铁路平交道栅门控制器逻辑电路设计

1、在此处键入内蒙古工业大学本科课程设计说明书学校代码： 10128学 号： 课程设计说明书题 目：铁路平交道栅门控制器逻辑电路设计学生姓名： 学 院： 班 级： 指导教师： 二一六年七月一日 摘 要铁道平交道栅门控制器是设计一个电路来控制道栅门的放下和升起，在铁道上放置p1、p2两点放置压敏传感器，用以感测火车是否经过，此两点相距足够远，同一列火车不能同时被此两处压敏传感器，当火车任何部位位于p1、p2两处之间时，平交道栅门应放下，否则升起栅门。用J1、J2两个开关模拟压敏传感器，输出的信号经电路达到设计目的，即当火车经过时，信号灯亮（或变为红灯），栅门放下，禁止车辆通过；当火车驶过路口时，信号

2、灯灭（或变为绿灯），栅门升起，允许车辆通过。 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.关键词：压敏传感器；栅门；信号灯 Keywords: Pressure sensor；gate；signal lights目录一、设计任务概述 1二、设计方案论证及方框图 1三、电路组成及工作原理 3四、电路元器件选择 41、D触发器 42、74LS160N计数器 6五、安装与调试 8

5、1、安装 82、测试方案 83、调试过程 94、调试中发现的问题及解决措施125、电路性能指标测试结果，是否满足要求及对成果的评价12结论 12参考文献 13一 设计任务概述设计一个铁路平交道控制电路来控制道栅门的放下与升起，如图一，用P1和P2两点处设置感测组件，用以感测火车是否经过，此两点相距足够远，同一列火车不会同时被此处感测组件所侦测，当火车任何部位位于P1和P2之间时，平交道栅门应放下，否则升起栅门。二 设计方案方框图及论证综合该电路各部分模块要求做出如下方块图：压敏传感器灯亮栅门放下压敏传感器灯灭栅门升起在实现电路时可以有多种方案：方案一：本方案运用了非门、与非门;信号处理装置由两

6、个d触发器组成，由J1、J2两个开关分别模拟火车轨道上P1、P2的压敏传感器，高电平采用5v电压，由led灯代替栅门；方案二：本方案运用了非门、与非门、与门;信号处理装置由两个d触发器组成，用74ls160n来模拟延时装置，用led灯1代替交通信号灯，用led灯2代替贴道闸门，由J1、J2两个开关分别模拟火车轨道上P1、P2的压敏传感器，高电平采用5v电压:下图为延时装置经济性比较：方案一：元器件总价：10元；方案二 ：元器件总价：20元技术性比较：方案二所用元器件远远多于方案一，并且连线复杂，器件昂贵，但是由于方案二拥有延时系统，而且贴近实际，经过比较，最总选择方案二三 电路组成及工作原理:

7、铁路平交道栅门控制器逻辑电路如图所示： 四 电路元器件选择电源若干（VCC 5V）、单刀双掷开关两个（SPDT模拟压敏传感器）、与门若干（AND2）、与非门若干（7420N、7410N）、非门若干（7404N）、探测器（PROBE模拟栅门及灯）、脉冲信号（CLOCK VOLTAJE）、D触发器（7474N）、 计数器（74LS160N）。1、D触发器触发器是一个具有记忆功能的，具有两个稳定状态的信息存储器件，是构成多种时序电路的最基本逻辑单元，也是数字逻辑电路中一种重要的单元电路。 D触发器在时钟脉冲CP的前沿（正跳变01）发生翻转，触发器的次态取决于CP的脉冲上升沿到来之前D端的状态，即次态

8、=D。因此，它具有置0、置1两种功能。由于在CP=1期间电路具有维持阻塞作用，所以在CP=1期间，D端的数据状态变化，不会影响触发器的输出状态。电路工作过程如下。 (a) 逻辑图 (b) 逻辑符号 CP=0时，与非门J3和J4封锁，其输出为1，触发器的状态不变。同时，由于至J5和至J6的反馈信号将这两个门J5、J6打开，因此可接收输入信号，使=，=。 当CP由0变1时，门J3和J4打开，它们的输出和的状态由J5和J6的输出状态决定。=，=。由基本RS触发器的逻辑功能可知，=。 触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。J3和J4打开后，它们的输出和的状态是互补的，即必定有一个是0，若为0，则经

