交通控制器的设计及仿真.doc

中国石油大学（北京）电子技术课程设计报告电子技术课程设计报告-交通控制器的设计及仿真交通控制器一、 内容摘要：本课题要求设计一个铁路和公路交叉路口的交通控制器。该交叉路口的平面位置示意图如下图所示。A、B是两个栏杆，P1、P2处设置两个压敏传感器，用于检测是否有火车通过路口。（P1、P2点相距较远，一列火车不会同时压在两个压敏元件上）。当有火车通过交叉路口时，栏杆放下，禁止车辆和行人通行，当火车通过交叉路口后，栏杆抬起，路口放行。二、 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。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。分析： 栏杆A、B的抬起、放下及交通灯的控制由时序控制电路实现。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。3CP：控制电路的时钟信号，由555定时器产生，5V，1000Hz。三、 电路工作原理：电路组成如图一所示，由脉冲信号发生器，时序控制电路，15秒倒计时显示电路和15秒蜂鸣器报警电路组成。1.脉冲信号发生器： 由555构成多谐振荡器产生1Hz和1KHz的脉冲。改变电容C1的值或者电阻R1R2的值即可实现。计算公式: 频率 f=1.43/(R1+2R2)C2. 时序控制电路： 由多个与门或门和非门，3. 15秒倒计时显示电路： 由两个74192及两个七段显示器构成， CP接由555产生的1Hz脉冲 。第一个192A接高，BCD接地，达到0001的预置。第二个192AC接高，BD接低，达到0101的预置。由此8421码转換为十进制码即实现15的预置。down端接555输出的脉冲，从而实现倒计时。4. 15秒蜂鸣器报警电路： 由一个555构成，555的输入端压敏开关接或门控制，当开关P1或P2有一个产生高电平时，触发555构成的不可重复单稳态触发器产生一个15秒的高电平，蜂鸣器响15秒，同时触发计时器192倒计数15秒，脉冲停止，倒计时停止，同时蜂鸣器也停止报警。脉冲宽度计算公式： t =1.1RC四、 系统方框图五、 芯片简介1. 双触发器74LS74： 在CP上升沿时,Q等于D,在CP高电平、底电平和下降沿时，Q保持不变。74LS74功能表2. 十进制可逆计数器74LS192：74LS192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能, 74192管脚图74192功能表3.555定时器:它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器等多种应用电路。555管脚图555功能表4.LED显示器：LED显示器由8个发光二极管构成，通过不同的组合，可以用来显示0-9、A-F以及小数点等字符。有共阴和共阳两种。 5.74LS74译码器用于将BCD码转化成数码块中的数字，然后我们就能看到从0-9的数字。 7474管脚图7474功能表六、 完整电路图七、 相关波形 1 555作多谐振荡电路产生的脉冲波形图：1KHz脉冲波1Hz脉冲波2：时序控制电路3：555作单稳态触发器产生的脉冲波形八、 Protel绘制的电路原理图九、 制作的PCB十、 元器件清单 元件名称 型号 数量 计数器 74LS192 两个译码器7447两个 蜂鸣器BUZZER 一个 单输入非门 74LS04N 一个 两输入或门 74LS32N 八个 两输入与门 74LS08J 五个 555计数器 LM555CN 两个 电 容 10pF，10uF 各两个 电 容 10nF 一个 电 阻43kOhm，51kOhm，10hm 各两个 集成单稳触发器 MONOSTABLE 一个 发光二极管 LED 两个 七段译码显示器DCD_HEX 两个2个开关（不锁定）， 十一、 在在调试及组装电路过程中出现的问题及解决方法问题一：与主控对应的脉冲产生器产生的脉冲频率偏高经常导致Mutisim软件无法响应。解决方法：减小电容或电阻，降低频率。问题二：Multisim中没有74121。解决方法：用 MONOSTABLE或555代替。问题三：由于电阻的误差及公式的近似计算可能导致15秒的脉冲宽度不准，以至显示器到零后继续计时，显示99。解决方法：在数码管的接线端接上一个六口或门，当数码管输入全零时，则其输出控制192的UP端，实现数据的保持。问题四：用Protel导出PCB图时数码管无法与译码器连接解决方法：重新编辑数码管的管脚号并保存。十二、 设计心得体会首先要感谢酆达老师和姜珊老师对我们耐心的指导，在这次实习过程中我们组遇到了很多问题，两位指导老师总是积极而耐心的给我们解答 。将近两周的实习已经快要结束了，今天是实习的倒数第二天。在这将近两个星期的实习中，我们学到了很多书本上学不到的东西，也遇到了一些事先没有预料的问题。