1、MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第1页共154页目录摘要2第一章绪论311数字系统设计312MULTISIM基本概况413HDL基本概况6第二章MULTISIM8操作方法及应用实例921MULTISIM的基本界面922电路的创建与运行1123仪表的使用1624子电路的生成3025MULTISIM8应用实例3326认识波形视窗40第三章MULTISIM8与HDL在交通灯系统的设计中的应用5031设计要求5032确定系统方案5133数据子系统的设计5534控制子系统的设计6035MULTISIM与HDL在交通灯系统中的应用
2、6736交通灯系统实施方案改进小结102第四章MULTISIM8与HDL在出租车计价器系统的设计中的应用10441设计要求10442确定系统方案10543数据子系统的设计10644控制子系统的设计11145MULTISIM与HDL在出租车计价器系统中的应用11546出租车计价器系统实施方案改进小结148第五章总结15051本论文的特色之处及所积累的经验15052本论文中尚需改进之处15253前景与展望152致谢153参考文献154MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第2页共154页摘要MULTISIM8可以将不同类型的电路
3、组成混合电路进行仿真，界面直观，操作方便。本文先研究MULTISIM8的操作方法及其应用实例。之后分别根据交通灯系统和出租车计价器系统的设计要求提出其改进的系统实施方案。然后根据两系统的改进方案，分别设计其数据子系统和控制子系统，并画出实现的电原理图，其中部分模块用VHDL语言实现。最后在MULTISIM8中进行仿真，验证两系统的改进方案均正确实现了各自设计要求中的诸项功能。关键词MULTISIM8，HDL，交通灯系统，出租车计价器系统，EDA仿真ABSTRACTMULTISIMVERSION8CANCOMPOSEAMIXEDCIRCUITOFDIFFERENTTYPESOFELECTRICC
4、IRCUITSTOSIMULATEWECANCATCHITEASILYANDUSEITCONVENIENTLYDUETOITSVISUALINTERFACEINTHISPAPER,AFTERSTUDYINGTHEWAYTOHANDLEMULTISIMVERSION8ANDEXAMPLESOFITSAPPLICATION,IPRESENTIMPROVEDIMPLEMENTARYSCHEMESACCORDINGTOTHEDESIGNDEMANDOFTHETRAFFICLIGHTSSYSTEMANDTAXIMETERSYSTEM,ANDTHENBASEDONTHEIMPROVEDSCHEMESIDE
5、SIGNTHEDATASUBSYSTEMANDCONTROLSUBSYSTEM,ANDDRAWELECTRICGRAPHACERTAINMODULEISBUILTUPWITHVHDLSIMULATIONINMULTISIMVERSION8VALIDATETHATTHEIMPROVEDSCHEMESOFTHETWOSYSTEMCANREALIZEFUNCTIONSOFDESIGNDEMANDKEYWORDSMULTISIMVERSION8,HDL,TRAFFICLIGHTSSYSTEM,TAXIMETERSYSTEM,EDASIMULATIONMULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出
6、租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第3页共154页第一章绪论11数字系统设计本毕设讨论交通灯系统和出租车计价器系统。数字系统是一个能完成一系列复杂操作的逻辑单元。它可以是一台数字计算机，一个自动控制系统，一个数据采集系统,或者是日常生活中用的电子秤，也可以是一个更大系统中的一个子系统。描述数字系统的方法除了可以用逻辑表达式、真值表、卡诺图、状态图等来描述并设计数字电路，还有可以用流程图和描述语言来描述数字系统功能，然后将这些描述转变为MDS图来设计数字系统。用逻辑图、状态图、流程图等来描述数字系统的方法称之为系统模型描述法。这种方法适用于相对简单的系统，这种系统的输入、输
7、出变量以及系统的状态都比较少，所需要的寄存器也比较少。但是当系统的输入、输出变量增多、状态很多时，就很难用系统模型法来描述,这时多采用描述语言法，并称该描述语言表达的算法为系统的算法模型。9有了描述数字系统的工具，就可以讨论数字系统的设计方法了。设计一个大系统,必须从高层次的系统级入手，先进行总体方案框图的设计与分析论证、功能描述,再进行任务和指标分配，然后逐步细化得出详细设计方案，最终得出完整的电路7。这就是自上而下的设计方法。这种设计方法将主要的精力放在系统级的设计上，并尽可能采用各种EDA软件，对系统进行综合、优化、验证以及测试,以保证在整个系统的电路制作完成之前对系统的全貌有一个预见，
