基于AT89C51的十字路口交通灯的设计(3)

基于AT89C51的十字路口交通灯的设计

表 3-1 P3口第二功能表

口线 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 第二功能 RXD TXD ——————信号名称 串行数据接受 串行数据发送 外中断0申请 外中断1申请 定时器/计数器0计数输入 定时器/计数器1计数输入 外部数据存储器写选通 外部数据存储器读选通 INT0 ——————INT1 T0 T1 ————WR ————RD （3）外接晶体引脚

XTAL1(19脚)：它在单片机内部是一个反向放大器的输入端，构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，HMOS单片机的该引脚应接地；CHMOS单片机的该引脚作为外部振荡信号的输入端。

XTAL2(18脚)：它在单片机内部是片内振荡器的反向放大器的输出端。当采用外部时钟时，HMOS单片机的该引脚作为外部振荡信号的输入端；CHMOS单片机的该引脚应悬空不接。

（4）控制线

ALE/PROG (30脚)：地址锁存允许/编程信号。在访问片外程序存储器期间，此信号可用于控制锁存P0输出地址总线的低8位，ALE以每机器周期两次进行信号输出；在FLASH编程期间，此引脚用作编程脉冲PROG的输入端。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率fosc的1/6,可作为对外输出的时钟脉冲或用于定时目的。但要注意的是：在访问片外数据存储器期间，ALE脉冲会跳空一个。若想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE执行MOVX，MOVC指令使ALE起作用。另外，该引脚将被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

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PSEN（29脚）：片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效。在由外部程序

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存储器读取指令或常数期间，每个机器周期内PSEN两次有效，P0口读回指令或常数。当访问内部程序存储器时，PSEN信号不跳变。

RST/VPD (9脚)：RST即RESET，VPD为备用电源，该引脚为单片机的上电复位或掉电保护端。当单片机振荡器工作时，该引脚上出现持续两个机器周期的高电平，就可实现

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复位操作，使单片机回复到初始状态。上电时，考虑到振荡器有一定的起振时间，该引脚上高电平必须持续10ms以上才能保证有效复位。

当VCC发生故障，降低到低电平规定值或掉电时，该引脚可接上备用电源VPD（+5V）为内部RAM供电，以保证RAM中的数据不丢失。

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EA/VPP（30脚）：EA为片外程序存储器选用端，访问内部程序存储器控制信号。

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当EA端接高电平时，CPU访问内部程序存储器。当EA接低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，则强调CPU访问外部存储器，而不管程序计数器的内容是多少。此外，该引脚还用做EPROM编程电压的输入端。在编程期间，此引脚用作21V编程电源VPP的输入端。 3.2.2AT89C51的内部结构

89C51单片机内部组成结构中包含运算器和控制器（CPU）、片内存储器、4个并行I/O接、串行口、定时/计数器、中断系统、振荡器等功能部件。其内部结构框图如图3-3所示。图中PC是程序计数器；PSW是程序状态字寄存器；DPTR是数据指针寄存器。

图3-3 AT89C51单片机内部结构框图

·运算器和控制器

89C51的运算器和控制器功能类似于一般微机中的微处理器(CPU)，是单片机的核心部件，它决定了单片机的主要功能特性。它完成逻辑算术运算并协调单片机其它各部分的工作。各种算术、逻辑运算所涉及到的寄存器包括：累加器ACC、寄存器B、暂存器1(TEMP1)和暂存器2(TEMP2)、程序状态字寄存器PSW，程序计数器PC，堆栈指针SP，

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数据指针寄存器DPTR等。它们位于CPU内部，又称CPU专用寄存器，以区别于I/O接口专用寄存器。

·存储器

MCS-51系列单片机存储器组成是所谓的哈佛结构，存储器的组织方式与通用单片机系统不同，包含程序存储器与数据存储器，其地址空间是相互独立的，而不是程序存储器与数据存储器统一编址。在89C51单片机中，程序存储器采用EEPROM，而数据存储器采用RAM。它们又可以进一步分成内部或外部两类。

①程序存储器 程序存储器内部和外部是统一连续编址的，内部占用地址空间的低4KB，地址0000H～0FFFH，外部地址范围1000H～FFFFH，共60KB。程序存储器主要用来存放程序和常数。当程序计数器PC由内部ROM开始执行到外部ROM时，会自动寻址外接程序存储器。

程序地址空间原则上可由用户任意安排，但复位和中断源的程序入口地址在51系列单片机中是固定的，用户不能改变。入口地址见表3-2。复位后，CPU从0000H地址开始执行程序。其他地址为中断服务程序入口地址，响应某个中断时，将自动从其对应的入口地址执行中断服务程序。

表 3-2 51单片机复位、中断入口地址

操 作 复位 外部中断0 定时器/计数器0溢出 外部中断1 定时器/计数器1溢出 串行口中断 定时器/计数器2溢出或T2EX端负跳变（52子系列） 入口地址 0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 002BH ②数据存储器 MCS-51系列单片机数据存储器也有内部、外部之分。但与程序存储器不同，片内、片外存储器是分别独立编址的，片内数据存储器除RAM块外，还有特殊功能寄存器（SFR）块，其中片内数据存储器有128个字节，其编制为00H～FFH；特殊功能寄存器也占128个字节，其编制为80H~FFH；二者连续而不重叠。外部RAM地址范围0000H～FFFFH，共64KB。内部存储器可直接寻址。尽管片内、片外地址空间的低256B有重叠，但寻址并不会造成混乱。这是因为片内、片外存储器使用不同的指令(MOV和MOVX)。扩展的I/O地址也占用数据存储器空间。对I/O端口操作无须特殊指令且访问程序存储器是用PESN信号选通，而访问片外数据存储器时，由RD信号（读）和WR

