數(shù)電課程設(shè)計--鐵路和公路的交通控制器設(shè)計

1、<p><b>　　數(shù)電課程設(shè)計說明書</b></p><p>　題目鐵路和公路的交通控制器設(shè)計</p><p>　系(部)電子與通信工程系</p><p>　專業(yè)(班級)光電信息工程一班</p><p>　姓名</p><p>　學號</p><p>　指導教師

2、</p><p>　起止日期2012-6-11——2012-6-15</p><p>　　2010級光電信息工程專業(yè)課程設(shè)計任務書（課題五）</p><p>　　系（部）： 電子與通信工程系 專業(yè)： 光電信息工程</p><p><b>　　目錄</b></p>

3、<p><b>　　摘要5</b></p><p>　　1、鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路的設(shè)計方案5</p><p>　　1.1設(shè)計任務與要求5</p><p>　　1.2設(shè)計思路與原理5</p><p>　　1.2.1、脈沖信號發(fā)生器電路5</p><p>　　1.

4、2.2、鐵路和公路平交道口的交通控制器電路6</p><p>　　1.2.3交通控制器電路設(shè)計9</p><p>　　2、鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路的設(shè)計與調(diào)試10</p><p>　　2.1單元電路原理圖與仿真10</p><p>　　2.1.1、時鐘脈沖單元電路仿真圖與仿真結(jié)果10</p><p>

5、;　　2.1.2、鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路的參數(shù)設(shè)定12</p><p>　　2.1.3、鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路整體仿真圖與仿真結(jié)果16</p><p>　　3、Protel原理圖的繪制21</p><p>　　3.1 protel原理圖21</p><p>　　3.2應用Protel軟件對該電路進行制PCB板

6、22</p><p>　　4、數(shù)電課程設(shè)計總結(jié)與體會23</p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p>　　鐵路和公路交叉路口的交通控制器設(shè)計</p><p>　　摘要：介紹利用Multisim10仿真軟件，設(shè)計一個鐵路和公路平交道口的交通控制器。該控制器是由多種邏輯集成器件構(gòu)成的典型時序控制電路

7、。該控制器是用D觸發(fā)器（74LS74）、或門（74LS32）、與非門（74LS00）和（74LS20）、非門（74LS04）等一些元器件所構(gòu)成的，兩個單刀雙擲開關(guān)相當于鐵軌上的兩個壓力傳感器。仿真電路模擬了鐵路和公路平交道口交通信號的控制。當有火車經(jīng)過時，鐵路柵門放下，紅燈亮，綠燈滅；當火車離開時，鐵路柵門收起，綠燈亮，紅燈滅。在Multisim10的平臺支撐下，方便、快捷的設(shè)計電路，計算與調(diào)整參數(shù)、并用虛擬儀器儀表做仿真觀測和驗證設(shè)計

8、電路是否達到要求。與傳統(tǒng)的設(shè)計手段相比，體現(xiàn)了電子設(shè)計自動化省時、低耗、高效的優(yōu)越性。</p><p>　　關(guān)鍵字：電子設(shè)計自動化；交通控制器；時序控制電路；設(shè)計仿真；D觸發(fā)器（74LS74）；非門（74LS04）；與非門（74LS00）；或門（74LS32）</p><p>　　1、鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路的設(shè)計方案</p><p>　　1.1設(shè)計任務與

9、要求</p><p>　　1、設(shè)計一個鐵路和公路平交道口的交通控制器。實現(xiàn)雙向原則，即為火車雙向行駛，汽車雙向行駛，滿足火車優(yōu)先原則，即火車來了就過火車，不管汽車是否來，火車行駛中亮紅燈，護欄放下；火車過后亮綠燈，護欄彈上，應用壓力傳感器產(chǎn)生高低電平信號，控制電路的紅綠燈的亮滅以及護欄的開合。</p><p>　　2、應用Protel99se和 Multisim10軟件進行實現(xiàn)與仿真，并用

10、Protel99se畫PCB。</p><p>　　1.2設(shè)計思路與原理</p><p>　　1.2.1、脈沖信號發(fā)生器電路</p><p>　　利用555定時器產(chǎn)生脈沖信號，脈沖信號的參數(shù)頻率為1KHz、幅度為5V、占空比為60%，利用Multisim10的555定時器設(shè)計向?qū)Чδ?，?zhí)行“Tools/“555 Timer Wizard”命令，將彈出如圖4所示對話框

11、. 根據(jù)設(shè)計要求在參數(shù)選項區(qū)域設(shè)置好參數(shù)指標后，單擊“Build Circuit”按鈕創(chuàng)建由555定時器構(gòu)成的脈沖信號發(fā)生器。仿真波形和電路如圖5所示。雙擊示波器圖標，通過示波器測量其輸出波形參數(shù)，得到頻率為1KHz、幅度為5V、占空比為60%，與設(shè)計參數(shù)相符。</p><p>　　1.2.2、鐵路和公路平交道口的交通控制器電路</p><p>　　圖1鐵路和公路平交道口的平面位置示意圖