8、在设计阶段就可以把握住系统的最终外部特性及性能指标，从而大大节约了人力和物力。数字系统一般只限于同步时序系统,所执行的操作是由时钟控制分组按序进行的10。一般的数字系统可划分为受控器与控制器两大部分，受控器又称为数据子系统或信息处理单元，控制器又称为控制子系统13。数据子系统主要完成数据的采集、存储、运算处理和传输，它主要由存储器、运算器、数据选择器等部件组成。它与外界进行数据交换,而它所有的存取、运算等操作都是在控制子系统发出的控制信号下进行的。它与控制子系统之间的联系是接收由控制子系统来的控制信号，同时将自己的操作进程作为条件信号输出给控制子系统。数据子系统是根据待完成的系统功能的算法得出
9、的。控制子系统是执行算法的核心，它必须具有记忆能力,因此是一个时序系统。它由一些组合逻辑电路和触发器等元件组成。它与数据子系统共享一个时钟。它的输入是外部的控制信号和由数据子系统来的条件信号，按照设计方案中既定的算法程序，按序地进行状态转换，与每个状态以及有关条件对应的输出作为控制信号去控制数据子系统的操作顺序。控制子系统是根据系统功能及数据子系统的要求而设计出来的。自上而下的设计数字系统的基本步骤可以归纳为以下几点11MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第4页共154页1明确设计要求拿到一个设计任务，首先要对它进行消化理
10、解,将设计要求罗列成条，每一条都应是无二义的。这一步是明确待设计系统的逻辑功能及性能指标。在明确了设计要求之后应能画出系统的简单示意方框图，标明输入、输出信号及必要的指标。2确定系统方案明确了设计要求之后，就要确定实现系统功能的原理和方法，这一步是最具创造性的工作。同一功能可能有不同的实现方案，而方案的优劣直接关系到系统的质量及性能价格比，因此要反复比较与权衡。常用方框图、流程图或描述语言来描述系统方案。系统方案确定后要求画出系统方框图、详细的流程图或用描述语言写出的算法，如有需要与可能还应画出必要的时序波形图。3受控器的设计根据系统方案，选择合适的器件构成受控器的电原理图。根据设计要求可能还
11、要对此电原理图进行时序设计，最后得到实用的受控器电原理图。4控制器的设计根据描述系统方案的模型导出MDS图，按照规则及受控器的要求选择电路构成控制器，必要时也要进行时序设计，最后得到实用的控制器电原理图。然后再将控制器和受控器电路合在一起，从而得到整个系统的电原理图。5在整个设计过程中应尽可能多地利用EDA软件,及时地进行逻辑仿真、优化,以保证设计工作优质快速地完成。在现代城市中，随着人口和汽车的急剧增长，市区交通日益拥挤，要是没有红绿灯作为指挥工具，恐怕川流不息的汽车就会由于混乱而造成严重阻塞。因此，交通灯是交管部门管理城市交通的重要工具之一。出租车计价器是现在出租车上不可或缺的重要系统。本
12、文将分析和讨论交通灯系统和出租车计价器系统的实施方案，并在MULTISIM里画出电原理图，并且仿真进行功能验证。12MULTISIM基本概况本毕设用的是MULTISIM的最新版本VERSION8。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），19811982年出现了基于原理图设计仿真的第二代EDA系统（电子设计自动化）。EDA是在计算
13、机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比，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MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第5页共154页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19871988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10年过去了，电子系统的复杂程度又提高了
14、10多倍。8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。其目的一方面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INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIES公司推出的ELECTRONICSWORKBENCH软件（简称EWB软件）可以将不同类型的电路组成混合电路进行仿真，具有界面直观、操作方便等特点，创建电路、选用元件和测试仪器均可以图形方式直观完成。该软件提供了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
