【文章內容簡介】 外特性 MCS51 系列單片機的外形封裝有雙列直插 式封裝和方形封裝兩種方式。本次采用的是雙列直插式封裝，有 40 條引腳。圖 22 為引腳排列圖。 圖 22 引腳排列 各引腳功能介紹： ? Vss 電源地。 第 二 章 單片機簡介 9 ? Vcc 正常工作電壓 +5V。 ? XTAL1 片內振蕩電路輸入端。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。 ? XTAL2 片內振蕩電路的輸出端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。 ? RST/VPD 復位控制輸入 /斷電時，提供備用電源輸入。 ? ALE/PROG 允許地址鎖存輸出 /編程脈沖輸入。 正常工作時，提供把低字節(jié)地址鎖存到外部鎖存器的信號 ，還可以對外輸出時鐘信號，用于定時，并且可以驅動 8 個 TTL 電路。在 EPROM 編程期間，接收編程脈沖。 ? EA/Vpp 當 EA 為高電平時，訪問片內程序存儲器，當為低電平時，訪問外部程序存儲器。 ? PSEN 片外程序存儲器讀選通信號輸出。此引腳可以驅動 8 個 TTL 電路。 ? I/O 端口 1) P0 口 P0 口是一個 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，其中包含一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、一個輸出驅動電路和一個輸出控制電路。 P0 口可以作為輸入 /輸出口內，但 在實際應用中通常作為地址 /數據總線口，即低 8 位地址與數據線分時使用 P0 口。 2) P1 口 P1 口是一個 8 位準雙向口，每一位都能作為可編程的輸入或輸出線，在輸出驅動部分接有內部上拉電阻。 P1 口作為輸入時，可被任何 TTL 和 MOS 電路所驅動。由于具有內部上拉電阻，也可以直接被集電極開路或漏極開路的電路驅動而不必外加上拉電阻。 CPU讀 P1 口有兩種情況：讀引腳和讀鎖存器狀態(tài)。 第 二 章 單片機簡介 10 3) P2 口 P2 口為一個 8 位準雙向口，可以作為輸入口或輸出口使用，外接 I/O 設備時，又作為擴展系統(tǒng)的地址總線，輸出高 8 位地址，與 P0 口一起組成 16 位地址總線。 4) P3 口 P3 口是一個帶有內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口，并且是一個雙功能口。即可以作為通用 I/O 口使用，又有第二功能。其第二功能定義如表 23 所示： 表 23 P3口的第二功能 端口引腳 第二功能 串行輸入口 串行輸出口 外部中斷 0輸入線 外部中斷 1輸入線 定時器 0外部輸入 定時器 1外部輸入 外部數據存儲器寫選通信號輸出 外部數據存儲器讀選通信號輸出 MCS51單片機的內部結構 MCS51 單片機是在一塊芯片上集成了 CPU、 RAM、 ROM、定時器 /計數器等一臺計算機所需要的基本功能部件。單片機內部包含以下幾個部件： 1) 一個 8 位 CPU。 2) 一個片內振蕩器及時鐘電路。 3) 4 KB ROM 程序存儲器。 4) 128 B RAM 數據存儲器。 5) 兩個 16 位定時器 /計數器。 6) 可尋址 64 KB 外部數據存儲器和 64 KB 外部程序存儲器空間的控制電路。 第 二 章 單片機簡介 11 7) 32 條可編程的 I/O 線（ 4 個 8 位并行 I/O 端口）。 8) 一個可編程全雙工串行接口。 9) 具有 5 個中斷源、 2 個優(yōu)先級嵌套中斷結構。 圖 23 為 8051 單片機的內部結構框圖。 頻率基 準源 中斷 圖 23 8051單片機的內部結構框圖 ? CPU CPU 是單片機的核心部件。它由運算器和控制器等部件組成，運算器的功能是進行算術運算和邏輯運算。 CPU中還有定時與控制部件， 8051 片內設有一個由反相放大器所構成的振蕩電路，其輸入端輸出端分別是 XTAL1 和 XTAL2。 ? 存儲器 MCS51 單片機的程序存儲器和數據存儲器空間是相互獨立的，它們各有自己的尋址系統(tǒng)、控制信號和功能。從物理地址空間看， MCS51 單片機有 4 個存儲器地址空間，即片內程 序存儲器、片外程序存儲器、片內數據存儲器和片外數據存儲器。 程序存儲器用來存放程序和始終要保留的常數。數據存儲器是隨機存取存儲器，用來存放程序運行中所需要的常數或變量。 MCS51 單片機的數據存儲器振 蕩 器 及定時電路 4 KB 程序存儲 器 128 B 數據存儲器 2 個 16 位定時器 /事件計數器 64 KB 總線擴展控制 可編程 I/O 可編程串行口 8051 CPU 第 二 章 單片機簡介 12 分為內部數據存儲器和外部數據存儲器兩個地址空間，其中內部數據存儲器是最靈活的地址空間。 ? I/O 端口 MCS51 單片機設有 4 個 8 位雙向 I/O 端口，每一條 I/O 線都能獨立的用作輸入或輸出。 ? 復位和復位電路 MCS51 單片機的復位方式有加電自動復位和開關復位兩種。圖 24（ a）為加電自動復位，圖 24（ b）為開關復 位。 +5V CR CR RR1 RR RR2 （ a）加電自動復位 （ b） 開關復位 圖 24 復位電路 MCS51 單片機的中斷系統(tǒng) 當 CPU 正在處理某項事物的時候，如果外界或內部發(fā)生了緊急事件，要求CPU 暫停正在處理的工作轉而去處理這個緊急事件，待處理完以后再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷了的程序，這樣的過程稱為中斷。 MCS51單片機的 5 個中斷源，如下： ? INT0 來自 （外中斷 0）。 ? INT1 來自 （外中斷 1）。 ? T0 片內定時器 /計數器 0 溢出（ TF0）中斷請求。 ? T1 片內定時器 /計數器 1 溢出（ TF1）中斷請求。 ? 串行接口 片內串行接口完成一幀發(fā)送或接收中斷請求源 TI 或 RI。 5 個中斷源服務程序的入口地址如表 24 所示。 RST Vcc MCS51 單片機 RST MCS51 單片機 第 二 章 單片機簡介 13 表 24 中斷源服務程序的入口地址 中斷源 入口地址 外部中斷 0 0003H 定時器 0溢出 000BH 外部中斷 1 0013H 定時器 1溢出 001BH 串行接口中斷 0023H 通常在中斷入口地址處安排一條跳轉指令，以跳轉到用戶的服務程序入口。 MCS51 單片機中斷系統(tǒng)具有兩級優(yōu)先級 ,它們遵循以下基本規(guī)則： 1) 低優(yōu)先級中斷源可被高優(yōu)先級中斷源所中斷，而高優(yōu)先級中斷源不能被任何中斷源所中斷。 2) 一種中斷源（不管是高優(yōu)先級或低優(yōu)先級）一旦得到響應，與它同級的中斷源不能再中斷它。 當同時收到幾個同一優(yōu)先級的中斷時，響應哪一個中斷源取決于內部查詢順序。其優(yōu)先級排列如表 25 所示。 表 25 中斷源排列優(yōu)先級 中斷源 同級內的中斷優(yōu)先級 外部中斷 0 最高 最低 定時器 /計數器 0溢出中斷 外部中斷 1 定時器 /計數器 1溢出中斷 串行接口中斷 在某些條件下能封存 CPU對中斷的響應，像下面三種情況： 1) CPU正在處理同級的或高一級的中斷。 2) 現行的機器周期不是當前所執(zhí)行指令的最后一個機器周期。 3) 當前正在執(zhí)行的指令是返回指令或是對 IE 或 IP 寄存器進行讀 /寫的指令。 第 二 章 單片機簡介 14 MCS51單片機的定時器 /計數器 MCS51 單片機內部有兩個 16 位可編程的定時器 /計數器，即定時器 T0 和定時器 T1。這兩個定時器不僅可以用作定時器方式，而且可用作計數器方式。 在作定時 器使用時，輸入的時鐘脈沖是由晶體振蕩器的輸出經 12 分頻后得到的，所以定時器也可看做是對計算機機器周期的計數器。其頻率為晶振頻率的 1/12。當用作計數器時，接相應的外部輸入引腳 T0 或 T1。當檢測到輸入引腳上的電平由高跳變到低時，計數器就加 1。 