基于Multisim的交通管理系统的设计及仿真.doc

毕业设计说明书 第 i 页 基于 multisim 的交通管理系统的设计及仿真 摘 要 随着计算机技术的发展和电路仿真软件的不断出现，电路仿真技术愈来愈受到人 们的重视，很多学校已将电路仿真技术作为教学内容。multisim8 是在 ewb 的基础上 发展起来的专业仿真软件，可真实地仿真分析实际电路的工作，是电子线路仿真实验 的理想工具。 本章首先给出了电路系统综合设计的基础知识，包括电路系统综合设计的一般方 法、设计步骤以及系统综合设计应注意的问题；接着以交通管理系统为例，通过分析 交通管理系统的设计要求，按照综合系统设计的一般方法和步骤，先进行系统的方案 设计，再进行原理电路的设计，包括总体路设计，包括总体电路设计和单元电路设计， 给出了总体电路结构图和单元电路图；最后用 multisim 对所设计的电路进行仿真分析， 给出了复杂电路系统仿真分析的一般方法和步骤。 其次对交通管理系统中的 multisim 定位技术进行探讨，研究了 multisim 系统的特 点、优势以及 multisim 使用的基本原理，在系统设计与实现中，重点对 multisim 在交 通管理系统的设计中的应用做了详细的分析，同时对 multisim 在电路仿真设计中的功 能进行了介绍。 最后，对系统的性能进行了可行性分析论证。 关键词：multisim，电路，仿真， 交通系统 毕业设计说明书 第 ii 页 simulation of traffic management system on multisim author: lei xiangwei tutor: si xiaoping abstract with the development of computer technology and circuit simulation software, the continual emergence of circuit simulation technology more and more attention, many schools already have a circuit simulation technology as a teaching content. ewbs multisim2001 is developed on the basis of the professional simulation software, simulation analysis can be a real work of the actual circuit, electronic circuit simulation is an ideal tool. this chapter gives the first integrated circuit design system, including integrated circuit design system, the general method of design steps, as well as comprehensive design system should pay attention to the problem; then to traffic management systems for example, by analyzing the traffic management system design requirements, integrated system design in accordance with the general methods and steps to carry out system design, and then carry out the principle of circuit design, including the overall road design, including the overall circuit design and circuit design, given the overall circuit structure and circuit unit; final muiiisim for the use of circuit design simulation, given the complexity of the analysis of circuit