15、析，以及离散傅立叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等共计十四种电路分析方法。具有这样一些特点（1）采用直观的图形界面创建电路在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；（2）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。（3）EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。（4）作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。（5）EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪
16、器测量方法。版本升级EWB50A50C512MULTISIM2001MULTISIM7MULTISIM82000年底推出MULTISIM2001（MULTISIMUSEIEEESTD_LOGIC_1164ALLUSEIEEESTD_LOGIC_UNSIGNEDALLENTITYCNT40ISPORTCLK,EN,LOADINBITT40OUTBITCNTBUFFERINTEGERRANGE0TO39ENDCNT40ARCHITECTUREARCHCNT40OFCNT40ISBEGINCOUNTPROCESSCLK,ENBEGINIFEN1THENCNTVHDLSIMULATION，打开VHDL
17、编译环境，把TXT后缀变为VHD，进行编译，编译通过，界面如下MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第90页共154页经过仿真验证通过（同时经SYNPLIFY和LEONARDOSPECTRUM仿真验证通过）。然后寻找可以在VHDL上生成模块的途径，找到有SYNTHESIZE命令，选择此命令之后，出现一个话框，对话框说明不能执行生成模块的操作，原因写着“35SOFTWARESECURITYPROTECTIONCHECKFAILED”。这是MULTISIM这个软件本身的版权加密问题，而导致用VHDL编译生成模块这个想法搁浅。35
18、2TRAFFIC2模块和TLIGHTS模块及TRAFFICWHOLE模块（1）电路图下面是TRAFFIC2全图MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第91页共154页TRAFFIC2模块输入信号有T20，T40，T60，1HZ，MS，ME；输出信号为C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7，C8，C9，C10。下面是TLIGHTS全图MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第92页共154页TLIGHTS模块输入信号有C1，C2，C3，C4，C5，C6，C7
19、，C8，C9，C10。因为这两个模块输入输出信号较多，所以考虑把他们拼在一起，用总模块来仿真建立总模块TRAFFICWHOLEMULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第93页共154页标为1的圆圈就是上面已经验证功能通过的TRAFFIC1模块。标注2的圆圈就是TRAFFIC2模块，标注3的圆圈就是TLIGHTS模块。各个模块之间的输入输出按照前面方案分析的逻辑表达式连好。组成一个TRAFFICWHOLE模块。TRAFFICWHOLE模块的输入信号有时钟信号，P，MS，ME，RESET。时钟信号用SIGNAL_VOLTAGE里的
20、CLOCK_VOLTAGE代替，P，MS，ME，RESET信号用开关分别接高电平和低电平。各个开关的KEY值P的KEYP，MS的KEYS，ME的KEYM，RESET的KEYR。S0A，S1B，S2C，S3D，S4E，S5F。本来有一个1HZPULSE模块来产生1秒脉冲的，如下图MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第94页共154页但是仿真出错，根据以往经验把R1移动一下尝试一下再仿真仍然出错MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第95页共154页只能说是
21、MULTISIM本身的不稳定性所致，所以在其他需要1秒脉冲的模块中我们采用MULTISIM里面的时钟源CLOCK_VOLTAGE代替。（2）仿真过程与结果验证警察控制的几个状态。先把P打到高电平，即P1，让整个电路处于警察控制状态。其他KEY值R1，S0，M0。仿真的时候，虽然没有出错提示，但是发现，无论选择S0S5的任何状态，指示灯一直都亮着C6，C7，C10三盏灯，没有变化。MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第96页共154页于是在仿真过场中用PROBE一个个管脚去测量，发现74LS1482的输出有问题。估计是74L
