电气工程及其自动化
基于单片机的交通灯设计
1.总结国内外关于本课题的研究动态，并说明选题的依据和意义。
当今社会，随着社会的日益发展，人们的社会生活水平也在日益提高，不仅在物质享受方面，而且在精神享受方面。 最明显的是汽车的增长。 如今，几乎家家户户都有了汽车，因此道路经常堵塞，交通事故频发。 由于这种情况的出现，需要对交通进行有效的管理，其中路口的红绿灯就发挥了巨大的作用。 因此，有效控制交通信号灯可以更好地缓解当前的交通拥堵压力。 普通红绿灯只有四个红绿灯。 红灯禁止，绿灯通行。 更好的交通信号灯不仅包括红、黄、绿灯，还包括允许行人通行的行人信号灯以及显示通行方向和时间的显示屏。 主路为双向交通线，垂直辅路为行人路。 主干道上的红绿灯指挥车辆的通行，辅道上的红绿灯指挥行人的通行和禁止。 然而，这种交通信号灯仍然不能满足当前的交通条件。 为了使车辆和行人有序通行，红绿灯需要能够根据车流量自动调整时间，从而提高交通效率。 目前，国内出现了一种新型无线路口红绿灯智能感应控制系统。 该系统主机通过无线模块通信获取各方向从机采集的公路车辆实时交通信息，计算出路口交通的动态配时。 该系统突破了传统的固定配时模式，大大提高了路口车辆通行效率，缓解交通拥堵，具有实际应用前景。
本设计采用51系列单片机设计智能交通灯。 系统由8051单片机、红绿灯显示、LED倒计时、车辆检测与调整、违章检测、应急处理、时间模式手动设置等模块组成。 除基本红绿灯功能外，系统还具有手动设置通行时间、倒计时显示、紧急车辆强制通行、交通流量检测与调整、异常交通状况识别与处理等相关功能。理论证明该系统可以轻松、经济、有效地疏导交通，提高交通路口的通行能力。
微控制器是一种广泛使用的微处理器技术。 单片机具有品种繁多、价格低廉、功能强大、扩展能力强等优点。 随着第一代4位单片机的诞生，在短短三十多年的时间里，单片机产品不断更新换代，其发展大致经历了四个阶段。
(1)4位单片机时代
第一阶段是4位微控制器时代（1970-1974年）。 此时的单片机已经包含了多种I/O接口，如并行接口、A/D和D/A转换接口等，这些丰富的I/O接口使得4位单片机具有强大的控制能力。 主要应用于收音机、电视机、电子玩具等产品。
(2)中低端8位单片机时代
第二阶段是中档8位微控制器时代（1974-1978年）。 Intel的MCS-48系列微控制器是主要代表产品。 此时的单片机集成了8位CPU、多个并行I/O口、8位定时器/计数器、小容量RAM和ROM等。此类单片机没有集成串行接口，操作还是比较简单的。
(3)高端8位单片机时代
第三阶段是以Intel的MCS-51系列为代表的高端8位微控制器时代（1978-1983）。 此时的微控制器的性能相比上一代产品有了显着的提升。 它具有内部串行通信接口，多级中断处理系统，将定时器/计数器扩展到16位，并扩展了RAM和ROM的容量。 这类单片机功能强大，应用范围广泛，目前仍有一定的应用市场。
(4)增强型微控制器时代
第四阶段是增强型微控制器时代和16位微控制器时代（1983年至今）。 现阶段出现了很多新型的8位增强型单片机，其工作频率和内部存储器都得到了很大的提高，如PIC系列单片机、ARM系列单片机、AVR系列单片机、C8051F系列单片机等。此外，一些集成电路制造商也推出了16位微控制器，甚至32位微控制器，功能越来越强大，集成度也越来越高。
总的来说，目前的单片机产品非常丰富，但4位、8位、16位单片机都有各自的应用领域。 例如，4位单片机用于一些简单的家电和玩具，8位单片机在中小型电子设计领域是主流，而高性能的16位单片机则用于更复杂的控制系统。