9、J4输出至J6输入的反馈线将J6封锁，即封锁了D通往基本RS触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用，故该反馈线称为置0维持线，置1阻塞线。J3为0时，将J4和J5封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁；J3输出端至J5反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；J3输出端至J4输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用，称为置0阻塞线。因此，该触发器称为维持阻塞触发器。 由上述分析可知，维持阻塞D触发器在CP脉冲的上升沿产生状态变化，触发器的次态取决于CP脉冲上升沿前D端的信号，而在上升沿后，输入D端的信号变化对触发器的输出状态没有影响。如在CP脉

10、冲的上升沿到来前=0，则在CP脉冲的上升沿到来后，触发器置0；如在CP脉冲的上升沿到来前=1，则在CP脉冲的上升沿到来后触发器置1。维持阻塞触发器的逻辑功能表如表1所示。 表1 触发器的逻辑功能表 说 明00复位11置位 依据逻辑功能表可得触发器的状态方程为 状态转移真值表 2、74LS160N计数器74LS160十进制计数器连线图如图所示。图3 74LS160十进制计数器连线图CLR：异步清零端CLK：时钟输入端（上升沿有效）A- D：数据输入端ENP，ENT：计数控制端LOAD：同步并行置入控制端RCO：进位输出端74160的功能表如表2所示。表2 74161的功能表输入输出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 × × × ×计数由表2可知，74160具有以下功能：     异

12、步清零     当（CLR）=0时，不管其他输入端的状态如何（包括时钟信号CP ），计数器输出将被直接置零，称为异步清零。     同步并行预置数在=1的条件下，当(LOAD)=0、且有时钟脉冲CP的上升沿作用时，D0、D1、D2、D3 输入端的数据将分别被Q0Q3所接收。由于这个置数操作要与CP 上升沿同步，且D0、D1、D2、D3的数据同时置入计数器，所以称为同步并行置数。 保持    在=1的条件下,当ENT=ENP=0,即两个计数使能端中有0时,不管有无CP 脉冲作用

13、，计数器都将保持原有状态不变(停止计数)。需要说明的是，当ENP=0, ENT=1时，进位输出C也保持不变；而当ENT=0时，不管ENP状态如何，进位输出RCO=0。     计数    当=ENP=ENT=1时，74161处于计数状态,电路从0000状态开始，连续输入16个计数脉冲后，电路将从1111状态返回到0000状态，RCO端从高电平跳变至低电平。可以利用RCO端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。状态转移真值表 五 安装与调试1安装（1）将电原理图画成印刷电路板的黑白图并制板。（2）认真安装焊接。2测试

14、方案(栅门由led灯2模拟，灯亮表示闸门放下，反之为升起)将J1开关接通查看led灯的通灭，当J1处于接通状态，led灯1亮，后若干秒led灯2亮。断开J1，led灯仍全亮。接通J2，led灯依旧全亮。断开J2，led灯全灭。将J2开关接通查看led灯的通灭，当J2处于接通状态，led灯1亮，后若干秒led灯2亮。断开J2，led灯仍全亮。接通J1，led灯依旧全亮。断开J1，led灯全灭。3调试过程（1）将J1开关接通查看led灯的通灭，当J1处于接通状态，led灯1亮，后若干秒led灯2亮。断开J1，led灯仍全亮。接通J2，led灯依旧全亮。断开J2，led灯全灭。4调试中发现的问题及解

15、决措施做延时装置时无法使模拟的计时器清零。解决措施：添加一个与门，输出端接到clr管脚，两个输入端，一端接入5v高电平，一端接到经过信号转换输出的与非门的输出端，这样，便能使计数器循环一个流程后自动清零5. 电路性能指标测试结果，是否满足要求及对成果的评价电路可以正常运行软件，并未检测出错误。在仿真的过程中出现的结果基本符合要求，计数器的工作也很理想结 论一在此次课程设计中完成了下述工作：1进行了设计任务的需求分析，完成了总体结构图的设计，进行了经济性和技术性比较，并确定最终方案2学会了用74ls160模拟计数器3学习了怎样使用Multisim去连接逻辑图进行仿真二课程设计中下述工作没能完成：1如果将时间继电器安装在方案一上，那么，方案一就比方案二经济快捷。三本设计可以在下述方面进行功能扩展，但是因为时间关系未能完成设计：1在栅门放下前可以进行鸣笛示警，提醒车辆参考文献1阎石数字电子技术基础（第五版）北京：高等教育出版社20062电子技术课程组，电子技术 3课程设计专栏，内蒙古工业大学精