【正文】 (CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是 8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼， CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。 ②有 128字節(jié) 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM。 8051內(nèi)部有 128個(gè) 8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。 ③ .4KB片內(nèi) 程序存儲(chǔ)器 ROM或 EPROM 8051共有 4096 個(gè) 8位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù) ④ .片內(nèi) 18個(gè) 特 殊功能寄存器（ SFR） 如圖（圖 11）所示： 遼寧工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 3 圖 11 片內(nèi)特殊存儲(chǔ)器分布圖 ⑤ .4個(gè) 8位 的并行輸入輸出 I/O口（ PIO） 8051共有 4組 8位 I/O口 (P0、 P P2 或 P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸 P0口 ~ 輸入與輸出 分時(shí)的傳送地址低 8位與數(shù)據(jù)線 P1口 ~ 輸入與輸出 無(wú)第 二功能 P2口 ~ 輸入與輸出 傳送地址的高 8位 P3口 ~ 輸入與輸出 — RXD：串行口輸入端 — TXD：串行口輸出端 — TXD：串行口輸出端 — ：外部中斷 0中斷請(qǐng)求輸入端 — ：外部中斷 1中斷請(qǐng)求輸入端 — T0：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0外部輸入端 — T1：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1外部輸入端 — ：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào) 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 位尋址區(qū) R7 R0 3 組（ 8 字節(jié)） 特殊功能寄存器 SFR 2 組 1 組 0 組 0F0H SFR 可尋址區(qū) 0E0H 0D0H 0C8H 0B8H 0B0H 0A8H 0A0H 98H 90H 88H 80H 0FFH 80H 7FH 30H 2FH 20H 1FH 00H 遼寧工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 — ：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào) ⑥ .1個(gè) 串行口 I/O（ SIO/UART）完成單片機(jī)與其他微機(jī)的之間的串行通信 ⑦ .2/3個(gè) 16位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器（ TIMER/COUNTER） ⑧ .可處理 5個(gè)中斷源，兩級(jí)可程序優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng) 其中含有 MCS51指令集含 111條指令，按照指令操作功能話費(fèi)有五類： 1數(shù)據(jù)傳送指令（ 28） 2算術(shù)運(yùn)算指令（ 24） 3邏輯運(yùn)算及轉(zhuǎn)移指令（ 25） 4控制轉(zhuǎn)移指令（ 22） 5位 操作指令（ 12） 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 12 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 除去圖中的存儲(chǔ)電路和 I/O部件，剩下的是 CPU，它可以分為運(yùn)算器和控制器兩部分。運(yùn)算器功能部件包括算術(shù)邏輯運(yùn)算單元 ALU、累加器 ACC、寄存器 B、暫存寄存器 TMP TMP程序狀態(tài)字寄存器 PSW 等?？刂破鞴δ懿考ǔ绦蛴?jì)數(shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID、定時(shí)控制邏輯電路 CU、數(shù)據(jù)指針寄存器 DPTR、堆棧指針 SP及時(shí)鐘電路等。 遼寧工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 5 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)通行方案設(shè)計(jì) 設(shè)在十字路口，分為東西 向和南北向，在任一時(shí)刻只有一個(gè)方向通行，另一方向禁行，持續(xù)一定時(shí)間，經(jīng)過短暫的過渡時(shí)間，將通行禁行方向?qū)Q。其具體狀態(tài)如下圖所示。