【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 這兩種狀態(tài)在同一個(gè)時(shí)間段中四個(gè)方向都可以通車，這種狀態(tài)可以在一定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到較大的車流量，效率特別高。 S 2S 1 S 3 S 4 圖 交通燈的四種狀態(tài) 其中： S1：東西方向人行道禁止，南北方向人行道通行；東西方向紅燈，南北方向直行綠燈。 S2：東西方向右轉(zhuǎn)綠燈，南北方向右轉(zhuǎn)綠燈，南北方向左轉(zhuǎn)綠燈。 S3：南北方向人行道禁止，東西方向人行道通行；南北方向紅燈，東西方向直行綠燈， S4：南北方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向右轉(zhuǎn)綠燈，東西方向左轉(zhuǎn)綠燈 交通燈的工作原理 本系統(tǒng)由 AT89S51 單片機(jī)控制，由 8051 單片機(jī)的定時(shí)器每秒鐘通過 P0 口向8255A 的數(shù)據(jù)口發(fā)送信息，由單片機(jī)的 P1 口和 P2口顯示紅綠燈的點(diǎn)亮情況；由8255A 的 PC 口顯示每個(gè)燈的點(diǎn)亮?xí)r間。 口接有按鈕開關(guān)，當(dāng)有急行車需要通過時(shí)，按下此按鈕，產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)使東西方向和南北方向所有燈都為紅燈，當(dāng)急行車通過后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。本系統(tǒng)增加了每次綠燈時(shí)間車流量檢測(cè)的功能，由此改變下一周期時(shí)的綠燈持續(xù)時(shí)間，采用手動(dòng)開關(guān)實(shí)現(xiàn)，用單片機(jī)的 來實(shí)現(xiàn)三種情況，具體見車輛檢測(cè) 電路部分。 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)外圍電路 單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括電源（地），晶振（一般使用 或者 12M），復(fù)位電路等，有了以上三塊內(nèi)容，單片機(jī)就能夠工作了。 AT89S51 單片機(jī)是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 為單片機(jī)，片內(nèi)含 4KB 的可編程的 FLASH 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器 既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8位微處理器于單片芯片中 ,ATMEL 公 司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域 [8]。 AT89S51 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 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。 單片機(jī)內(nèi)部包含有程序存儲(chǔ)器 ROM 和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用于存放變化的數(shù)據(jù)。 AT89S51 中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址空間為 256個(gè) RAM 單元，但其中能作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器供 用戶使用的僅有前面 128 個(gè)，后 128個(gè)被專用寄存器占用。 程序存儲(chǔ)器用于存放程序和固定不變的常數(shù)等。通常采用只讀存儲(chǔ)器，且其又多種類型，在 89 系列單片機(jī)中全部采用閃存。 AT89S51 內(nèi)部配置了 4KB 的程序存儲(chǔ)器。 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，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) [9]。 定時(shí) /計(jì)數(shù)器用于實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。 AT89S51 有 2個(gè) 16位 定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 （ 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。每個(gè)口都由 1 個(gè)鎖存器和一個(gè)驅(qū)動(dòng)器組成。它們主要用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的并行輸入與輸出，有些 I/O 口還有其他功能。 A89S51 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。 系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)的作用主要是對(duì)外部或內(nèi)部的終端請(qǐng)求進(jìn)行管理與處理。 AT89S51共有 5個(gè)中斷源，其中又 2 個(gè)外部中斷源和 3 個(gè)內(nèi)部中斷源。 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 [10]。 AT89S51 單片機(jī)主要引腳功能 AT89S51 單片機(jī)采用 40Pin 封裝的雙列直接 DIP 結(jié)構(gòu)， 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。其引腳圖 如圖所示。 圖 AT89S51單片機(jī)引腳圖 各引腳說明為： \輸出引腳 P0 口：為雙向 8位三態(tài) I/O 接口。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出口；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)， P0 口地址總線低 8位及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 負(fù)載。一般作為擴(kuò)展時(shí)的地址/數(shù)據(jù)總線口使用。 P1 口：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，它的每一位都可以分別定義為輸入線或者輸出線（作為輸入時(shí)，要對(duì)端口寫 1，即口鎖存器必需置 1），可啟動(dòng) 4 個(gè) TTL負(fù)載。 P2 口：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，當(dāng)它作為 I/O 接口使用時(shí)，可直接 連接外部 I/O 設(shè)備；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 口且尋址范圍超過 256 字節(jié)時(shí)， P2口用做高 8位地址總線。一般作為擴(kuò)展時(shí)地址總線的高 8位使用。 P3 口：為 8位準(zhǔn)雙向 I/O 接口，輸出緩沖級(jí)可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3口寫入 1時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它們的第二功能，而且 P3 口的每一條引腳均可以獨(dú)立定義為第一功能的輸入 /輸出或第二功能。 P3 口的第二功能定義見表31。 