隨著計(jì)算機(jī)與微電子技術(shù)的發(fā)展,，電子設(shè)計(jì)自動化EDA領(lǐng)域已成為電子技術(shù)發(fā)展的主體。EDA(Electronic Design Automation電子設(shè)計(jì)自動化技術(shù))是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng),，它在教學(xué),、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等方面發(fā)揮著巨大的作用,。 Multisim " style="text-decoration:underline;color:blue" title="Multisim ">Multisim 10是一款知名的EDA仿真軟件,，由加拿大IIT、公司于2007年推出最新版本,。在Windows環(huán)境下,，Multisim 10軟件有一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境，它將原理圖的創(chuàng)建,、電路的測試分析,、結(jié)果的圖表顯示等全部集成到同一個(gè)電路窗口中。在搭建實(shí)際電路之前,，采用 Multisim 10仿真軟件進(jìn)行虛擬測試,，可使實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)手段現(xiàn)代化，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)容量,，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更完備,，提高了實(shí)驗(yàn)效率，節(jié)省大量的實(shí)驗(yàn)資源,。Multisim 10軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真分析的基本步驟為：設(shè)計(jì)創(chuàng)建仿真電路原理圖→電路圖選項(xiàng)的設(shè)置→使用仿真儀器→設(shè)定仿真分析方法→啟動Multisim 10仿真,。

　　下面介紹以Muitisiml0為平臺設(shè)計(jì)一個(gè)十字路口交通控制器系統(tǒng)的過程。

　　1 系統(tǒng)概述

　　在城鎮(zhèn)街道的十字路口中,，為保證交通秩序和行人安全,，一般在每條道路上各有一組紅、黃,、綠交通信號燈,。圖1是一個(gè)典型的十字路口的平面位置示意圖：有主干道和支干道兩條道路，每條道路上各有一組紅,、黃,、綠交通信號燈,。主干道與支干道上的車輛交替運(yùn)行，主干道上的車輛比較多,，因此主干道的車輛通行時(shí)間長,，支干道上的車輛少，因此支干道的車輛通行時(shí)間短,。主干道通行時(shí),，主干道綠燈亮，支干道紅燈亮,，時(shí)間為60 s,；支干道通行時(shí)，主干道綠燈亮,，主干道紅燈亮,，時(shí)間為30 s。每次綠燈變紅時(shí),，黃燈先閃爍3 s(頻率為5Hz),。此時(shí)另一路口的紅燈不變?；谝陨弦?guī)則設(shè)計(jì)的交通控制器控制十字路口兩組紅,、黃、綠交通信號燈的狀態(tài)轉(zhuǎn)換,，可以方便地實(shí)現(xiàn)指揮各種車輛和行人通行實(shí)現(xiàn)十字路口交通管理的自動化,。

　　2 交通控制器電路設(shè)計(jì)與仿真

　　交通控制器電路按功能分成3個(gè)單元電路：振蕩電路、計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路,、主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動,。

　　2．1 振蕩電路

　　振蕩電路輸出頻率分別為1Hz和5Hz、幅度為5 V的時(shí)鐘脈沖,。為提高精度,，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)利用555定時(shí)器設(shè)計(jì)一個(gè)輸出頻率為100 Hz的多諧振蕩器，再通過100分頻(100進(jìn)制計(jì)數(shù)器)而得到1 Hz的時(shí)鐘脈沖,，通過20分頻得到5 Hz的時(shí)鐘脈沖,。

　　2．1．1 555定時(shí)器構(gòu)成的100 Hz多諧振蕩器

　　555定時(shí)器是一種多用途的模擬、數(shù)字混合集成電路,，在波形的產(chǎn)生與變換,、控制與檢測、家用電器以及電子玩具等領(lǐng)域等許多領(lǐng)域中得到了應(yīng)用,。555定時(shí)器功能多樣,，應(yīng)用廣泛，只要外部配上幾個(gè)阻容元器件即可構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,、施密特觸發(fā)器,、多諧振蕩器等電路。

　　由555定時(shí)器構(gòu)成的100 Hz多諧振蕩器電路原理圖如圖2所示,。電路由一個(gè)555芯片,、兩個(gè)電阻和兩個(gè)電容組成，通過電阻給電容C充電,、放電的過程來產(chǎn)生振蕩,，從而輸出矩形脈沖。

　　2．1．2 74LS192構(gòu)成的100分頻和20分頻的分頻器

　　計(jì)數(shù)器是一個(gè)用以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的時(shí)序部件,，它不僅可用來計(jì)脈沖數(shù),，而且常用作數(shù)字系統(tǒng)的定時(shí)、分頻和執(zhí)行數(shù)字運(yùn)算以及其他特定的邏輯功能,，在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛,。74LSl92是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器,、異步并行置數(shù)功能,、保持功能以及清零功能。CLR是清零端,，LOAD 是置數(shù)控制端,。用2片74LSl92可以構(gòu)成二級十分頻器，將100 Hz矩形波100分頻得到1 Hz的時(shí)鐘脈沖,、通過20分頻得到5 Hz的時(shí)鐘脈沖,。100分頻和20分頻電路如圖3所示。

