課程設(shè)計-- 交通控制器的設(shè)計

1、<p><b>　　西北工業(yè)大學(xué)</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計 報 告</p><p>　　題 目: 交通控制器的設(shè)計</p><p>　　學(xué) 院: </p><p>　　班 級: </p>

2、<p>　　學(xué)生（學(xué)號）: </p><p>　　學(xué)生（姓名）: </p><p>　　日期: 2012 年 7 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文通過對實際交通控制的分析，結(jié)合所學(xué)數(shù)字電路的理論知識，綜

3、合采用了邏輯電路、時鐘電路、控制電路、計時電路、模擬電路等五大模塊，在實驗條件的允許下，初步實現(xiàn)了對交通控制器的設(shè)計和模擬。設(shè)計中，在時鐘電路產(chǎn)生的1Hz脈沖信號的控制下，邏輯電路產(chǎn)生紅燈和綠燈信號用以控制紅綠燈，以表示是否有火車的到來；同時在控制電路產(chǎn)生的15秒高電平脈沖的控制下，倒計時電路當(dāng)紅燈或者綠燈亮?xí)r進(jìn)行15秒倒計時，同步鳴響警鈴，以通知行人是否可以穿過交叉路口；最后在CP脈沖的控制下，模擬電路采用8個燈來模擬柵欄的放下或收起

4、，當(dāng)紅燈亮?xí)r，觸發(fā)74LS194，逐個點亮8個燈，模擬柵欄的放下，以限行；當(dāng)綠燈亮?xí)r，同樣觸發(fā)74LS194，以相反方向逐個熄滅，模擬柵欄的收起，以放行。此設(shè)計思想，全部實現(xiàn)了所要求的設(shè)計指標(biāo)，在現(xiàn)有實驗條件和知識水平下，不失為一種好的設(shè)計理念。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 交通控制、 邏輯電路、 控制計時、 模擬電路</p><p><b>　　目 錄</b&g

5、t;</p><p>　　一、課程設(shè)計目的3</p><p>　　二、設(shè)計任務(wù)與要求3</p><p>　　三、方案設(shè)計與論證4</p><p>　　四、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算6</p><p>　　五、電路的安裝與調(diào)試8</p><p>　　六、遇到問題的解決方法9</p&g

6、t;<p>　　七、結(jié)論與心得10</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)10</b></p><p><b>　　交通控制器的設(shè)計</b></p><p><b>　　課程設(shè)計目的</b></p><p>　　鞏固和加深所學(xué)電子技術(shù)課程的基本知識，提高綜合

7、運用所學(xué)知識的能力以及獨立思考和創(chuàng)新能力</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選擇所需參考書、查閱手冊、圖表和文獻(xiàn)資料的能力，提高學(xué)生獨立解決工程實際問題的能力</p><p>　　通過設(shè)計方案的分析比較、設(shè)計計算、元件選擇及電路安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的工程設(shè)計方法</p><p>　　提高學(xué)生的動手能力，掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法，學(xué)會對簡單

8、實用電路的實驗調(diào)試和對整機指標(biāo)的調(diào)試方法</p><p>　　了解與課題有關(guān)的電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按課程設(shè)計任務(wù)書的要求編寫設(shè)計說明書，能正確反映設(shè)計和實驗成果，能正確繪制電路圖等</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p

9、>　　設(shè)計一個鐵路和公路交叉路口的交通控制器。</p><p>　　1． A、B是兩個欄桿，P1、P2處設(shè)置兩個壓敏傳感器，用于檢測是否有火車通過路口。（P1、P2相距較遠(yuǎn)，一列火車不會同時壓在兩個壓敏元件上）；</p><p>　　2．當(dāng)有火車通過交叉路口時，欄桿放下，禁止車輛和行人通行；</p><p>　　3．當(dāng)火車通過交叉路口后，欄桿抬起，路口放

