開題報告

電氣工程及自動化

基于單片機的交通燈設計

一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義

當今社會，隨著日益增長的社會發(fā)展，人們對于社活的水平也日益提高，不僅在物質(zhì)享受方面有所提高，在精神享受方面也逐漸增長。最明顯的就是汽車的增長?，F(xiàn)在幾乎每戶人家都有一輛汽車，以至于道路經(jīng)常堵塞，頻繁出現(xiàn)交通事故。由于這種狀況的出現(xiàn)，這就要求能有效的管理交通，其中十字路口的交通燈起著巨大的作用。因此，交通燈的有效控制能較好的緩解當前的交通堵塞壓力。一般的交通燈只有四盞紅綠燈，紅燈禁止，綠燈通行。較好的交通燈不僅有紅黃綠燈，還有可以讓行人通行的行人路燈以及顯示通行方向和時間的顯示器。其中主干道為雙向的交通線路，垂直的輔路可供行人行走。主干道上的紅綠燈指揮車輛的行駛，輔路上的紅綠燈指揮行人的通行與禁止。但是這種交通燈還是不能滿足當前的交通狀況，要使車輛和行人能有條不紊的通行，就需要交通燈能根據(jù)車流量自動的調(diào)節(jié)時間，這樣就可以提高通行的效率。目前國內(nèi)有一種新型的無線十字路口交通燈智能感應控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主機通過無線模塊通信得到各方向從機采集的公路車輛實時流量信息并計算出十字路口交通動態(tài)配時。該系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)固定配時模式，大大提高了十字路口車輛通行效率，緩解了交通阻塞，具有實際應用前景。

本設計采用51系列單片機設計智能交通燈，該系統(tǒng)由8051單片機、交通燈顯示、LED倒計時、車輛檢測及調(diào)整、違規(guī)檢測、緊急處理、時間模式手動設置等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時間手動設置、可倒計時顯示、急車強行通過、車流量檢測及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關功能。理論證明該系統(tǒng)能夠簡單、經(jīng)濟、有效地疏導交通，提高交通路口的通行能力。

單片機是一種廣泛應用的微處理器技術。單片機具有種類繁多、價格低、功能強大和擴展能力強等優(yōu)點。隨著第一代4位單片機的誕生，在短短三十幾年時間中，單片機產(chǎn)品不斷更新，其發(fā)展大致經(jīng)歷了4個階段。

（1）4位單片機時代

第一階段是4位單片機時代（1970年—1974年），這時的單片機已經(jīng)包含多種I/O接口，如并行接口、A/D和D/A轉(zhuǎn)換接口等。這些豐富的I/O接口使得4位單片機具有很強的控制能力。主要用于收音機、電視機和電子玩具等產(chǎn)品中。

（2）低中檔8位單片機時代

第二階段是中檔8為單片機時代（1974年—1978年），Intel公司的MCS-48系列單片機是主要的代表產(chǎn)品。這時的單片機內(nèi)部集成了8位CPU、多個并行I/O口、8位定時器/計數(shù)器、小容量的RAM和ROM等。這種單片機中沒有集成串行接口，操作仍比較簡單。

（3）高檔8位單片機時代

第三階段是高檔8位單片機時代（1978年—1983年），以Intel公司的MCS-51系列為典型代表。此時的單片機性能比前一代產(chǎn)品有明顯提高，其內(nèi)部增加了串行通信接口，具備多級中斷處理系統(tǒng)，將定時器/計數(shù)器擴展為16位，并且擴大了RAM和ROM的容量等。這類單片機功能強，應用范圍極廣，至今仍有一定的應用市場。

（4）增強型單片機時代

第四階段是增強型單片機時代及16位單片機時代（1983年—至今）。這一階段出現(xiàn)了許多新型的8位增強型單片機，其工作頻率、內(nèi)部存儲器等都有很大的提升，例如PIC系列單片機、ARM系列單片機、AVR系列單片機、C8051F系列單片機等。另外有些集成電路廠商還推出了16位單片機，甚至32位單片機，其功能越來越來強大，集成越來越來高。

總的來說，現(xiàn)在的單片機產(chǎn)品非常豐富，但4位、8位、16位單片機均有其各自的應用領域。例如4位單片機在一些簡單的家電和玩具使用中使用，8位單片機在中、小規(guī)模電子設計領域中占主流，而高性能的16位單片機在比較復雜的控制系統(tǒng)中得到應用。

目前51系列單片機以其高性能、高速度。體積小、價格低廉、可重復編程和方便功能等優(yōu)點，在市場上得到廣泛的應用。其主要應用于如下幾個領域：

①家電產(chǎn)品及玩具。由于51系列單片機價格低、體積小、控制能力強、功能擴展方便等優(yōu)點，使其廣泛應用于電視、冰箱、洗衣機、玩具、家用防盜報警器等方面。

②機電一體化設備。機電一體化設備是指將機械技術、微電子技術和計算機技術結(jié)合在一起，從而產(chǎn)生具有智能化特性的產(chǎn)品，它是現(xiàn)代機械及電子工業(yè)的主要發(fā)展方向。單片機可以作為機電一體化產(chǎn)品的控制，從而簡化原機械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并擴展其功能。

③智能測量設備。以前的測量儀表體積大、功能單一，限制了測量儀表的發(fā)展。采用單片機改造各種測量控制儀表，可以使其體積減少、功能擴展，從而產(chǎn)生新一代的智能化儀表，如各種數(shù)字萬用表、示波器等。

④自動測控系統(tǒng)。采用單片機可以設計各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自適應控制系統(tǒng)等。例如溫度的自動控制、電壓電流的數(shù)據(jù)采集。

⑥計算機控制及其通信技術。51系列單片機都集成有串行通信接口，可以通過該借口和計算機的串行接口進行通信，實現(xiàn)計算機的程序控制和通信等。

在51系列單片機中的AT89S51是一個低功耗、高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4KB

ISP（In-system

programmable）的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲其，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。

AT89S51具有如下特點：40個引腳，4KB

Flash片內(nèi)程序存儲器，128B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，32個外部雙向輸入/輸出I/O口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗WDT電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。

基于51系列單片機具有如此強大的功能、廣泛的用途和AT89S51的特點，本設計采用AT89S51單片機來設計交通燈，實現(xiàn)真正的智能化控制，解決當前的交通問題，保證交通線路的暢通無阻，改善交通網(wǎng)絡提高城市的工業(yè)文明水平，減少交通事故的發(fā)生，保障人身安全，延伸生命通道。

二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問題：

設計一個基于單片機的智能交通燈。主要有以下幾個問題要解決：

①AT89S51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲結(jié)構(gòu)、并行I/O接口、時鐘電路、中斷系統(tǒng)等其他功能。

②測量車流量傳感器的工作原理及其選用型號，數(shù)碼顯示管的接口。

③編寫程序。

④模擬仿真。

⑤做出實物，驗證結(jié)果。

三、研究步驟、方法及措施：

1.設計一個總體框架，列出所需器件。

2.深入研究AT89S51單片機的工作原理。

3.研究傳感器工作原理以及相關顯示器的工作原理及其接口。

4.編寫程序，進行模擬仿真，并做出實物。

如遇到問題參考相關書籍、向指導老師請教或者上網(wǎng)查詢。

四、參考文獻

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