1、 西北工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告題 目: 交通控制器學(xué) 院: 自動(dòng)化學(xué)院 班 級(jí): 學(xué)生（學(xué)號(hào)）: 張磊（*） 學(xué)生（學(xué)號(hào)）: 張強(qiáng)（*） 日期: 2013 年 1 月摘 要首先將實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為電路模型，由題意可知在該系統(tǒng)中全部只由兩個(gè)開關(guān)J1、J2控制，由J1、J2閉合形成脈沖觸動(dòng)定時(shí)器。結(jié)合設(shè)計(jì)要求計(jì)算出相關(guān)電路參數(shù)，選擇555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，形成15秒連續(xù)的高電平，從而帶動(dòng)電鈴。主控制電路主要由74LS161組成，控制紅綠交通燈。15秒倒計(jì)時(shí)電路用74LS192同步十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，通過74LS47譯碼器轉(zhuǎn)換后，用LED數(shù)碼管顯示出來。關(guān)鍵詞：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、15秒倒計(jì)

2、時(shí)電路、主控制電路。目錄摘 要2一.設(shè)計(jì)任務(wù)4二要求4三、方案設(shè)計(jì)與論證5四、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算5五、電路的安裝與調(diào)試12六、遇到問題的解決方法19七、結(jié)論與心得19八、參考文獻(xiàn)20題目 交通控制器一課程設(shè)計(jì)目的：1）鞏固和加深所學(xué)電子技術(shù)課程的基本知識(shí)， 提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力；2) 培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)課題需要選用參考書、查閱手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的能力，提高學(xué)生獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力；3) 通過設(shè)計(jì)方案的分析比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選繹及電路安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)初步掌握簡單實(shí)用電路的工程設(shè)計(jì)方法；4) 提高學(xué)生的動(dòng)手能力掌握常用儀器設(shè)備的正確使用方法，學(xué)會(huì)對(duì)簡單實(shí)用電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和對(duì)整機(jī)指標(biāo)的測(cè)

3、試方法；5) 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(jì)任務(wù)書二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：1）設(shè)計(jì)任務(wù)：一個(gè)鐵路和公路平交道口的交通控制器。該交叉路口的平面位置示意圖如圖1所示。A、B是兩個(gè)欄桿，P1、P2處設(shè)置兩個(gè)壓敏傳感器，用于檢測(cè)是否有火車通過路口。（P1和P2這兩點(diǎn)距離較遠(yuǎn)，因此一列火車不會(huì)同時(shí)壓在兩個(gè)壓敏元件上）。當(dāng)有火車通過交叉路口時(shí)，欄桿放下，禁止車輛和行人通行，當(dāng)火車通過交叉路口后，欄桿抬起，路口放行。圖 鐵路和公路平交道口的平面位置示意圖2）要求： 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(shí)，欄桿A、B應(yīng)同時(shí)放下，否則A、B同時(shí)抬

4、起。2、路口設(shè)置紅、綠兩色交通燈指示燈。在欄桿A、B放下時(shí)，路口的紅色交通燈亮，綠色交通燈滅；當(dāng)欄桿A、B抬起時(shí)，路口的綠色交通燈亮，紅色交通燈滅。3、在欄桿A、B剛抬起或剛放下時(shí)，鳴響警鈴，要求鈴聲持續(xù)15秒;同時(shí)用數(shù)碼顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間三、方案設(shè)計(jì)與論證由題意可知在該系統(tǒng)中全部只由兩個(gè)開關(guān)J1、J2控制，由J1、J2閉合形成脈沖觸動(dòng)定時(shí)器555組成的但穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，形成15秒連續(xù)的高電平，從而帶動(dòng)電鈴（在下圖中為了在Multisim中觀察方便把電鈴用燈泡代替）；主控制電路主要由74LS161組成，控制交通燈；15秒倒計(jì)時(shí)電路用顯像管顯示出來。圖 電路控制總體框圖四、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1

5、) 74LS08 四2輸入與門 74LS08為四組2輸入端與門（正邏輯），共有54/7408、54/74S08、54/74LS08 三種線路結(jié)構(gòu)型式，其主要電特性的典型值如下：表（6）引出端符號(hào): 1A4A 輸入端 1B4B 輸入端 1Y4Y 輸出端表（7）74LS08功能表2) 74LS161 二進(jìn)制異步清零同步置數(shù)計(jì)數(shù)器（異步清除）161 的清除端是異步的。當(dāng)清除端/MR 為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP 狀態(tài)如何，即可完成清除功能。 161 的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE 為低電平時(shí)，在CP 上升沿作用下，輸出端Q0Q3 與數(shù)據(jù)輸入端P0P3 一致。對(duì)于54/74161，當(dāng)CP 由低至高跳

