基于Multisim13的交通信号灯控制器的设计与仿真

交通信号灯控制电路的设计与仿真交通信号灯是城市道路上的重要交通设施。

它不仅能够引导车辆行驶方向、保障行人安全出行，还能有效地控制交通流量，缓解车辆拥堵问题。

然而，要使交通信号灯发挥作用，就需要一个可靠的信号控制电路。

本文将介绍交通信号灯控制电路的设计与仿真。

1. 控制电路设计交通信号灯控制电路是一种可编程逻辑电路（FPGA）。

它可以根据不同的交通需要配置不同的控制方案。

基本的控制方案有三种：顺序控制、时间计划控制和循环控制。

1.1 顺序控制顺序控制是最简单的交通信号灯控制方案，它依次控制交通灯的颜色。

设计电路需要先设置一个时钟，并定义各信号灯的状态，例如，当橙色灯亮的时候，等待5秒钟后，绿色灯亮；当绿色灯亮时，等待10秒钟后，红色灯亮。

这样的交通信号灯控制方案简单、稳定，但是不适用于复杂的交通环境。

1.2 时间计划控制时间计划控制是根据交通流量和道路容量的不同，对交通信号灯的时间进行调整的控制方案。

具体做法是，通过交通流量传感器测量每个方向的车辆流量并累积，运用时序控制器进行计算，并对红绿灯时间进行动态调整。

这样可以保证交通信号灯实时地适应不同的流量情况，但是需要大量的传感器和计算器。

1.3 循环控制循环控制是一种随机的交通信号灯控制方案，通过交通数据和计算机模型确定路口交通灯每轮的时间长度，并以不同的顺序轮换信号灯，这样按照循环周期可能使交通流量更加均衡，并且可以排除一些失误。

但是需要进行大量的计算，并且不适用于复杂的交通环境。

2. 仿真设计完成后，需要对交通信号灯控制电路进行仿真，以检验控制电路的稳定性和有效性。

仿真软件通常有多种，本文介绍两种常用的仿真软件。

2.1 QucsQucs是一个免费的仿真软件，具有模拟、线性和非线性仿真电路的能力，可以模拟电路和系统的频段、噪声和传输等特性。

在Qucs中，可以很容易地设计复杂的控制电路，通过仿真分析不同方案的控制效果。

2.2 SPICESPICE是一种常用的模拟软件，主要用于电路和系统仿真。

0.引言Multisim 具有丰富的仿真分析能力并且以Windows 为基础的EDA 仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

通过Multisim 可以交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。

它是EDA 仿真设计系统的一个重要组成部分。

EDA 代表了当今电子设计技术的最新发展方向，其基本特征是设计人员以计算机为工具，按照自顶向下的设计方法。

随着EDA 技术的发展，可以利用“虚拟仪器”、“虚拟器件”在计算机上进行电子电路设计和实验。

目前，在这类仿真软件中，“虚拟电子实验台”—————Multisim 较为优秀，其应用逐步得到推广。

这种新型的虚拟电子实验技术软件，在创建实验电路时，元器件、测试仪器均可直接从屏幕图形中选取，且仪器的设置、使用和数据读取方法以及外观都与现实中的仪表非常相似。

实际工作中可以利用此软件实现计算机仿真设计与虚拟实验，并且设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件及测试仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；仿真时可方便地对电路参数进行测试和分析，可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图，并且在实验中不消耗实际上的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，从而降低了实验成本低，加快了实验速度，提高了实验效率高。

基于上述优点，我们利用虚拟实验室中的虚拟仪器来组织完成交通灯控制电路的仿真设计。

1.交通灯控制器原理假设有个十字路口，分别有A 、B 两条交叉的道路，交通灯的控制方式为：A 街道先出现在绿灯（3S ）、黄灯（1S ）时，B 街道为红灯（4S ）；而A 街道为红灯（4S ）时，B 街道出现绿灯（3S ）、黄灯（1S ）；如此循环。

交通灯控制的一个循环为8S ，而采用一片同步十进制计数74LS160来完成时间控制，相当于模8的计数器。

2.电路设计2.1真值表假设A 、B 街道的绿、黄、红灯分别用GA 、YA 、RA 和GB 、YB 、RB 表示，交通灯控制电路的真值表如表1所示：表1交通灯控制电路逻辑真值表2.2设计模8计数器2.2.174LS160简介74LS160是同步10进制计数器，其管脚排列如图1所示：其中A 、B 、C 、D 为预置数输入端，LOAD 为预置数控制端，CLR 为异步清零端，ENP 和ENT 为计数器允许端，CLK 为上长沿触发时钟端，RCO 为输出的进位信号，QA 、QB 、QC 、QD 为十进制输出端。