說明：黑色表示亮，白色表示滅。交通狀態(tài)從狀態(tài) 1 開始變換，直至狀態(tài) 6然后循環(huán)至狀 1， 周而復(fù)始，即如圖 （圖 21） 所示：直至狀態(tài) 6然后循環(huán)至狀態(tài) 1， 通過具體的路口交通燈狀態(tài)的演示分析我們可以把這四個(gè)狀態(tài)歸納如下： 圖 21 交通狀態(tài) ※東西方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，南北方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí)20秒。此狀態(tài)下，東西向禁止通行，南北向允許通行。 ※東西方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮， 南北方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí) 2 秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 ※南北方向紅燈滅，同時(shí)綠燈亮，東西方向黃燈滅，同時(shí)紅燈亮，倒計(jì)時(shí) 20秒。此狀態(tài)下，東西向允許通行，南北向禁止通行。 ※南北方向綠燈滅，同時(shí)黃燈亮，東西方向紅燈亮，倒計(jì)時(shí) 2秒。此狀態(tài)下，除了已經(jīng)正在通行中的其他所以車輛都需等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 下面我們可以用圖表表示燈狀態(tài)和行止?fàn)顟B(tài)的關(guān)系如下 ： 遼寧工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 表 21 交通狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài) 東西南北四個(gè)路口均有紅綠黃 3燈和數(shù)碼顯示管 2個(gè)，在任一個(gè)路口，遇紅燈禁止通行，轉(zhuǎn)綠燈允許通行，之后黃燈亮警告行止?fàn)顟B(tài)將變換。狀態(tài)及紅綠燈狀態(tài)如表 。說明： 0表示滅， 1表示亮。 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的功能要求 本設(shè)計(jì)能模擬基本的交通控制系統(tǒng)，用紅綠黃燈表示禁行，通行和等待的信號(hào)發(fā)生，還能進(jìn)行倒計(jì)時(shí)顯示，車流量檢測(cè)及調(diào)整，交通 違規(guī)處理和緊急處理等功能。 倒計(jì)時(shí)顯示 倒計(jì)時(shí)顯示可以提醒駕駛員在信號(hào)燈燈色發(fā)生改變的時(shí)間、在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇。駕駛員和行人普遍都愿意選擇有倒計(jì)時(shí)顯示的信號(hào)控制方式，并且認(rèn)為有倒計(jì)時(shí)顯示的路口更安全。倒計(jì)時(shí)顯示是用來減少駕駛員在信號(hào)燈色改變的關(guān)鍵時(shí)刻做出復(fù)雜判斷的 1 種方法，它可以提醒駕駛員燈色發(fā)生改變的時(shí)間，幫助駕駛員在“停止”和“通過”兩者間作出合適的選擇 。 車流量檢測(cè)及調(diào)整 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，城市人口和機(jī)動(dòng)車擁有量在急劇增長(zhǎng)，交通流量日益加大，交通 擁擠堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，交通事故時(shí)有發(fā)生。車輛檢測(cè)器作為智能交通系統(tǒng)的基本組成部分，在智能交通系統(tǒng)中占有重要的地位?，F(xiàn)階段，車輛檢測(cè)器檢測(cè)方式有很多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，如紅外線檢測(cè)器、地磁 檢測(cè)器、機(jī)械壓電檢測(cè)器，磁頻檢測(cè)器、 視頻檢測(cè)器等。一般車流量檢測(cè)器采用傳感器 +單片機(jī) +外圍器件來實(shí)現(xiàn)。 而且，目前國(guó)內(nèi)使用的紅綠燈都是固定的紅綠燈時(shí)間，并自動(dòng)切換。紅燈時(shí)間和綠燈時(shí)間，是根據(jù)道口東西向和南北向的車流量，利用統(tǒng)計(jì)方法確定的。交通警察不斷觀察十字路口的兩個(gè)方向，根據(jù)車輛密度和流速?zèng)Q定是否切換紅綠燈，以保證最佳的道路交 通控制狀態(tài)。 狀態(tài) 1 狀態(tài) 3 狀態(tài) 4 狀態(tài) 6 東西向 南北向 東西紅燈 東西黃燈 東西綠燈 南北紅燈 南北綠燈 南北黃燈 禁行 通行 1 0 0 0 1 0 等待變換 等待變換 1 0 0 0 0 1 通行 禁行 0 0 1 1 0 0 等待變換 等待變換 0 1 0 1 0 0 遼寧工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 時(shí)間手動(dòng)設(shè)置 除系統(tǒng)根據(jù)車流量自動(dòng)控制調(diào)整，也可以通過鍵盤進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置，增加了人為的可控性，避免自動(dòng)故障和意外發(fā)生，并再緊急狀態(tài)下，可設(shè)置所有燈變?yōu)榧t燈。鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的人機(jī)接口，一般情況下有獨(dú)立式和行列式兩種。前者軟件編寫簡(jiǎn)單，但在按鍵數(shù)量較多時(shí)特別浪費(fèi) I／ 0口資源，一般用于按鍵數(shù)量少的系統(tǒng)。后者適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，但是在單片機(jī) I／ 0 口資源相對(duì)較少而需要較多按鍵時(shí)，此方法仍不能滿足設(shè)計(jì)要求。本系統(tǒng)要求的按鍵控制不多，且 I／ 0口足夠，可直接采用獨(dú)立式。 緊急處理 交通路口出現(xiàn)緊急狀況在所難免，如特大事件發(fā)生，救護(hù)車等急行車通過等，我們都必須盡量允許其暢通無(wú)阻，畢竟在這種情況下是分秒必爭(zhēng)的，時(shí)時(shí)刻刻關(guān)系著公共財(cái)產(chǎn)安全，個(gè)人生死攸關(guān)等。由此在交通控制中增設(shè)禁停按鍵，就可達(dá)到想此目的。 單片機(jī)交通控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成及原理 單片機(jī)設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)，可用單片機(jī)直接控制信號(hào)燈的狀態(tài)變化，基本上可以指揮交通的具體通行，當(dāng)然，接入 LED 數(shù)碼管就可以顯示倒計(jì)時(shí)以提醒行使者，更具人性化。本系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上，加入了違規(guī)檢測(cè)電路和車流量檢測(cè)電路為單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)此 進(jìn)行具體處理，及時(shí)調(diào)整控制指揮，為了超越視覺指揮的局限性，同時(shí)接上蜂鳴器，在聽覺上加強(qiáng)了指揮提醒作用。 如圖（圖 22）所示： 單片機(jī) 圖 22 系統(tǒng)的總體框圖 單片機(jī) 紅黃綠信號(hào)燈 8 級(jí) LED 數(shù)碼管顯示 車流量傳感器 最小系統(tǒng)外圍接口 按鍵控制 蜂鳴器 遼寧工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 據(jù)此，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，連接成最小系統(tǒng)，由車流量檢測(cè)模塊，違規(guī)檢測(cè)模塊，和按鍵設(shè)置模塊等產(chǎn)生輸入，信號(hào)燈狀態(tài)模塊， LED倒計(jì)時(shí)模塊和蜂鳴器狀態(tài)模塊接受輸出。系統(tǒng)的總體框圖如上所示。 鍵盤設(shè)置模塊對(duì)系統(tǒng)輸入模式選擇及具體通行時(shí)間設(shè)置的信號(hào)，系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行交通燈狀態(tài)顯示控制，同時(shí)將時(shí)間數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)輸入到 LED 數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。在此過程中還要實(shí)時(shí)捕捉違規(guī)檢測(cè)和緊急按鍵信號(hào)，以達(dá)到對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的目的。急停按鍵和違規(guī)檢測(cè)隨時(shí)調(diào)用中斷。 在模式選擇上，若為自動(dòng)模式，將不斷調(diào)用車流量檢測(cè)模塊對(duì)車流量進(jìn)行檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，到達(dá)一定時(shí)間將修正通行時(shí)間一滿足不同路況的需要。 系統(tǒng)硬件總電路構(gòu)成及原理 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)要求的具體功能，可以選用 AT89C52單片機(jī)及外圍器件構(gòu)成最小控制系統(tǒng)， 12 個(gè)發(fā)光二極管分成 4 組紅綠黃三色燈構(gòu)成信號(hào)燈指示模塊， 8 個(gè)LED東西南北各兩個(gè)構(gòu)成倒計(jì)時(shí)顯示模塊，車流量檢測(cè) 傳感器采集流量數(shù)據(jù)，光敏傳感器捕獲違規(guī)信號(hào)，若干按鍵組成時(shí)間設(shè)置和模式選擇按鈕和緊急按鈕等，以及用 1個(gè)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。 