10、行；</p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p>　　1．當(dāng)火車由東向西或由西向東通過P1P2段，且當(dāng)火車的任何部分位于P1P2之間時，欄桿A、B應(yīng)同時放下，否則A、B同時抬起。</p><p>　　2．路口設(shè)置紅、綠兩種顏色交通指示燈。在欄桿A、B放下時，路口的紅色交通燈亮，綠色交通燈滅,模擬欄桿放下；當(dāng)欄桿A、B抬起時，路

11、口的綠色交通燈亮，紅色交通燈滅，模擬欄桿抬起。</p><p>　　3．在欄桿A、B剛抬起或剛放下時，鳴響警鈴，要求鈴聲持續(xù)15秒;同時用數(shù)碼顯示器顯示倒計時時間。</p><p><b>　　方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　設(shè)計要求用兩個壓敏元件信號控制兩種顏色的交通燈和15秒倒計時，同時還用鳴響警鈴以通知行人是否可行以及何時可行

12、，最后要用若干燈泡來模擬欄桿的收放以限行或者放行。所以，基于設(shè)計要求的系統(tǒng)電路至少應(yīng)包含以下電路模塊，邏輯電路部分、控制電路部分、倒計時顯示部分、模擬欄桿部分。具體設(shè)計方案很論證如下所示：</p><p><b>　　電路工作原理</b></p><p>　　輸入信號X1、X2由壓敏元件發(fā)出：</p><p>　　當(dāng)火車壓到壓敏元件時，X1（或

13、X2）=1，否則X1（或X2）= 0。</p><p>　　輸出信號Z控制欄桿A、B及交通等的動作：</p><p>　　Z =1時，A、B抬起，紅燈亮，綠燈滅；</p><p>　　Z =0時，A、B放下，紅燈滅，綠燈亮。</p><p>　　CP：控制電路的時鐘信號，由555定時器產(chǎn)生，5V，1Hz。</p><p&g

14、t;<b>　　各部分功能分配圖：</b></p><p>　　邏輯電路通過邏輯門電路控制信號燈變紅或者綠，通知行人是否有火車通過。</p><p>　　時鐘電路產(chǎn)生1HZ時鐘信號，控制其他各部分電路的工作</p><p>　　控制電路產(chǎn)生15秒的高電平脈沖信號，控制計時電路倒計時15秒</p><p>　　模擬電路用于

15、用八個燈的亮或者滅模擬柵欄的放下或者收起，受時鐘電路和邏輯電路的控制</p><p>　　時序控制電路波形圖：</p><p>　　四、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p>　　1HZ信號發(fā)生器——由555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生1HZ的脈沖</p><p>　　由555構(gòu)成的多諧振蕩器，其輸出方波脈沖的周期為</p><p&

16、gt;　　T=0.7（R1+2R2）C</p><p>　　取C=10uF，在T=1S時，計算可得：R1+2R2=143K,考慮到占空比的影響，取R1=43K,R2=51K，此時輸出近似為1HZ的方波</p><p>　　時序控制電路——畫狀態(tài)表和狀態(tài)圖，畫卡諾圖并化簡，列寫現(xiàn)態(tài)次態(tài)表達(dá)式，得出觸發(fā)器的D1，D2及輸出Z的表達(dá)式。具體步驟如下：</p><p>　　

17、15秒倒計時顯示電路——由兩個74192及兩個譯碼器及七段顯示器構(gòu)成，具體方法和電路圖如下：</p><p>　　由于七段顯示器要求為BCD碼，故74192應(yīng)按BCD計數(shù)。74192高位片置1，低位片置5，兩片級聯(lián)，低位片的down端接555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生的15秒高電平輸出端，從而實現(xiàn)15秒倒計時。</p><p>　　15秒蜂鳴器報警電路——由一個74LS123(實際電路)和一個555

