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。

图2-4 主控制电路2.3仿真结果将上述各单元电路组合起来，可以得到交通控制灯的整体电路，点击Multisim 10软件的“Simulate/Run”按钮或直接按“F5”键，便可以进行交通灯控制电路的仿真。

电路的倒计时显示首先为30 s，支干道的绿灯2亮，支干道的车辆可自由通行;主干道的红灯1亮，主干道的车辆禁止通行。

时间显示器从预置的30 s，以每秒减1，减到数3时，支干道的绿灯2转换为黄灯2，而且黄灯以0.2 s(5 Hz的频率)闪一次，其他灯不变。

减到数1时，1s后显示器又转换成预置的60s，支干道的黄灯2转换为红灯2，支干道的车辆禁止通行，主干道的红灯l转换为绿灯1，主干道的车辆可自由通行，如此循环下去。

3 电路原理图：3.1 Multisim原理图如下：图3-1 multisim原理图3.2电路仿真效果图3-2 multisim仿真图应用Protel软件对该电路进行制PCB板：首先，设计好的电路要在Multisim9 里面仿真通过，然后在Protel里面将仿真通过的电路图画出来，定义好封装，再进行电气检查，通过后再创建网络表，再在PCB制板中引入网络表制板，布线等。

3.3 在Protel中的原理图：图3-3 Protel原理图3.4 PCB双面布线制版如图：图3-4 PCB布线图在实际生产中，底板的面积与其成本直接成正比，因此在放置元器件时在实际生产中，底板的面积与其成本直接成正比，因此在放置元器件时，应在保证布线成功的前提下，以将底板面积尽可能地缩小为原则，合理放置各元器件。

4.总结1、通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。

这个方案总共使用了74LS192，74LS145各两个，74LS04，74LS08，74LS20，74LS32，74LS112各一个。

2、在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

3、我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

4、平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！5、此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

6、在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！5.参考文献1. 聂典主编《Multisim 10.0计算机仿真在电子电路设计中的应用》北京：电子工业出版社，20092. 清源计算机工作室编著《Protel99 SE原理图与PCB及仿真》北京：机械工业出版社，2004.13. 付华, 高迎慧主编《数字电子技术基础》沈阳：东北大学出版社，2002.44. (日)汤山俊夫著；彭军译《数字电路设计与制作》北京：科学出版社，2005.04。