【正文】 心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)實(shí)際車(chē)流量通過(guò) 8051 芯片的 P1 口設(shè)置紅、綠燈燃亮?xí)r間的功能 ；紅綠燈循環(huán)點(diǎn)亮，倒計(jì)時(shí)剩 5秒時(shí)黃燈閃爍警示（ 交通燈信號(hào)通過(guò) PA 口輸出 ， 顯示時(shí)間直接通過(guò) 8255 的 PC 口 輸出 至雙位數(shù)碼管） ；車(chē)輛闖紅燈報(bào)警；綠燈時(shí)間可檢測(cè)車(chē)流量并可通過(guò)雙位數(shù)碼管顯示。本 系統(tǒng) 實(shí)用性強(qiáng) 、 操作簡(jiǎn)單 、擴(kuò)展 功能 強(qiáng) 。 攀枝花學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 單片機(jī)概述 2 2 單片機(jī)概述 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支 ，也是頗具生命力的機(jī)種。單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)，特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱(chēng)為微控制器。 通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成， 集成了 CPU、 ROM、 RAM、 I/O 接口、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件。 因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠吭O(shè)備相結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。 單片機(jī)的應(yīng)用結(jié)束了計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員“壟斷”計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的時(shí)代，它既給各專(zhuān)業(yè)人員 帶來(lái)了學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)的緊迫性，同時(shí)也帶來(lái)了可能性，增強(qiáng)了人們進(jìn)入這一領(lǐng)域的自信心。 單片機(jī)經(jīng)過(guò) 萌芽階段、初級(jí) 8 位機(jī)階段、 高級(jí)八位機(jī)階段、 16 位單片機(jī)階段 的發(fā)展，目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU 功能在增強(qiáng)，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。 攀枝花學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 芯片簡(jiǎn)介 3 3 芯片簡(jiǎn)介 MSC51芯片簡(jiǎn)介 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8051 是 MCS51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。 8051 單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總 線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說(shuō)明： 中央處理器： 中央處理器 (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。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM) 8051 內(nèi)部有 128 個(gè) 8 位用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和 128 個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶(hù)只能訪問(wèn)，而不能用于存放用戶(hù)數(shù)據(jù)，所以，用戶(hù)能使用的 RAM 只有 128 個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果 或用戶(hù)定義的字型表。 圖 1 程序存儲(chǔ)器 (ROM)： 8051 共有 4096 個(gè) 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶(hù)程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個(gè) 16 位的可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。 攀枝花學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 芯片簡(jiǎn)介 4 并行輸入輸出 (I/O)口： 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。 全雙工串行口： 8051 內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用。 中斷系統(tǒng)： 8051 具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有 2 級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。 時(shí)鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達(dá) 12MHz 的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但 8051 單片機(jī)需外置振蕩電容。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類(lèi)型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)的形式，即哈佛 (Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓 (Princeton)結(jié)構(gòu)。 INTEL 的 MCS51 系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。 下圖是 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 2。 圖 2 攀枝花學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 芯片簡(jiǎn)介 5 MCS51 的引腳說(shuō)明： MCS51 系列單片機(jī)中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin封裝的雙列直接 DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明： MCS51的引腳說(shuō)明： MCS51 系列單片機(jī)中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin封裝的雙列直接 DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置， 40 個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個(gè) I/O 口，中斷口線與 P3 口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明： 如圖 3 圖 3 Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng) 8051 通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在 RESET引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指 針 寫(xiě)入 07H，其它專(zhuān)用寄存器被清 “0”。