【文章內(nèi)容簡介】 名稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接受 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 I N T 0—————— 外中斷 0 申請 I N T 1—————— 外中斷 1 申請 T0 定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)輸入 T1 定時器 /計數(shù)器 1 計數(shù)輸入 WR———— 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD———— 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 （ 3）外接晶體引腳 XTAL1(19 腳 )：它在單片機(jī)內(nèi)部是一個反向放大器的輸入端，構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時鐘時， HMOS 單片機(jī)的該引腳應(yīng)接地； CHMOS 單片機(jī)的該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。 XTAL2(18 腳 )：它在單片機(jī)內(nèi)部是片內(nèi)振蕩器的反向放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時， HMOS 單片機(jī)的該引腳作為外部振蕩信號的輸入端； CHMOS 單片機(jī)的該引腳應(yīng)懸空不接。 （ 4）控制線 ALE/PROG—————— (30 腳 )：地址鎖存允許 /編程信號。在訪問片外程序存儲器期間，此信號可用于控制鎖存 P0輸出地址總線的低 8 位， ALE 以每機(jī)器周期兩次進(jìn)行信號輸出； 在FLASH 編程期間，此引腳用作編程脈沖 PROG—————— 的輸入端。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率 fosc的 1/6,可作為對外輸出的時鐘脈沖或用于定時目的。但要注意的是：在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間， ALE 脈沖會跳空一個。若想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令使 ALE 起作用。另外，該引腳將被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 PSEN—————— （ 29 腳）：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。 在由外部程序存儲器讀取指令或常數(shù)期間，每個機(jī)器周期內(nèi) PSEN——————兩次有效， P0 口讀回指令或常數(shù)。當(dāng)訪問內(nèi)部程序存儲器時， PSEN—————— 信號不跳變。 RST/VPD (9 腳 )： RST 即 RESET， VPD為備用電源，該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個機(jī)器周期的高電平，就可實現(xiàn)基于 AT89C51 的十字路口交通燈的設(shè)計 復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時，考慮到振蕩器有一定的起振時間，該引腳上高電平必須持續(xù) 10ms 以上才能保證有效復(fù)位。 當(dāng) VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時，該引腳可接上備用電源 VPD（ +5V）為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 EA———— /VPP（ 30 腳）： EA———— 為片外程序存儲器選用端，訪問內(nèi)部程序存儲器控制信號。當(dāng) EA———— 端接高電平時， CPU 訪問內(nèi)部程序存儲器。當(dāng) EA———— 接低電平時， 則在此期間外部程序存儲器 (0000HFFFFH)，則強(qiáng)調(diào) CPU 訪問外部存儲器，而不管程序計數(shù)器的內(nèi)容是多少。此外，該引腳還用做 EPROM 編程電壓的輸入端。在編程期間，此引腳用作 21V編程電源 VPP的輸入端。 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 89C51 單片機(jī)內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)中包含運算器和控制器（ CPU）、片內(nèi)存儲器、 4 個并行I/O 接、串行口、定時 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖33 所示。圖 中 PC 是程序計數(shù)器； PSW 是程序狀態(tài)字寄存器； DPTR 是數(shù)據(jù)指針寄存器。 圖 33 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 運算器和控制器 89C51 的運算器和控制器功能類似于一般微機(jī)中的微處理器 (CPU)，是單片機(jī)的核心部件，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。