基于74LS164交通信号控制系统逻辑电路的设计 - 全文

简述交通灯基本工作原理

交通灯系统原理图：为了确保十字路口的车辆顺利畅通地行驶，往往都采用自动控制的交通信号灯来进行指挥。其中红灯（R）亮，表示该条道路禁止通行；黄灯（Y）亮表示停车；绿灯（G）亮表示允许通行。见下图：

据于74LS164十四进制扭坏形计数器状态循环转换原理。文章对交通信号逻辑电路的设计原理和设计方法作了深人全面的分析和阐述，对从事数字电子逻辑电路的设计人员提高设计能力、拓宽设计思路、熟悉中小规模集成电路的综合应用能力、加深理解电路的控制原理、提高综合运用所学知识的工程实践能力具有重要的参考价值。

1交通信号控制系统功能设计

叉路口的交通信号控制系1.1十字统平面布置（见图1）

注： LMG- 主干道绿灯LMY- 主干道黄灯LMR一主干道红灯

LBG一支干道绿灯LBY- 支干道黄灯LBR- 支干道红灯

1.2信号灯正常工作流程（见图2）

因为主于道车辆多，故放行时间相对比较长，设计放行时间为485;支干道的车辆少，放行时间相对较短，设计放行时间为24S;每次绿灯变红灯之前，要求黄灯亮4S且为间歇闪烁，此时另一千道的红灯状态仍然保持不变，在主于道和支干道均设有倒计时数字显示，作为时间提示，以便让行人和车辆直观掌握通行时间，数字显示变化情况应与信号灯状态始终保持同步。

2 交通信号逻辑电路的设计（见图3）

3 交通信号控制系统电路分析

3.1时钟信号源

时钟信号源由NE555 时基电路组成。用于产生1HZ 的标准秒信号：

3.2 分频器

分频器由2 片74LS74 构成，第一片74LS74 对1HZ 的秒信号进行4 分频，获得周期为4S 的信号，另一片74LS74 对4 秒的信号进行2 分频，获得周期为8S 的信号周期为4S、85 的信号分时送到主控制器74LS164 的时钟信号输人端，用于控制信号灯处在不同状态的时间：

3.3 主控制器

主控制器是由一片74LS164 构成的十四进制扭环形计数器。是整个电路的核心，用于定时控制两个方向红、黄、绿信号灯的亮与灭及持续时间，在时钟CP 上升沿的连续触发下其状态转换见表1

3.4 信号灯译码驱动电路的设计（见图3）

信号灯译码驱动电路由若千个门电路组成、用于对主控制器中Q5Q6 的4 种状态进行译码并直接驱动红、黄、绿三色信号灯，令扭环形计数器中Q5Q6 的4 种状态OO、10、11、01分别代表主于道和支干道交通灯的4 种工作状态：主干道绿灯亮、支干道红灯亮;主干道黄灯亮、支干道红灯亮;主干道红灯亮、支于道绿灯亮;主于道红灯亮、支于道黄灯亮令灯亮为“，灯灭为“”0“，则可得出信号灯译码驱动电路的真值表（ 见表2 ）

由真值表可得出各信号灯的逻辑表达式：LMG=。;LMY=Q5.;LMR=Q6 ;LBG=Q5.Q6; LBY=.06; LBR=： 因黄灯要间歇闪烁（4秒期间闪4次），所以将LMY、LBY 与1S 的标准秒脉冲信号CP 相“与”便得出：LMY’=LMY.CP ;LBY=LBY.CP：

3.5 信号灯工作时序

由时序图可知，在Q5Q6=00 期间，共需6 个CP 触发脉冲，所以应将周期为8秒的时基信号CP2 送人扭环形计数器的CP 端，则6TCP2=6 x 8S=48S，符合绿灯的放彳行时间为48 秒同理，当Q5Q6 处于10、11、01三种状态时，应将周期为4秒的时基信号CP1送人扭环计数器的CP端，才能满足这三种状态时信号灯亮灭的时间要求，以上8 秒和4 秒时基信号分时送人扭环计数器CP 端是由74LS04 的G9、74L.S125 的G10、G11共同完成的（ 见图3），只有当LMG亮期间（ 48 秒），G10导通G11截止，将8 秒时基信号送入扭环计数器CP 端，而在其余三种状态的时间段LMG 都是灭的，Gi0 截止G11导通，将4 秒时基信号送人扭环行十数器CP 端。

3.6 数字显示控制电路

数字显示控制电路是由4 片74LS190组成的两个减法计数器组成，用于进行倒计时数字显示的控制。当LMG 亮、LBR 亮（ Q5Q6=00 ）时，对应主干道的两片74LS 190 构成的52 进制减法讦数器开始工作，从数字“52“开始，每来一个秒脉冲，显示数字减1，当减到“0”时，LMR亮、LBG 亮，同时，主于道的52 进制减法计数器停止计数，支千道的两片74LS190构成的28 进制减法计数器开始工作，从数字“28“开始，每来一个秒脉冲，显示数字减1，直至减到“0” 为止减法计数前的初始值，是利用另一个道路上的黄灯信号对74LS190 的LD 端进行控制实现的，当黄灯亮时，减法电路置入初始值;当黄灯灭而红灯亮时，减法计数器开始进行减计数

3.7 数字显示电路

数字显示电路是由两片74LS245 和4片74LS49 集成电路及4 块LED 七段数码管LDD580 构成的。用于进亍倒十时数字的显示，因主于道和支于道的减法计数器是分时工作的，而任何时刻两方向的数字显示均为相同的数字，采用两片74LS245就可以实现这个功能。当主于道减法计数器计数时，对应于主干道的74LS245 工作，将主干道计数器的工作状态同时送到两个方向的译码显示电路，反之，当支干道减法计数器开始计数时，对应于支干道的74LS245 开始工作，将支干道计数器的工作状态同时送到两个方向的译码显示电路。

主干道和支干道的放行时间是可以随意设置的，比如可以设置主干道的放行时间为60 秒，支干道的放于时间为30 秒，黄灯闪烁的时间为5S，改变分频器的分频系数即可实现这一功能，将1HZ的标准秒信号经一个上升沿触发的5 分频器分频得到一个周期为5S 的信号，再经过2 分顿得到周期为10S 的信号，将周期为5S和10S 的信号轮流送人74LS 164 的CP 端即可，其中，5 分频器可利用74LS290 来实现。