　　右邊1片74LSl92的輸出端QA端是經(jīng)過20分頻得到的5 Hz的時(shí)鐘脈沖,，而輸出端QD端是經(jīng)過100分頻后得到的1 Hz的時(shí)鐘脈沖,。

　　2．2 74LSl92構(gòu)成的計(jì)數(shù)器和譯碼顯示電路

　　計(jì)數(shù)器電路具有60 s倒計(jì)時(shí)(計(jì)數(shù)范圍為60～1的減數(shù)計(jì)數(shù)器)、30 s倒計(jì)時(shí)(計(jì)數(shù)范圍為30～1的減數(shù)計(jì)數(shù)器)以及3 s計(jì)時(shí)功能,。此三種計(jì)數(shù)的實(shí)現(xiàn)主要是由2片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LSl92芯片組成,，然后通過主控制電路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換，最終各個(gè)方向的倒計(jì)時(shí)共用一套譯碼顯示數(shù)碼管顯示出來,。74LSl92構(gòu)成的計(jì)數(shù)器電路圖如圖4所示：左邊的1片74LSl92芯片為計(jì)數(shù)器的個(gè)位,，右邊的1片74LSl92芯片為計(jì)數(shù)器的十位，個(gè)位和十位計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端都接上數(shù)碼管顯示,。其中作為個(gè)位數(shù)的74LS192芯片的CLK接的是1 Hz時(shí)鐘脈沖,。

 　　2．3 主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動

　　主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動用各種門電路和T觸發(fā)器組成，能實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)電路的轉(zhuǎn)換,、各方向信號燈的控制,。主控制電路和信號燈譯碼驅(qū)動電路如圖5所示。圖5中的紅燈1,，黃燈1,，綠燈1是主干道的三個(gè)交通信號燈,，紅燈2，黃燈2,，綠燈2則是支干道的三個(gè)交通信號燈,。圖4中的兩片74LSl92的8個(gè)輸出端用或門連起來，接到LD置數(shù)端,，決定倒計(jì)時(shí)器是置數(shù)還是計(jì)數(shù),。

　　工作開始時(shí)，LD為O,，計(jì)數(shù)器預(yù)置數(shù),，此時(shí)T觸發(fā)器的初始狀態(tài)Q=0，因此預(yù)置數(shù)為30 s,。置數(shù)完后,，LD變?yōu)?，計(jì)數(shù)器開始從30 s倒計(jì)時(shí),，T觸發(fā)器狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)Q=1,，主干道的紅燈1及支干道的綠燈2亮。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“03”秒時(shí),，由于圖4中的十位計(jì)數(shù)器的 QD2,，QC2，QB2,，QA2與個(gè)位計(jì)數(shù)器的QD1,，QC1用一個(gè)或非門連起來，使信號燈發(fā)生轉(zhuǎn)換,，綠燈2滅,，黃燈2在這3 s內(nèi)以5 Hz的頻率閃爍，紅燈1不變,。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)減到數(shù)“00”時(shí),，LD又變?yōu)?，計(jì)數(shù)器又預(yù)置60 s,，之后又倒計(jì)時(shí),，如此循環(huán)下去。

　　2．4 仿真結(jié)果

　　將上述各單元電路組合起來,，可以得到交通控制燈的整體電路,，點(diǎn)擊Multisim 10軟件的“Simulate／Run”按鈕或直接按“F5”鍵，便可以進(jìn)行交通燈控制電路的仿真,。電路的倒計(jì)時(shí)顯示首先為30 s,，支干道的綠燈2亮，支干道的車輛可自由通行；主干道的紅燈1亮,，主干道的車輛禁止通行,。時(shí)間顯示器從預(yù)置的30 s，以每秒減1,，減到數(shù)3時(shí),，支干道的綠燈2轉(zhuǎn)換為黃燈2，而且黃燈以O(shè)．2 s(5 Hz的頻率)閃一次,，其他燈不變。減到數(shù)1時(shí),，1 s后顯示器又轉(zhuǎn)換成預(yù)置的60 s,，支干道的黃燈2轉(zhuǎn)換為紅燈2，支干道的車輛禁止通行,，主干道的紅燈1轉(zhuǎn)換為綠燈1,，主干道的車輛可自由通行，如此循環(huán)下去,。

　　3 結(jié)語

　　利用Multisim 10對十字路口交通燈控制器各個(gè)單元電路和整體電路的設(shè)計(jì)和仿真,，只要點(diǎn)擊鼠標(biāo)就能方便、快捷地搭建電路,，并且修改電路方便,。在電路設(shè)計(jì)仿真完成之后再構(gòu)建實(shí)際電路，從而降低了成本,，大大提高了教學(xué)和專業(yè)設(shè)計(jì)的效率,。