6、變或跳變前，如果計(jì)數(shù)控制端CEP、CET為高電平，則/PE 應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而54/74LS161 無此種限制。 161 的計(jì)數(shù)是同步的，靠CP 同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CEP、CET 均為高電平時(shí)，在CP 上升沿作用下Q0Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于54/74161，只有當(dāng)CP 為高電平時(shí)，CEP、CET 才允許由高至低電平的跳變，而54/74LS161的CEP、CET 跳變與CP 無關(guān)。 161 有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個(gè)高電平脈沖，其寬度為Q0 的高電平部分。在不外加門電路的情況下，可級(jí)聯(lián)成N 位同步計(jì)數(shù)器。對(duì)

7、于54/74LS161，在CP 出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR 發(fā)生變化，電路的功能也不受影響。 引出端符號(hào)： TC 進(jìn)位輸出端 CEP 計(jì)數(shù)控制端 Q0Q3 輸出端 CET 計(jì)數(shù)控制端 CP 時(shí)鐘輸入端（上升沿有效） /MR 異步清除輸入端（低電平有效） /PE 同步并行置入控制端（低電平有效）邏輯功能表： 表74LS161D 邏輯功能表3)74LS04（單輸入非門） 當(dāng)輸入為高電平時(shí)輸出等于低電平，而輸入為低電平時(shí)輸出等于高電平。因此輸出與輸入的電平之間是反向關(guān)系，它實(shí)際上就是一個(gè)非門，也稱反向器。 74LS04為六反相器，輸入是A，輸出是Y，6個(gè)相互獨(dú)立倒相。供電電壓5V，電壓范圍在

8、4.755.25V內(nèi)可以正常工作。門數(shù)6，每門輸入輸出均為TTL電平（2v高電平）,低電平輸出電流-0.4mA,高電平輸出電流8mA。其邏輯符號(hào)、邏輯功能表、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳圖分別如下： 圖（6）中：A是輸入端，Y是輸出端，GND為電源負(fù)極，VCC為電源正極。 功能表：圖 74LS04的內(nèi)部結(jié)構(gòu)4) 555定時(shí)器 雙極型定時(shí)器CB555電路結(jié)構(gòu)圖。它是由比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD三部分組成。 555定時(shí)器是一種中規(guī)模集成電路，只要在外部配上適當(dāng)阻容元件，就可以方便地構(gòu)成脈沖產(chǎn)生和整形電路。 圖(3) 555定時(shí)器管腳圖圖 (4) 555定時(shí)器內(nèi)部原理圖在圖（3）

9、中，TH、TR分別為電路的兩個(gè)輸入端，DISC為電路內(nèi)三極管TD的放電端，VCO為電壓控制端,OUT為輸出端。表(2) 555定時(shí)器邏輯功能表由內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖可知，當(dāng)5腳懸空時(shí)，比較器C1和C2比較電壓分別為2/3VCC和1/3VC 當(dāng)vI12/3VCC，vI21/3VCC時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平基本RS觸發(fā)器被置0,放電三極管T導(dǎo)通，輸出端vO為低電平。 當(dāng)vI12/3VCC，vI21/3VCC時(shí)，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1,放電三極管T截止，輸出端vO為高電平。 當(dāng)vI11/3VCC時(shí)，基本RS觸發(fā)器R =1、S =1,觸發(fā)器狀態(tài)不

10、變，電路亦保持原狀態(tài)不變。5) 74LS192為十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器 192為可預(yù)置的十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器。192的清零端是異步的，當(dāng)清零端為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端狀態(tài)如何，即可完成清零功能，192的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘的狀態(tài)如何，輸出端即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端相一致的狀態(tài)。192的計(jì)數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時(shí)加在4個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下輸出同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPD或CPU，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端輸出一個(gè)低電平，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖;當(dāng)

