基于Multisim8设计的平交道口交通控制器
基于Multisim8设计的平交道口交通控制器
谭永红 雷 跃
【摘要】介绍利用Multisim8仿真软件，设计一个铁路和公路平交道口的交通控制器。该控制器是由多种逻辑集成器件构成的典型时序控制电路。它实现了对铁路和公路平交道口交通信号的控制。在Multisim8的平台支撑下，方便、快捷的设计电路，计算与调整参数、并用虚拟仪器仪表做仿真观测和验证设计电路是否达到要求。与传统的设计手段相比，体现了电子设计自动化省时、低耗、高效的优越性。
【关键词】电子设计自动化 交通控制器 设计仿真
中国分类号：TP332.3 文献标识码:B 文章编号:1004-373X(2006)11-156-03
Based on Multisim8 Design Crossroads Traffic Controller
Tan Yong-hong Lei Yue
（Liuzhou transports the professional technical institute Guangxi Liuzhou 545007）
Abstract: The introduction uses the Multisim8 simulation software, designs a railroad and the highway crossing street intersection traffic controller. This controller is the typical sequential control electric circuit which constitutes by the many kinds of logical integration component. It has realized to the railroad and the highway crossing street intersection traffic signal control. Under the Multisim8 platform strut, convenient, the quick design electric circuit, the computation and the adjustment parameter, and make the simulation observation and the confirmation design electric circuit with the hypothesized instrument measuring appliance whether does meet the requirements Compared with the traditional design method, has manifested the electronic design automation time-saving, the low consumption, the highly effective superiority.
Key word: Electronic design automation Traffic controller Design simulation
EDA(Electronic Desing Automation,电子设计自动化)是以计算机技术为基本工作平台,覆盖了三个方面内容：电路设计、电路仿真和系统分析，它代表着现代电子系统设计的潮流，逐步取代了传统的设计手段。而Multisim8是目前世界上最新、最先进、功能最强大的一款EDA仿真软件，是加拿大IIT公司2005年初推出的最新版本。用Multisim8进行电路的设计、仿真、分析等工作，可大大降低成本、节省时间、提高产品的可靠性。下面介绍以Multisim8为工作平台设计一个铁路和公路平交道口的交通控制器。
设计概述
设计一个铁路和公路平交道口的交通控制器。图1是该铁路和公路平交道口的平面位置示意图。在P1和P2点设置了两个压敏传感器元件（在仿真电路中用开关替代），用于检测是否有火车通过道口。P1和P2这两点距离较远，因此一列火车不会同时压在两个压敏传感器上。A和B是两个栅门，当火车由东向西或由西向东通过P1P2段，且当火车的任何部分位于P1P2之间时，栅门A和B应同时关闭，道口的红色交通灯亮，绿色交通灯灭，公路禁止通行；否则栅门A和B同时打开，道口的绿色交通灯亮，红色交通灯灭，公路允许通行。压敏传感器的功能是当感受到火车的压力时，产生逻辑电平1，否则产生逻辑电平0。设位于P1和P2两点的压敏传感器所输出的信号分别为I1和I2，栅门A和B的开闭由图2所示的电路控制。控制电路的输入是压敏传感器所发出的信号I1和I2，输出信号Z用来控制栅门A和B，当Z=1时，栅门关闭；Z=0时栅门打开。