22、S148有两个管脚悬空的缘故。先看看原来的接法看到74LS148的6和7两个输入端悬空了，并且其他未被选择状态也使输入端悬空了，于是作出一下修改修改之后，没有用到的6和7脚直接接高电平，开关也改成选择高低电平的类型，这样未被选中的状态就有高电平输入74LS148。再进行仿真，仿真一阵发现所有灯泡亮一遍然后发红，爆炸，接着仿真出错。灯泡变化如下但是接到灯泡的电源确实是5V的，可能是由于电源有些不稳定，有时高于5V了，导致灯泡爆炸。于是在灯泡后面加一个小电阻MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第97页共154页然后继续仿真进行
23、验证结果首先S00，S1S2S3S4S51，此时处于S0状态，即南北直行，各路右拐，南北行人止，东西行人止，东西向行人等待。下面是仿真结果看见C1，C5，C6，C7，C9亮，验证结果正确。然后把S0开关打回高电平，把S1打到低电平可以看到MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第98页共154页C6，C7，C10亮，这个就是两个状态转换中间的2秒的各路禁止的状态。验证正确。注意下面蓝色圈出来的仿真时间1741S，在2秒之内。当仿真时间大于2S之后，指示灯的变化如下图这是已经仿真了2711S，已经从各路禁止的状态转到S1了。S1
24、状态是南北MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第99页共154页左拐，各路右拐，南北行人止，东西行人止，南北行人等待，东西行人等待。图中确实C2，C5，C6，C7，C8，C9。符合设计要求，验证正确。然后把S1打回高电平，S2接到低电平S2状态是东西直行，各路右拐，南北行人止，东西行人止，南北行人等待。下面是仿真结果仿真开始两秒，有一个2秒的各路禁止状态，就如S0转换到S1状态时一样，这里不再赘述。2S之后C3，C5，C6，C7，C8亮，验证结果正确。然后把S2打到高电平，S3接低电平MULTISIM与HDL仿真设计及其在
25、交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第100页共154页这时指示灯应该显示S3状态东西左拐，各路右拐，南北行人止，东西行人止，南北行人等待，东西行人等待。下面是仿真结果仿真一开始有2S各路禁止状态，就如S0转换到S1一样，这里不再赘述。C4，C5，C6，C7，C8亮，验证结果正确。然后把S3打到高电平，S4接低电平MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第101页共154页S4状态南北直行，南北向行人通行，东西向行人止，东西行人等待。仿真结果如下一开始2S为各路禁止状态，就如S0转换到S1中间
26、一样，不再赘述之后C1，C6，C7，C9亮，验证结果正确。然后把S4打到高电平，S5接到低电平MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第102页共154页S5状态东西直行，南北行人止，东西行人通行，南北行人等待。下面是仿真结果仿真一开始有2S各路禁止状态，就如S0转换到S1一样，这里不再赘述。图中C3，C6，C7，C8亮，验证结果正确。36交通灯系统实施方案改进小结（1）MDS图的改动S0到S0状态的转换条件和S2到S2状态的的转换条件改了。（2）时钟源电阻位置改动10K欧电阻的位置变动。（3）T40，T60的输出逻辑MULT
27、ISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第103页共154页原来T40和T60分别是40减法器和60秒减法器的十位74LS190的MAX/MIN（B0）的输出，改为把40秒减法器的十位和个位的74LS190的两个MAX/MIN端输出相与的信号就是T40，60秒减法器的十位和个位的74LS190的两个MAX/MIN端输出相与的信号就是T60。另外，直接将40秒和60秒定时器的十位74LS190的RC端取反后输出也可作为T40和T60信号，但由于MULTISIM对74LS190器件的仿真不够准确，此方案无法在MULTISIM中仿真。（4）
28、40秒60秒减法计数器级联的信号端原来40秒减法计数器和60秒减法计数器的级联信号是个位74LS190的MAX/MIN信号，改为个位74LA190的TC借位端信号。（5）译码驱动的改动CD4511不如74LS48稳定（加上CD4511时仿真报错），所以把CD4511换成了74LS48。（6）灯泡后加了电阻因为开始仿真时灯泡发热爆炸，所以在灯泡后面加了一个1欧的小电阻，使灯泡正常工作。MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第104页共154页第四章出租车计价器的设计41设计要求1里程计费顾客上车即显示起步价8元，行车距离小于等
29、于5公里时车费为起步价。里程价为每公里18元，当行车距离大于5公里后每增加05公里车费增加09元，小于05公里的部分则不计里程费。2计误时费车辆行驶后遇堵车或需等人称为误时状态注后面实现时实为低于12米/分时算误时，误时10秒后开始计误时费。误时价为每分钟06元（要求开始计误时后，每误时10秒车费增加误时费01元）。误时小于10秒不计价。总车费为里程费和误时费之和。3面板显示A时间显示显示时、分、秒，可自动或手工切换分别显示实际北京时间和误时时间，有校正实际北京时间按钮，误时时间人工不能修改。B计费显示显示里程费和误时费之和，显示器为四位，价格上限为9999元。4计价器工作程序没有乘客时，空车
