功能要求1、 東西方向與南北方向交替通行。首先東西方向綠燈亮60s、燈亮3秒，同時南北方向紅燈亮63秒；接著南北方向綠燈亮60s、黃燈亮3秒，同時東西方向紅燈亮63秒，完成一個循環為126秒。2、 在路口設置數字顯示剩余時間，以秒為單位做倒計時，顯示紅、黃、綠剩余時間。2.2規范要求1、采用主電路和子電路的形式分解整機電路，所有三色燈、倒計時顯示器、狀態控制及狀態譯碼電路放在主電路中，其他電路放在子電路中。2、元器件布局合理、連接線整齊規范（盡量讓導線少彎折和至少兩次采用總線），注釋美觀。第三章 設計方案及控制電路結構框圖3.1設計方案根據設計要求可將交通信號燈轉換分為四個狀態：狀態一：

6、東西方向的綠燈亮，數字顯示從60開始倒計時；南北方向的紅燈亮，數字顯示從63開始倒計時。狀態二：東西方向的黃燈亮，數字顯示從3開始倒計時；南北方向的紅燈亮。狀態三：東西方向的紅燈亮，數字顯示從63開始倒計時；南北方向的綠燈亮，數字顯示從60開始倒計時。狀態四：東西方向的紅燈亮；南北方向的黃燈亮，數字顯示從3開始倒計時。3.2控制電路結構框圖信號燈顯示電路 倒計時顯示電路狀態譯碼電路1HZ脈沖置數控制電路可預置遞減計數器狀態控制電路第4章 各單元電路的設計方案及原理說明4.1狀態控制及狀態譯碼電路4.2 倒計時顯示控制電路實際實驗東西方向顯示控制電路圖：實際實驗南北方向顯示控制電路圖：4.3 整

7、體主電路第五章調試結果及分析5.1 調試過程在Multisim14.0主界面下，啟動仿真開關進行電路仿真。觀察數碼管、電平指示器的變化情況，并將時鐘信號、東西方向及南北方向三色燈信號接至邏輯分析儀，設置邏輯分析儀的每格時鐘為100，時鐘選擇內部時鐘，頻率設置為2KHZ，觀察其波形，如下圖所示：5.2遇到問題及解決方法1）只有東西方向綠燈亮，南北方向紅燈亮這一個狀態。  原因分析：對74LS190管腳的連接沒掌握好，認為在Multisim原理圖中空置的管腳不需要連接。解決方法：把空置的管腳接地，燈開始有規律的變化。2） 計數器變化不穩定，不按預置數開始變化。原因分析：管腳連接

8、不當。解決辦法：在檢查電路過程中發現從74LS190中的一根導線沒有接到預定地方。3) 開始是東西方向亮紅燈，之后是亮黃燈、綠燈輪流。原因分析：東西顯示的紅燈和綠燈連接反。解決方法：紅綠燈調換。4） 開始時紅燈對應數字顯示60秒，綠燈對應數字顯示63秒，輪流交換依舊如此原因分析：把東西方向和南北方向的延遲時間信號弄反解決方法：為快捷方便，就把南北顯示、南北數碼管相接的接口，與東西顯示、南北數碼管相接的接口互換，對應的燈之間也互換。5.3調試結果1）信號燈運轉正常，完成東西方向綠燈亮60秒開始倒計時；南北方向紅燈亮63秒開始倒計時。2） 東西方向的黃燈亮，數字從3開始倒計時；南北方向的綠燈亮。3

9、） 東西方向的紅燈亮，數字顯示由63開始倒計時；南北方向的綠燈亮，數字顯示由60秒開始倒計時。4） 東西方向的綠燈亮；南北方向的黃燈亮，數字顯示從3秒開始倒計時。第六章 總結與體會實驗總結實驗過程前，我們達成了一共識，選擇難度最大的交通信號燈，這樣才能給自己更多挑戰，從實踐中學會獨立思考能力以及培養分析問題解決問題的習慣，我們想這才是我們應該在實驗中學到的最重要的東西。抱著這種態度，在準備期間，我們一起推演電路邏輯和各種電路的原理，但也遇到各種錯綜復雜的問題；比如用兩個74LS74N的D觸發器和四個與門去實現東西南北燈的邏輯控制函數真值表，由于理論基礎薄弱，為了明白74LS74N的D觸發器的工

10、作邏輯，我們還專門建立分電路，對給予clk脈沖分析D，1Q的狀態；再如LED控制下的74LS192N是如何顯示個位及十位的數碼管，以及down接口與BO端配合分別實現個位減一和十位減一的功能，直至LOAD端控制的重新置數進行下一次循環。這也令我們再以后的實驗的過程中提供了一定的理論基礎，所以實驗前的準備特別重要。 實驗過程中，遇到了兩個麻煩。一種是人為的，一種是技術上的。在Multisim進行實驗時，我們沒有進行明細的分工，沒有兩個人共同的交流，都不知道自己應該做什么，使實驗的進度一拖再拖，耽誤了不少時間，后來確定了大致的實驗流程，對各個模塊的任務進行明細的分工，加強了之間的合作與交流，使效率

11、大大提高。技術上的問題出現了三個，我們按邏輯和課本分析的電路連好各個模塊后，進行仿真運行后，一是剛開始出現南北亮的是綠燈63s，東西燈亮的紅燈60s，而實驗所要求的是南北亮的是紅燈63s，東西燈亮的綠燈60s，而是并且到3秒所跳燈的并非黃燈，三是3秒跳燈的一路引起了另一路的燈跳轉。剛開始我們檢查邏輯電路，是否與課本所連不一樣，人為因素造成的。重新連接電路后，數碼管與燈的問題依舊存在，我們分析到應該是書上有錯誤。由于數碼管顯示的數字都是正確的，而且燈跳變得時間與數碼管一致，我們分析到前兩個問題應該是引腳的錯接導致的錯誤，果然按邏輯實現功能的思維重新置換燈的引腳后，前兩個問題得到了有效的解決。后一

12、個問題該是狀態控制電路出錯，一個60s綠燈走完，進行跳變，發生電平的改變，在其三秒重置時是與另一個還剩3秒沒走完的60s燈的電平是互不干擾的。但是失敗的是，我們對其狀態控制電路進行更改，問題沒有有效的解決，這也是本實驗最大的遺憾。 實驗后，通過這次的實驗，也讓我們發現平時的學習問題： 1、由于平時的學習不太系統化，沒有把所學的各門知識串聯起來，導致基本功和理論基礎不扎實，實驗過程屢屢受阻，需要去查閱大量的基礎知識。 2、平時的學習方法不太好，缺乏獨立性的思考，在實踐中不斷發現問題解決問題的能力有待提升，創造性人才才能很好的適合社會發展，我們需要將理論跟實踐更好的結合。 3、合作意識在今后的工作中很重要，通過這次實驗，我們感受到了加深合作和交流而共同解決問題，能大大提升效率。最后結語當我們花費了將近四十個小時完成了的實驗報告，寫下最后的結語的時候，內心是特別愉快的。由于功能實現的并不完美，也有小小的缺憾。總的來說，這次設計我們的收獲頗豐，因為我們的學習宗旨就是實踐，平時的學習都是盡可能的以實踐為基礎，這次課程設計，使我們的平日所學知識得到了很好的檢驗，對可以說是對數字電路課程的一次完整的復習。通過這次學