系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，組成一個(gè)集車流量采集、處理、自動(dòng)控制為一身的閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件電路由車流量檢測(cè)電路、單片機(jī)、違規(guī)檢測(cè)電路，狀態(tài)燈， LED顯示，按鍵，蜂鳴器組成。其具體的硬件電路總圖如圖 所示。 其中 P0， P1，用于送顯兩片 LED 數(shù)碼管， P2 用于控制紅綠黃發(fā)光二極管，XTAL1和 XTAL2接入晶振時(shí)鐘電路， REST引腳接上復(fù)位電路， INT1接違規(guī)檢測(cè)電路和緊停／東西時(shí)間設(shè)置鍵 J， 即 INT1接車流量檢測(cè)電路， 接南北時(shí)間設(shè)置鍵 S， ／返回鍵 F， 。 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)上電或手動(dòng)復(fù)位之后，系統(tǒng)等待模式選擇設(shè)置鍵按下，模式分兩種：紅綠燈時(shí)間自動(dòng)和紅綠燈時(shí)間設(shè)置。若此時(shí) F 鍵按下，則設(shè)置為自動(dòng)模式，若此時(shí)按下的是 S鍵，則設(shè)置為時(shí)間設(shè)置模式，依次按 S若干次， J鍵若干次可設(shè)置好兩個(gè)方向的紅綠燈時(shí)間，再按 F 鍵確認(rèn)。其實(shí)這個(gè)過程就是將存儲(chǔ)時(shí)間值的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以及標(biāo)志是否要進(jìn)行車流量檢測(cè)及調(diào)整。 接下 來，系統(tǒng)必須先顯示狀態(tài)燈及 LED 數(shù)碼管，將狀態(tài)碼值送顯 P2 口，將要顯示的時(shí)間值的個(gè)位和十位分別送顯 P0和 P1口，在此同時(shí)以 50ms 為周期，用軟件方法計(jì)時(shí) 1秒，到達(dá) 1s就要將時(shí)間值減 1，刷新 LED數(shù)碼管。 時(shí)間到達(dá)一個(gè)狀態(tài)所要全部時(shí)間，則要進(jìn)行下一狀態(tài)判斷及銜接，并裝入次狀態(tài)的相應(yīng)狀態(tài)碼值以及時(shí)間值， 當(dāng)然，還要開啟兩個(gè)外部中斷，其一為違規(guī)信號(hào)或禁停信號(hào)輸入，一旦信號(hào)有效，中斷開始，進(jìn)入中斷服務(wù)子程序，開啟蜂鳴器禁止全部通行，當(dāng)按下 F遼寧工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 鍵，中斷結(jié)束返回。其二為車流量檢測(cè)信號(hào)輸入，若檢測(cè)到車輛經(jīng)過，進(jìn)入相應(yīng)的中斷 子程序，將存儲(chǔ)車流量的寄存器加 1，然后中斷結(jié)束返回。 每滿一個(gè)狀態(tài)循環(huán)周期，若為自動(dòng)模式，則須將檢測(cè)到的車流量數(shù)據(jù)處理一次，判斷兩個(gè)方向的交通輕重緩急狀況，再調(diào)整下次狀態(tài)循環(huán)的紅綠燈時(shí)間，以達(dá)到自動(dòng)控制的目的。 如圖（圖 31）所示。 圖 31 基于單片機(jī)的交通燈控制系統(tǒng)電路圖 車流量檢測(cè)電路及模擬 為了達(dá)到對(duì)紅綠燈的時(shí)間控制，需要對(duì)道路上的車流量進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)前比較流行的車流量檢測(cè)器件，是一種自感式的車輛傳感器。其工作原理是當(dāng)車輛經(jīng)過傳感器時(shí)，引起其自感的變化，考慮到單片機(jī)系統(tǒng)的便利性， 本次設(shè)計(jì)用一種手動(dòng)的操作方式，即車流量的檢測(cè)電路用撥斷開關(guān)代替。其基本思路為：當(dāng)車流量大時(shí)，有撥斷開關(guān)送出一個(gè)高電平。另外，再單片機(jī)和坡度按開關(guān)之間加了光電隔離。下面叫簡(jiǎn)紹光電隔離，以 TLP550 為例。 TLP550是日本東芝公司生產(chǎn)的一款光耦，該光耦沒有和基極連接，適合與再遼寧工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 噪聲比較大的環(huán)境中應(yīng)用。 TLP550 的工作原理如下：當(dāng) 叫的電壓為正，且能時(shí)發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)，控制的發(fā)光二極管發(fā)光，使得輸出端的光敏二極管導(dǎo)通。這樣輸出端的基極相當(dāng)于與 8 引腳連接，其電平為高，使得三極管導(dǎo)通，及 兩個(gè)引腳導(dǎo)通 。由于 5 引腳接地，這樣輸出端 6 叫就為低電平。再實(shí)際使用中， 。這樣當(dāng) 二級(jí)光發(fā)光時(shí)，輸出端三極