11、計(jì)數(shù)下溢出時(shí)，錯(cuò)位輸出端輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。其管腳圖如下： 圖 8 74LS192管腳圖及內(nèi)部原理圖錯(cuò)位輸出端（低電平有效）進(jìn)位輸出端（低電平有效）CPD減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）CPU加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）MR異步清除端P0P3并行數(shù)據(jù)輸入端異步并行置入控制端（低電平有效） 表（3） 74LS192功能表6) 數(shù)碼顯示管： 所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小LED發(fā)光二極管，通過控制不同的LED的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè)LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)LED的另一端高電平，它

12、便能點(diǎn)亮。而共陽極就是將八個(gè)LED的陽極連在一起。其原理圖如下。其中引腳圖的兩個(gè)COM端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個(gè)八段數(shù)碼管稱為一位，多個(gè)數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時(shí)，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個(gè)位選線，那個(gè)數(shù)碼管便會(huì)被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的8段，對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的8位，a對(duì)應(yīng)最低位，dp對(duì)應(yīng)最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為，即0x3f；共陽數(shù)碼管的字符編碼為，即0xc0?？梢钥闯鰞蓚€(gè)編碼的各位正好相反。如下圖。7) 74L

13、S4774LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器， 74LS47的功能用于將BCD碼轉(zhuǎn)化成數(shù)碼塊中的數(shù)字,通過它解碼， 可以直接把數(shù)字轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管的顯示數(shù)字，(1)LT()：試燈輸入，是為了檢查數(shù)碼管各段是否能正常發(fā)光而設(shè)置的。當(dāng)LT()=0時(shí)，無論輸入A3 ，A2 ，A1 ，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為低電平，若驅(qū)動(dòng)的數(shù)碼管正常，是顯示8。 (2)BI()：滅燈輸入，是為控制多位數(shù)碼顯示的滅燈所設(shè)置的。BI()=0時(shí)。不論LT()和輸入A3 ，A2 ，A1，A0為何種狀態(tài)，譯碼器輸出均為高電平，使共陽極7段數(shù)碼管熄滅。 (3)RBI(-)：滅零輸入，它是為使不希望顯示的0熄滅而設(shè)定的。

14、當(dāng)對(duì)每一位A3= A2 =A1 =A0=0時(shí)，本應(yīng)顯示0，但是在RBI(-)=0作用下，使譯碼器輸出全1。其結(jié)果和加入滅燈信號(hào)的結(jié)果一樣，將0熄滅。 (4)RBO()：滅零輸出，它和滅燈輸入BI()共用一端，兩者配合使用，可以實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。五、電路的安裝與調(diào)試1) 交通控制器電路設(shè)計(jì) 信號(hào)燈控制電路主體采用74LS160芯片，沒有火車通過時(shí)，J1、J3全接高電平，當(dāng)有火車經(jīng)過任意一個(gè)時(shí)，從U3（與門）輸出一個(gè)低電平，相當(dāng)于給74LS161一個(gè)下降沿信號(hào)，74LS161計(jì)一次數(shù)，U1的QA端從0變到1，紅燈亮，同時(shí)給U1的置數(shù)端一個(gè)低電平，當(dāng)火車經(jīng)過第二個(gè)開關(guān)時(shí)，U3再次給U1一個(gè)

15、下降沿脈沖，U1置零，并且綠燈亮。 在Multisim11中；連好交通控制器電路如圖14所示。 在連接好電路后閉合電路開關(guān)進(jìn)行仿真，在菜單中執(zhí)行開始命令就然后進(jìn)行仿真觀察。當(dāng)火車由西向東行駛，通過開關(guān)J1、J3來模擬；相反火車從東向西開過，則反相開關(guān)J3、J1來進(jìn)行，仿真結(jié)果見總體設(shè)計(jì)電路圖。經(jīng)試驗(yàn)得到：當(dāng)火車從西向東行駛時(shí)，在未到J1時(shí)綠指示燈亮，紅指示燈滅，到J1時(shí)綠燈滅，紅燈亮，當(dāng)離開后（過了J2后）紅指示燈滅，綠指示燈亮；當(dāng)火車由東向西行駛時(shí)紅綠燈變化情況和火車由西向東行駛時(shí)完全一致。2) 定時(shí)器555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：圖（11）定時(shí)器555組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路觸發(fā)前:觸發(fā)端V1為