simulation methods and procedures in general. secondly, the traffic management system to explore multisim positioning technology to study the characteristics of the system multisim, multisim advantages, as well as the use of the basic principles of system design and implementation, the focus of multisim in the traffic management system design in detail analysis, at the same time multisim circuit simulation in the design of the functions are introduced. finally, the performance of the system analysis carried out a feasibility demonstration. key words: multisim，circuit，simulation，traffic system 毕业设计说明书 第 iii 页 目 录 1 绪论.1 1.1 课题意义.1 1.2 课题背景.1 1.3 multisim8 软件简介 .2 2 电路系统综合设计的原理.3 2.1 电路综合设计的一般方法 3 2.2 系统综合设计步骤.3 2.2.1 确定电子线路的总体方案.3 2.2.2 电子电路系统的硬件电路设计 .4 2.3 系统综合设计应注意的问题 5 3 交通管理系统的原理.7 3.1 交通管理系统的工作原理.7 3.2 交通管理系统方案设计.7 3.3 交通管理系统原理设计.8 3.4 单元电路设计.9 3.4.1 减计数控制器9 3.4.2 秒脉冲和半秒脉冲发生器10 3.4.3 初值设定电路11 3.4.4 时间显示电路 .12 3.4.5 5 秒译码和 00 译码电路.12 3.4.6 手动/自动选择电路.14 3.4.7 黄灯闪动控制电路14 3.4.8 信号灯驱动电路15 4 mutism 8 在交通管理系统设计中的应用16 4.1 单元模块电路的设计 16 4.1.1 时钟产生模块的设计和封装 .16 4.1.2 初值输入模块设计17 4.1.3 计数译码模块17 毕业设计说明书 第 iv 页 4.1.4 数据选择和红绿灯切换模块 .18 4.2 总体电路的设计和仿真.19 4.2.1 总体电路的设计19 4.2.2 仿真分析和操作说明 .20 4.2.3 复杂电路系统仿真应注意的事项 .20 结 论.21 致 谢.22 参考文献.23 黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页 1 绪论 1.1 课题意义 随着社会经济建设的飞速发展和城市规模的不断扩大，交通系统对于保证社会经 济体系的正常运转发挥着越来越重要的作用。目前，城市公路交通系统变得越来越复 杂，特别是近年来车辆增长的速度己经远远高于道路和其它交通设施的增长速度，这 就对交通系统的信息流通、监控调度等提出更高的要求。因为由此引发的交通拥挤、 车辆事故、能源浪费和环境污染等社会问题将日趋严重，给社会造成巨大的经济损失。 因此，如何科学地管理和控制车辆，保证交通畅通、改善道路安全和提高整个交通系 统的效益己经成为交通管理部门急待解决的问题。基于 multisim 的交通管理系统为车 辆导航，并综合使用现代通信及计算机技术，使交通管理部门能够实时调度车辆交通 状况，实行最优化管理，可以有效地控制城市的交通流量，缓解交通堵塞等问题。另 外，利用基于 multisim 的交通管理系统能够节省人力成本，减轻交通管理部门的压力， 更加科学、高效地管理城市交通，服务市民。 总之，利用基于 multisim 的交通管理系统实现车辆的监控和调度对于科学、高效 地管理城市交通和方便服务市民都有着重大的现实意义。 1.2 课题背景 在早期的城市交通管理系统中采用交通警察现场指挥，但由于其操作难度大、实 际效果差，耗费人力物力难于长期使用。基于 multisim 的交通管理系统有效的解决了 上述问题，与传统的管理方法相比，它具有自动、准确、省时、省力，不受气候的影 响等优点。