它完成邏輯算術(shù)運算并協(xié)調(diào)單片機(jī)其它各部分的工作。各種算術(shù)、邏輯運算所涉及到的寄存器包括：累加器 ACC、寄存器 B、暫存器1(TEMP1)和暫存器 2(TEMP2)、程序狀態(tài)字寄存器 PSW，程序計數(shù)器 PC，堆棧指針 SP，基于 AT89C51 的十字路口交通燈的設(shè)計 數(shù) 據(jù)指針寄存器 DPTR 等。它們位于 CPU 內(nèi)部，又稱 CPU 專用寄存器，以區(qū)別于 I/O 接口專用寄存器。 存儲器 MCS51系列單片機(jī)存儲器組成是所謂的哈佛結(jié)構(gòu)，存儲器的組織方式與通用單片機(jī)系統(tǒng)不同，包含程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器，其地址空間是相互獨立的，而不是程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。在 89C51 單片機(jī)中，程序存儲器采用 EEPROM，而數(shù)據(jù)存儲器采用 RAM。它們又可以進(jìn)一步分成內(nèi)部或外部兩類。 ① 程序存儲器 程序存儲器內(nèi)部和外部是統(tǒng)一連續(xù)編址的，內(nèi)部占用地址空間的低4KB，地 址 0000H～ 0FFFH，外部地址范圍 1000H～ FFFFH，共 60KB。程序存儲器主要用來存放程序和常數(shù)。當(dāng)程序計數(shù)器 PC 由內(nèi)部 ROM 開始執(zhí)行到外部 ROM 時，會自動尋址外接程序存儲器。 程序地址空間原則上可由用戶任意安排，但復(fù)位和中斷源的程序入口地址在 51 系列單片機(jī)中是固定的，用戶不能改變。入口地址見表 32。復(fù)位后， CPU 從 0000H 地址開始執(zhí)行程序。其他地址為中斷服務(wù)程序入口地址，響應(yīng)某個中斷時，將自動從其對應(yīng)的入口地址執(zhí)行中斷服務(wù)程序。 表 32 51 單片機(jī)復(fù)位、中斷入口地址 操 作 入口地址 復(fù)位 0000H 外部中斷 0 0003H 定時器 /計數(shù)器 0 溢出 000BH 外部中斷 1 0013H 定時器 /計數(shù)器 1 溢出 001BH 串行口中斷 0023H 定時器 /計數(shù)器 2 溢出或 T2EX 端負(fù)跳變（ 52 子系列） 002BH ② 數(shù)據(jù)存儲器 MCS51 系列單片機(jī)數(shù)據(jù)存儲器也有內(nèi)部、外部之分。但與 程序存儲器不同，片內(nèi)、片外存儲器是分別獨立編址的，片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器除 RAM 塊外，還有特殊功能寄存器（ SFR）塊，其中片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器有 128 個字節(jié)，其編制為 00H～ FFH；特殊功能寄存器也占 128 個字節(jié)，其編制為 80H~FFH；二者連續(xù)而不重疊。外部 RAM 地址范圍 0000H～ FFFFH，共 64KB。內(nèi)部存儲器可直接尋址。盡管片內(nèi)、片外地址空間的低256B 有重疊，但尋址并不會造成混亂。這是因為片內(nèi)、片外存儲器使用不同的指令 (MOV和 MOVX)。擴(kuò)展的 I/O地址也占用數(shù)據(jù)存儲器空間。對 I/O 端口操作無須特殊指令且訪問程序存儲器是用 PESN—————— 信號選通，而訪問片外數(shù)據(jù)存儲器時，由 RD———— 信號（讀）和 WR————基于 AT89C51 的十字路口交通燈的設(shè)計 信號（寫）選通。 ③ 寄存器區(qū) 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器分為 4個區(qū)域，數(shù)據(jù) RAM 用于存放臨時變量，下面介紹其他三個寄存器區(qū)： a) 工作寄存器區(qū) 它占用地址 00～ FFH 的 32個內(nèi)存單元，又分成 4個區(qū)。每個區(qū)有 R0～ R7 共 8 個工作寄存器。工作寄存器區(qū)的選擇又由程序狀態(tài)寄存器 PSW 的第 4 位和第 3位 (RS1 和 RS0)共同指定。單片機(jī)復(fù)位時， RS1 和 RS0 為零，故指向 0 區(qū)。通過位操作改變 RS1 和 RS0 的值，可以方便地指向任一個區(qū)間。 b) 位尋址區(qū) 每位都有一個獨立的 8 位地址 (占據(jù)空間 00～ 7F)，共 128 位。此外，在專用寄存器 SFR 中還有一部分是可以位尋址的 (有些位可能無定義 )。 c) 專用寄存器區(qū) 共有 21個專用寄存器 SFR，位于 80～ FFH 地址空 間。這些寄存器又可以分為 CPU 專用寄存器和接口專用寄存器。 CPU 專用寄存器前面己經(jīng)提過，而接口專用寄存器包括兩部分。一部分就是單片機(jī)的 I/O 端口 P0～ P3，分別編址為 80H、 90H、A0H、 B0H，共 4個單元， 32 位，每一位都可以獨立尋址。另一部分為定時 /計數(shù)器，串行口、中斷的一些控制寄存器。 定時 /計數(shù)器 89C51 有兩個 16位定時 /計數(shù)器 (T0， T1)。在定時功能中，每個機(jī)器周期定時器加1，由于 l個機(jī)器周期包含 12 個振蕩周期，因而它的計數(shù)頻率為 1/12，即由定時器計數(shù)到的脈沖為振蕩周期頻率的 1/12。 