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信号（写）选通。

③寄存器区 内部数据存储器分为4个区域，数据RAM用于存放临时变量，下面介绍其他三个寄存器区：

a) 工作寄存器区 它占用地址00～FFH的32个内存单元，又分成4个区。每个区有R0～R7共8个工作寄存器。工作寄存器区的选择又由程序状态寄存器PSW的第4位和第3位(RS1和RS0)共同指定。单片机复位时，RS1和RS0为零，故指向0区。通过位操作改变RS1和RS0的值，可以方便地指向任一个区间。

b) 位寻址区 每位都有一个独立的8位地址(占据空间00～7F)，共128位。此外，在专用寄存器SFR中还有一部分是可以位寻址的(有些位可能无定义)。

c) 专用寄存器区 共有21个专用寄存器SFR，位于80～FFH地址空间。这些寄存器又可以分为CPU专用寄存器和接口专用寄存器。CPU专用寄存器前面己经提过，而接口专用寄存器包括两部分。一部分就是单片机的I/O端口P0～P3，分别编址为80H、90H、A0H、B0H，共4个单元，32位，每一位都可以独立寻址。另一部分为定时/计数器，串行口、中断的一些控制寄存器。

·定时/计数器

89C51有两个16位定时/计数器(T0，T1)。在定时功能中，每个机器周期定时器加1，由于l个机器周期包含12个振荡周期，因而它的计数频率为1/12，即由定时器计数到的脉冲为振荡周期频率的1/12。

在计数器功能中，在外部事件相应输入脚(T0或T1)产生负跳变时，计数器加1。由于计数器的计数过程需要2个机器周期(24个振荡周期)，所以，最高的计数频率为振荡频率的1/24。

这两个定时/计数器的工作状态(定时/计数)及工作方式(方式0～方式3)的选择是由定时/计数器方式寄存器(TMOD)中的每位值所决定的。定时/计数器的控制由控制寄存器(TCON)完成。

·I/O口

89C51不仅有4个8位并行口，供单片机和外部RAM、EEPROM等扩展连接用或与其它设备交换信息用，它还有一个全双工串行口，能同时发送和接收数据。在前面的引脚功能中已对并行口作了简要介绍，在此就主要介绍一下串行口。

串行口也就是P3.0和P3.1的第二功能。它既能工作在异步方式，又能工作在同步方式。该串行口是全双工的，它在物理上分为两个独立的发送缓冲器和接收缓冲器SBUF，但它们占用一个特殊功能寄存器的地址99H，只需对SBUF进行写或读的操作，就可以同时发送和接收了。串行口的工作方式选择、波特率选择、串行通信协议的完成，由两个特殊功能寄存器，即串行口控制寄存器SCON和功耗控制寄存器PCON完成。

·中断

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89C51单片机提供了6个中断源，而每一个中断源都能被程控为高优先级或低优先级。其中5个中断源包括2个外部中断和3个内部中断。两个外部中断源为INT0和INT1，外部设备的中断请求信号、掉电等故障信号都可以从INT0而和INT1引脚输入，向CPU提出中断申请，INT0和INT1的中断请求标志IE0、IE1分别设在TCON寄存器的TCON.1、TCON.3。3个内部中断源为T0、Tl溢出中断源及片内串行发送或接收中断源，T0、Tl中断请求标志TF0和TF1分别设在TCON寄存器的TCON.5、TCON.7，串行发送或接收中断标志TI或RI设在SCON寄存器的第SCON.0、SCON.1。5个中断源中的一个、几个或全部中断源的开、关由中断允许寄存器(IE)完成，而每个中断源的优先级别的高低由中断优先级控制寄存器(IP)完成。89C51单片机中断源简要特性见表3-3。

表3-3 中断源特性表

名称 外部中断 定时器0溢出中断 外部中断1 定时器1溢出中断 串行口中断 符号 INT0 TF0 INT1 TF1 R1+T1 T1 SCON.1 标志符号 标志符号位置 矢量地址 优先级别 IE0 TF0 IE1 TF1 R1 TCON.1 TCON.5 TCON.3 TCON.7 SCON.0 0023H 0003H 000BH 0013H 001BH 最低 最高

3.3各模块电路

3.3.1主控制系统

主控器采用AT89C51，是美国ATMEL公司生产的一款性能稳定、低功耗的单片机，兼容MCS-51系列产品指令系统及引脚。片内含4KB的可重复编程的Flash程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，使用5（1±20﹪）V的电源电压， 128×8位的内部RAM，4个8位的双向可位寻址的I/O端口，2个16位定时/计数器，6个中断源，AT89C51单片机可提供许多高性价比的应用，灵活应用于各种控制领域。

单片机的P1口及P2口分别应用于控制南北及东西方向的通行灯，P0口及P3.0~P3.2口应用于4组LED计时器的控制，T0和T1分别作为东西方向和南北方向和车流量流量控制，INT0和INT1分别用于东西方向和南北方向的特种车辆通行紧急转换电路。 3.3.2 车辆检测电路

为了达到对红绿灯开启时间的控制，需要对十字路口各个方向的车辆进行检测，本

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