交通信号灯控制器的设计与仿真摘要：1、当今时代是一个自动化时代，交通灯控制等很多行业的设备都与计算机密切相关。

因此，一个好的交通灯控制系统，将给道路拥挤、违章控制等方面给技术革新。

随着萨规模的集成电路及计算机技术的迅速发展，以及人工智能在控制技术方面的广泛运用，智能设备有了很大的发展，是现在科技发展的主流方向。

2、交通信号灯是日常生活中遇到的一个普通实例，它的控制也颇具典型和实用价值。

由于交通路口的形状和规模不一，所采用的信号灯的数量、控制要求不一，控制的复杂程度也就不一样，这里设计的是由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全和迅速的通行，在交叉道口的每个入口处设置了红、黄、绿三色LED信号灯，依据红灯停绿灯行黄灯亮了等一等的规律工作。

同时在每个入口设置了与红灯同时工作的蜂鸣器，以方便盲人通过。

本设计是采用计数器74160N和与门、或门、非门等简单元器件完成的，通过multisim软件仿真验证了电路的功能，运用protel软件对电路进行了封装，布线和制成3D电路板。

关键词：交通灯; 干道; 蜂鸣器; 计数器; LED1、设计任务与要求1.设计任务为实现交通控制的自动化，交通信号灯控制器可以通过多种电路实现，但用中小规模数字集成电路实现更为方便，下面是十字路口交通信号灯控制器的设计与仿真的实例。

由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口，为确保车辆安全、迅速地通行，在交叉道口的每个入口处设置了红、绿、黄三色信号灯。

红灯亮禁止通行;绿灯亮允许通行；黄灯亮则给行驶中的车辆有时间停靠到禁行线之外。

2.技术指标a.用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯，用传感器或用逻辑开关代替传感器作检测车辆是否到来的信号，设计制作一个交通灯控制器。

b.由于主干道车辆较多而支干道车辆较少，所以主干道处于常允许通行的状态，而支干道有车来才允许通行。

当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯。

而支干道允许通行亮绿灯时，主干道亮红灯。

基于Multisim的红绿灯控制器仿真实现摘要介绍运用Multisim仿真软件, 设计一个十字路口交通灯控制器。

该控制器实现了对十字路口交通信号灯控制。

利用Multisim这种高效的设计平台, 能够方便地设计电路, 并用虚拟仪器库进行仿真以及验证电路是否达到设计要求。

与传统的设计方法相比, 它具有省时、低成本、高效率的优越性。

关键词：Multisim，交通控制器，EDA，CADDesign and Simulation of Traff ic Lights Controller at theCrossroads Based on MultisimAbstractA traffic lights controller at the crossroads was designed based on Multisim simulation software, and the traffic signal lights control at the crossroads was realized. It is easy to design the electric circuit by using high efficient Multisim design platform, make the simulation by virtual instrument libraries, and verify the electric circuit whether or not meet the design requirements. It has superiority of time saving, low-cost and efficient by comparing with the traditional design method. Keywords: Multisim, traffic controller, EDA, CAD目录1 绪论 (1)1.1引言 (1)1.2交通信号灯控制电路的概述 (1)2 单元模块 (3)2.1电源模块 (3)2.2秒脉冲发生模块 (3)2.3计数模块 (4)2.4逻辑电路模块 (5)2.5分频器模块 (6)3 数字电子钟电路的仿真与调试 (8)3.1交通信号灯控制电路的仿真 (8)3.2交通信号灯控制电路的实现 (8)3.3调试方法 (9)4 调试中出现的问题和解决方法 (10)5 结语 (11)参考文献 (12)1 绪论1.1引言随着计算机与微电子技术的发展, 电子设计自动化EDA领域已成为电子技术发展的主体。

