基于74LS164交通信號(hào)控制系統(tǒng)邏輯電路的設(shè)計(jì)

簡(jiǎn)述交通燈基本工作原理

交通燈系統(tǒng)原理圖：為了確保十字路口的車輛順利暢通地行駛，往往都采用自動(dòng)控制的交通信號(hào)燈來(lái)進(jìn)行指揮。其中紅燈（R）亮，表示該條道路禁止通行；黃燈（Y）亮表示停車；綠燈（G）亮表示允許通行。見(jiàn)下圖：

據(jù)于74LS164十四進(jìn)制扭壞形計(jì)數(shù)器狀態(tài)循環(huán)轉(zhuǎn)換原理。文章對(duì)交通信號(hào)邏輯電路的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法作了深人全面的分析和闡述，對(duì)從事數(shù)字電子邏輯電路的設(shè)計(jì)人員提高設(shè)計(jì)能力、拓寬設(shè)計(jì)思路、熟悉中小規(guī)模集成電路的綜合應(yīng)用能力、加深理解電路的控制原理、提高綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的工程實(shí)踐能力具有重要的參考價(jià)值。

1交通信號(hào)控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

叉路口的交通信號(hào)控制系1.1十字統(tǒng)平面布置（見(jiàn)圖1）

注： LMG- 主干道綠燈LMY- 主干道黃燈LMR一主干道紅燈

LBG一支干道綠燈LBY- 支干道黃燈LBR- 支干道紅燈

1.2信號(hào)燈正常工作流程（見(jiàn)圖2）

因?yàn)橹饔诘儡囕v多，故放行時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)放行時(shí)間為485;支干道的車輛少，放行時(shí)間相對(duì)較短，設(shè)計(jì)放行時(shí)間為24S;每次綠燈變紅燈之前，要求黃燈亮4S且為間歇閃爍，此時(shí)另一千道的紅燈狀態(tài)仍然保持不變，在主于道和支干道均設(shè)有倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示，作為時(shí)間提示，以便讓行人和車輛直觀掌握通行時(shí)間，數(shù)字顯示變化情況應(yīng)與信號(hào)燈狀態(tài)始終保持同步。

2 交通信號(hào)邏輯電路的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3）

3 交通信號(hào)控制系統(tǒng)電路分析

3.1時(shí)鐘信號(hào)源

時(shí)鐘信號(hào)源由NE555 時(shí)基電路組成。用于產(chǎn)生1HZ 的標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)：

3.2 分頻器

分頻器由2 片74LS74 構(gòu)成，第一片74LS74 對(duì)1HZ 的秒信號(hào)進(jìn)行4 分頻，獲得周期為4S 的信號(hào)，另一片74LS74 對(duì)4 秒的信號(hào)進(jìn)行2 分頻，獲得周期為8S 的信號(hào)周期為4S、85 的信號(hào)分時(shí)送到主控制器74LS164 的時(shí)鐘信號(hào)輸人端，用于控制信號(hào)燈處在不同狀態(tài)的時(shí)間：

3.3 主控制器

主控制器是由一片74LS164 構(gòu)成的十四進(jìn)制扭環(huán)形計(jì)數(shù)器。是整個(gè)電路的核心，用于定時(shí)控制兩個(gè)方向紅、黃、綠信號(hào)燈的亮與滅及持續(xù)時(shí)間，在時(shí)鐘CP 上升沿的連續(xù)觸發(fā)下其狀態(tài)轉(zhuǎn)換見(jiàn)表1

3.4 信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3）

信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路由若千個(gè)門電路組成、用于對(duì)主控制器中Q5Q6 的4 種狀態(tài)進(jìn)行譯碼并直接驅(qū)動(dòng)紅、黃、綠三色信號(hào)燈，令扭環(huán)形計(jì)數(shù)器中Q5Q6 的4 種狀態(tài)OO、10、11、01分別代表主于道和支干道交通燈的4 種工作狀態(tài)：主干道綠燈亮、支干道紅燈亮;主干道黃燈亮、支干道紅燈亮;主干道紅燈亮、支于道綠燈亮;主于道紅燈亮、支于道黃燈亮令燈亮為“，燈滅為“”0“，則可得出信號(hào)燈譯碼驅(qū)動(dòng)電路的真值表（ 見(jiàn)表2 ）

由真值表可得出各信號(hào)燈的邏輯表達(dá)式：LMG=。;LMY=Q5.;LMR=Q6 ;LBG=Q5.Q6; LBY=.06; LBR=： 因黃燈要間歇閃爍（4秒期間閃4次），所以將LMY、LBY 與1S 的標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)CP 相“與”便得出：LMY’=LMY.CP ;LBY=LBY.CP：