交通管理部门可以借助于当今快速发展的新技术来保障交通疏畅，改善道 路安全，减少交通拥挤和空气污染对生态环境所造成的恶劣影响。 用 eda 工具,电子工程师可以从概念、方法、协议等开始设计系统,大量工作可以 通过计算机来完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出印刷板的整个过 程在计算机上自动处理完成。 在计算机硬件强有力的支持下,虚拟设备的研究开发与电路仿真的应用也在迅猛地 发展,电路仿真是利用 eda 系统工具的模拟功能对电路环境和电路过程进行仿真。这 个工作对应着传统电子设计的电路搭试和性能测试,由于不需要真实电路环境的介入,因 黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页 此花费少、效率高,而且结果快捷、准确、形象。通过对实际电子线路的仿真分析,对于 缩短设计周期,节省设计费用,提高设计质量具有非常重要的意义1。 1.3 multisim8 软件简介 multisim 8 是加拿大 interactive image technologies 公司 2006 年推出的 multisim 最 新版本。可以设计、测试和演示各种电子电路,包括电工电路、模拟电路、数字电路、 射频电路及部分微机接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障,如开 路、短路和不同程度的漏电等,从而观察不同故障情况下的电路工作状况。它有丰富的 元件库,并开设了 edaparts.com 网站,为用户提供元器件模型的扩充和技术,虚拟测试 仪器仪表种类齐全,其操作方法与实际仪器十分相似,具有较为详细的电路分析功能,可以 完成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、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等 18 种电路分析方法,基本上能满足一般电子电路的分析设计的要求。提供了多种输入输出 接口,multisim8 可以与国内外流行的印刷电路板设计自动化软件 prote 及电路仿真软件 pspice 之间的文件接口,也能通过 windows 电路图送往文字处理系统中进行编辑排版,同 时还支持 vhdl 和 verilog hdl 语言的电路仿真与设计。 multisim8 软件专门用于电路仿真，是迄今为止使用最方便、最直观的仿真软件， 增加了大量的 vhdl 元件模型，可以仿真更复杂的数字元件，在保留了 ewb 形象直 观等优点的基础上，大大增强了软件的仿真测试和分析功能，大大扩充了元件库中的 元件的数目，特别是增加了大量与实际元件对应的元件模型，使得仿真设计的结果更 精确、更可靠、更具有实用性。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页 2 电路系统综合设计的原理 2.1 电路综合设计的一般方法 要设计一个电子电路系统，首先要明确设计任务，深入了解系统功能、技术指标 和使用条件等，从而确定设计思想和设计方法。下面介绍电子电路系统设计的一般方 法。 （1）方案论证和方案设计：设计者针对设计任务、要求和条件，通过调查研究和 查阅资料拟定出几种设计方案，画出每种方案的原理框图，然后逐个分析每个方案的 优缺点，并加以比较，择优选用。 （2）设计系统的硬件电路和软件程序：按总体方案设计硬件电路，首先画出电路 的功能组成框图，明确各功能单元电路要求；然后设计各单元电路（包括电路的拓扑 结构、元器件参数及型号等） ，设计好单元电路后，画出总体电路图，总体电路图是调 试和维修的依据；最后，根据总体电路图，设计电路的 pcb，在设计 pcb 时，要注意元 器件的布局和走线要求，系统输入和输出接口的安排和强电与弱电的隔离等3。 （3）安装调试：安装和调试包括硬件调试、软件调试和软硬件联调。在进行硬件 调试时，不要急于触电，要反复检查，在确定电路元器件、连线、直流供电等无误后 再通电；软件调试要先进行单元程序调试，后进行总体程序调试，一般要经过调试、 修改、和再调试的过程；软硬件联调将调试好的软件在通过仿真器看系统是否满足功 能要求，若存在偏差，先确定是软件的问题还是硬件的问题，再分别进行调试直至满 足功能要求。 