比如说在电路的设计过程中，我们可以有很多方案来选择，具体选择哪一种就要看哪一种方案比较简单，我们对这种方法是否了解。选择好方案，画完图之后，还要用示波器对不同的接线端进行测试，如果有不预期因素存在的话。比如说由竞争冒险产生的尖脉冲，这时就要设法进行消除，如果消除不了，而且严重影响整个系统运行的话就要更改方案。在这次实习过程中，我们需要运用很多课本上讲解的不是很深的知识。这就需要我们经常查资料，去图书馆找书，或者时直接到网上查。与老师和其他同学的交流，也是获取这些知识的重要来源。另外，有些知识的学不扎实，这就需要我们不断的学习。实习中出现的一个大的问题，就在软件的使用上。我们实习中要使用的两个软件Protel 和Mutisim都是英文版的，对一些电子专业词汇的不了解也，导致了很多使用上的困难。针对这一问题，我们在图书馆借了一些讲解这些软件的书籍。通过这次实习我发现团队的合作的重要性，这次实习是我们是三人一组，遇到问题大家一起讨论。不仅问题解决了，而且也增强了这种团结意识，这对以后的工作和学习都很有帮助。这次实习我们的收获很多，也长了很多的知识，总之，这次实习是很非常成功的。两周的时间，我们在学校实验室进行了电子实习活动。本次的实验内容用计算机绘制电路原理图、Protel绘制的电路原理图和制作PCB。 在为期两周的实习当中感触最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真思考，对就是思考，用所学的知识，再一步步探索，是完全可以解决遇到的一般问题的。从设计电路图，选择元器件，使用Multisim仿真电路，在实验箱上组合实践实际电路，每一个过程都经过了大家的共同探讨，其过程中出现了不少的问题，我们没有气馁，没有退缩，我积极向同学请教，并且一遍又一遍的重复实践，直到我们期望的结果实现。事实也证明我们的努力没有白费，认真严谨的实习态度给我们带来了成功的喜悦！本次实习的目的主要是使我们对电子元件有一定的感性和理性认识；对电子信息技术等方面的专业知识做进一步的理解；培养和锻炼我们的实际动手能力，使我们的理论知识与实践充分地结合，作到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实践动手能力，能分析问题和解决问题的高素质人才，为以后的顺利就业作好准备。 在大一和大二我们学的都是一些理论知识，而这一次的实习正如老师所讲，没有多少东西要我们去想，更多的是要我们去做，好多东西看起来十分简单，一看电路图都懂，但没有亲自去做它，你就不会懂理论与实践是有很大区别的，看一个东西简单，但它在实际操作中就是有许多要注意的地方，有些东西也与你的想象不一样，我们这次的实验就是要我们跨过这道实际和理论之间的鸿沟。不过，通过这个实验我们也发现有些事看似实易，在以前我是不敢想象自己可以独立一些计时器，不过，这次实验给了我这样的机会，现在我可以独立的做出。 总的来说，我对这门课是热情高涨的。第一，我从小就对这种小制作很感兴趣，那时不懂焊接，却喜欢把东西给拆来装去，但这样一来，这东西就给废了。现在电工电子实习课正是学习如何把东西“装回去”。每次完成一个步骤，我都像孩子那样高兴，并且很有“成就感”。第二，电工电子实习，是以学生自己动手，掌握一定操作技能并亲手设计、制作与调试为特色的。它将基本技能训练，基本工艺知识和创新启蒙有机结合，培养我们的实践能力和创新精神。 两周的实习短暂，但却给我以后的道路指出一条明路，那就是思考着做事，事半功倍，更重要的是，做事的心态，也可以得到磨练。在放假前的一个月，我们进行了一次数字电路的实习，我和本班的其他两个同学共三个人组成一个小组，选择的题目是交通控制器，这个题目不是太难，比较有把握。由于时间过长，我把前面的知识都忘记了，必须先复习以下，找到感觉。把书上的知识复习之后，我们开始讨论设计问题，一起在Mutlism2001上画图。虽然画图是一件比较容易的事情，但是找到要用的芯片确实花费了一定的时间。我记得其中所用的非门让我找了好半天。终于找到的时候突然之间发现只要知道他们的型号就可以马上找到了，顿时豁然开朗，刚才就应该想到的。刚开始的几天里，我们几个人对我们的题目很感兴趣 ，都很投入。在组长的带动下，我们三个人分工明确，理论联系实际，很快就作出了multisim 的图形，但是在运行的时候就遇到了很多的问题，刚开始倒计时器不能进行计数，我们又做了另一种方案的设计，但还是以失败告终，我们自己不能解决的问题在自己看书和老师的指导之下最终还是克服了各种困难，在实习的第四天终于把multisim做完了，接下来就是protel的制作了。还有一点比较深刻的体会，就是在应那个布线软件画线路图的过程中。这是一个从来没有用过的程序，而且是英文版的，我觉得难度比较大，无从下手。幸好我们找到了学习这个程序的视频，有了很大的信心。晚上回宿舍，把它认真的看了之后，很自信第二天一定可以完成。这次成功之后，心理的确很高兴，颇有感触。遇到新的东西并不害怕，只要肯想办法，就一定能克服的。我觉得