数电课程设计交通控制器.docx
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数电课程设计交通控制器
河南城建学院
数字逻辑电路课程设计报告
交通控制器
姓名：
王春雨
学号：
091413162
专业班级：
电气工程及其自动化
指导老师：
樊晓虹
所在院部：
电气与信息工程学院
2015年6月25日
成绩评定•
一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。
成绩等级：
指导教师签字：
年月日
目录
一、课程设计目的……………………………………………………………………3
二、设计任务与要求…………………………………………………………………4
1．设计任务……………………………………………………………………4
2．设计要求……………………………………………………………………4
三、设计电路的总体结构……………………………………………………………5
1．电路的总体原理框图………………………………………………………5
2．工作原理……………………………………………………………………5
3．元器件名称…………………………………………………………………6
四、各部分电路设计………………………………………………………………7
1．1HZ信号发生器……………………………………………………………7
2．15秒蜂鸣器报警电路……………………………………………………8
3．模拟栏杆电路……………………………………………………………9
五、整体电路图………………………………………………………………………10
六、设计总结…………………………………………………………………………11
1.设计过程中遇到的问题及解决方法……………………………………11
2.设计体会…………………………………………………………………11
附录…………………………………………………………………………………12
参考文献……………………………………………………………………………13
一、课程设计目的
巩固和加深所学电子技术课程的基本知识，提高综合运用所学知识的能力以及独立思考和创新能力
培养学生根据课题需要选择所需参考书、查阅手册、图表和文献资料的能力，提高学生独立解决工程实际问题的能力
通过设计方案的分析比较、设计计算、元件选择及电路安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的工程设计方法
提高学生的动手能力，掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试和对整机指标的调试方法
了解与课题有关的电路以及元器件的工程技术规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等
二、设计任务与要求
1.设计任务
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，栏杆A、B应同时放下，否则A、B同时抬起。
路口设置红、绿两色交通灯指示灯。
在栏杆A、B放下时，路口的红色交通灯亮，绿色交通灯灭；当栏杆A、B抬起时，路口的绿色交通灯亮，红色交通灯灭。
在栏杆A、B刚抬起或刚放下时，鸣响警铃，要求铃声持续15秒;同时用数码显示器显示倒计时时间。
A
B
东
西
2.设计要求
1．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，栏杆A、B应同时放下，否则A、B同时抬起。
2．路口设置红、绿两种颜色交通指示灯。
在栏杆A、B放下时，路口的红色交通灯亮，绿色交通灯灭,模拟栏杆放下；当栏杆A、B抬起时，路口的绿色交通灯亮，红色交通灯灭，模拟栏杆抬起。
3．在栏杆A、B刚抬起或刚放下时，鸣响警铃，要求铃声持续15秒;同时用数码显示器显示倒计时时间。
三、设计电路的总体结构
设计要求用两个压敏元件信号控制两种颜色的交通灯和15秒倒计时，同时还用鸣响警铃以通知行人是否可行以及何时可行，最后要用若干灯泡来模拟栏杆的收放以限行或者放行。
所以，基于设计要求的系统电路至少应包含以下电路模块，逻辑电路部分、控制电路部分、倒计时显示部分、模拟栏杆部分。
具体设计方案很论证如下所示：
1.电路的总体原理框图
X1
CP
X2
控制电路
Z
（1）输入信号X1、X2由压敏元件发出：
当火车压到压敏元件时，X1（或X2）=1，否则X1（或X2）=0。
（2）输出信号Z控制栏杆A、B及交通等的动作：
Z=1时，A、B抬起，红灯亮，绿灯灭；
Z=0时，A、B放下，红灯灭，绿灯亮。
（3）CP：
控制电路的时钟信号，由555定时器产生，5V，1000Hz。
2.工作原理
（1）逻辑电路通过逻辑门电路控制信号灯变红或者绿，通知行人是否有火车通过。
（2）时钟电路产生1HZ时钟信号，控制其他各部分电路的工作。
