基于51单片机的交通灯控制word档p

基于51单片机的交通灯控制word档p内容摘要：

通信功能的串行通信接口。 ② CPU 外围功能单元的集中管理模式。 ③ 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 ④ 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 （ 3）第三阶段（ 19821990）： 8 位单片机的巩固发展及 16 位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。 Intel 公司推出的 MCS–96 系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。 随着 MCS–51 系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51 为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道 A/D 转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。 基于 51 单片机的交通灯控制 5 （ 4）第四阶段（ 1990—至今 ）：微控制器的全面发展阶段。 随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的 8 位 /16位 /32 位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机。 单片机的发展趋势 目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着 CMOS 化、低功耗、小体积、大容量 、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。 下面是单片机的主要发展趋势。 CMOS 化 近年，由于 CHMOS 技术的进小，大大地促进了单片机的 CMOS 化。 CMOS芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。 这也是今后以 80C51 取代 8051 为标准 MCU 芯片的原因。 因为单片机芯片多数是采用 CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。 CMOS 电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。 采用双极型半导体工艺的 TTL 电路速度快，但功耗和芯片面积较大。 随着技术和工艺水平的 提高，又出现了 HMOS（高密度、高速度MOS）和 CHMOS 工艺。 CHMOS 和 HMOS 工艺的结合。 目前生产的 CHMOS 电路已达到 LSTTL 的速度，传输延迟时间小于 2ns，它的综合优势已在于 TTL 电路。 因而，在单片机领域 CMOS 正在逐渐取代 TTL 电路。 低功耗化 单片机的功耗已从 Ma 级，甚至 1uA 以下；使用电压在 3~6V 之间，完全适应电池工作。 低功耗化的效应不仅是功耗低，而且带来了产品的高可靠性、高抗干扰能力以及产品的便携化。 低电压化，几乎所有的单片机都有 WAIT、 STOP 等省电运行方式。 允许使 用的电压范围越来越宽，一般在 3~6V 范围内工作。 低电压供电的单片机电源下限已可达 1~2V。 目前 供电的单片机已经问世。 低噪声与高可靠性 为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。 大容量化 以往单片机内的 ROM 为 1KB ~4KB， RAM 为 64~128B。 但在需要复杂控制的场合，该存储容量是不够的，必须进行外接扩充。 为了适应这种领域的基于 51 单片机的交通灯控制 6 要求，须运用新的工艺，使片内存储器大容量化。 目前，单片机 内 ROM 最大可达64KB， RAM 最大为 2KB。 高性能化 主要是指进一步改进 CPU 的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。 采用精简指令集（ RISC）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。 现指令速度最高者已达 100MIPS（ Million Instruction Per Seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。 这类单片机的运算速度比标准的单片机高出 10 倍以上。 由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其 I/O 功能，由此引入了虚拟外设的新概念。 小容量、低价格化 与上述相反，以 4 位、 8 位机为中心的小容量、低价格化也是发展动向之一。 这类单片机的用途是把以往用数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。 外围电路内装化 这也是单片机发展的主要方向。 随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。 除了一般必须具有的 CPU、 ROM、 RAM、定时器 /计数器等以外，片内集成的部件还有模 /数转换器、 DMA 控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。 串行扩展技术 在很长一段时间里，通用型单片机通过三总线结构扩展外围器件成为单片机应用的主流结构。 随着低价位 OTP（ One Time Programble）及各种类型片内程序存储器的发展，加之处围接口不断进入片内，推动了单片机 ―单片 ‖应用结构的发展。 特别是 I C、 SPI 等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化。 集成化 随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将列强。 在单片机家族中， 80C51 系列是其中的佼佼者，加之 Intel 公司将其 MCS –51系列中的 80C51 内核使用权以专利互换或出售形式转让给全世界许多著名 IC 制造基于 51 单片机的交通灯控制 7 厂商，如 Philips、 NEC、 Atmel、 AMD、华邦等，这些公司都在保持与 80C51 单片机兼容的基础上改善了 80C51 的许多特性。 这样， 80C51 就变成有众多制造厂商支持的、发展出上百品种的大家族，现统称为 80C51 系列。 80C51 单片机已成为单片机发展的主流。 专家认为，虽然世界上的 MCU 品种繁多，功能各异，开发装置也互不兼容，但是客观发展表明， 80C51 可能最终形成事实上的标准 MCU 芯片。 基于 51 单片机的交通灯控制 8 2 芯片简介 MCS51 单片机内部结构 8051 是 MCS51 系列单片机的典型产品，我们以这一代表性的机型进行系统的讲解。 