30、标牌翻上并发亮，计价器显示为零，误时累计为零，显示北京时间。当乘客上车后，司机打下空车标牌，计价器开始显示起步价，然后运行。当乘客要求下车时，司机停车，计价器保持并显示车费总额，误时计时器保持总误时时间并可由人工选择显示。乘客下车后，司机翻上空车标牌，所有的数据清零，恢复初始的空车等待状态。1根据设计要求，可以画出出租车计价器的面板图如下空车等待状态WAIT按钮弹起，WAIT1；有乘客的行驶状态WAIT按钮按下，WAIT0。空车或有乘客但没要求下车时DONE按钮弹起，DONE0；乘客要求下车时DONE按钮按下，DONE1。初始态时WAIT1，DONE0；有乘客上车时WAIT0，DONE0；乘客
31、要求下车时WAIT0，DONE1；MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第105页共154页乘客下车离开后WAIT1，DONE0。42确定系统方案根据系统总功能计价，又可分为几个子功能1判断行程是否大于5公里（是则准备在起步价80元的基础上累计里程费）；2行程大于5公里后，判断行程是否又再达到了05公里（是则累加一次里程价09元）；3判断是否误时，判断有误时产生并且计误时后是否误时又达到了10秒（是则累加一次误时价01元）；4累计里程费和误时费的总金额并显示；5产生准确的秒脉冲时基。与各子功能相对应，整个计价器可分为几个模块
32、1系统时钟模块产生1HZ的系统时钟脉冲；2里程传感模块产生05公里和5公里信号脉冲；3计时与时间显示模块六位数码管显示时、分、秒，有校时按钮，能切换显示北京时间和误时时间；4误时模块产生误时标志信号及误时10秒脉冲；5计价与显示模块应具备里程费和误时费的累计功能，并显示两费之和。五个模块实际上是出租车计价器的数据子系统，各个模块的数据信号在系统中的流动受控制子系统的控制。根据系统方案可画出系统总体方框图以上五个模块实际上是出租车计价器的数据子系统，各个模块的数据信号在系统中的流动受控制子系统的控制。下面用流程图描述系统的操作过程计时与时间显示模块计价与显示模块误时模块里程传感模块控制器系统时钟
33、模块MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第106页共154页43数据字系统的设计设计数据子系统就是选择合适的器件以实现上述各模块电路。431系统时钟模块器件CD406014位二进制异步计数器74LS74双上升沿D触发器石英晶体（32768HZ）用CD4060和石英晶体构成振荡器并分频2的14次方，再经74LS74二分频输出MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第107页共154页秒脉冲。模块输出1HZ秒脉冲信号，记为1秒脉冲。432里程传感模块器件684
34、8霍尔传感器（MULTISIM里面没有，所以仿真时自己模拟一个轮脉冲）CD404012位二进制异步计数器（异步清零）74LS279四RS锁存器74LS123双可重复触发的单稳态多谐振荡器（MULTISIM里面没有，用555单稳触发器代替）74LS160十进制同步计数器（异步清零）74LS74双上升沿D触发器（异步清零）CD4044四或非门RS锁存器（R0立即清零）霍尔器件6848安装在轮子上，轮子每转一圈产生一个脉冲，此脉冲作为车辆行驶信号，称为轮脉冲，记为H。设轮子周长约为2米，信号H经4040进行256分频后得到表示05公里的信号方波。为将这个信号同步化，将它送入单稳态多谐振振荡器74LS
35、123，恰当选择74LS123的外接电阻R和C，得到持续时间约为100毫秒左右的负脉冲信号，然后再经RS锁存器74LS279和D触发器74LS74同步，得到持续时间为1秒的高电平，记为05公里信号I。将05公里信号I作为CP送入模10计数器，将此计数器的进位经微分后加到RS触发器（4044）的S端，由RS触发器得到5公里标志Y（高电平有效）。模块输入WAIT；1秒脉冲模块输出5公里标志Y；05公里信号I；轮脉冲HMULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第108页共154页433误时模块器件74LS160十进制同步计数器（异步清
36、零）74LS279四RS锁存器74LS74双上升沿D触发器用1HZ脉冲作为时钟CP对160进行计数，用H作为160的清零信号。如果在10秒钟内轮脉冲H没有到来（认为处于误时状态车速低于2米/10秒，即12米/分），则160正常计数10秒并产生进位，进位信号TC经279、再经74（1秒后）变为高电平，即为误时标志信号G（将G加到计时模块电路由误时计数器计时）。如果车速足够高（没有误时），则由于H不断前来清零，160无法产生有效的进位信号TC，G信号保持低电平。模块输入1HZ脉冲（1秒脉冲），轮脉冲H，WAIT模块输出误时标志G误时模块时序波形示意图MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统
