【正文】 心器件來設計交通燈控制器，實現(xiàn)了能根據(jù)實際車流量通過 8051 芯片的 P1 口設置紅、綠燈燃亮時間的功能 ；紅綠燈循環(huán)點亮，倒計時剩 5秒時黃燈閃爍警示（ 交通燈信號通過 PA 口輸出 ， 顯示時間直接通過 8255 的 PC 口 輸出 至雙位數(shù)碼管） ；車輛闖紅燈報警；綠燈時間可檢測車流量并可通過雙位數(shù)碼管顯示。本 系統(tǒng) 實用性強 、 操作簡單 、擴展 功能 強 。 攀枝花學院?？飘厴I(yè)論文（設計） 單片機概述 2 2 單片機概述 單片機微型計算機是微型計算機的一個重要分支 ，也是頗具生命力的機種。單片機微型計算機簡稱單片機，特別適用于控制領域，故又稱為微控制器。 通常，單片機由單塊集成電路芯片構成， 集成了 CPU、 ROM、 RAM、 I/O 接口、定時器 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件。 因此，單片機只需要和適當?shù)能浖巴獠吭O備相結合，便可成為一個單片機控制系統(tǒng)。 單片機的應用結束了計算機專業(yè)人員“壟斷”計算機計算機系統(tǒng)開發(fā)與應用的時代，它既給各專業(yè)人員 帶來了學習和掌握計算機的緊迫性，同時也帶來了可能性，增強了人們進入這一領域的自信心。 單片機經(jīng)過 萌芽階段、初級 8 位機階段、 高級八位機階段、 16 位單片機階段 的發(fā)展，目前單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，它們的 CPU 功能在增強，內(nèi)部資源在增多，引角的多功能化，以及低電壓底功耗。 攀枝花學院專科畢業(yè)論文（設計） 芯片簡介 3 3 芯片簡介 MSC51芯片簡介 MCS51 單片機內(nèi)部結構 8051 是 MCS51 系列單片機的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的講解。 8051 單片機包含中央處理器、程序存儲器 (ROM)、數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)、定時 /計數(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)在我們分別加以說明： 中央處理器： 中央處理器 (CPU)是整個單片機的核心部件，是 8 位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理 8 位二進制數(shù)據(jù)或代碼， CPU負責控制、指揮和調(diào)度整個單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運算和控制輸入輸出功能等操作。 數(shù)據(jù)存儲器 (RAM) 8051 內(nèi)部有 128 個 8 位用戶數(shù)據(jù)存儲單元和 128 個專用寄存器單元，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，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運算的中間結果 或用戶定義的字型表。 圖 1 程序存儲器 (ROM)： 8051 共有 4096 個 8 位掩膜 ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。 定時 /計數(shù)器 (ROM)： 8051 有兩個 16 位的可編程定時 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或計數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉向。 攀枝花學院專科畢業(yè)論文（設計） 芯片簡介 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)，用于對外部數(shù)據(jù)的傳輸。 全雙工串行口： 8051 內(nèi)置一個全雙工串行通信口，用于與其它設備間的串行數(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，有兩個外中斷、兩個定時 /計數(shù)器中斷和一個串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有 2 級的優(yōu)先級別選擇。 時鐘電路： 8051 內(nèi)置最高頻率達 12MHz 的時鐘電路，用于產(chǎn)生整個單片機運行的脈沖時序，但 8051 單片機需外置振蕩電容。 單片機的結構有兩種類型，一種是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開的形式，即哈佛 (Harvard)結構，另一種是采用通用計算機廣泛使用的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器合二為一的結構，即普林斯頓 (Princeton)結構。 INTEL 的 MCS51 系列單片機采用的是哈佛結構的形式，而后續(xù)產(chǎn)品 16 位的 MCS96 系列單片機則采用普林斯頓結構。 下圖是 MCS51 系列單片機的內(nèi)部結構示意圖 2。 圖 2 攀枝花學院專科畢業(yè)論文（設計） 芯片簡介 5 MCS51 的引腳說明： MCS51 系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin封裝的雙列直接 DIP結構，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用?，F(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： MCS51的引腳說明： MCS51 系列單片機中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin封裝的雙列直接 DIP結構，右圖是它們的引腳配置， 40 個引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時鐘線兩根， 4 組 8 位共 32 個 I/O 口，中斷口線與 P3 口線復用。