簡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，往往都采用自動控制的交通信號燈來進(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。見下圖：

據(jù)于74LS164十四進(jìn)制扭壞形計數(shù)器狀態(tài)循環(huán)轉(zhuǎn)換原理。文章對交通信號邏輯電路的設(shè)計原理和設(shè)計方法作了深人全面的分析和闡述，對從事數(shù)字電子邏輯電路的設(shè)計人員提高設(shè)計能力、拓寬設(shè)計思路、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、提高綜合運用所學(xué)知識的工程實踐能力具有重要的參考價值。

1交通信號控制系統(tǒng)功能設(shè)計

叉路口的交通信號控制系1.1十字統(tǒng)平面布置（見圖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信號燈正常工作流程（見圖2）

因為主于道車輛多，故放行時間相對比較長，設(shè)計放行時間為485;支干道的車輛少，放行時間相對較短，設(shè)計放行時間為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)有倒計時數(shù)字顯示，作為時間提示，以便讓行人和車輛直觀掌握通行時間，數(shù)字顯示變化情況應(yīng)與信號燈狀態(tài)始終保持同步。

2 交通信號邏輯電路的設(shè)計（見圖3）

3 交通信號控制系統(tǒng)電路分析

3.1時鐘信號源

時鐘信號源由NE555 時基電路組成。用于產(chǎn)生1HZ 的標(biāo)準(zhǔn)秒信號：

3.2 分頻器

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

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)形計數(shù)器。是整個電路的核心，用于定時控制兩個方向紅、黃、綠信號燈的亮與滅及持續(xù)時間，在時鐘CP 上升沿的連續(xù)觸發(fā)下其狀態(tài)轉(zhuǎn)換見表1

3.4 信號燈譯碼驅(qū)動電路的設(shè)計（見圖3）

信號燈譯碼驅(qū)動電路由若千個門電路組成、用于對主控制器中Q5Q6 的4 種狀態(tài)進(jìn)行譯碼并直接驅(qū)動紅、黃、綠三色信號燈，令扭環(huán)形計數(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“，則可得出信號燈譯碼驅(qū)動電路的真值表（ 見表2 ）

由真值表可得出各信號燈的邏輯表達(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CP 相“與”便得出：LMY’=LMY.CP ;LBY=LBY.CP：

3.5 信號燈工作時序

由時序圖可知，在Q5Q6=00 期間，共需6 個CP 觸發(fā)脈沖，所以應(yīng)將周期為8秒的時基信號CP2 送人扭環(huán)形計數(shù)器的CP 端，則6TCP2=6 x 8S=48S，符合綠燈的放彳行時間為48 秒同理，當(dāng)Q5Q6 處于10、11、01三種狀態(tài)時，應(yīng)將周期為4秒的時基信號CP1送人扭環(huán)計數(shù)器的CP端，才能滿足這三種狀態(tài)時信號燈亮滅的時間要求，以上8 秒和4 秒時基信號分時送人扭環(huán)計數(shù)器CP 端是由74LS04 的G9、74L.S125 的G10、G11共同完成的（ 見圖3），只有當(dāng)LMG亮期間（ 48 秒），G10導(dǎo)通G11截止，將8 秒時基信號送入扭環(huán)計數(shù)器CP 端，而在其余三種狀態(tài)的時間段LMG 都是滅的，Gi0 截止G11導(dǎo)通，將4 秒時基信號送人扭環(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組成的兩個減法計數(shù)器組成，用于進(jìn)行倒計時數(shù)字顯示的控制。當(dāng)LMG 亮、LBR 亮（ Q5Q6=00 ）時，對應(yīng)主干道的兩片74LS 190 構(gòu)成的52 進(jìn)制減法訐數(shù)器開始工作，從數(shù)字“52“開始，每來一個秒脈沖，顯示數(shù)字減1，當(dāng)減到“0”時，LMR亮、LBG 亮，同時，主于道的52 進(jìn)制減法計數(shù)器停止計數(shù)，支千道的兩片74LS190構(gòu)成的28 進(jìn)制減法計數(shù)器開始工作，從數(shù)字“28“開始，每來一個秒脈沖，顯示數(shù)字減1，直至減到“0” 為止減法計數(shù)前的初始值，是利用另一個道路上的黃燈信號對74LS190 的LD 端進(jìn)行控制實現(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，減法計數(shù)器開始進(jìn)行減計數(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)亍倒十時數(shù)字的顯示，因主于道和支于道的減法計數(shù)器是分時工作的，而任何時刻兩方向的數(shù)字顯示均為相同的數(shù)字，采用兩片74LS245就可以實現(xiàn)這個功能。當(dāng)主于道減法計數(shù)器計數(shù)時，對應(yīng)于主干道的74LS245 工作，將主干道計數(shù)器的工作狀態(tài)同時送到兩個方向的譯碼顯示電路，反之，當(dāng)支干道減法計數(shù)器開始計數(shù)時，對應(yīng)于支干道的74LS245 開始工作，將支干道計數(shù)器的工作狀態(tài)同時送到兩個方向的譯碼顯示電路。

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