【文章內(nèi)容簡介】 結構：8051 是MCS51 系列單片機的典型產(chǎn)品，它包含中央處理器、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)在我們分別進行簡單介紹： 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、指揮和調度整個單元系統(tǒng)協(xié)調的工作，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 11 8051 內(nèi)部結構程序存儲器(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。并行輸入輸出(I/O)口：8051 共有4 組8 位I/O 口(P0、 PP2 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12。圖12 MCS51 結構框圖MCS51 的引腳說明：MCS51 系列單片機中的8038051 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： 圖13 MCS51 DIP 引腳說明:圖13 MCS51 DIP引腳說明MCS51 的引腳說明：MCS51 系列單片機中的8038051 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13 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14。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。 Pin30:ALE/ PROG 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， PROG 將用于輸入編程脈沖。圖14 8051 的復位方式 圖14 8051 的復位方式圖15 內(nèi)外時鐘方式 :圖15 內(nèi)外時鐘方式 :Pin29: PESN 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/Vpp 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 引腳功能簡介： RESET:復位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O 口均被置成輸入方式。 CS:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255 與CPU 進行通訊。 RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255 通過數(shù)據(jù)總線向CPU 發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU 從8255 讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU 將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。 D0～D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255 與CPU 數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8 位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 PA0～PA7:端口A 輸入輸出線，一個8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8 位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB0～PB7:端口B 輸入輸出線，一個8 位的I/O 鎖存器， 一個8 位的輸入輸出緩沖器。 PC0～PC7:端口C 輸入輸出線，一個8 位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8 位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C 可以通過工作方式設定而分成2 個4 位的端口， 每個4 位的端口包含一個4 位的鎖存器，分別與端口A 和端口B 配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口 。AA0:端口地址總線，8255 中有端口A、B、C 和一個內(nèi)部控制字寄存器共4 個端口，由A0、A1 輸入地址信號來尋址。 74LS373 簡介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的8D 鎖存器，其圖16 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。其中，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。 圖16 管腳示意圖圖16 管腳示意圖2 系統(tǒng)硬件設計 交通管理的方案論證 交通燈通過有規(guī)律的變換紅燈和綠燈的亮與滅控制車輛的通行，這是交通燈的基本功能。整個系統(tǒng)主要有：南北紅燈、南北黃燈、南北綠燈、東西紅燈、東黃燈、東西綠燈，各燈由各芯片控制。東西、南北兩干道交于一個十字路口，各干道有一組紅、黃、綠三色的指示燈，指揮車輛和行人安全通行。紅燈亮禁止通行，綠燈亮允許通行。黃燈亮提示人們注意紅、綠燈的狀態(tài)即將切換，且黃燈燃亮間為東西、南北兩干道的公共停車時間。設東西道比南北道的車流量大，指示燈亮的方案表21 指示燈燃亮的方案 表21 說明： （1）當東西方向為紅燈，此道車輛禁止通行，東西道行人可通過；南北道為綠燈，此道車輛通過，行人禁止通行。時間為60 秒。（2）黃燈閃爍5 秒，警示車輛和行人紅、綠燈的狀態(tài)即將切換。（3）當東西方向為綠燈，此道車輛通行；南北方向為紅燈，南北道車輛禁止通過，行人通行。時間為80 秒。東西方向車流大通行時間長。（4）這樣如上表的時間和紅、綠、黃出現(xiàn)的順序依次出現(xiàn)這樣行人和車輛就能安全暢通的通行。（5）此表可根據(jù)車流量動態(tài)設定紅綠燈初始值。 60S 5S 80S 5S …… 東西道紅燈亮黃燈亮綠燈亮黃燈亮…… 南北道綠燈亮黃燈亮紅燈亮黃燈亮……圖 21 為交通燈的示意圖。圖21 十字路口交通燈示意圖由圖21 知：交通燈經(jīng)四步動作完成一個周期。即交通燈東西綠燈亮——東西綠燈閃——東西黃燈亮——東西紅燈亮（南北紅燈亮——南北黃燈亮—— 南北 圖22 交通燈狀態(tài)示意圖如圖22：綠燈亮——南北綠燈閃）其動作時序圖 單片機系統(tǒng)硬件設計選用設備：8051單片機一片，8255 并行通用接口芯片一片，74LS07 兩片，MAX692‘看門狗’一片，共陰極的七段數(shù)碼管兩個雙向晶閘管若干，7805 三端穩(wěn)壓電源一個，紅、黃、綠交通燈各兩個， 開關鍵盤、連線若干。2．2．1 單片機交通燈