37、和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第109页共154页434计时与时间显示模块器件74LS160十进制同步计数器74LS48七段译码器/驱动器（BCD码输入，驱动数码管显示）74LS157四2选1数据选择器在此模块中，北京时间和误时时间分别用两套计数器。北京时间计时器一直不停地工作，且有校时按钮。误时计数器是在误时标志G的控制下计数，累计10秒钟产生1个误时10S脉冲X。显示内容由74LS157选择，其选择控制信号即为误时标志G当出现误时计费时，自动显示误时时间，否则显示北京时间。同时也设置人工显示切换按钮，以备乘客查询误时时间。模块输入误时标志G，1S秒脉冲，WAI
38、T模块输出误时10秒脉冲X10S10SHGTCD1HZ10S10S10S10S10S10S不误时误时不误时误时误时停车注注H与与时时钟钟不不同同步步图图中中已已考考虑虑器器件件延延迟迟时时间间MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第110页共154页改进的自动和手动时间显示选择部分电路435计价与显示模块MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第111页共154页Z1Z000011011内容起步价里程价空误时价数值80元09元01元器件74LS175四D上升
39、沿触发器CD4560BCD加法器74LS48七段译码器/驱动器用BCD加法器4560和4D触发器74LS175构成累加器，其中最低位为小数累加器，次低位为个位累加器。模块输入控制信号Z1和Z0，4D触发器74LS175的时钟控制信号CP175，WAIT，1S秒脉冲。44控制子系统的设计首先将流程图转化为MDS图流程图中工作块内容是表示数据子系统的操作，它对应MDS图中的一个状态。为了使控制子系统的设计比较简单，应尽量使状态的转移只取决于一个条件。为此，可以在流程图中增加几个空操作。下面是出租车计价器改进流程图MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息
40、工程本科生毕业设计论文第112页共154页流程图中的判别块是对应于数据子系统输出的条件信号，它们是05公里信号I、5公里标志Y、误时标志G、误时10秒脉冲信号X。画出MDS图，并在每个状态旁边注明对应于该状态为完成数据子系统的操作所需的控制信号，有控制信号Z1、Z0和累加器74LS175的时钟CP175。出租车计价器控制器的MDS图MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第113页共154页用硬件实现控制器。采用计数器74LS161作为状态寄存器，状态编码Q3Q2Q1Q0与SI的标号I相同，列出74LS161的操作表和置数表，
41、分别如下图MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第114页共154页状态寄存器74LS161的输出Q3Q0由4线16线译码器74LS154转换为对应的状态变量，控制子系统的电路图如下，数据子系统所需的控制信号Z1，Z0，CP175也标在图上MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第115页共154页控制信号输出部分改进电路图45MULTISIM在出租车计价器系统中的应用451系统时钟模块MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙
42、江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第116页共154页这和上一章交通灯系统的时钟模块是一样的，在原来系统方案上改进的地方是把R3这个10K欧的电阻移动一下。同理，由于MULTISIM自身的问题仿真出现错误，所以在后面需要用到时钟的模块中，时钟信号用SIGNAL_VOLTAGE里面的CLOCK_VOLTAGE代替。452里程传感模块（1）电路图全图MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第117页共154页看到有一个改进之处是74LS74用WAIT的反信号去清零。（2）仿真从上面的电路图中已经看出，图中并没有用74LS123，
43、而是用了一个子电路TRIGGERSELF去代替。这是因为MULTISIM里面没有74LS123这个器件，于是考虑用555定时器构成单稳触发电路替代74LS123。555单稳触发电路在未加触发脉冲时，外加触发脉冲的直流电平高于（1/3）VCC，电路处于稳定状态，RS触发器置0，VO0，T导通，VCT0。TT0时加入负触发脉冲使比较器1输出低电平，将RS触发器置1，Q1，Q拔0，T截止，VCC对CT充电，充电时间常数TRTCT。VCT（2/3）VCC时，RS触发器被置0，T导通，CT通过T很快放电至稳定，等待下次触发。脉冲宽度TWRTCTLN311RTCT。4根据TW的式子，令RT90909K欧，
