鐵路平交道柵門控制器邏輯電路設(shè)計(jì)

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

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(guān)鍵詞：壓敏傳感器；柵門；信號(hào)燈 Keywords: Pressure sensor；gate；signal lights目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)概述 1二、設(shè)計(jì)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(jì)數(shù)器 6五、安裝與調(diào)試 8

5、1、安裝 82、測(cè)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(biāo)測(cè)試結(jié)果，是否滿足要求及對(duì)成果的評(píng)價(jià)12結(jié)論 12參考文獻(xiàn) 13一 設(shè)計(jì)任務(wù)概述設(shè)計(jì)一個(gè)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(diǎn)處設(shè)置感測(cè)組件，用以感測(cè)火車是否經(jīng)過，此兩點(diǎn)相距足夠遠(yuǎn)，同一列火車不會(huì)同時(shí)被此處感測(cè)組件所偵測(cè)，當(dāng)火車任何部位位于P1和P2之間時(shí)，平交道柵門應(yīng)放下，否則升起柵門。二 設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)電路時(shí)可以有多種方案：方案一：本方案運(yùn)用了非門、與非門;信號(hào)處理裝置由兩

6、個(gè)d觸發(fā)器組成，由J1、J2兩個(gè)開關(guān)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(yùn)用了非門、與非門、與門;信號(hào)處理裝置由兩個(gè)d觸發(fā)器組成，用74ls160n來模擬延時(shí)裝置，用led燈1代替交通信號(hào)燈，用led燈2代替貼道閘門，由J1、J2兩個(gè)開關(guān)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(shí)裝置經(jīng)濟(jì)性比較：方案一：元器件總價(jià)：10元；方案二 ：元器件總價(jià)：20元技術(shù)性比較：方案二所用元器件遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于方案一，并且連線復(fù)雜，器件昂貴，但是由于方案二擁有延時(shí)系統(tǒng)，而且貼近實(shí)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(guān)兩個(gè)（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(cè)器（PROBE模擬柵門及燈）、脈沖信號(hào)（CLOCK VOLTAJE）、D觸發(fā)器（7474N）、 計(jì)數(shù)器（74LS160N）。1、D觸發(fā)器觸發(fā)器是一個(gè)具有記憶功能的，具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的信息存儲(chǔ)器件，是構(gòu)成多種時(shí)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(shí)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(huì)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(hào) CP=0時(shí)，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(shí)，由于至J5和至J6的反饋信號(hào)將這兩個(gè)門J5、J6打開，因此可接收輸入信號(hào)，使=，=。 當(dāng)CP由0變1時(shí)，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(shí)輸入信號(hào)被封鎖。J3和J4打開后，它們的輸出和的狀態(tài)是互補(bǔ)的，即必定有一個(gè)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(shí)，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(hào)，而在上升沿后，輸入D端的信號(hào)變化對(duì)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(fù)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(jì)數(shù)器74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器連線圖如圖所示。圖3 74LS160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器連線圖CLR：異步清零端CLK：時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）A- D：數(shù)據(jù)輸入端ENP，ENT：計(jì)數(shù)控制端LOAD：同步并行置入控制端RCO：進(jìn)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(jì)數(shù)由表2可知，74160具有以下功能：     異

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

13、，計(jì)數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變(停止計(jì)數(shù))。需要說明的是，當(dāng)ENP=0, ENT=1時(shí)，進(jìn)位輸出C也保持不變；而當(dāng)ENT=0時(shí)，不管ENP狀態(tài)如何，進(jìn)位輸出RCO=0。     計(jì)數(shù)    當(dāng)=ENP=ENT=1時(shí)，74161處于計(jì)數(shù)狀態(tài),電路從0000狀態(tài)開始，連續(xù)輸入16個(gè)計(jì)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。可以利用RCO端輸出的高電平或下降沿作為進(jìn)位輸出信號(hào)。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(rèn)真安裝焊接。2測(cè)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(guān)接通查看led燈的通滅，當(dāng)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(guān)接通查看led燈的通滅，當(dāng)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(guān)接通查看led燈的通滅，當(dāng)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(shí)裝置時(shí)無法使模擬的計(jì)時(shí)器清零。解決措施：添加一個(gè)與門，輸出端接到clr管腳，兩個(gè)輸入端，一端接入5v高電平，一端接到經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換輸出的與非門的輸出端，這樣，便能使計(jì)數(shù)器循環(huán)一個(gè)流程后自動(dòng)清零5. 電路性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果，是否滿足要求及對(duì)成果的評(píng)價(jià)電路可以正常運(yùn)行軟件，并未檢測(cè)出錯(cuò)誤。在仿真的過程中出現(xiàn)的結(jié)果基本符合要求，計(jì)數(shù)器的工作也很理想結(jié) 論一在此次課程設(shè)計(jì)中完成了下述工作：1進(jìn)行了設(shè)計(jì)任務(wù)的需求分析，完成了總體結(jié)構(gòu)圖的設(shè)計(jì)，進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性比較，并確定最終方案2學(xué)會(huì)了用74ls160模擬計(jì)數(shù)器3學(xué)習(xí)了怎樣使用Multisim去連接邏輯圖進(jìn)行仿真二課程設(shè)計(jì)中下述工作沒能完成：1如果將時(shí)間繼電器安裝在方案一上，那么，方案一就比方案二經(jīng)濟(jì)快捷。三本設(shè)計(jì)可以在下述方面進(jìn)行功能擴(kuò)展，但是因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系未能完成設(shè)計(jì)：1在柵門放下前可以進(jìn)行鳴笛示警，提醒車輛參考文獻(xiàn)1閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）北京：高等教育出版社20062電子技術(shù)課程組，電子技術(shù) 3課程設(shè)計(jì)專欄，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)精