交通灯信号控制器仿真设计交通灯信号控制器是城市道路交通管理系统中的重要组成部分，通过控制交通信号灯的变换来指挥车辆和行人的通行，以确保交通有序、安全、高效。

为了提高交通信号控制器的性能和稳定性，通常会进行仿真设计来对其进行优化和测试。

本文将介绍交通灯信号控制器的仿真设计过程，并详细讨论其原理和实现方法。

一、交通灯信号控制器的原理在城市道路交通中，交通灯信号控制器需要根据路口的车流量和行人需求来确定每个方向的绿灯时间，以实现交通的高效通行。

同时，还需要考虑到不同时间段交通流量的变化，灵活地调整交通信号的变换时间，以达到最佳的交通控制效果。

二、交通灯信号控制器的仿真设计方法1.确定仿真目标：首先需要明确交通灯信号控制器的仿真目标，包括优化绿灯时间、减少等待时间、提高交通效率等指标。

根据这些目标，确定仿真模型的概要设计和实现方法。

2.建立仿真模型：根据交通灯信号控制器的原理和实际运行情况，建立相应的仿真模型。

这包括车辆和行人的动态模型、交通信号灯的工作模式、路口的拓扑结构等方面。

3.设定仿真参数：确定仿真所需的参数，包括车辆流量、行人需求、信号灯变换时间、路口长度等。

根据实际情况，设定合理的参数范围，以确保仿真结果的准确性。

4.编写仿真程序：利用仿真软件或编程语言，编写交通灯信号控制器的仿真程序。

根据建立的模型和设定的参数，模拟不同情况下的交通流量和信号控制效果，评估控制器的性能和稳定性。

5.优化设计方案：根据仿真结果，对交通灯信号控制器的设计方案进行优化和改进。

可以调整绿灯时间、增加延时器、改变信号灯的配时等方法，以提高交通控制效果。

6.验证仿真结果：对优化后的设计方案进行验证，检验其效果和可靠性。

通过对比仿真结果和实际数据，评估交通灯信号控制器的性能和稳定性。

三、交通灯信号控制器的仿真设计案例以市中心的交通路口为例，设计一个交通灯信号控制器的仿真方案。

该路口存在车辆和行人的交通需求，需要根据不同时段的交通流量来控制信号灯的变换，以确保交通有序通行。

湖北民族学院信息工程学院课程设计报告书题目: 基于multisim的交通信号灯的设计与仿真课程：电子线路课程设计专业：电气工程及其自动化班级：0312406学号：031240610学生姓名：崔亮指导教师：杨庆2015年1月8日2015 年 1 月8 日摘要由于电子技术的飞速发展，集成电路和电子系统的复杂程度大概是6年提高10倍，因此电子系统的复杂程度也在相应提高。

简单的手工设计方法已无法满足现代电子系统设计的要求。

因此许多软件公司纷纷研制采用自上而下设计方法的计算机辅助设计系统。

在20世纪70年代中叶有了基于手工布局布线的第一代ECAD工具（计算机辅助设计），1981—1982年出现了基于原理设计仿真的第二代EDA系统（电子自动化）。

EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础发展起来的计算机设计软件系统。

与早期的CAD软件比较，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。

电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。

到1987—1988年又推出了基于RTL（寄存器传输语言）的设计、仿真、逻辑综合的第三代EDA技术。

时至今日，又是十多年过去了，电子系统的复杂程度又提高了10多倍。

从事电子产品设计、开发等工作的人员，经常要求对所有设计的电路进行实物模拟和调试。

其目的的一方面是为了验证所设计的电路是否能达到设计要求的技术指标，另一方面通过改变电路中元器件的参数，使整个电路性能达到最佳值。

加拿大Interactive Image Tecnologie 公司推出的EWB （Electrical Workbench）软件可以将不同类型的电路组成混合电路进行仿真，界面直观，操作方便等特点，创建电路、选用原件和测试仪器均可以图形方式直观完成。

该软件有较为详细的电路分析手段，如电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析和失真分析，以及离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏分析和电路容差分析等共计十四种电路分析方法。

基于Multisim的十字路口交通灯控制器的仿真实验报告学号：1214022721 姓名：郭振宇一、实验目的1.学习使用Multisim软件；2.利用Multisim设计和仿真十字路口交通灯控制器。

二、系统概述十字路口的交通信号灯使我们每天出行时都会遇到的。

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5 Hz)。

此时另一路口的红灯不变。

图 1 十字路口示意图三、设计与仿真交通控制器电路按功能分成4个单元电路秒：秒脉冲发生器、状态控制电路、译码显示电路、定时系统电路。

1.秒脉冲发生器产生秒信号的电路有多种形式，图2是利用555定时器组成的秒信号发生器。

该电路的输出脉冲周期为T≈0.7(R1+2R2)C，若T=1，令C=10μF,R1=39kΩ，则R 2=51kΩ。

取一个47kΩ的固定电阻与一个5kΩ的电位器RW串联代替R2。

调节电位器RW，使输出脉冲周期为1s。

图2 秒信号发生器原理图2.状态控制电路本电路采用CD4029连接成二进制假发计数器构成状态控制器，电路图如图3所示。

图3 状态控制电路3.译码显示电路交通信号灯的状态主要取决于状态控制器的输出状态。

输出端选择发光二极管来模拟交通灯：U27、U31、U29分别代表主干道上面的红、黄、绿灯；U28、U32、U30分别代表支干道上面的红、黄、绿灯。

由于门电路带灌电流的能力一般比带拉电流的能力强，要求门电路输出低电平时，点亮相应的发光二极管，该交通等显示电路组成如图4所示。

图4 译码显示电路4.定时系统电路该定时器由两片CD4029构成的2位十进制可预置减法计数器构成，时间显示状态由两片74LS47和两只发光二极管对减法技术器进行显示，预置到减法计数器的时间常数通过3片8路双向三态门74LS245来设定。