16、高電平，比較器1輸出高電平；比較器2也輸出高電平，輸出端輸出V0低電平，放電管導(dǎo)通，Vc1為0。 觸發(fā)時(shí)：幅度低于1/3Vcc的窄脈沖觸發(fā)信號(hào)加在觸發(fā)端，比較器2輸出低電平，鎖存器置1，關(guān)閉放電管，輸出端V0輸出高電平。電源通過電阻向電容C1充電，Vc1電壓指數(shù)增加，暫穩(wěn)態(tài)開始。 經(jīng)過15秒的延遲，觸發(fā)信號(hào)消失，觸發(fā)端為高電平。比較器2輸出高電平。 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束時(shí)：Vc1達(dá)到2/3Vcc，比較器1輸出低電平，輸出端輸出低電平，放電管導(dǎo)通，電容C1通過放電管放電，當(dāng)Vc1電壓低于2/3Vcc時(shí)，比較器1輸出高電平，恢復(fù)觸發(fā)前的狀態(tài)。 輸出脈沖寬度：電容電壓Vc1從0V增加到2/3Vcc需要的時(shí)間。

17、根據(jù)充電初值Vc1（0）=0V,充電終值Vc1=Vcc,時(shí)間常數(shù)是R1C1?？梢缘玫絍c1到達(dá)2/3Vcc的脈沖寬度Tw為： Tw=R1C1 =1.1R1C1=15(S) 經(jīng)計(jì)算C1=10uF， R1=13.63K 3）15秒倒計(jì)時(shí)電路：15s倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器采用74LS192是十進(jìn)制同步加減法計(jì)數(shù)器，采用8421BCD碼編碼，具有直接清零，異步置數(shù)功能 圖中J1撥向接地時(shí)開始工作，計(jì)時(shí)器開始工作，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿15個(gè)脈沖時(shí)高位計(jì)數(shù)器的BO端輸出低電平，將U2封鎖。兩個(gè)數(shù)碼管顯示全為0且保持0狀態(tài)。將圖中的J1撥向上，置數(shù)端輸入低電平，計(jì)數(shù)器置數(shù)為154) 總體設(shè)計(jì)電路圖總體電路圖說明: 將三大模塊

18、電路連接到一起，構(gòu)成總體電路，在Multism10仿真電路里進(jìn)行仿真，觀察其結(jié)果，符合設(shè)計(jì)要求。各要求仿真圖如下：1、當(dāng)火車由西向東行駛時(shí)，模擬方法如下： （1）當(dāng)火車過J1時(shí)，按下J1然后斷開，X2紅燈亮，同時(shí)電鈴響，兩只數(shù)碼顯像管開始倒計(jì)時(shí)，15秒后電鈴位置的燈滅，數(shù)碼管顯示為00，試驗(yàn)結(jié)果如圖。 (2)當(dāng)火車過J2時(shí)，按下J2然后斷開，X1綠燈亮，同時(shí)電鈴響，數(shù)碼管重新開始倒計(jì)時(shí)，15秒后燈熄滅，數(shù)碼管顯示為00，試驗(yàn)結(jié)果如圖。圖（23）火車由東向西經(jīng)過J1，15秒內(nèi)綠燈亮、電鈴響（X2為紅燈X1為綠燈）圖（24）火車由東向西經(jīng)過J1，15秒后綠燈還亮、電鈴?fù)ｍ懀╔2為紅燈X1為綠燈）2、當(dāng)火車由東向西行駛時(shí)，模擬方法類似，結(jié)果符合要求。六、遇到問題的解決方法1）芯片選擇：實(shí)驗(yàn)室提供的芯片與自己起初設(shè)計(jì)的芯片有出入，需要更改自己的設(shè)計(jì)，充分利用已有的芯片設(shè)計(jì)電路；2）排線時(shí)藥鋪合理安排線路的排布，利于自己檢查，識(shí)讀；3）經(jīng)理論計(jì)算的電阻值，電容值與實(shí)際值有差別，合理選擇恰當(dāng)?shù)脑?，使電路達(dá)到最佳的工作狀態(tài)；4）充分的利用萬用表檢查線路；七、結(jié)論與心得電路的設(shè)計(jì)工作是最基本的，也是最關(guān)鍵的。合理的設(shè)計(jì)方法會(huì)是電路連線簡單，充分利用個(gè)芯片的功能，是電路達(dá)到最簡。然后再計(jì)算機(jī)上仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否合理，是否有值得改進(jìn)的地方。第三步在線路板上合理的布局，使芯片安排合