铁路和公路交叉路口的交通控制器资料.docx
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铁路和公路交叉路口的交通控制器资料
长沙学院
数电课程设计说明书
题目
铁路和公路交叉路口的交通控制器设计
系（部）
电子与通信工程系
专业（班级）
通信二班
姓名
周虹先
学号
2010043211
指导教师
刘亮
起止日期
2012年5月28号
2010级通信工程专业课程设计任务书（课题五）
系（部）：
电子与通信工程系专业：
通信工程
学生姓名
周虹先
同组者
张君军
指导教师
刘亮
课题名称
铁路和公路交叉路口的交通控制器设计
设计要求及设计参数
1、实现双向原则，即为火车双向行驶，汽车双向行驶；
2、满足火车优先原则，即火车来了就过火车，不管汽车是否来；
3、火车行驶中亮红灯，护栏放下；火车过后亮绿灯，护栏弹上；
4、应用压力传感器产生高低电平信号，控制电路的红绿灯的亮灭以及护栏的开合。
设计工作量
一周：
1、查找资料，根据要求的格式并结合所查资料写出理论设计方案的全过程，实验操作的步骤、数据以及结论。
2、学习使用MultiSim9软件，利用MultiSim9画出原理图并进行仿真。
3、学习使用Protel软件，利用Protel完成原理图绘制。
进度安排
起止日期
工作内容
备注
5月28日—5月30日
理论设计：
网络、图书馆查找资料
软件应用：
学习MultiSim9软件的操作并完成系统原理图的绘制
5月30日—5月31日
软件应用：
学习Protel99软件的操作并绘制原理图
6月1日
准备资料，完成课程设计答辩整理书面材料，完成课程设计说明书
主要参考资料
1．康华光．电子技术基础数字部分（第五版）
2．康华光．电子技术基础模拟部分（第五版）
3．杨欣王玉凤刘湘黔．电路设计与仿真——基于Multisim9与protel99
4．标准集成电路数据手册TTL电路（增补本）
指导教师签名
年月日
系（部）主管领导意见
年月日
答辩评委老师
年月日
教研室
意见
年月日
长沙学院课程设计鉴定表
姓名
周虹先
学号
2010043211
专业
通信工程
班级
10级
设计题目
铁路和公路交叉路口的交通控制器设计
指导教师
刘亮
指导教师意见：
评定等级：
教师签名：
日期：
答辩小组意见：
评定等级：
答辩小组长签名：
日期：
教研室意见：
教研室主任签名：
日期：
系（部）意见：
系主任签名：
日期：
说明
课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；
铁路和公路交叉路口的交通控制器设计
摘要：
介绍利用Multisim10仿真软件，设计一个铁路和公路交叉口的交通控制器，该控制器是由多种逻辑集成器件构成的典型时序控制电路。
它实现了对铁路和公路交叉口交通信号的控制。
当有火车经过时，铁路栅门放下，红灯亮，绿灯灭；当火车离开时，铁路栅门收起，绿灯亮，红灯灭。
在Multisim10的平台支撑下，方便、快捷地设计电路，计算与调整参数，并用虚拟仪器仪表做仿真观测和验证设计电路是否达到要求。
数字电路结构简单，容易制造，便于集成和系列化生产。
成本低廉，使用方便，由数字电路组成的数字系统，工作准确可靠，精度高。
数字电路不仅能完成数值运算，还可以进行逻辑运算和判断，在控制系统中这是不可缺少的。
与传统的设计手段相比，体现了电子设计自动化省时、低耗、高效的优越性
铁道部门的统计资料显示，最近几年来，随着我国铁路的提速、机动车保有量的迅速增长，加之国民安全意识较差，铁路设备的更新换代没有跟上经济发展的步伐等一系列的原因，导致我国铁路平交道口交通事故一直保持在较高的水平。
如2002年发生道口交通事故728件，已经是近20年来的最低水平。
每年仅道口交通事故就造成2000万的直接经济损失。
由于受客观条件的限制，还没有能力从高安全性的先进科技设备应用、科学管理的角度，彻底解决铁路平交道口的交通事故问题。