2.2 系统综合设计步骤 2.2.1 确定电子线路的总体方案 认真分析和研究课题的任务、要求和条件，查阅相关资料，利用有关的理论知识 进行方案的构思，提出实现课题的原理和方法。对构思的多个方案进行分析比较和可 行性论证，最后选取合理的方案。 控制类电子电路系统： 自动控制系统应能使被控对象的某些参数自动按给定的控制规律变化。其系统结 黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页 构通常分为开环和闭环两类。 开环控制系统的控制器具有接收输入信号的作用，输出控制信号通过执行部件作 用于被控对象，使输出信号和输人信号之间建立起确定的函数关系。 由于没有反馈，器件参数的变化、突发干扰、被控对象特性的变化等引起的输出 变化不能反馈到控制器，控制器不能自动纠正这种偏差，这是开环控制系统的主要缺 点。但开环控制系统结构简单，调试方便，因此在对控制精度要求不高，系统内外干 扰校对、的情况下经常采用。 闭环控制系统是一种反馈控制系统，系统的输出通过反馈网络反馈到系统的输入 端，并和输入信号进行比较，其结果为净输入量用于控制器，当出现偏差时，控制器 根据一定的调节规律，发出控制信号，自动减小偏差。闭环控制系统克服了开环系统 的缺点，通过引入反馈形成闭环，在系统有干扰的情况下，仍能获得较高的控制精度。 但闭环系统比开环系统复杂，成本高，调试也比较困难。在实际操作中，要视情况选 用。 控制器是系统的关键部件。对于简单的系统，采用硬件实现可获得很高的响应速 度，其成本也较低。对于复杂的控制系统控制参数和控制规律需要经常改变，这时 可考虑采用计算机作为控制器。这是一种硬件和软件结合的控制器，它使许多由电路 设计的问题转化为程序设计问题，系统的控制规律以程序形式出现，通过执行程序， 输出相应的控制信号，完成对被控对象的控制。 2.2.2 电子电路系统的硬件电路设计 （1）单元电路设计 首先，结合现有的条件将系统的原理方案框图具体化。系统原理框图只考虑从原 理上如何实现任务要求，其中每一部分只是原理功能的描述，其实现方法是多种多样 的。因此，要结合设计者的知识储备和现有的器件条件，将原理框图具体化。也就是 说，确定用什么器件（通用集成电路、专用集成电路、pld 和单片机等）和电路（各 种运算电路、比较电路、波形发生电路、vco、编码器、译码器、数据选择器、计数 器、寄存器、存储器、ad、da 电路等）实现原理框图中的各部分功能，为设计 单元电路做准备。 接着进行单元电路设计。根据方案要求，将任务要求和技术指标等进行分解和分 黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页 配明确对各单元电路的要求，详细拟订各单元电路的性能指标，并注意各单元电路的 输入信号、输出信号和控制信号之间的关系与相互配合。 电路设计的工作主要是选择或设计单元电路的结构形式，确定元器件的参数及型 号等。在选择单元电路的结构形式时，首选的方法是从已学过的或从文献资料中寻找 合适的电路形式，修改部分元器件参数，这一般能满足要求。需要自己设计的电路一 般是各功能单元之间的接口电路、保证集成电路正常工作的外围电路和不适合集成电 路完成的功能电路（如高电压、大电流、大功率电路等） 。有了电路的拓扑结构，就可 以根据电路理论计算各元器件的参数，设计时，一般要选用 eda（如 multisim 仿真 软件）工具对电路性能进行仿真分析。确定元器件参数后，经优化选择分析，选择元 器件的型号。经过比较分析，综合考虑择优选择。 （2）总体电路原理图设计。 总体电路原理图是准备元器件，是进行 pcb（印刷电路板）设计、电路安装和 调试的依据，是最重要的设计文件之一必须正确、规范。画总体电路原理图有助于 找出设计中存在的问题，尤其是各单元之间的连接问题。画原理图时要注意合理布局， 排列均匀，横平竖直，连线清晰。 原理图设计完成之后要进行一次认真、全面的审核。因为在设计过程中有些问题 难免考虑不周，甚至出错，且在设计时对各单元电路实现的功能考虑较多，前后电路 的配合可能放在次要的位置。审核的主要内容如下： 级间电气性能是否匹配，如阻抗、线性范围、负载能力和电平等。 时序是否能配合。尤其对时序电路，各信号之间有确定的时序关系，当时序配合不 当时，系统将无法正常工作。 信号耦合方式是否合理，如阻容耦合、直接耦合、光电耦会和变压器耦合等4。 