18、構(gòu)成，實現(xiàn)方法和電路圖如下：</p><p>　　74LS123為不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在紅燈或者綠燈信號的控制下，調(diào)整電阻和電容，使其輸出信號低電平為15秒，即會觸發(fā)產(chǎn)生15秒的低電平信號，輸出至555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，調(diào)整555的相關(guān)電阻和電容值即可觸發(fā)產(chǎn)生15秒的高電平信號，該信號接至蜂鳴器即可使蜂鳴器產(chǎn)生15秒的鳴響。</p><p>　　五、電路的安裝與調(diào)試</p>

19、<p><b>　　靜態(tài)調(diào)試：</b></p><p>　　在本次課程設(shè)計中，由于電路過于復(fù)雜，故將電路分成了若干個不同的模塊，通過模塊化設(shè)計和模塊化安裝調(diào)試，能夠減少出錯的概率，節(jié)省了設(shè)計和調(diào)試周期，在工程實踐中具有重要的意義。</p><p>　　首先連接邏輯電路，通過卡諾圖化簡得出D1、D2和紅燈信號Z的邏輯表達(dá)式，按照邏輯表達(dá)式通過各邏輯門實現(xiàn)，

20、開關(guān)J1、J2電平的高低代表X1、X2的高低，總共為4種狀態(tài)。同時連接時鐘電路，調(diào)節(jié)555定時器的兩個電阻使其輸出為1HZ的方波</p><p>　　然后為倒計時電路，通過兩片74LS192加/減計數(shù)器實現(xiàn)倒計時，此時并不是倒計時15秒，因為控制電路并沒有產(chǎn)生15秒的高電平脈沖</p><p>　　接著是控制電路，精心調(diào)整74LS123和第二片555定時器使其輸出15秒高電平脈沖，同時接至

21、倒計時電路。</p><p>　　最后用八個燈來模擬柵欄，當(dāng)開關(guān)有一個為高時八個燈自左向右逐個點亮，同時已亮的燈保持；當(dāng)開關(guān)為低時，八個燈自右向左逐個熄滅。</p><p><b>　　動態(tài)調(diào)試：</b></p><p>　　將各模塊連成一個系統(tǒng)，統(tǒng)一進(jìn)行動態(tài)調(diào)試，同時用示波器分別觀測74LS123的3引腳和第二片555的3引腳的輸出波形是否分

22、別是15秒低電平脈沖和15秒高電平脈沖，還需觀察倒計時是否為15秒若出現(xiàn)了倒至00以后由99繼續(xù)倒計時的情況應(yīng)當(dāng)調(diào)整555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的電阻，一般在1.3M左右，精調(diào)74LS123和555的電阻使倒計時為15秒，滿足各設(shè)計指標(biāo)為止。</p><p>　　六、遇到問題的解決方法</p><p>　　數(shù)碼管在倒計時15完成后由100開始接著倒計時而不是返回15保持</p><

23、;p>　　分析及解決：此問題為第二片555定時器無法產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的15秒高電平脈沖引起的，可以調(diào)整555定時器的電阻解決。由于實際電路和仿真模擬電路存在差別，按理論算得電阻應(yīng)為1.5M，但實際電阻為1.3M左右即滿足要求，故可以用電位器微調(diào)電阻，同時觀測輸出端信號，使其為15秒高電平脈沖信號。</p><p>　　第一片555定時器無法產(chǎn)生1HZ的方波</p><p>　　分析及解決：此

24、問題是由電阻R1和R2配置不當(dāng)引起的。由方波周期公式T=0.7(R1+2R2)C可得，在取C=10uF的情況下，R1+2R2約為143K，考慮到占空比要接近50%，故取R1=43K,R2=51K，輸出為近似1HZ方波，近似滿足要求。</p><p>　　74LS123產(chǎn)生非標(biāo)準(zhǔn)的15秒低電平脈沖</p><p>　　分析及解決：74LS123為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，無法利用儀器去測量芯片是否燒壞，