表 31 具有第二功能的 P3口引腳 引腳 第二功能 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 /INT0 外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端，低電平有效 /INT1 外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端，低電平有效 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)脈沖輸入端 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)脈沖輸入端 /WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及 I/O 口寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效 /RD 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及 I/O 口讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效 2．控制線 ALE/PROG(30 引腳 )：地址鎖存信號(hào)輸出端。 當(dāng)訪問外部程序器時(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)訪問外部程序存儲(chǔ)器， ALE 會(huì)跳過一個(gè)脈沖。如果單片機(jī)是 EPROM，在編程其間，該引腳將用于輸入編程脈沖。 PSEN（ 29 引腳）：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。當(dāng)訪問外部程序存儲(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。 RESET/Vpd(9 引腳 )：復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳。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(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始 狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)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。 該引腳若接上備用電源，當(dāng) Vcc發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或者掉電時(shí)，該備用電源為內(nèi)部 RAM 供電，以保證 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 EA/Vpp（ 31引腳）： EA 為片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳低位低電平時(shí)，選用片外程序存儲(chǔ)器，高電平或者懸空時(shí)選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。在編程期間，該引腳用作 21V 編程電源 Vpp 的輸入端 [11]。 XTAL XTAL2（ 1 18 引腳）：當(dāng)使用單片機(jī)內(nèi)部振蕩電路時(shí)，這兩個(gè) 引腳用來外接石英晶體和微調(diào)電路，如圖 （ a）所示。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，其原理圖如圖 (b)所示。 圖 (a)內(nèi)部時(shí)鐘方式 圖 (b)外部時(shí)鐘方式 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)的都需要復(fù)位，復(fù)位使中央處理器 CPU和內(nèi)部其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，從這個(gè)狀態(tài)開始 工作。 AT89S51 單片機(jī)有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，高電平有效。在時(shí)鐘電路工作以后，當(dāng)外部電路使得 RST 端出現(xiàn) 2個(gè)機(jī)器周期以上得高電平，系統(tǒng)內(nèi)部復(fù)位 [12]。復(fù)位有兩種方式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位，如圖 。 圖 MCS51復(fù)位電路 看門狗電路 由于單片機(jī)控制器自身抗干擾能力較差，尤其在一些條件比較惡劣、噪聲比較大的場(chǎng)合，常會(huì)出現(xiàn)單片機(jī)因受外界干擾，輕者導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)出錯(cuò)，重者將嚴(yán)重影響程序的運(yùn)行而死機(jī)，造成系統(tǒng)不能正常工作。設(shè)置看門 狗是為了防止單片機(jī)死機(jī)、提高單片機(jī)系統(tǒng)抗干擾性的一種重要途徑。考慮系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)，滿足苛刻環(huán)境下的正常運(yùn)行，本設(shè)計(jì)中采用硬件看門狗電路， 集成電路 U2是一個(gè)看門狗定時(shí)芯片，此時(shí)我們采用型號(hào)為 DS1232 的芯片，其引腳如圖 所示。 它的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，只有 8個(gè)引腳。它的RST管腳與單片機(jī)的 RST管腳直接相連，這樣，單片機(jī)的復(fù)位被看門狗定時(shí)器 DS1232 掌握著。 DS1232 的 /ST管腳 是看門狗定時(shí)器芯片的控制輸入，它可與單片機(jī)的任意一個(gè) I/O口相連。其連接如圖 所示。 圖 DS1232引腳邏輯圖 圖中的看門狗定時(shí)器 TC1232 的操作很簡(jiǎn)單：如果單片機(jī)的 沒有在看門狗定時(shí)器溢出時(shí)間之內(nèi)向 /ST 管腳輸出一個(gè)下降沿，看門狗就會(huì)發(fā)揮作用，向單片機(jī)的復(fù)位端 RST 管腳輸出一個(gè)復(fù)位信號(hào)使單片機(jī)復(fù)位。 圖 單片機(jī)系統(tǒng)與看門狗電路 通過硬件看門狗電路設(shè)計(jì)，可以有效防止運(yùn)行程序進(jìn)入死循環(huán)，從而保證系統(tǒng)不受惡劣天氣及環(huán)境條件造成的干擾 [13]。 8255A 芯片簡(jiǎn)介 8255A 是在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛采用的可編程 I/O 接口擴(kuò)展芯片。它有 3個(gè) 8 位并行 I/O 接口 PA、 PB、 PC，有三種基本工作方式。 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。 A口有 3 種工作方式：無條件輸入 /輸出方式、選通輸入 /輸出方式和雙向選通輸入 /輸出方 式。 B 口有兩種工作方式：無條件輸入 /輸出方式和選通輸入 /輸出方式。當(dāng) A 口和 B口工作于選通輸入 /輸出方式或雙向選通輸入 /輸出方式時(shí)，C口當(dāng)中的一部分線用作 A 口和 B口輸入 /輸出的應(yīng)答信號(hào)線 [14]。 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，說明也較冗長，故在此不作敘述，需要時(shí)用戶可自行查找有關(guān)資料。 方式控制字格式說明如表 32。 表 32方式控制字格式說明表 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） 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(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)。 本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， A口、 B口和 C 口都工作于方式 0，即基本輸入輸出方式。 74LS373 簡(jiǎn)介 74LS373 是一種帶三態(tài)門的 8D鎖存器，其管腳 示意圖如圖