鐵路平交道柵門控制器邏輯電路設計

1、在此處鍵入內(nèi)蒙古工業(yè)大學本科課程設計說明書學校代碼： 10128學 號： 課程設計說明書題 目：鐵路平交道柵門控制器邏輯電路設計學生姓名： 學 院： 班 級： 指導教師： 二一六年七月一日 摘 要鐵道平交道柵門控制器是設計一個電路來控制道柵門的放下和升起，在鐵道上放置p1、p2兩點放置壓敏傳感器，用以感測火車是否經(jīng)過，此兩點相距足夠遠，同一列火車不能同時被此兩處壓敏傳感器，當火車任何部位位于p1、p2兩處之間時，平交道柵門應放下，否則升起柵門。用J1、J2兩個開關模擬壓敏傳感器，輸出的信號經(jīng)電路達到設計目的，即當火車經(jīng)過時，信號燈亮（或變?yōu)榧t燈），柵門放下，禁止車輛通過；當火車駛過路口時，信號

2、燈滅（或變?yōu)榫G燈），柵門升起，允許車輛通過。 AbstractRailway level crossing gate controller is a circuit design to control gate down and rising,placed a thing that is “p1” and “p2” on the railway instead of pressure sensor,to sense whether the train passing by,this two point are far enough apart, the same train cant be t

3、his induction in two place,any part when the train is located in the place between two points,crossing gate should be put down,otherwise rising the gate.Use two switches that is “J1” and “J2” to simulate pressure,design output signal of the circuie to achieve ,when the train went by,signal lights(or

4、 turn to red light),gate puts down,cars prohibite by;when the train is leaving,lingts out(or turn to green light),gate rised,cars can through the crossroads.關鍵詞：壓敏傳感器；柵門；信號燈 Keywords: Pressure sensor；gate；signal lights目錄一、設計任務概述 1二、設計方案論證及方框圖 1三、電路組成及工作原理 3四、電路元器件選擇 41、D觸發(fā)器 42、74LS160N計數(shù)器 6五、安裝與調(diào)試 8

5、1、安裝 82、測試方案 83、調(diào)試過程 94、調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題及解決措施125、電路性能指標測試結(jié)果，是否滿足要求及對成果的評價12結(jié)論 12參考文獻 13一 設計任務概述設計一個鐵路平交道控制電路來控制道柵門的放下與升起，如圖一，用P1和P2兩點處設置感測組件，用以感測火車是否經(jīng)過，此兩點相距足夠遠，同一列火車不會同時被此處感測組件所偵測，當火車任何部位位于P1和P2之間時，平交道柵門應放下，否則升起柵門。二 設計方案方框圖及論證綜合該電路各部分模塊要求做出如下方塊圖：壓敏傳感器燈亮柵門放下壓敏傳感器燈滅柵門升起在實現(xiàn)電路時可以有多種方案：方案一：本方案運用了非門、與非門;信號處理裝置由兩

6、個d觸發(fā)器組成，由J1、J2兩個開關分別模擬火車軌道上P1、P2的壓敏傳感器，高電平采用5v電壓，由led燈代替柵門；方案二：本方案運用了非門、與非門、與門;信號處理裝置由兩個d觸發(fā)器組成，用74ls160n來模擬延時裝置，用led燈1代替交通信號燈，用led燈2代替貼道閘門，由J1、J2兩個開關分別模擬火車軌道上P1、P2的壓敏傳感器，高電平采用5v電壓:下圖為延時裝置經(jīng)濟性比較：方案一：元器件總價：10元；方案二 ：元器件總價：20元技術性比較：方案二所用元器件遠遠多于方案一，并且連線復雜，器件昂貴，但是由于方案二擁有延時系統(tǒng)，而且貼近實際，經(jīng)過比較，最總選擇方案二三 電路組成及工作原理:

7、鐵路平交道柵門控制器邏輯電路如圖所示： 四 電路元器件選擇電源若干（VCC 5V）、單刀雙擲開關兩個（SPDT模擬壓敏傳感器）、與門若干（AND2）、與非門若干（7420N、7410N）、非門若干（7404N）、探測器（PROBE模擬柵門及燈）、脈沖信號（CLOCK VOLTAJE）、D觸發(fā)器（7474N）、 計數(shù)器（74LS160N）。1、D觸發(fā)器觸發(fā)器是一個具有記憶功能的，具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)的信息存儲器件，是構成多種時序電路的最基本邏輯單元，也是數(shù)字邏輯電路中一種重要的單元電路。 D觸發(fā)器在時鐘脈沖CP的前沿（正跳變01）發(fā)生翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器的次態(tài)取決于CP的脈沖上升沿到來之前D端的狀態(tài)，即次態(tài)

8、=D。因此，它具有置0、置1兩種功能。由于在CP=1期間電路具有維持阻塞作用，所以在CP=1期間，D端的數(shù)據(jù)狀態(tài)變化，不會影響觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。電路工作過程如下。 (a) 邏輯圖 (b) 邏輯符號 CP=0時，與非門J3和J4封鎖，其輸出為1，觸發(fā)器的狀態(tài)不變。同時，由于至J5和至J6的反饋信號將這兩個門J5、J6打開，因此可接收輸入信號，使=，=。 當CP由0變1時，門J3和J4打開，它們的輸出和的狀態(tài)由J5和J6的輸出狀態(tài)決定。=，=。由基本RS觸發(fā)器的邏輯功能可知，=。 觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)后，在CP=1時輸入信號被封鎖。J3和J4打開后，它們的輸出和的狀態(tài)是互補的，即必定有一個是0，若為0，則經(jīng)