2.3 系统综合设计应注意的问题 一般而言，所设计的电路系统最终要应用于电子产品，要经受市场和实际应用的 考验，电子产品的性能和可靠性在很大程度上取决于内部电路的性能和可靠性。因此， 在设计电路时，除了满足性能指标的要求外，还必须采取措施提高电路的稳定性和可 靠性，考虑实际应用中的一些问题。 （1）工作稳定可靠。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页 首先，所用的电路在原理上要正确，不能有大的欠缺。有条件的话需通过仿真来 验证。 其次，要采取切实可行的办法提高电路的稳定性。例如，采取适当的方法，对所 设计的电路进行优化，减少器件的种类、数量和型号等；必要时设计一些辅助电路， 如温度补偿电路和过压过流保护电路，以使产品稳定可靠。 最后，根据元器件在电路中的作用和对电路性能的影响程度，合理选择元器件。 既要深入了解电路的工作原理，又要熟悉元器件的特性和参数（如容差、稳定性、使 用条件和体积大小等）5。 (2)电路简单、合理。 ， 在设计电路时，在满足性能指标的前提下，力求电路简单，合理实用，技术先进， 切忌导电路复杂，过分追求使用高档次、贵重器件。一般来说，在用分立元件和集成 电路都能实现所要求的功能时，优先使用集成电路路。 （3）采用标准接口 采用国际标准接口易于实现各种仪器设备的控制、数据传输和通信，便于功能扩 展。 （4）安装、调试、维修方便 为达到这个要求，设计时应采用模块化结构、总线结构和标准接口，同时电路的 元器件的品种和数量尽可能地少6。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页 3 交通管理系统的原理 交通管理系统是一个城市交通管理系统的重要组成部分，其性能的好坏直接关系 到城市的现代化水平，我们设计的电子电路系统模拟十字路口的交通灯管理，管理车 辆通过十字路口。在十字路口正中，面对各个方向悬挂红、绿、黄三色信号灯和时间 的数码显示牌。通过对红、绿、黄三色信号灯和时间的数码显示牌的管理实现管理交 通的目的。 3.1 交通管理系统的工作原理 分析交通管理系统的设计要求，要实现的功能有两个，一个是红绿灯管理，红绿 灯管理主要是控制其“亮”和“灭”；另一个是时间牌管理，时间牌管理是按照设计要求控 制其显示时间。因此，交通管理系统属于数字系统。其关键部分是控制器的选择，数 字系统中的控制器用于控制系统各部分协调工作，其控制器通常有移位型控制器、计 数型控制器、微程序控制器以及 plc 型控制器。 3.2 交通管理系统方案设计 通过对系统的设计要求和功能分析，系统要控制红绿灯的交替、控制时间牌显示、 控制黄灯闪动、有手动和自动控制。因此，该系统属于控制类电子电路系统。根据系 统应实现的功能，可设计系统的控制方案组成框图，如图 3.1 所示。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页 图 3.1 交通管理系统控制方案组成框图 如图 3.1 所示，系统控制器是整个系统的关键部件，担负着接收输入信号，经过运 算，d 产生控制输出的功能，是交通管理系统的核心模块；输入模块包括时间初值输 入、脉冲的输入和手动自动选择输入模块；输出模块包括时间显示和信号灯显示模 块7。 3.3 交通管理系统原理设计 考虑到本系统运行在“自动”时，有多个环节的运作与东西南北方向通行的倒计时 （对时钟脉冲作减计数）有关。例如，减计数至小干等于 5s，黄灯闪动；减计数至 os，红绿灯交替并读入设定值；减计数至当前值，时间牌显示等。因此，选计数型控 制器是合适的。具体应选用输出是两位 bcd 码的减计数器。 减计数至小于等于 5s，黄灯闪动。这意味着，应能将 0105s 从计数结果中识别 出来，故应有“5 秒译码电路”承担对 0105s 的译码任务；并有“黄灯闪动控制电路”控 制黄灯的闪动。 减计数至 0s，红绿灯交替。与以上分析类似，应有“00 秒译码电路”承担对 00s 的 译码任务；并有“红绿灯闪动控制电路”控制红绿灯的交替。 设定值分 20-60s，五个档，故应有“设定值读入电路”，给出相应的设定值。 时间牌按秒显示，黄灯每秒闪烁两次，故应有“脉冲发生器”，为计数器和黄灯控 制提供所需频率的矩形脉冲。 应有“时间显示电路”承担计数结果的显示任务。 应有“信号灯驱动电路”承担信号灯发光的任务。 因为本系统有手动和自动两种控制方式，因此应该有“手动/自动电路”达到控制调 黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页 换的功能。 