現(xiàn)在我們對這些引腳的功能加以說明： 如圖 3 圖 3 Pin9:RESET/Vpd復位信號復用腳，當 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復位。初始化后，程序計數(shù)器 PC 指向 0000H， P0P3 輸出口全部為高電平，堆棧指 針 寫入 07H，其它專用寄存器被清 “0”。 RESET 由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。然而，初始復位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)， 8051 的初始態(tài) 。 8051 的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位 ，見下圖 4。此外，RESET/Vpd 還是一復用腳， Vcc 掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失。 攀枝花學院專科畢業(yè)論文（設計） 芯片簡介 6 圖 4 Pin30:ALE/ 當訪問外部程序器時， ALE(地址鎖存 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。而訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE端將有一個 1/6 時鐘頻率的正脈沖信號，這個信號可以用于識別單片機是否工作，也可以當作一個時鐘向外輸出。更有一個特點，當訪問外部程序存儲器， ALE 會跳過一個脈沖。 如果單片機是 EPROM，在編程其間， 將用于輸入編程脈沖。 Pin29: 當訪問外部程序存儲器時，此腳輸出負脈沖選通信號， 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程序存儲器的內(nèi)外部選通線， 8051 和 8751 單片機，內(nèi)置有 4kB的程序存儲器，當 EA為 高電平并且程序地址小于 4kB 時，讀取內(nèi)部程序存儲器指令數(shù)據(jù)，而超過 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器指令。顯然，對內(nèi)部無程序存儲器的 8031,EA 端必須接地。 在編程時， EA/Vpp腳還 需加上 21V的編程電壓。 8255 芯片簡介 8255 可編程并行接口芯片簡介 : 8255 可編程并行接口芯片有三個輸入輸出端口，即 A 口、 B 口和 C 口，對應于引腳 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。其內(nèi)部還有一個控制寄存器，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，每個端口包含一個 4 位鎖存器。它們分別與端口 A／Ｂ配合使用，可以用作控制信號輸出或作為狀態(tài)信號輸入。 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說明 : 8255 有兩種控制命令字；一個是方式選擇控制字；另一個是 C 口按位置位／復位控制字。其中 C口按位置位／復位控制字方式使用較為繁難，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時用戶可自行查找有關資料。 方式控制字格式說明如表 1： 表 1 D7：設定工作方式標志， 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 攀枝花學院專科畢業(yè)論文（設計） 芯片簡介 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明 : 方式 0：基本輸入／輸出方式。適用于三個端口中的任何一個。每一個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 A口或 B口的 8位外設線用作輸入或輸出，C口的 4 條線中三條用作數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆?lián)絡信號和中斷請求信號。 方式 2 ：雙向總線方式。只有 A 口具備雙向總線方式， 8 位外設線用作輸入或輸出，此時 C口的 5條線用作通訊聯(lián)絡信號和中斷請求信號。 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D鎖存器，其管腳示意圖如下示： 其中 ： 1D8D為 8個輸入端。 1Q8Q為 8個輸出端。 LE 為數(shù)據(jù)打入端：當 LE為“ 1”時，鎖存器輸出 狀態(tài) 同輸入狀態(tài)；當 LE由“ 1”變“ 0”時，數(shù)據(jù) 打 入鎖存器 OE 為輸出允許端：當 OE=0 時，三態(tài)門打開； 當 OE=1 時，三態(tài)門關閉，輸出高阻。 攀枝花學院?？飘厴I(yè)論文（設計） 系統(tǒng)硬件設計 8 4 系統(tǒng)硬件設計 圖 5 是一個十字路口示意圖。分別用 4 表明四個流向的主車道，用A、 B、 C、 P 分別表示各主車道的左行車道、直行車道、右行車道以及人行道。用a、 b、 c、 p 分別表示左轉、直行、右轉和人行道的交通信號燈，如圖 6 所示。 交通燈閃亮的過程： 路口 1 的車直行時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 的車直行時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 的車直行時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 的車直行時的所有指示燈情況為： 2a2b1p 綠 2c 紅 +3c3a3b2p 全紅 +4c 綠 4a4b3p 紅 +1c 綠 1a1b4p 紅 攀枝花學院?？飘厴I(yè)論