9、J4輸出至J6輸入的反饋線將J6封鎖，即封鎖了D通往基本RS觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在0狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?狀態(tài)的作用，故該反饋線稱為置0維持線，置1阻塞線。J3為0時，將J4和J5封鎖，D端通往基本RS觸發(fā)器的路徑也被封鎖；J3輸出端至J5反饋線起到使觸發(fā)器維持在1狀態(tài)的作用，稱作置1維持線；J3輸出端至J4輸入的反饋線起到阻止觸發(fā)器置0的作用，稱為置0阻塞線。因此，該觸發(fā)器稱為維持阻塞觸發(fā)器。 由上述分析可知，維持阻塞D觸發(fā)器在CP脈沖的上升沿產(chǎn)生狀態(tài)變化，觸發(fā)器的次態(tài)取決于CP脈沖上升沿前D端的信號，而在上升沿后，輸入D端的信號變化對觸發(fā)器的輸出狀態(tài)沒有影響。如在CP脈

10、沖的上升沿到來前=0，則在CP脈沖的上升沿到來后，觸發(fā)器置0；如在CP脈沖的上升沿到來前=1，則在CP脈沖的上升沿到來后觸發(fā)器置1。維持阻塞觸發(fā)器的邏輯功能表如表1所示。 表1 觸發(fā)器的邏輯功能表 說 明00復位11置位 依據(jù)邏輯功能表可得觸發(fā)器的狀態(tài)方程為 狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表 2、74LS160N計數(shù)器74LS160十進制計數(shù)器連線圖如圖所示。圖3 74LS160十進制計數(shù)器連線圖CLR：異步清零端CLK：時鐘輸入端（上升沿有效）A- D：數(shù)據(jù)輸入端ENP，ENT：計數(shù)控制端LOAD：同步并行置入控制端RCO：進位輸出端74160的功能表如表2所示。表2 74161的功能表輸入輸出CP P T

11、D0 D1 D2 D3Q0 Q1 Q2 Q3× 0 × × × × × × × 0 0 0 0 1 0 × × a b c da b c d× 1 1 0 1 × × × ×保持× 1 1 × 0 × × × ×保持(C=0) 1 1 1 1 × × × ×計數(shù)由表2可知，74160具有以下功能：     異

12、步清零     當（CLR）=0時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何（包括時鐘信號CP ），計數(shù)器輸出將被直接置零，稱為異步清零。     同步并行預置數(shù)在=1的條件下，當(LOAD)=0、且有時鐘脈沖CP的上升沿作用時，D0、D1、D2、D3 輸入端的數(shù)據(jù)將分別被Q0Q3所接收。由于這個置數(shù)操作要與CP 上升沿同步，且D0、D1、D2、D3的數(shù)據(jù)同時置入計數(shù)器，所以稱為同步并行置數(shù)。 保持    在=1的條件下,當ENT=ENP=0,即兩個計數(shù)使能端中有0時,不管有無CP 脈沖作用

13、，計數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變(停止計數(shù))。需要說明的是，當ENP=0, ENT=1時，進位輸出C也保持不變；而當ENT=0時，不管ENP狀態(tài)如何，進位輸出RCO=0。     計數(shù)    當=ENP=ENT=1時，74161處于計數(shù)狀態(tài),電路從0000狀態(tài)開始，連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖后，電路將從1111狀態(tài)返回到0000狀態(tài)，RCO端從高電平跳變至低電平?？梢岳肦CO端輸出的高電平或下降沿作為進位輸出信號。狀態(tài)轉(zhuǎn)移真值表 五 安裝與調(diào)試1安裝（1）將電原理圖畫成印刷電路板的黑白圖并制板。（2）認真安裝焊接。2測試

14、方案(柵門由led燈2模擬，燈亮表示閘門放下，反之為升起)將J1開關接通查看led燈的通滅，當J1處于接通狀態(tài)，led燈1亮，后若干秒led燈2亮。斷開J1，led燈仍全亮。接通J2，led燈依舊全亮。斷開J2，led燈全滅。將J2開關接通查看led燈的通滅，當J2處于接通狀態(tài)，led燈1亮，后若干秒led燈2亮。斷開J2，led燈仍全亮。接通J1，led燈依舊全亮。斷開J1，led燈全滅。3調(diào)試過程（1）將J1開關接通查看led燈的通滅，當J1處于接通狀態(tài)，led燈1亮，后若干秒led燈2亮。斷開J1，led燈仍全亮。接通J2，led燈依舊全亮。斷開J2，led燈全滅。4調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題及解

15、決措施做延時裝置時無法使模擬的計時器清零。解決措施：添加一個與門，輸出端接到clr管腳，兩個輸入端，一端接入5v高電平，一端接到經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換輸出的與非門的輸出端，這樣，便能使計數(shù)器循環(huán)一個流程后自動清零5. 電路性能指標測試結(jié)果，是否滿足要求及對成果的評價電路可以正常運行軟件，并未檢測出錯誤。在仿真的過程中出現(xiàn)的結(jié)果基本符合要求，計數(shù)器的工作也很理想結(jié) 論一在此次課程設計中完成了下述工作：1進行了設計任務的需求分析，完成了總體結(jié)構圖的設計，進行了經(jīng)濟性和技術性比較，并確定最終方案2學會了用74ls160模擬計數(shù)器3學習了怎樣使用Multisim去連接邏輯圖進行仿真二課程設計中下述工作沒能完成：1如果將時間繼電器安裝在方案一上，那么，方案一就比方案二經(jīng)濟快捷。三本設計可以在下述方面進行功能擴展，但是因為時間關系未能完成設計：1在柵門放下前可以進行鳴笛示警，提醒車輛參考文獻1閻石數(shù)字電子技術基礎（第五版）北京：高等教育出版社20062電子技術課程組，電子技術 3課程設計專欄，內(nèi)蒙古工業(yè)大學精