当系统在自动运行时，信号灯的显示（周期为 60s）流程如图 3.2 所示： 流程分为四个阶段： 1、东西红灯（南北绿灯）亮。 2、东西红灯（南北绿灯）亮，且黄灯闪。 3、东西绿灯（南北红灯）亮。 4、东西绿灯（南北红灯）亮，且黄灯闪。 四个阶段如图 3.2 箭头所示，周而复始，循 环下去。 图 3.2 信号灯显示流程 综上考虑，可以画出交通管理系统的电路原理框图，如图 3.3 所示。 图 3.3 交通管理系统电路原理控制框图 3.4 单元电路设计 3.4.1 减计数控制器 可考虑选用 bcd 码输出的减计数器。选用两片 74ls192 构成计数控制器，计数器 74ls192 的逻辑符号和功能引脚时序图分别如图 3.4 和图 3.5 所示。 引脚说明：a、b、c、d：表示初值设定。 qa、qb、qc、qd： 表示计数输出。 bo、co：表示借位和进位。 load:表示异步置数。 csl：表示清零。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页 up：表示加计数脉冲。 down：表示减计数脉冲。 图 3.4 74ls192 逻辑符号 依据 74ls192 的功能时序，可用两片 74ls192 芯片构成减计数控制器，如图 3.5 所示。 图 3.5 74ls192 各引脚功能时序图 时序说明： 加计数至 9，产生进位输出；减计数至 0，产生错位输出。 清除信号（clr）控制预置数和计数输出。 预置数信号（load）为异步置数信号。 做加法计数时，减计数输入（down）必须为高水平，做减法计数时，加计数输入 （up）必须为高电平。 计数器连接时，将低位片的借位信号（bo）连至高位片的减计数输入端 （down） ，低位片的减计数输入端接时钟信号；做减计数时，两片的加计数输入端均 黄河科技学院毕业设计说明书 第 11 页 接高电平（vcc） ；正常计数时，两片的清零信号（clr）均接低电平（地） 。这样连接 后的计数器的计数循环为 99-98-97-2-l-0-99-98，是 100 进制计数器。在此基础上， 可进一步计为其他进制计数器。 3.4.2 秒脉冲和半秒脉冲发生器 秒脉冲和半秒脉冲发生器电路如图 3.6 所示。 对于交通管理系统来说，对计数时钟的精度要求不是很高，设计时可选用 555 定 时器构成时钟脉冲产生电路，如图 3.6 所示，通过设置电阻、电容，可产生 2hz 时钟 脉冲，选择电阻 r1 为电位器，通过调整电位器的值，可精确调整输出脉冲的频率。设 计时，先确定电容值的大小，再确定电阻 r1、r2 的值8。 图 3.6 秒脉冲和半秒脉冲发生器 如图 3.6 所示的 74ls73d 为 jk 触发器构成的 t触发器。起分频作用，将 2hz 时 钟信号分频为 1hz。这样就得到系统所需要的秒脉冲和半秒脉冲信号。 应说明的是，能产生时钟脉冲的电路很多，如用晶体振荡器附加适当的门电路， 可产生脉冲，但其振荡频率由晶体决定，而且振荡频率通常很高，调整和分频不太方 便。还可用滞回比较器加 rc 电路产生时钟信号。 3.4.3 初值设定电路 按设计要求，显示时间能在 2060s 范围内按 10s 间隔由人工设定，初值设定电路 至少要输入 5 个初始值。设计时将计数器的高位片接初值设定电路，低位片的初值置 为 0，这样可设定 20、30、40、50、60 这几个初始值。 开关、译码器、编码器组成初值设定电路。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页 图 3.7 开关、译码器、编码器组成初值设定电路 开关、译码器、编码器组成的初值设定电路如图 7 所示。 该电路由设定开关、译码器 74ls138 和编码器 74ls148 组成，编码器的输出接计 数器的高位片，因编码器的输出为反码，所以在编码器和计数器之间要接反向器 （74ls04）8。 3.4.4 时间显示电路 时间显示电路用来显示计数器的输出结果，因为显示的时间值为 2 位，采用 2 位 数码管显示，数码管前面需加显示译码电路。时间显示电路如图 3.8 所示。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页 图 3.8 时间显示电路 如图 3.8 所示的电路中，741ls48 为共阴极数码管驱动器，两片 74ls48 分别接 收两片计数器的计数输出信号，通过译码以后，分别驱动两个共阴极数码管，显示计 数结果。 