定時器 /計數器有四種工作方式：方式 0、方式 方式 方式 3。方式 0是一個 13 位計數器，方式 1 是一個 16 位的計數器，方式 2 是一個可以自動恢復初值的 8 位計數器，常用于定時，還用作串行接口 波特率發(fā)生器。方式 3 對定時器 T0 和 T1 是不同的，它只適用于 T0,。若 T1 設置為方式 3，則停止工作。方式 3 可以使 MCS51 具有三個定時器 /計數器（增加一個附加的 8 位定時器 /計數器）。 第 三 章 智能交通燈控制系統(tǒng)的總體設計 15 第三章 智能交通燈控制系統(tǒng)的總體設計 智能交通燈設計的基本要求 本文設計的基于單片機的智能交通燈控制系統(tǒng)除了具有交通燈控制的基本功能外，還具有以下功能： 1. 能實現各個方向的交通燈的正常通行控制，并具有倒計時提示功能。 2. 能實時監(jiān)測并統(tǒng)計各個方向通過的車流量。 3. 根據車流量統(tǒng)計結果動態(tài)調節(jié)通行時間，動態(tài)范圍 20~60 秒，級差 5 秒。 4. 具有串口通訊功能，以便與交通控制中心通訊。 5. 具有紅外線接 收功能，以便特種車輛自動通行。 智能交通燈通行方案的設計 假設在一個十字路口（東西向和南北向），分別用 4 表明四個方向的主車道，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，在任一時刻只有一個方向通行而另一方向禁止通行，持續(xù)一定時間，經過一個過渡時間，將通行禁行的方向交換。具體如圖 31。 圖 31 十字路口圖 第 三 章 智能交通燈控制系統(tǒng)的總體設計 16 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 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 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 圖 32 為通行順序示意圖 ，圖 33 為交通燈示意圖。 圖 32 十字路口通行順序示意圖 圖 33 十字路口交通燈示意圖 第 三 章 智能交通燈控制系統(tǒng)的總體設計 17 智能交通燈控制系統(tǒng)的功能要求 本設計還具有倒計時顯示、車流量檢測及調整、串口通信和特殊事件緊急處理等功能。 1) 倒計時顯示 本功能可以提醒行人信號燈發(fā)生改變的時間，以便選擇是否繼續(xù)前行。有倒計時顯示的路口更能保障行人的安全。 2) 車流量監(jiān)測及調整 伴隨著經濟建設的蓬勃發(fā)展，交通狀況出現了一些問題。城市人口和車輛急劇增長，交通流量日益加大，交通擁擠堵塞現象日趨加重，交通事故頻繁發(fā)生。目前國內使用的紅綠燈 都有固定的紅綠燈轉換時間，并自動切換。這就造成了一定的道路資源的浪費。所以車流輛檢測是十分必要的。目前車輛檢測器有很多種，例如紅外線檢測器、地磁檢測器、機械壓電檢測器、視頻檢測器等等。有了車流量監(jiān)測便可以保證最佳的道路交通控制狀態(tài)。 3) 串口通信 串口通信可以實現交通信號的區(qū)域控制，以及單片機與 PC 機的通信功能。 4) 特殊車輛的緊急通行 交通路口出現一些緊急狀況是在所難免的，如特大事件發(fā)生，救護車消防車等急行車通過等，我們都應盡量允許其暢通無阻，畢竟在這種情況下必須分秒必爭，這關系著公共財產安全和個人生死攸關等 。由此在交通控制系統(tǒng)中增設禁停按鍵是很必要的。 智能交通燈的基本構成及原理 本設計以 MCS51 單片機為控制核心，可用單片機直接控制信號燈的狀態(tài)變化。本設計在此基礎上接入 LED 數碼管可顯示倒計時以便提醒行人，更具人性化同時也保障了行人的安全。并且加入了車流量檢測電路、串口通信電路。為方便特殊車輛的通行，還加入了紅外遙控電路。圖 34 為該系統(tǒng)的總體框圖。 第 三 章 智能交通燈控制系統(tǒng)的總體設計 18 圖 34 智能交通燈的總體框圖