基于Multisim 10的十字路口交通灯控制器的设计与仿

0 引言
随着计算机与微电子技术的发展，电子自动化EDA领域已成为电子技术发展的主体。EDA(Electronic Design Automation电子自动化技术)是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，它在教学、科研、产品与制造等方面发挥着巨大的作用。 10是一款知名的EDA软件，由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本。在Windows环境下， 10软件有一个完整的集成化设计环境，它将原理图的创建、电路的测试分析、结果的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中。在搭建实际电路之前，采用 10软件进行虚拟测试，可使实验方法和实验手段现代化，扩展实验容量，使实验内容更完备，提高了实验效率，节省大量的实验资源。Multisim 10软件进行设计分析的基本步骤为：设计创建仿真电路原理图→电路图选项的设置→使用仿真仪器→设定仿真分析方法→启动Multisim 10仿真。
下面介绍以Muitisiml0为平台设计一个系统的过程。

1 系统概述
在城镇街道的中，为保证秩序和行人安全，一般在每条道路上各有一组红、黄、绿信号灯。图1是一个典型的的平面位置示意图：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60 s；支干道通行时，主干道绿灯亮，主干道红灯亮，时间为30 s。每次绿灯变红时，黄灯先闪烁3 s(频率为5Hz)。此时另一路口的红灯不变。以上规则设计的交通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。

2 交通电路设计与仿真
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1Hz和5Hz、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1 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。
2．1．2 74LS192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，而且常用作数字系统的定时、分频和执行数字运算以及其他特定的逻辑功能，在电路设计中应用相当广泛。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5 Hz的时钟脉冲。100分频和20分频电路如图3所示。