8051 内部结构如图 所示： 图 8051 内部结构示意图 8051 单片机包含中央处理器、程序存储器 (ROM)、数据存储器 (RAM)、定时 /计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在分别加以说明： 中央处理器 中央 处理器 (CPU)是整个单片机的核心部件，是 8 位数据宽度的处理器，能处理 8 位二进制数据或代码， CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 数据存储器 (RAM) 8051 内部有 128 个 8 位用户数据存储单元和 128 个专用寄存器单元，它们是统一编址的 ,专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的 RAM 只有 128 个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 程序存储器 (ROM) 8051 共有 4096 个 8 位掩膜 ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 基于 51 单片机的交通灯控制 9 定时 /计数器 (ROM 8051 有两个 16 位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 并行输入输出 (I/O)口 8051 共有 4 组 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或 P3)，用于对外部数据的传输。 全双工串行口： 8051 内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 中断系统 8051 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个 定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 时钟电路 8051 内置最高频率达 12MHz 的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但 8051 单片机需外置振荡电容。 单片机的结构 单片机的结构 有两种类型，一种是程序存储器和数据存储器分开的形式，即哈佛 (Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序存储器与数据存储器合二为一的结构，即普林斯顿 (Princeton)结构。 INTEL 的 MCS51 系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后续产品 16 位的 MCS96 系列单片机则采用普林斯顿结构。 MCS51 系列单片机的内部结构示意 如 图 所示。 基于 51 单片机的交通灯控制 10 图 MCS51 单片机内部结构示意图 MCS51 的引脚说明 MCS51 系列单片机中的 803 8051 及 8751 均采用 40Pin 封装的双列直接 DIP结构，右图是它们的引脚配置， 40 个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根， 4 组 8 位共 32 个 I/O 口，中断口线与 P3 口线复用。 现在我们对这些引脚的功能加以说明：如图 ： 图 MCS51 单片机引脚示意图 RESET/Vpd 复位信号复用脚，当 8051 通电，时钟电路开始工作，在 RESET引脚上出现 24 个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。 初始化后，程序计数器 PC 指向 0000H， P0P3 输出口全部为高电平，堆栈指针写入 07H，其它专用寄存器被清 ―0‖。 RESET 由高电平下降为低电平后，系统即从 0000H 地址开始执行程序。 基于 51 单片机的交通灯控制 11 然而，初始复位不改变 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的状态， 8051 的初始态。 8051 的复位方式可以是自动复位，也可以是手动复位，见图。 此外，RESET/Vpd 还是一复用脚， Vcc 掉电其间，此脚可接上备用电源，以保证单片机内部 RAM 的数据不丢失。 图 8051 复位图和时钟电路图 /ALE 当访问外部程序器时， ALE(地址锁存 )的输出用于锁存地址的低位字节。 而访问内部程序存储器时， ALE 端将有一个 1/6 时钟频率的正脉冲信号，这个信号可以用于识别单片机是否工作，也可以当作一个时钟向外输出。 更有一个特点，当访问外部程序存储器， ALE 会跳过一个脉冲。 如果单片机是 EPROM，在编程其间， 将用于输入编程脉冲。 当访问外部程序存储器时，此脚输出负脉冲选通信号， PC 的 16 位地址数据将出现在 P0 和 P2 口上，外部程序存储器则把指令数据放到 P0 口上，由 CPU 读入并执行。 /EA/Vpp 程序存储器的内外部选通线， 8051 和 8751 单片机，内置有 4kB 的程序存储器，当 EA 为高电平并且程序地址小于 4kB 时，读取内部程序存 储器指令数据，而超过 4kB 地址则读取外部指令数据。 如 EA 为低电平，则不管地址大小，一律读取外部程序存储器指令。 显然，对内部无程序存储器的 8031,EA 端必须接地。 在编程时， EA/Vpp 脚还需加上 21V 的编程电压。 8255 芯片简介 8255 可编程并行接口芯片简介 8255 可编程并行接口芯片有三个输入输出端口，即 A 口、 B 口和 C 口，对应基于 51 单片机的交通灯控制 12 于引脚 PA7～ PA0、 PB7～ PB0 和 PC7～ PC0。 其内部还有一个控制寄存器，即控制口。 通常 A 口、 B 口作为输入输出的数据端口。 C 口作为控制或状态信息的端口，它在方式字的控制下，可以分成 4 位的端口，每个端口包含一个 4 位锁存器。 它们分别与端口 A/B 配合使用，可以用作控制信号输出或作为状态信号输入。 8255 可编程并行接口芯片方式控制字格式说明 : 8255 有两种控制命令字；一个是方式选择控制字；另一个是 C 口按位置位 /复位控制字。 其中 C 口按位置位／复位控制字方式使用较为繁难，说明也较冗长，故在此不作叙述，需要时用户可自行查找有关资料。 方式控制字格式说明如表 ： 表 方式控制字格式 D7：设定工作方式标志， 1 有效。 D D5： A 口方式选择 0 0 —方式 0 0 1 —方式 1 1 —方式 2 D4： A 口功能 （ 1=输入， 0=输出） D3： C 口高 4 位功能 （ 1=输入， 0=输出） D2： B 口方式选择 （ 0=方式 0， 1=方式 1） D1： B 口功能 （ 1=输入， 0=输出） D0： C 口低 4 位功能 （ 1=输入， 0=输出） 8255 可编程并行接口芯片工作方式说明 方式 0：基本输入 /输出方式。 适用于三个端口中的任何一个。 每一个端口。