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交通控制器的设计 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。 一、设计要求： 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。 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。 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。 提示： 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。 X1 其中： 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。 CP：控制电路的时钟信号，由555定时器产生，5V，1000Hz。 二、电路工作原理： 电路组成如图一所示，由1Hz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. 1Hz信号发生器： 由555构成多谐振荡器产生1Hz的脉冲。 2. 时序控制电路： 画状态表和状态图，画卡诺图并化简，列写现态次态表达式，得出触发器的D1，D2及输出Z的表达式。 3. 15秒倒计时显示电路： 由两个74192及两个译码器及七段显示器构成，高位片置数1，低位片置数5，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74121和一个555构成，74121的3输入端由红灯处的电平提供，当红灯变亮和红灯熄灭（绿灯变亮）时都会触发74121产生15秒的一个脉冲，然后将此脉冲接入555的输入端，将555构成一个单稳态触发器，触发产生15秒的脉冲，控制蜂鸣器报警15秒，同时控制倒计时显示电路的置数端使之开始倒计时，脉冲停止，倒计时停止，同时蜂鸣器也停止报警。 三、系统方框图 图一 四、设计方案的比较和选定 第一种方案如图二  图二 第二种方案如8中的电路图三 两种方案的分析与比较： 图一与图二的区别在于对15秒蜂鸣器的报警的控制上。 图二用x1和x2的上跳变和下跳变来控制74121使之产生15秒宽的脉冲来控制蜂鸣器报警，并控制计数器的倒计数。 图三由一个74121和一个555构成，74121的3输入端由红灯处的电平提供，当红灯变亮或熄灭时都会触发74121产生15秒的一个脉冲，然后将此脉冲接入555的输入端，将555构成一个单稳态触发器，触发产生15秒的脉冲，控制蜂鸣器报警15秒，同时控制倒计时显示电路的置数端使之开始倒计时，脉冲停止，倒计时停止，同时蜂鸣器也停止报警。 图二仿真能实现，但是由于开关模拟实际压敏元件时，x1从低电平到高电平时（红灯亮）会触发74121，但x1从高电平到低电平时（红灯继续亮）也会触发74121，实际电路难以实现，所以没有选择此电路。 图三是用红灯的变亮和熄灭来控制74121，所以不会出现图二的问题。所以选择了图三的电路。 五、单元电路设计参数计算与元器件选择 1．555构成的多谐振荡器产生5V,1Hz时钟信号：由公式1.43/[（R1+2R2）C]=f和实际情况取得 R1=43KΩ，R2=51KΩ，C=10μf 2．74121控制蜂鸣器报警的时间15秒：由T=0.69RC近似可得 R=2.2MΩ，C=10μf 555构成的单稳触发器产生15秒的时间脉冲：由T=1.1RC近似可得 R=1.5MΩ，C=10μf 六、完整电路图 图三 七、测试方法与仪器 采用仿真软件Multisim2001调试 采用实验箱及示波器调试 八、相关波形 555产生的脉冲波形图： 2：时序控制电路 3：121产生的脉冲波形 九、列出参考文献 1、数字集成电路应用300例，黄继昌等主编。，人民邮电出版社 2、第二届全国大学生电子设计竞赛组委会编．全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编（1994～1995）．北京：北京理工大学出版社，1997． 3、电子电