3.5 信號(hào)燈工作時(shí)序

由時(shí)序圖可知，在Q5Q6=00 期間，共需6 個(gè)CP 觸發(fā)脈沖，所以應(yīng)將周期為8秒的時(shí)基信號(hào)CP2 送人扭環(huán)形計(jì)數(shù)器的CP 端，則6TCP2=6 x 8S=48S，符合綠燈的放彳行時(shí)間為48 秒同理，當(dāng)Q5Q6 處于10、11、01三種狀態(tài)時(shí)，應(yīng)將周期為4秒的時(shí)基信號(hào)CP1送人扭環(huán)計(jì)數(shù)器的CP端，才能滿足這三種狀態(tài)時(shí)信號(hào)燈亮滅的時(shí)間要求，以上8 秒和4 秒時(shí)基信號(hào)分時(shí)送人扭環(huán)計(jì)數(shù)器CP 端是由74LS04 的G9、74L.S125 的G10、G11共同完成的（ 見(jiàn)圖3），只有當(dāng)LMG亮期間（ 48 秒），G10導(dǎo)通G11截止，將8 秒時(shí)基信號(hào)送入扭環(huán)計(jì)數(shù)器CP 端，而在其余三種狀態(tài)的時(shí)間段LMG 都是滅的，Gi0 截止G11導(dǎo)通，將4 秒時(shí)基信號(hào)送人扭環(huán)行十?dāng)?shù)器CP 端。

3.6 數(shù)字顯示控制電路

數(shù)字顯示控制電路是由4 片74LS190組成的兩個(gè)減法計(jì)數(shù)器組成，用于進(jìn)行倒計(jì)時(shí)數(shù)字顯示的控制。當(dāng)LMG 亮、LBR 亮（ Q5Q6=00 ）時(shí)，對(duì)應(yīng)主干道的兩片74LS 190 構(gòu)成的52 進(jìn)制減法訐數(shù)器開(kāi)始工作，從數(shù)字“52“開(kāi)始，每來(lái)一個(gè)秒脈沖，顯示數(shù)字減1，當(dāng)減到“0”時(shí)，LMR亮、LBG 亮，同時(shí)，主于道的52 進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，支千道的兩片74LS190構(gòu)成的28 進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，從數(shù)字“28“開(kāi)始，每來(lái)一個(gè)秒脈沖，顯示數(shù)字減1，直至減到“0” 為止減法計(jì)數(shù)前的初始值，是利用另一個(gè)道路上的黃燈信號(hào)對(duì)74LS190 的LD 端進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)黃燈亮?xí)r，減法電路置入初始值;當(dāng)黃燈滅而紅燈亮?xí)r，減法計(jì)數(shù)器開(kāi)始進(jìn)行減計(jì)數(shù)

3.7 數(shù)字顯示電路

數(shù)字顯示電路是由兩片74LS245 和4片74LS49 集成電路及4 塊LED 七段數(shù)碼管LDD580 構(gòu)成的。用于進(jìn)亍倒十時(shí)數(shù)字的顯示，因主于道和支于道的減法計(jì)數(shù)器是分時(shí)工作的，而任何時(shí)刻兩方向的數(shù)字顯示均為相同的數(shù)字，采用兩片74LS245就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。當(dāng)主于道減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)于主干道的74LS245 工作，將主干道計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)同時(shí)送到兩個(gè)方向的譯碼顯示電路，反之，當(dāng)支干道減法計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)于支干道的74LS245 開(kāi)始工作，將支干道計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)同時(shí)送到兩個(gè)方向的譯碼顯示電路。

主干道和支干道的放行時(shí)間是可以隨意設(shè)置的，比如可以設(shè)置主干道的放行時(shí)間為60 秒，支干道的放于時(shí)間為30 秒，黃燈閃爍的時(shí)間為5S，改變分頻器的分頻系數(shù)即可實(shí)現(xiàn)這一功能，將1HZ的標(biāo)準(zhǔn)秒信號(hào)經(jīng)一個(gè)上升沿觸發(fā)的5 分頻器分頻得到一個(gè)周期為5S 的信號(hào)，再經(jīng)過(guò)2 分頓得到周期為10S 的信號(hào)，將周期為5S和10S 的信號(hào)輪流送人74LS 164 的CP 端即可，其中，5 分頻器可利用74LS290 來(lái)實(shí)現(xiàn)。