目前，51系列单片机以高性能、高速度着称。 凭借体积小、价格低廉、可重复编程、功能方便等优点，在市场上得到了广泛的应用。 主要应用于以下领域：
①家用电器、玩具。 由于51系列单片机具有价格低、体积小、控制能力强、功能扩展方便等优点，广泛应用于电视机、冰箱、洗衣机、玩具、家庭防盗报警器等。
②机电一体化设备。 机电一体化装备是指将机械技术、微电子技术和计算机技术相结合，生产出具有智能化特征的产品。 是现代机械电子工业的主要发展方向。 微控制器可以作为机电一体化产品的控制，从而简化原有机械产品的结构，扩展其功能。
③智能测量设备。 以往的测量仪器体积庞大、功能单一，限制了测量仪器的发展。 用单片机改造各种测控仪器，可以缩小其体积，扩展其功能，从而产生新一代智能仪器，如各种数字万用表、示波器等。
④自动测控系统。 利用微控制器可以设计各种数据采集系统、自适应控制系统等。 例如温度的自动控制、电压电流的数据采集等。
⑥计算机控制与通信技术。 51系列单片机集成了串行通信接口，可以通过该接口与计算机的串行接口进行通信，实现计算机程序控制和通信。
51系列单片机中的AT89S51是一款低功耗、高性能的CMOS 8位单片机。 它包含一个4KB ISP（系统内可编程）Flash只读程序，可以重复擦除和写入1,000次来存储它。 该器件采用Atmel 的高密度、非易失性存储技术制成，兼容标准MCS-51 命令系统和80C51 引脚结构。 功能强大的微机AT89S51可以为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
AT89S51具有以下特点：40个引脚、4KB Flash片内程序存储器、128B随机存取数据存储器RAM、32个外部双向输入/输出I/O端口、5个中断优先级、2级中断嵌套中断、2个16位中断可编程定时计数器、2个全双工串行通信端口、看门狗WDT电路、片内时钟振荡器。
基于51系列单片机如此强大的功能、广泛的用途以及AT89S51的特点，本设计采用AT89S51单片机设计交通信号灯，实现真正的智能控制，解决当前的交通问题，保证交通线路的畅通，提高交通信号灯的利用率。交通。 网络提高了城市工业文明水平，减少了交通事故的发生，保障了人身安全，延长了生活通道。
2、研究的基本内容和要解决的主要问题：
设计基于微控制器的智能交通灯。 主要有以下几个问题需要解决：
①AT89S51单片机的内部结构、存储结构、并行I/O接口、时钟电路、中断系统等功能。
②测量交通流量传感器的工作原理、所选型号、数显管接口。
③编写程序。
④模拟。
⑤ 制作实物并验证结果。
三、研究步骤、方法和措施：
1.设计总体框架并列出所需的组件。
2.深入研究AT89S51单片机的工作原理。
3、研究传感器的工作原理以及相关显示器及其接口的工作原理。
4. 编写程序、进行模拟、制作实物。
如果遇到问题，可以查阅相关书籍，向导师请教，或者上网查一下。
4. 参考文献
[1] 李平，张驰，张波。 AT89S51单片机原理、开发及应用实例[M]． 北京：中国电力出版社，2008．
[2] 赵建岭，薛媛媛。 51单片机开发及应用技术详解[M]. 北京：电子工业出版社，2008。
[3] 卢斌. 21天学习51单片机开发[M]． 北京：电子工业出版社，2010。
[4]蔡美琴，张伟明，何金儿，毛敏，陶正素，毛一梅。 MCS-51系列单片机系统及其应用[M]． 北京：高等教育出版社，1990。
[5]马洪文，陈松利，陈志国，李健。 微型计算机应用[M]． 北京：中国矿业大学出版社，2009。
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