图1铁路和公路平交道口的平面位置示意图
图2 电路控制框图
根据上述情况，交通控制状态设置分别为：
S1：火车在P1和P2区间之外（对应输入I1I2=00）。
S2：火车自西向东行驶，并压在P1上。
S3：火车继续自西向东行驶，且位于P1和P2之间。
S4：火车仍自西向东行驶，并压在P2上。
S5：火车自东向西行驶，并压在P2上。
S6：火车继续自东向西行驶，且位于P1和P2之间。
S7：火车仍自东向西行驶，并压在P1上
列出交通控制状态表如表1所示。
表1 交通控制状态表
对表1进行状态化简得到状态表如表2所示。
表2 简化后的交通控制状态表
交通控制器电路设计
在Multisim8工作平台创建交通控制器电路如图3所示。创建步骤及说明如下：
①从TTL元件库调用D触发器7474N，与非门7420N、7410N及非门7404N。触发器的CP脉冲信号选用信号及电源库（Sources）中的CLOCK_VOLTAGE,参数为1KHz、5V。
②P1和P2点上的压敏传感器用基本元件库（Basic）中的单刀直入双掷开关（SPDT）来代替。当开关向上打（接VCC），模仿火车已压在压敏传感器上，相应的输入信号为1；若开关打到下端（接地），则模仿火车没有压着压敏传感器，相应的输入信号为0。
③输出信号Z控制的两个栅门A和B以及道口的红色、绿色交通灯分别用显示元件库（Indicators）中的探测器（PROBE）来模拟，其相当于一个LED，仅有一个端子，该端接高电平时探测器就发光。即当输出Z=1时，X1亮，X2灭，表示两个栅门关闭，道口的红色交通灯亮；而输出Z=0时，X2亮，X1灭，则表示栅门打开，道口的绿色交通灯亮。由于TTL的输出高电平约4.5V，为了PROBE可靠发光，其门限设置为4V。
创建好电路后可激活电路进行仿真，在菜单中执行“Simulate”/ “Run”命令；也可将窗口上的仿真启动开关拨向右边或单击仿真启动图标，就可进行仿真观察。例如火车由西向东行驶，通过单击A、A、B、B顺序来模拟；而火车从东向西开过，则单击B、B、A、A顺序来进行，仿真结果与设计相符,如表3所示。若用其他顺序来操作，将产生错误的结果，但这不影响电路的正确性，因为其他顺序操作在实际情况下是不可能出现的。
图3 交通控制器逻辑电路
表3交通控制器仿真结果
以上对交通控制器的核心电路即时序控制电路进行了设计、仿真、分析。CP脉冲源是用Sources中的CLOCK_VOLTAGE信号来代替，而实际应用需另外设计脉冲信号发生器。
脉冲信号发生器
产生脉冲信号的电路有多种形式。可利用Multisim8的555定时器设计向导功能，执行“Tools/“555 Timer Wizard”命令，将弹出如图4所示对话框。
图4 555定时器设计向导对话框
根据设计要求在参数选项区域设置好参数指标后，单击“Build Circuit”按钮创建由555定时器构成的脉冲信号发生器。仿真波形和电路如图5所示。双击示波器图标，通过示波器测量其输出波形参数，得到频率为1KHz、幅度为5V、占空比为60%，与设计参数相符。
(a)仿真波形
（b)仿真电路原理图
图5 555定时器构成的脉冲信号发生器
去掉图3中的V1，将脉冲信号发生器的输出端接入图3中触发器U4A的3脚和U4B的11脚。在仿真工作平台上借助于各种仪器仪表进行调试，可以观察到预期的仿真结果。仿真完毕还可以从Multisim8的工具栏的“In Use List”下拉框中统计出该电路所用的元件清单。同时也可以直接将仿真电路原理图导入与Multisim8配套的制板软件U1tiboard中进行PCB布线制板。
用传统的设计手段来完成一个具体电路的构思却又没有足够的把握时，通常只能在面包板或万能板上用实际的元件和导线去连接实验电路，然后进行测试、调整，往往面包板会接触不良，一旦出错就不得不在布满密密麻麻的元件和导线的板子上，一跟一跟地检查，一个一个地替换元件以调整参数。而从上面利用Multisim8对铁路和公路平交道口的交通控制器进行设计，可看出利用EDA仿真设计软件，只要点击鼠标轻轻松松地构建电路，修改元件参数，以实现对具体电路的仿真，从而大大提高设计效率和降低设计成本。
参考文献
黄智伟，李传琦，邹其洪. 基于Multisim 2001的电子电路计算机仿真设计与分析.北京：电子工业出版社，2004
李良荣，罗伟雄. 现代电子设计技术——基于Multisim7&Ultiboard 2001.北京：机械工业出版社，2004
周 凯，郝文化. EWB虚拟电子实验—--Multisim7&Ultiboard7电子电路设计与应用.北京:电子工业出版社,2005
（发表于《现代电子技术》2006年第6期）
基于Multisim8设计的平交道口交通控制器.doc