44、CT（即C2）1UF，那么555出来的TW就约为100毫秒了。建立TRIGGERSELF子电路（即555定制器构成的单稳触发电路）。注意加一个直流电平17V，符合外加触发脉冲的直流电平高于（1/3）VCC这个条件（VCC5V）。并留意这时电源部分的电路，负脉冲宽度为50MSMULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第118页共154页仿真结果MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第119页共154页示波器中绿色的波形为电源部分输出，绿色部分YPOSITION为
45、0；红色是单稳触发电路的输出，红色部分YPOSITION为2。用测量线来测量一下这个红色高电平的宽度。MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第120页共154页可以从示波器看到两条测量线的位置，T1为3950S，T2为4049S，T2T1为99490S，大约为100毫秒。验证结果正确。这时就可以在里程传感模块里拖出一个子电路TRIGGERSELF但是在对这个电路的多次仿真之后，发现一个问题，就是对于555定时器构成的单稳触发电路来说，输入的负脉冲宽度必须小于100毫秒。否则这个单稳触发电路就将失效，只会变成纯粹的取反电路而已
46、。例如把负脉冲改成2S示波器的波形变为MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第121页共154页可以看到555的输出只是仅仅为输入的取反而已了。这样就不能实现相当于74LS123的功能。但是在里程传感模块里面，轮脉冲的产生是没有规律的，肯定不可能每个轮脉冲都限制比100MS宽度小，所以由于MULTISIM自身的原因，这个模块无法继续仿真下去。453误时模块（1）电路图（2）仿真首先先让模拟轮脉冲的PULSE_VOLTAGE改成周期为8S，高电平为1S，此为无误时状态。看看示波器波形是否符合无误时状态。先看74LS1602的蓝
47、色清零脉冲和模拟的红色轮脉冲MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第122页共154页在第9秒的时候有个脉冲将74LS160清零了。所以74LS160的没有进位输出验证正确。所以也没有G标志MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第123页共154页然后验证有误时的状态。把PULSE_VOLTAGE改成周期为12秒，一秒高电平的模拟轮脉冲进行仿真先看时钟源的波形MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕
48、业设计论文第124页共154页确实是1HZ时钟源。再看所模拟的轮脉冲（红色波形）和送给74LS160的清零脉冲波形（蓝色波形）MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第125页共154页只要WAIT信号保持低电平的话，74LS160的清零脉冲确实是轮脉冲的取反，波形正确；如果WAIT一旦变为高电平，看下图虽然轮脉冲照旧，但是蓝色的清零脉冲已经受WAIT控制变成一直低电平了。把WAIT打回低电平，看74LS160的进位输出蓝色波形和进位输出经过电容之后的红色波形MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应
49、用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第126页共154页可以见到74LS160计数满十秒之后有一个蓝色的高电平，并且在进位脉冲从高到低的时候红色波形有个小脉冲。把小脉冲放大看看验证结果正确。MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第127页共154页然后就是看74LS279的输出（绿色波形）和G标志输出的红色波形可以见到74LS279有一个高电平输出，G标志也出现了。但是可以见到G标志是在第13秒出现的，理论上应该是第11秒出现的，原因是本来74LS74的时钟端是接控制部分过来的CRG信号，这里一并接了74LS160的CLOCK_VOLTAGE，然后轮脉冲又是用PULSE_VOLTAGE来模拟的，由于MULTISIM自身的原因，这里就存在着同步和异步的问题了。同步和异步的问题还导致这个情况淑娴就算把模拟轮脉冲的PULSE_VOLTAGE调到周期为10S，其中1S为高电平，这时应该是算有误时的但是G标志却没有出现的，一直是低电平，看示波器MULTISIM与HDL仿真设计及其在交通灯系统和出租车计价器中的应用浙江大学电子信息工程本科生毕业设计论文第128页共154页再把模拟轮脉冲的PU