（3）控制电路产生15秒的高电平脉冲信号，控制计时电路倒计时15秒。
（4）模拟电路用于用八个灯的亮或者灭模拟栅栏的放下或者收起，受时钟电路和逻辑电路的控制。
（5）计时电路由两个数码管来显示计时时间。
3.元器件名称
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
R1
RESISTOR
43K
1
R2
RESISTOR
51K
1
R3
RESISTOR
1.5M
1
R4
RESISTOR
2.2M
1
C1
CAPACITOR
10uF
3
C2
CAPACITOR
10pF
2
J1
SWITCH
Key=A
1
J2
SWITCH
Key=B
1
U1
SN74123N
1
U2
7420N
1
U3
数码管
2
U5
74LS192N
2
U6
74LS194N
2
U7
LM555CM
2
U8
BUZZER
1
X1
PROBE_RED
9
X2
PROBE_GREEN
1
四、各部分电路设计
1.1HZ信号发生器
上图为由555构成的多谐振荡器，其输出方波脉冲的周期为
T=0.7（R1+2R2）C
取C=10uF，在T=1S时，计算可得：
R1+2R2=143K,考虑到占空比的影响，取R1=43K,R2=51K，此时输出近似为1HZ的方波
2.15秒蜂鸣器报警电路
15秒蜂鸣器报警电路——由一个74LS12和一个555构成。
74LS123为不可重复触发的单稳态触发器，在红灯或者绿灯信号的控制下，调整电阻和电容，使其输出信号低电平为15秒，即会触发产生15秒的低电平信号，输出至555单稳态触发器，调整555的相关电阻和电容值即可触发产生15秒的高电平信号，该信号接至蜂鸣器即可使蜂鸣器产生15秒的鸣响。
3.模拟栏杆电路
模拟栏杆电路由两个74LS194N和一些门电路组成，由八个灯泡来模拟栏杆的状态。
74LS194N为4位移位寄存器。
由74LS194N和门电路构成的模拟栏杆电路通过接收蜂鸣报警电路和时序控制电路的脉冲信号，模拟火车通过时栏杆的状态：
火车来到时栏杆逐渐下降（红灯依次亮起）同时进行十五秒计时，当火车离开后栏杆逐渐升起（红灯依次熄灭）并进行十五秒计时。
五、整体电路图
见附录。
六、设计总结
1.设计过程中遇到的问题及解决方法
1）74LS123产生非标准的15秒低电平脉冲
分析及解决：
74LS123为单稳态触发器，我采用一边观察74LS123的输出波形，一边调节2.2M的电阻，因为理论计算和实际电路有误差，故需要在实际的基础上调整其至适当值。
2）第二片555定时器无法产生15秒的高电平脉冲
分析及解决：
若74LS123产生了15秒的低电平脉冲信号，而555定时器无法产生15秒的高电平脉冲，可能的原因为电阻阻值调整不当，将1.5M电阻微调即可产生15秒的高电平脉冲。
3）用八个灯模拟栅栏放下和抬起时无法做到逐个点亮，并且逆序逐个熄灭
分析及解决：
因为一片74LS194只能控制四个灯逐个点亮或者逐个熄灭，用四个灯模拟较为简单，容易实现。
用八个灯进行模拟时需要用两片74LS194，第一片控制前四个灯，第二片控制后四个灯，但为了做到熄灭时，逐个熄灭，逻辑电路比较复杂，需要增加前四个灯和后四个灯之间的逻辑信号，来判断前四个灯是否已经全亮信号和后四个灯是否已经全灭，使前后制约，做到逐个熄灭。
2.设计体会
此次课程设计是对以往所学知识的全面的检验和提高。
通过课程设计，培养了自己独立思考的能力和创新能力。
由于设计的缺陷在一定程度上又培养了纠错能力，使知识融会贯通，对数字电路的理解又上升到一个更高的层次，增强了学习兴趣。
此次课程设计使我熟练掌握了仿真软件的使用，培养了工程的思维，初步学会了以一个工程人的角度去考虑问题，而不再是拘泥于理论计算结果。
管中窥豹，可见一斑，从此次课程设计中还可以看出工程设计的一般步骤，对一个实际性的问题要提出若干个不同的方案，同时要对不同的方案进行可行性分析，找出最优方案，而不再是像考试那样只要提出一种方法即可，培养了我们举一反三的能力。
另一方面，此次课程设计是对以往知识的一次提升性总结。
希望以后能够有更多的机会接触到类似的课程设计，因为它确实能够增强对知识的理解，增强学习兴趣。
附录
附1：
系统原理图
参考文献
[3]童诗白，华成英.模拟电子技术基础［M］.北京：
高等教育出版社，2001.414-417.
[4]彭介华。
电子技术课程设计指导[M].北京：
高等教育出版社，1997.3-45.
[5]阎石，数字电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，1998.348-352.
[6]卢结成，陈力生，田红民等.电子电路实验及应用课题设计[M].合肥：
中国科学技术大学出版社，2002.20-23
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