两片 74ls48 的控制信号连接如图 8 所示，这样能做到高位灭零，如计数结果为 07 高位灭零以后只显示 7。 3.4.5 5 秒译码和 00 译码电路 按设计要求，减计数至小于等于 5s，黄灯闪动。这意味着，系统能将 0105s 从 计数结果中识别出来，故应有“5 秒译码电路”承担对 0105s 的译码任务。减计数至 0 秒，红绿灯交替，并读入设定值。应有“00 秒译码电路”承担对 00 秒的译码任务。 能实现译码的电路很多，如采用比较器译码、用门电路译码、用数据选择器构成 译码电路、用集成译码器译码等。系统的译码电路承担对 05、04、03、02、01、00 共 6 个代码的译码任务，本处选用集成译码器 74ls138 构成译码电路，能方便实现 0500 这 6 个代码的识别任务。 5 秒译码和 00 译码电路如图 3.9 所示。 图 3.9 5 秒译码和 00 译码电路 在如图 3.9 所示的电路中，用 3 个或门 74ls32 对高位计数器的计数结果进行逻 黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页 辑或运算输出接至译码器 74ls138 的g2a 端，低位计数器 qd 接至译码器 74ls138 的g2b 端，qa、qb、qc 分别接至译码器 74ls138 的 a、b、c3 个输入端。 这种接法保证译码电路只识别 05、04、03、02、01、00 这 6 个代码，而不至于将其他 代码（如 15、14、13 等）识别出来。 “ 00 作码”输出用于控制“灭零”和“红绿灯切换”， “5 种译码输出”用于控制黄灯闪烁。 3.4.6 手动/自动选择电路 图 3.10 手动/自动选择电路 在如图 3.10 所示的电路中，数据选择器选用 74ls257（4 组二选一数据选择器） ， 本电路只用了其中一组。开关 j1 为手动自动选择，在手动的情况下，通过开关处的 切换可手动控制东西和南北方向的红绿灯翻转；在自动的情况下，数据选择器的输出 为自动输入信号 黄河科技学院毕业设计说明书 第 15 页 3.4.7 黄灯闪动控制电路 按设计要求，当计数器减计数至小平等于 5s，黄灯以 2hz 频率闪动，当手动 自动选择开关在手动位置时，黄灯熄灭。因此，控制黄灯的信号有 3 个，分别是 5 秒 译码输出信号、手动自动控制信号和 2hz 脉冲信号。据此可设计黄灯闪动控制电路， 如图 3.11 所示。 图 3.11 黄灯闪动控制电路 如图 3.11 所示的电路由一个有 3 个输入端的门电路构成。当系统处于手动控制时， 手动自动选择信号为低电平，与门被封锁，其他信号不能通过门电路，黄灯熄灭； 当系统处于自动控制时，手动自动选择信号为高电平，与门被打开，其他信号能通 过门电路，这样可控制黄灯以 2hz 频率闪动。 3.4.8 信号灯驱动电路 在实际电路设计时，信号灯用发光二极管替代，信号灯驱动电路的任务是控制发 光二极管的亮和灭。而发光二极管发光有一定的电流要求（一般在 510ma） 。门电路 的输出接发光二极管，通常要接成灌电流形式而不能接成拉电流形式，目的是增强门 电路的驱动能力。信号灯驱动电路如图 3.12 所示. 黄河科技学院毕业设计说明书 第 16 页 图 3.12 信号灯驱动电路 在如图 3.12 所示的电路中，共有 4 只发光二极管，分为两组，当门电路的输出为 低电平时，上面两只发光管发光；当门电路的输出为高电平时，下面两只发光管发光； 根据发光二极管的导通压降（红色发光管约为 16v，绿色发光管约为 2.0v） ，设定二 极管导通电流为 5 ma，经计算得到电阻 r 的取值在 250 欧左右10。 4 mutism 8 在交通管理系统设计中的应用 根据交通管理系统的功能要求，确定了交通管理系统的设计方案，设计了系统的 原理电路和单元电路。本节通过用 mutisim 对交通管理系统的仿真分析，说明复杂电 路系统仿真分析的步骤和方法，同时验证前面设计的可行性。 4.1 单元模块电路的设计 用 multisim 仿真时，可将交通管理系统的硬件电路分为时钟产生模块、初值输入 黄河科技学院毕业设计说明书 第 17 页 模块、计数译码模块、数据选择和红绿灯切换模块，其他部件如开关、led 数码管放 在总体电路中，以便观察输入和结果。 4.1.1 时钟产生模块的设计和封装 设计步骤如下。 创建电路。