25、故產(chǎn)生非標(biāo)準(zhǔn)的15秒低電平脈沖的原因可能有兩個，一、芯片燒壞，需要及時檢查并更換芯片，在試驗中可用手觸摸芯片，若過熱一般均已燒壞；二、一邊觀察74LS123的輸出波形，一邊調(diào)節(jié)2.2M的電阻，因為理論計算和實際電路有誤差，故需要在實際的基礎(chǔ)上調(diào)整其至適當(dāng)值，一般偏離2.2M不會太大。</p><p>　　第二片555定時器無法產(chǎn)生15秒的高電平脈沖</p><p>　　分析及解決：若74L

26、S123產(chǎn)生了15秒的低電平脈沖信號，而555定時器無法產(chǎn)生15秒的高電平脈沖，可能的原因為電阻阻值調(diào)整不當(dāng)，將1.5M電阻微調(diào)至1.3M左右即可產(chǎn)生15秒的高電平脈沖。</p><p>　　用八個燈模擬柵欄放下和抬起時無法做到逐個點亮，并且逆序逐個熄滅</p><p>　　分析及解決：因為一片74LS194只能控制四個燈逐個點亮或者逐個熄滅，用四個燈模擬較為簡單，容易實現(xiàn)。為了增加可觀賞

27、性，用八個燈進(jìn)行模擬時需要用兩片74LS194，第一片控制前四個燈，第二片控制后四個燈，但為了做到熄滅時，逐個熄滅，邏輯電路比較復(fù)雜，需要增加前四個燈和后四個燈之間的通訊信號（即前四個燈是否已經(jīng)全亮信號和后四個燈是否已經(jīng)全滅信號），使前后制約，做到逐個熄滅。</p><p><b>　　七、結(jié)論與心得</b></p><p>　　總的來說，此次課程設(shè)計是對以往所學(xué)知識

28、的全面的檢驗和提高。通過課程設(shè)計，培養(yǎng)了自己獨立思考的能力和創(chuàng)新能力。由于學(xué)校實驗室設(shè)備的局限性，在一定程度上又培養(yǎng)了糾錯能力，使知識融會貫通，對數(shù)字電路的理解又上升到一個更高的層次，增強了學(xué)習(xí)興趣。此次課程設(shè)計使我熟練掌握了仿真軟件的使用，同時在實際搭建電路中遇到的諸多問題也使我認(rèn)識到實際電路和仿真模擬電路存在的差異，培養(yǎng)了工程的思維，初步學(xué)會了以一個工程人的角度去考慮問題，而不再是拘泥于理論計算結(jié)果。管中窺豹，可見一斑，從此次課程設(shè)

29、計中還可以看出工程設(shè)計的一般步驟，對一個實際性的問題要提出若干個不同的方案，同時要對不同的方案進(jìn)行可行性分析，找出最優(yōu)方案，而不再是像考試那樣只要提出一種方法即可，培養(yǎng)了我們舉一反三的能力。另一方面，此次課程設(shè)計是對以往知識的一次提升性總結(jié)同時又是后續(xù)畢業(yè)設(shè)計的一次小規(guī)模預(yù)演，希望以后能夠有更多的機會接觸到類似的課程設(shè)計，因為它確實能夠增強對知識的理解，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。</p><p><b>　　

30、八、參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　例：</b></p><p>　　[1] 張文榮.模擬電子技術(shù)課程教學(xué)新探[J]. 河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報.2004,4(3).（小五號，宋體）</p><p>　　[2] 余道衡，徐承和. 電子電路手冊[M].  北京：北京大學(xué)出版社， 1996</p&

31、gt;<p>　　[3] 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，2001.414-417.</p><p>　　[4] 彭介華。電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，1997.3-45.</p><p>　　[5] 閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，1998.348-352.</p><p>　　[

32、6] 盧結(jié)成，陳力生，田紅民等.電子電路實驗及應(yīng)用課題設(shè)計[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002.20-23.</p><p>　　附件：總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　總原理圖</b></p><p>　　Multisim11.0仿真圖(翻轉(zhuǎn)90度)</p><p><b>　　2．