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8051 的初始態(tài) 。 8051 的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位 ，見(jiàn)下圖 4。此外，RESET/Vpd 還是一復(fù)用腳， Vcc 掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 攀枝花學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 芯片簡(jiǎn)介 6 圖 4 Pin30:ALE/ 當(dāng)訪問(wèn)外部程序器時(shí)， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器時(shí)， ALE端將有一個(gè) 1/6 時(shí)鐘頻率的正脈沖信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以用于識(shí)別單片機(jī)是否工作，也可以當(dāng)作一個(gè)時(shí)鐘向外輸出。更有一個(gè)特點(diǎn)，當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器， ALE 會(huì)跳過(guò)一個(gè)脈沖。 如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖選通信號(hào)， PC 的 16位地址數(shù)據(jù)將出現(xiàn)在 P0 和 P2 口上，外部程序存儲(chǔ)器則把指令數(shù)據(jù)放到 P0 口上，由 CPU 讀入并執(zhí)行。 Pin31:EA/V pp程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機(jī)，內(nèi)置有 4kB的程序存儲(chǔ)器，當(dāng) EA為 高電平并且程序地址小于 4kB 時(shí)，讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器指令數(shù)據(jù)，而超過(guò) 4kB 地址則讀取外部指令數(shù)據(jù)。如 EA 為低電平，則不管地址大小，一律讀取外部程序存儲(chǔ)器指令。顯然，對(duì)內(nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器的 8031,EA 端必須接地。 在編程時(shí)， EA/Vpp腳還 需加上 21V的編程電壓。 8255 芯片簡(jiǎn)介 8255 可編程并行接口芯片簡(jiǎn)介 : 8255 可編程并行接口芯片有三個(gè)輸入輸出端口，即 A 口、 B 口和 C 口，對(duì)應(yīng)于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。其內(nèi)部還有一個(gè)控制寄存器，即控制口。通常 A口、 B口作為 輸入輸出的數(shù)據(jù)端口。 C口作為控制或狀態(tài)信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每個(gè)端口包含一個(gè) 4 位鎖存器。它們分別與端口 A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號(hào)輸出或作為狀態(tài)信號(hào)輸入。 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說(shuō)明 : 8255 有兩種控制命令字；一個(gè)是方式選擇控制字；另一個(gè)是 C 口按位置位／復(fù)位控制字。其中 C口按位置位／復(fù)位控制字方式使用較為繁難，說(shuō)明也較冗長(zhǎng)，故在此不作敘述，需要時(shí)用戶(hù)可自行查找有關(guān)資料。 方式控制字格式說(shuō)明如表 1： 表 1 D7：設(shè)定工作方式標(biāo)志， 1 有效。 D D5： A 口方式選擇 0 0 — 方式 0 0 1 — 方式 1 1 — 方式 2 D4： A口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 攀枝花學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 芯片簡(jiǎn)介 7 D3： C口高 4位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D2： B口方式選擇 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B口功能 （ 1=輸入， 0=輸出） D0： C 口低 4位功能 （ 1=輸入， 0=輸出） 8255 可編程并行接口芯片工作方式說(shuō)明 : 方式 0：基本輸入／輸出方式。適用于三個(gè)端口中的任何一個(gè)。每一個(gè)端口都可以用作輸入或輸出。輸出可被鎖存，輸入不能鎖存。 方式 1：選通輸入／輸出方式。這時(shí) A口或 B口的 8位外設(shè)線用作輸入或輸出，C口的 4 條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。 方式 2 ：雙向總線方式。只有 A 口具備雙向總線方式， 8 位外設(shè)線用作輸入或輸出，此時(shí) C口的 5條線用作通訊聯(lián)絡(luò)信號(hào)和中斷請(qǐng)求信號(hào)。 74LS373 簡(jiǎn)介 74LS373 是一種帶三態(tài)門(mén)的 8D鎖存器，其管腳示意圖如下示： 其中 ： 1D8D為 8個(gè)輸入端。 1Q8Q為 8個(gè)輸出端。 LE 為數(shù)據(jù)打入端：當(dāng) LE為“ 1”時(shí)，鎖存器輸出 狀態(tài) 同輸入狀態(tài)；當(dāng) LE由“ 1”變“ 0”時(shí)，數(shù)據(jù) 打 入鎖存器 OE 為輸出允許端：當(dāng) OE=0 時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)； 當(dāng) OE=1 時(shí)，三態(tài)門(mén)關(guān)閉，輸出高阻。 攀枝花學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 圖 5 是一個(gè)十字路口示意圖。分別用 4 表明四個(gè)流向的主車(chē)道，用A、 B、 C、 P 分別表示各主車(chē)道的左行車(chē)道、直行車(chē)道、右行車(chē)道以及人行道。用a、 b、 c、 p 分別表示左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)和人行道的交通信號(hào)燈，如圖 6 所示。 交通燈閃亮的過(guò)程： 路口 1 的車(chē)直行時(shí)的所有指示燈情況為： 3a3b2p 綠 3c 紅 +4a4b4c 3p 全紅 +1c 綠 1a1b4p 紅 +2c 綠 2a2b1p 紅 路口 2 的車(chē)直行時(shí)的所有指示燈情況為： 4a4b3p 綠 4c 紅 + 1a1b1c 4p 全紅 + 2c 綠 2a2b1p 紅 +3c 綠 3a3b2p 紅 故路口 3 的車(chē)直行時(shí)的所有指示燈情況為： 1a1b4p 綠 1c 紅 + 2a2b2c 1p 全紅 +3c 綠 3a3b2p 紅 +4c 綠 4a4b3p 紅 故路口 4 的車(chē)直行時(shí)的所有指示燈情況為： 2a2b1p 綠 2c 紅 +3c3a3b2p 全紅 +4c 綠 4a4b3p 紅 +1c 綠 1a1b4p 紅 攀枝花學(xué)院專(zhuān)科畢業(yè)論