12、</p><p>　　圖2 電路控制框圖</p><p><b>　　表1 電路的狀態(tài)表</b></p><p>　　圖3 方程組</p><p>　　圖4 狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表</p><p>　　注：標一個三角形的是不可能發(fā)生的情況；標兩個三角形的表示的是火車已經(jīng)經(jīng)過兩個壓力傳感器，已經(jīng)

13、經(jīng)過此處。</p><p>　　根據(jù)上述情況，交通控制狀態(tài)設(shè)置分別為：</p><p>　　S1：火車在P1和P2區(qū)間之外（對應輸入I1I2=00）。</p><p>　　S2：火車自西向東行駛，并壓在P1上。</p><p>　　S3：火車繼續(xù)自西向東行駛，且位于P1和P2之間。</p><p>　　S4：火車仍自西

14、向東行駛，并壓在P2上。</p><p>　　S5：火車自東向西行駛，并壓在P2上。</p><p>　　S6：火車繼續(xù)自東向西行駛，且位于P1和P2之間。</p><p>　　S7：火車仍自東向西行駛，并壓在P1上</p><p>　　列出交通控制狀態(tài)表如表1所示</p><p>　　表2 交通控制狀態(tài)表</p

15、><p>　　對表2進行狀態(tài)化簡得到狀態(tài)表如表2所示。</p><p>　　表3 簡化后的交通控制狀態(tài)表</p><p>　　1.2.3交通控制器電路設(shè)計</p><p>　　在Multisim8工作平臺創(chuàng)建交通控制器電路如圖3所示。創(chuàng)建步驟及說明如下：</p><p>　　①從TTL元件庫調(diào)用D觸發(fā)器7474N，與非門7

16、420N、7410N及非門7404N。觸發(fā)器的CP脈沖信號是利用555定時器產(chǎn)生的。</p><p>　?、赑1和P2點上的壓敏傳感器用基本元件庫（Basic）中的單刀直入雙擲開關(guān)（SPDT）來代替。當開關(guān)向上打（接VCC），模仿火車已壓在壓敏傳感器上，相應的輸入信號為1；若開關(guān)打到下端（接地），則模仿火車沒有壓著壓敏傳感器，相應的輸入信號為0。</p><p>　?、圯敵鲂盘朲控制的兩個

17、柵門A和B以及道口的紅色、綠色交通燈分別用顯示元件庫中的紅色LED和綠色LED，僅有一個端子，該端接高電平時探測器就發(fā)光。即當輸出Z=1時，LED1亮，LED2滅，而柵門用兩個紅色燈代表；而輸出Z=0時，LED2亮，LED1滅，則表示柵門打開，道口的綠色交通燈亮。</p><p>　　創(chuàng)建好電路后可激活電路進行仿真，在菜單中執(zhí)行“Simulate”/ “Run”命令；也可將窗口上的仿真啟動開關(guān)撥向右邊或單擊仿真啟

18、動圖標，就可進行仿真觀察。例如火車由西向東行駛，通過單擊A、A、B、B順序來模擬；而火車從東向西開過，則單擊B、B、A、A順序來進行，仿真結(jié)果與設(shè)計相符,如表4所示。若用其他順序來操作，將產(chǎn)生錯誤的結(jié)果，但這不影響電路的正確性，因為其他順序操作在實際情況下是不可能出現(xiàn)的。</p><p>　　表4交通控制器仿真結(jié)果</p><p>　　2、鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路的設(shè)計與調(diào)試&l

19、t;/p><p>　　2.1單元電路原理圖與仿真</p><p>　　2.1.1、時鐘脈沖單元電路仿真圖與仿真結(jié)果</p><p>　?。?）時鐘脈沖單元電路的參數(shù)設(shè)定</p><p>　　可利用Multisim10的555定時器設(shè)計向?qū)Чδ?，?zhí)行“Tools/“555 Timer Wizard”命令，將彈出如圖5所示對話框。</p>

20、<p>　　圖5 555定時器設(shè)計向?qū)υ捒?lt;/p><p>　　圖6 時鐘脈沖單元電路仿真圖</p><p>　　圖7 時鐘脈沖單元電路仿真結(jié)果</p><p>　　由上圖時鐘脈沖單元電路仿真結(jié)果可知，時鐘脈沖單元電路的參數(shù)為頻率為1KHz、幅度為5V、占空比為60%。是我們需要的脈沖信號源。</p><p>　　2.1

21、.2、鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路的參數(shù)設(shè)定</p><p>　　時鐘脈沖信號由時鐘脈沖電路提供的頻率為1KHz、幅度為5V的矩形波。用74LS74雙D觸發(fā)器，以及二輸入的與非門74LS00、三輸入的與非門74LS10、四輸入的與非門74LS20，和74LS32或門、74LS04非門，顯示通過LED實現(xiàn)。</p><p>　　74LS32是四2輸入或門邏輯功能與引腳圖：表達式為：Y

22、=A+B 引腳排列圖管腳功能：左下1--1A，2--1B， 3--1Y；4--2A，5--2B，6--2Y；7--GND； 右起：右上8--3Y，9--3A，10--3B；11--4Y，12--4A， 13--4B；14--VCC 其中A，B為輸入端，Y為輸出端，GND為電源負極，VCC為電源正極</p><p>　　表5 74LS32功能表</p><p>　　圖8

