開題報(bào)告

電氣工程及自動(dòng)化

基于單片機(jī)的交通燈設(shè)計(jì)

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

當(dāng)今社會(huì)，隨著日益增長(zhǎng)的社會(huì)發(fā)展，人們對(duì)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(zhǎng)。最明顯的就是汽車的增長(zhǎng)?，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(dāng)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(shí)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(dāng)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(dòng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，這樣就可以提高通行的效率。目前國(guó)內(nèi)有一種新型的無線十字路口交通燈智能感應(yīng)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主機(jī)通過無線模塊通信得到各方向從機(jī)采集的公路車輛實(shí)時(shí)流量信息并計(jì)算出十字路口交通動(dòng)態(tài)配時(shí)。該系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)固定配時(shí)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(shí)際應(yīng)用前景。

本設(shè)計(jì)采用51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)智能交通燈，該系統(tǒng)由8051單片機(jī)、交通燈顯示、LED倒計(jì)時(shí)、車輛檢測(cè)及調(diào)整、違規(guī)檢測(cè)、緊急處理、時(shí)間模式手動(dòng)設(shè)置等模塊組成。系統(tǒng)除基本交通燈功能外，還具有通行時(shí)間手動(dòng)設(shè)置、可倒計(jì)時(shí)顯示、急車強(qiáng)行通過、車流量檢測(cè)及調(diào)整、交通異常狀況判別及處理等相關(guān)功能。理論證明該系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效地疏導(dǎo)交通，提高交通路口的通行能力。

單片機(jī)是一種廣泛應(yīng)用的微處理器技術(shù)。單片機(jī)具有種類繁多、價(jià)格低、功能強(qiáng)大和擴(kuò)展能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著第一代4位單片機(jī)的誕生，在短短三十幾年時(shí)間中，單片機(jī)產(chǎn)品不斷更新，其發(fā)展大致經(jīng)歷了4個(gè)階段。

（1）4位單片機(jī)時(shí)代

第一階段是4位單片機(jī)時(shí)代（1970年—1974年），這時(shí)的單片機(jī)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(jī)具有很強(qiáng)的控制能力。主要用于收音機(jī)、電視機(jī)和電子玩具等產(chǎn)品中。

（2）低中檔8位單片機(jī)時(shí)代

第二階段是中檔8為單片機(jī)時(shí)代（1974年—1978年），Intel公司的MCS-48系列單片機(jī)是主要的代表產(chǎn)品。這時(shí)的單片機(jī)內(nèi)部集成了8位CPU、多個(gè)并行I/O口、8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、小容量的RAM和ROM等。這種單片機(jī)中沒有集成串行接口，操作仍比較簡(jiǎn)單。

（3）高檔8位單片機(jī)時(shí)代

第三階段是高檔8位單片機(jī)時(shí)代（1978年—1983年），以Intel公司的MCS-51系列為典型代表。此時(shí)的單片機(jī)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(jí)中斷處理系統(tǒng)，將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展為16位，并且擴(kuò)大了RAM和ROM的容量等。這類單片機(jī)功能強(qiáng)，應(yīng)用范圍極廣，至今仍有一定的應(yīng)用市場(chǎng)。

（4）增強(qiáng)型單片機(jī)時(shí)代

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

總的來說，現(xiàn)在的單片機(jī)產(chǎn)品非常豐富，但4位、8位、16位單片機(jī)均有其各自的應(yīng)用領(lǐng)域。例如4位單片機(jī)在一些簡(jiǎn)單的家電和玩具使用中使用，8位單片機(jī)在中、小規(guī)模電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域中占主流，而高性能的16位單片機(jī)在比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

目前51系列單片機(jī)以其高性能、高速度。體積小、價(jià)格低廉、可重復(fù)編程和方便功能等優(yōu)點(diǎn)，在市場(chǎng)上得到廣泛的應(yīng)用。其主要應(yīng)用于如下幾個(gè)領(lǐng)域：

①家電產(chǎn)品及玩具。由于51系列單片機(jī)價(jià)格低、體積小、控制能力強(qiáng)、功能擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于電視、冰箱、洗衣機(jī)、玩具、家用防盜報(bào)警器等方面。

②機(jī)電一體化設(shè)備。機(jī)電一體化設(shè)備是指將機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)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(jī)械及電子工業(yè)的主要發(fā)展方向。單片機(jī)可以作為機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制，從而簡(jiǎn)化原機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并擴(kuò)展其功能。

③智能測(cè)量設(shè)備。以前的測(cè)量?jī)x表體積大、功能單一，限制了測(cè)量?jī)x表的發(fā)展。采用單片機(jī)改造各種測(cè)量控制儀表，可以使其體積減少、功能擴(kuò)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(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。采用單片機(jī)可以設(shè)計(jì)各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)等。例如溫度的自動(dòng)控制、電壓電流的數(shù)據(jù)采集。

⑥計(jì)算機(jī)控制及其通信技術(shù)。51系列單片機(jī)都集成有串行通信接口，可以通過該借口和計(jì)算機(jī)的串行接口進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的程序控制和通信等。

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

ISP（In-system

programmable）的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)其，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4KB

Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，32個(gè)外部雙向輸入/輸出I/O口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗WDT電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。

基于51系列單片機(jī)具有如此強(qiáng)大的功能、廣泛的用途和AT89S51的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)來設(shè)計(jì)交通燈，實(shí)現(xiàn)真正的智能化控制，解決當(dāng)前的交通問題，保證交通線路的暢通無阻，改善交通網(wǎng)絡(luò)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(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的智能交通燈。主要有以下幾個(gè)問題要解決：

①AT89S51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、并行I/O接口、時(shí)鐘電路、中斷系統(tǒng)等其他功能。

②測(cè)量車流量傳感器的工作原理及其選用型號(hào)，數(shù)碼顯示管的接口。

③編寫程序。

④模擬仿真。

⑤做出實(shí)物，驗(yàn)證結(jié)果。

三、研究步驟、方法及措施：

1.設(shè)計(jì)一個(gè)總體框架，列出所需器件。

2.深入研究AT89S51單片機(jī)的工作原理。

3.研究傳感器工作原理以及相關(guān)顯示器的工作原理及其接口。

4.編寫程序，進(jìn)行模擬仿真，并做出實(shí)物。

如遇到問題參考相關(guān)書籍、向指導(dǎo)老師請(qǐng)教或者上網(wǎng)查詢。

四、參考文獻(xiàn)

[1]

李萍，張池，張勃.AT89S51單片機(jī)原理、開發(fā)與應(yīng)用實(shí)例[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.[2]

趙建領(lǐng)，薛園園.51單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.[3]

陸彬.21天學(xué)習(xí)51單片機(jī)開發(fā)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.[4]

蔡美琴，張為名，何金兒，毛敏，陶正蘇，毛義梅.MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社，1990.[5]

馬鴻文，陳松立，陳治國(guó)，李劍.微計(jì)算機(jī)應(yīng)用[M].北京:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2009.