选择元器件创建时钟信号产生电路，如图 4.1 所示。 图 4.1 时钟信号产生电路 添加模块引脚。选择 placeconnectorshbsc connector 命令，将其更名为 clocki（输出 1hz） 、clock2（输出 2hz） 。 单击存储按钮，将编辑的图形文件存盘，文件名为“555 产生的时钟脉冲模块”ms8. 模块封装。模块封装在总体电路设计环境中进行11。 4.1.2 初值输入模块设计 设计步骤如下。 创建电路。选择元器件创建初值模块电路如图 4.2 所示。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 18 页 图 4.2 初值模块输入电路 添加模块的输入输出引脚。如图 14 所示的电路中，左边的 5 个引脚为输入引脚，总 体电路中和初值设定开关连接；右边的 3 个引脚为输出引脚，接计数器的高位输入端。 单击存储按钮，将编辑的图形文件存盘，文件名为“输入设定值模块电路.ms8”。 4.1.3 计数译码模块 设计步骤如下。 创建电路。选择元器件创建计数译码模块电路，如图 4.3 所示。 添加模块的输入输出引脚，在如图 15 所示的电路中，左下 3 个引脚接初值设定输入； reset 为复位清零输入信号；clocki 为输入信号，接计数脉冲（秒脉冲） ；引脚 h01h04，l01l04 分别接 842lbcdled 数码管；00yima 和 ssyima 分别为 00 译码输出和 5 秒译码输出。 单击存储按钮，将编辑的图形文件存盘，文件名为“计数译码模块电路ms8” 12。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 19 页 图 4.3 计数译码模块电路 4.1.4 数据选择和红绿灯切换模块 设计步骤如下。 创建电路。选择元器件创建数据选择和红绿灯切换模块电路，如图 4.4 所示。 图 4.4 数据选择和红绿灯切换模块电路 添加模块的输入输出引脚，在如图 4.4 所示的电路中，00yima 为输入引脚，接计数 译码电路的 00 译码输出；maninput 为手动输入引脚；manauto 为手动自动选 择输入引脚；tolight 为输出引脚，输出接红绿灯。 单击存储按钮，将编辑的图形文件存盘，文件名为“手动自动选择模块ms8” 13。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 20 页 4.2 总体电路的设计和仿真 4.2.1 总体电路的设计 设计步骤如下。 放置模块电路。单击放置模块按钮。 在弹出的“打开”对话框中选择要封装的模块电路文件。 单击“打开”按钮，即可实现对电路文件的封装，封装模型。 在模块图标上右击，选择 edt symbol 命令，可编辑封装模型的输入输出引脚，经调 整后的封装模型。编辑时，通常将输入引脚放在模型的左边，将输出引脚放在模型的 右边。在模块图标上双击，可对模块内部电路重新凋整和编辑。 依次放置其他电路模块，在元器件库中选择输人开关、输出指示灯、数码管和其他 的元器件，创建交通管理系统总体电路12。 图 4.5 交通管理系统总体电路 黄河科技学院毕业设计说明书 第 21 页 4.2.2 仿真分析和操作说明 仿真运行：单击运行按钮，进行仿真分析，观察仿真结果。 操作说明： 将开关几切换到上触点，输入高电子，系统为自动运行。观察时间牌显示、红绿 灯显示和黄灯显示。另外，通过切换初值设定开关 si，观察时间显示周期的变化。 将开关 jz 切换到下触点，输入低电平，系统为手动控制。这时切换开关 ji，可控制 上下两组红绿灯的切换，同时黄灯熄灭，时间牌显示为零14。 4.2.3 复杂电路系统仿真应注意的事项 采用模块化设计和封装，先对单元电路模块进行仿真分析，再对总体电路进行仿真 分析，以提高仿真效率，并使总体电路简单。 在进行电路设计时，对于输入（如开关） 、输出部件（如 led 数码管、指示灯、虚 拟测量仪器）等不进行封装操作，以便在总体电路中，容易观察和调整输入输出结集。 为提高仿真效率，对于电路系统需要用到的时钟脉冲、电源、输出显示部件，设计； 时可先用系统中的模型替代。等仿真结果满足要求以后，再将自己设计的脉冲产生电 路模块、电源模块、显示模块接入总体电路中。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 22 页 结 论 基于m