下面就我国平交道口事故发生率高的原因作出分析，在对新技术应用、经济体制改革的可行性进行阐述后，提出相应的建议。
交叉口交通控制器设计的必要性
随着我国经济建设的不断发展，交通运输业已日愈繁荣，而路网的建设速度也是有限的，解决之道是提速，现在的火车已经提速到了250km/小时，使得500m远的火车能在7.2s钟内到达你身边。
现有的道口情况是：
人流和车流量多的铁路道口采用栏杆来切断火车通过交叉口时公路方向的流通，但是这种栏杆完全是由人工实现的，因此浪费了大量的人力；一些人流和车流量少的道口即无人看守也无栏杆，增加了道口的危道险性。
现在，电子技术已经渗透到社会生活的各个方面，采用电子技术可以精确的检测火车的到来与离开，并对铁路交叉口的拦车杆实现自动控制，则不仅有效地提高道路运输力，促进交通运输业的发展，又确保了道口的安全通行。
关键词：
电子设计自动化；交通控制器；设计仿真；时序控制电路
1.铁路和公路交叉路口控制器电路的设计方案
1.1设计任务与要求
设计一个控制器安装与铁路公路交叉路口，要求当火车通过交叉口时红灯亮绿灯灭，而没有火车通过时绿灯亮红灯灭。
2、应用Protel99se和Multisim9软件进行实现与仿真，并用Protel99se画PCB。
1.2设计思路与原理
下图铁路和公路交叉口的平面位置示意图是该铁路和公路交叉口的平面位置示意图。
在P1和P2点设置了两个压敏传感器元件，用于检测是否有火车通过道口。
P1和P2这两点距离较远，因此一列火车不会同时压在两个压敏传感器上，因此当P1和P2间的距离大于一节火车厢长度时在P1和P2间添加传感器以保证任意两个相邻传感器间距离刚好小于一节车厢长度，本次设计结合实际考虑假设公路为40m宽，即用四个传感器实现。
A和B士两个栅门，当火车由东向西或者由西向东通过P1P2段，且当火车的任何部分位于P1P2之间时，栅门A和B应同时关闭，道口的红色交通灯亮，绿色交通灯灭，公路禁止通行；否则栅门A和B同时打开，道口的绿色交通灯亮，红色交通灯灭，公路允许通行。
压敏元件的功能是，当它感受到火车的压力时，产生逻辑电平1，否则产生逻辑电平0。
设位于P1和P2两点的压敏元件所输出的信号分别为x1和x2。
栅门A和B的开闭如图3-2电路控制框图所示的电路控制。
控制电路的输入是压敏元件所发出的信号x1和x2，输出信号z用来控制栅门A和B，当Z=1时，栅门关闭；当Z=0时栅门打开。
图1.2
1.3.Multisim仿真元器件的选用
7404N芯片多块
7474N芯片多块
7400芯片多块
7410多块
7420多块
红灯绿灯各一个
压力传感开关多个
1.4系统设计相关元件介绍
1.4.1非门
非逻辑（7404N）在决定事物结果的条件具备时结果不发生，条件不具备时结果发生的因果关系称为非逻辑，又称为逻辑求反。
7404N非逻辑代数运算图标符
图1.4.1
非逻辑真值表（表1-4-1）
A
Y
0
1
1
0
1.4.2与非门
与非门电路及其逻辑符号
图1.4.2图1.4.3
与非门真值表（表1-4-2）
A
B
Y
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0
1.4.3D触发器
图1.4.4
电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。
如果在CP高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。
而边沿触发器允许在CP触发沿来到前一瞬间加入输入信号。
这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。
边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。
D触发器工作原理：
SD和RD接至基本RS触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。