23、0;   74ls32引腳圖</p><p>　　圖10 74LS04引腳</p><p>　　表7 74LS04功能表</p><p>　　圖11 74LS10的引腳圖</p><p>　　這個與非門的邏輯功能是 Y = ABC</p><p>　　圖12 74LS00的引腳圖和功能表<

24、/p><p>　　2.1.3、鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路整體仿真圖與仿真結(jié)果</p><p>　　（1）火車依次經(jīng)過J1J2的仿真過程結(jié)果</p><p>　　圖13 開始火車在P1和P2區(qū)間之外是的仿真結(jié)果</p><p>　　圖14 火車壓在J1上時，狀態(tài)圖</p><p>　　圖15 火車離開J1，處于J1與

25、J2之間時，狀態(tài)圖</p><p>　　圖16 火車壓在J2上時，狀態(tài)圖</p><p>　　圖17 火車已經(jīng)經(jīng)過了J1和J2時，狀態(tài)圖</p><p>　?。?）火車依次經(jīng)過J2J1的仿真過程結(jié)果</p><p>　　圖18 開始火車在P1和P2區(qū)間之外時的仿真結(jié)果</p><p>　　圖19 火車壓在J2上時，

26、狀態(tài)圖</p><p>　　圖20 火車離開J2，處于J1與J2之間時，狀態(tài)圖</p><p>　　圖21火車壓在J1上時，狀態(tài)圖</p><p>　　圖22 火車已經(jīng)經(jīng)過了J2和J1時，狀態(tài)圖</p><p>　　3、Protel原理圖的繪制</p><p>　　3.1 protel原理圖</p>&l

27、t;p>　　圖23 鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路Protel原理圖</p><p>　　圖24 時鐘脈沖Protel原理圖</p><p>　　圖25 鐵路和公路交叉路口的交通控制器電路 整體Protel原理圖</p><p>　　3.2應用Protel軟件對該電路進行制PCB板</p><p>　　首先，設(shè)計好的電路要在Mult

28、isim10 里面仿真通過，然后在Protel里面將仿真通過的電路圖畫出來，定義好封裝，再進行電氣檢查，通過后再創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)表，再在PCB制板中引入網(wǎng)絡(luò)表制板，布線等</p><p>　　圖26 根據(jù)Protel原理圖印制的PCB版圖</p><p>　　4、數(shù)電課程設(shè)計總結(jié)與體會</p><p>　　通過這次課程設(shè)計我對數(shù)字電子技術(shù)有了更進一步的熟悉和了解，要將實際

29、和理論聯(lián)系起來需要不斷的下功夫，它和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，因為是設(shè)計要求我們在以后的學習中注意這一點，要把課本上所學到的知識和實際聯(lián)系起來，同時通過本次電路的設(shè)計，不但鞏固了所學知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上結(jié)合起來，增強了學習的興趣，考驗了我借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻資料，和組織材料的綜合能力</p><p>　　經(jīng)過此次數(shù)字課程設(shè)計，我受益匪淺，我學到很多，我經(jīng)過自己翻閱資料，更深

30、的了解了74LS系列的邏輯功能，以及時鐘脈沖參數(shù)的計算，也對我數(shù)電學習有很大的幫助，在這次課程設(shè)計我再次鞏固了multisim軟件的使用，能夠比較熟練地運用multisim軟件畫仿真圖和檢查電路的故障，同樣也讓對protel來畫電路原理圖和PCB圖更加熟練，能夠輕松的使用protel軟件啦，經(jīng)過這次課程設(shè)計，我自己知道同一邏輯用不同邏輯門來實現(xiàn)，而且比較熟練地的進行邏輯之間的轉(zhuǎn)換和狀態(tài)轉(zhuǎn)換真值表，在設(shè)計時，我想了許多不同的方法來實現(xiàn)，最

31、后進行比較選了一個比較簡單的電路，而且我真正知道了JK觸發(fā)器與D觸發(fā)器的替代，只要把JK觸發(fā)器的J端當D，而K端與J之間接一個非門就行啦，能夠完全的將D觸發(fā)器的功能用JK觸發(fā)器來實現(xiàn)。經(jīng)過設(shè)計說明書的撰寫，對我以后設(shè)計有很大的幫助，也讓我更加熟悉了論文的格式，以后畢業(yè)設(shè)計論文也輕松許多?？傊@次課程設(shè)計經(jīng)歷，我收益頗多，在我以后的人生，將成為我寶貴的財富。</p><p><b>　　參考文獻<

32、/b></p><p>　　[1] 將卓勤 鄧玉元．MULTISIM 2001及其在電子設(shè)計中的應用．西安電子科技大學出版社，2003</p><p>　　[2] 曹丙霞、趙艷華．Protel99se電路原理圖與PCB設(shè)計及仿真．電子科技大學出版社，2007.5</p><p>　　[3] 康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分(第五版) 高等教育出版社, 2006.