十字路口交通灯控制电路系统的Multisim仿真设计

城市道路车流量大，容易造成“堵车”现象。要想解决城市红绿灯处的“大堵车”现象，改善红绿灯处交通灯控制系统是很有必要的。本文对十字路口交通灯控制电路系统进行设计，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。

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。

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

2.2.1、74LS160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。当ENP、ENT和LOAD端均置为高电平时，工作在计数器状态。

图1    74LS160管脚分布图

2.2.2、模8计数器

当在CLK端输入1Hz的脉冲信号时，要产生8S的控制信号，只要设计一个模8计数器，即计数器的计数范围为0000～0111，所以将1000信号作为清零信号，即将QD通过一个非门接到芯片的清零端CLR即可以完成设计任务。

根据思路设计后的电路如图2所示：

图2 模8计数器连接图

2.3、确定逻辑表达式

根据交通灯的真值表，通过逻辑转换仪可以获得各灯的逻辑表达式，分别为：

 

2.4、逻辑电路的实现

根据逻辑表达式可得到逻辑电路如图3。

图3 交通灯控制电路逻辑连接图

3.电路仿真

选择仿真菜单，接入逻辑分析仪，将最大时间间隔设置为0.001S，逻辑分析仪的时钟设置为1Hz，执行仿真。仿真波形如图4：

图4  交通灯控制电路逻辑仿真图

从图上可以看出，与真值表的描述的关系是相同的，说明电路设计正确。

4.总结

利用Multisim中所提供的虚拟仿真仪器，逻辑转换仪方便的得到了电路的逻辑表达式，提高了设计效率，节省了设计时间，同时通过虚拟仪器逻辑分析仪方便在验证了逻辑设计，为电路的实际运行操作提供了可能性。本电路可以实际操作。