在計數(shù)器功能中，在外部事件相應(yīng)輸入腳 (T0 或 T1)產(chǎn)生負(fù)跳變時，計數(shù)器加 1。由于計數(shù)器的計數(shù)過程需要 2 個機(jī)器周期 (24 個振蕩周期 )，所以，最高的計數(shù)頻率為振蕩頻率的 1/24。 這兩個定時 /計數(shù)器的工作狀態(tài) (定時 /計數(shù) )及工作方式 (方式 0～方式 3)的選擇是由定時 /計數(shù)器方式寄存器 (TMOD)中的每位值所決定的。定時 /計數(shù)器的控制由控制寄存器 (TCON)完成。 I/O 口 89C51 不僅有 4個 8位并行口，供單片機(jī)和外部 RAM、 EEPROM 等擴(kuò)展連接用或與其它設(shè)備交換信息用，它還有一個全雙工串行口，能同時發(fā)送 和接收數(shù)據(jù)。在前面的引腳功能中已對并行口作了簡要介紹，在此就主要介紹一下串行口。 串行口也就是 和 的第二功能。它既能工作在異步方式，又能工作在同步方式。該串行口是全雙工的，它在物理上分為兩個獨立的發(fā)送緩沖器和接收緩沖器 SBUF，但它們占用一個特殊功能寄存器的地址 99H，只需對 SBUF 進(jìn)行寫或讀的操作，就可以同時發(fā)送和接收了。串行口的工作方式選擇、波特率選擇、串行通信協(xié)議的完成，由兩個特殊功能寄存器，即串行口控制寄存器 SCON 和功耗控制寄存器 PCON 完成。 中斷 基于 AT89C51 的十字路口交通燈的設(shè)計 89C51 單片機(jī)提供了 6個中斷 源，而每一個中斷源都能被程控為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級。其中 5個中斷源包括 2個外部中斷和 3個內(nèi)部中斷。兩個外部中斷源為 INT0和 INT1，外部設(shè)備的中斷請求信號、掉電等故障信號都可以從 INT0 而和 INT1 引腳輸入，向 CPU提出中斷申請， INT0 和 INT1 的中斷請求標(biāo)志 IE0、 IE1 分別設(shè)在 TCON 寄存器的 、。 3 個內(nèi)部中斷源為 T0、 Tl 溢出中斷源及片內(nèi)串行發(fā)送或接收中斷源， T0、 Tl中斷請求標(biāo)志 TF0 和 TF1 分別設(shè)在 TCON 寄存器的 、 ，串行發(fā)送或接收中斷標(biāo)志 TI 或 RI 設(shè)在 SCON 寄存器的第 、 。 5 個中斷源中的一個、幾個或全部中斷源的開、關(guān)由中斷允許寄存器 (IE)完成，而每個中斷源的優(yōu)先級別的高低由中斷優(yōu)先級控制寄存器 (IP)完成。 89C51 單片機(jī)中斷源簡要特性見表 33。 表 33 中斷源特性表 名稱 符號 標(biāo)志符號 標(biāo)志符號位置 矢量地址 優(yōu)先級別 外部中斷 INT0 IE0 0003H 最高 最低 定時器 0 溢出中斷 TF0 TF0 000BH 外 部中斷 1 INT1 IE1 0013H 定時器 1 溢出中斷 TF1 TF1 001BH 串行口中斷 R1+T1 R1 0023H T1 各模塊電路 主控制系統(tǒng) 主控器采用 AT89C51，是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的一款性能穩(wěn)定、低功耗的單片機(jī)，兼容 MCS51系列產(chǎn)品指令系統(tǒng)及引腳。片內(nèi)含 4KB的可重復(fù)編程的 Flash 程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，使用 5（ 1177。20 ﹪） V的電源電壓， 1288 位的內(nèi)部 RAM， 4個 8位的雙向可位尋址的 I/O 端口， 2個 16位定時 /計數(shù)器， 6 個中斷源， AT89C51 單片機(jī)可提供許多高性價比的應(yīng)用，靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 單片機(jī)的 P1口及 P2口分別應(yīng)用于控制南北及東西方向的通行燈， P0口及 ~口應(yīng)用于 4組 LED 計時器的控制， T0 和 T1 分別作為東西方向和南北方向和車流量流量控制， INT0 和 INT1 分別用于東西方向和南北方向的特種車輛通行緊急轉(zhuǎn)換電路。 車輛檢測電路 為了達(dá)到對紅綠燈開啟時間的控制，需要對十字路口各個方向的車輛進(jìn)行檢 測，本基于 AT89C51 的十字路口交通燈的設(shè)計 文研究的是用 CCD 圖像傳感器實時拍攝（本文選取距十字路口 100m 內(nèi)）路況，采用微分二支電路處理 CCD 信號，使成二值化信號，單片機(jī)再讀入數(shù)據(jù)，判斷車隊長度。實現(xiàn)對路口紅綠燈時間進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。這樣就可以大大提高車輛通過率，有效緩解交通壓力。車輛檢測電路如圖 34 所示。 圖 34 車輛檢測電路 通行燈輸出控制 道口交通燈指示采用高亮度紅綠雙色發(fā)光二極管，左拐、右拐、直行及行人各一個。當(dāng)發(fā)光電流為 6mA 時，可按公式 R=（ 5－ ）／ 計算，限流電阻為 510Ω 。因為南北通行時雙向指示牌相同，所以每個端口應(yīng)具有 12mA 的吸收電流的能力，而人行道口按 4個燈算，因此需 24mA 的吸收電流，在單片機(jī)的輸出口接驅(qū)動電路 74HC244，保護(hù)單片機(jī)的輸出端口。道口指示燈電路如圖 35所示。 圖 35 城市道口交通指示燈電路 基于 AT89C51 的十字路口交通燈的設(shè)計