当SD=0且RD=1时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q非=0，即触发器置1；当SD=1且RD=0时，触发器的状态为0,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。
我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。
1.特征表
2.特征方程
3.Qn+1=D
4.时序图
波形图（CP,D,Q）
2铁路和公路交叉路口控制器电路的设计与调试
2.1电路工作原理图
图2.1.1
图中j1、j2、、j3、j4是压力传感开关，j1、j4位于铁路与公路交界处铁轨稍前处即P1、P2，j3、j2位于P1、P2之间，以保证相邻两传感器间距离小于一节火车车厢长度。
图2.1.2
电路中当传感器没有受到压力时保持红灯熄灭绿灯亮，当有大于等于一个传感器受到压力时，绿灯亮红灯熄灭。
当火车想交叉路口驶来前路口是红灯熄灭绿灯亮，此时公路上可以通行，当火车向交叉路口驶来当火车头压住j1或j4，此时红灯亮绿灯熄灭公路禁止通行，因为设计时保证了两相邻传感器间距离稍微小于单节火车长度，因此当从火车头驶入P1P2段一直到火车尾驶出P1P2段一直是红灯亮绿灯灭，当火车尾驶出P1P2段后红灯熄灭绿灯亮。
如下图所示
2.2电路Multisim整体仿真结果与调试
图中2.2.1~2.2.4连续的四个图演示的是当火车有远处驶向交叉路口火车头触压第一个传感器后直到火车头触压到最后一个传感器的过程中灯的亮灭情况，这也说明无论火车压在多少个传感器上都会绿灯亮红灯灭，图2.1.1演示了当没有火车驶来时，每个传感器都不受到压力，这是绿灯亮红灯灭。
图2.2.1图2.2.2
图2.2.3图2.2.4
3、Protel原理图的绘制
图3.0
总结与体会
数字电路结构简单，容易制造，便于集成和系列化生产。
成本低廉，使用方便， 由数字电路组成的数字系统，工作准确可靠，精度高。
数字电路不仅能完成数值运算，还可以进行逻辑运算和判断，在控制系统中这是不可缺少的．数字电路相对于模拟电路的这一系列优点，使它在通信、自动控制、测量仪器及计算机等各个科学领城内得到广泛的应用。
当今时代，数字电路已广泛地应用于各个领域.
本课程设计的任务和目标是实际设计一个信号发生器，并在电脑上用MULTISIM软件模拟实现和用Protel99se软件进行PCB设计，从而加深对知识的理解和综合利用，提升自己的实践能力，并掌握一些通用的电子设计和仿真软件。
用传统的设计手段来完成一个具体电路的构思却又没有足够的把握时，通常只能在面包板或万能板上用实际的元件和导线去连接实验电路，然后进行测试、调整，往往面包板会接触不良，一旦出错就不得不在不满密密麻麻的元件和导线的板子上，一根一根地检查，一个一个地替换元件以调整参数。
而从上面利用Multisim10对铁路和公路交叉口的交通控制器进行设计，可看到利用EDA仿真设计软件，只要点击鼠标轻轻松松地构建电路，修改元件参数，以实现对具体电路的仿真，从而大大提高设计效率和降低设计成本。
本次设计本可以制作成PCB板，做出实物来模拟交叉口交通控制器，但由于时间的限制，所以只利用了软件进行模拟，望老师多多指导。
参考文献
1、永军，李景华，《数字逻辑与数字系统》，电子工业出版社，2005
2、荀殿栋，程宗汇，《实用数字电路设计手册》，电子工业出版社，2005
3、华光，《电子技术基础数字部分（第四版）》，高等教育出版社，2000
4、陈振官等，《数字电路及制作实例》，国防工业出版社，2000
5、徐惠民延明，《数字电路与逻辑设计》，人民邮电出版社，2006
6、阎石，《数字电子技术基础（第四版）》，高等教育出版社,1998
7、张维康，《数字电子技术基础》，高等教育出版社
8、雍新生，《集成数字电路的逻辑设计》，复旦大学出版社
9、李响初，数字电路基础与应用。
机械工业出版社，2008年10月
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