基于单片机的交通灯控制系统研究
1.2单片机介绍
1.2.1单片机
单片微型计算机（Sing Chip Microcomputer）,简称单片机，是近代计算机技术发展的一个分支——嵌入式计算机系统。他是将计算机的主要部件（CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入/输出接口电路等）继承在一块大规模的集成电路中，形成的芯片级的微型计算机。自从单片机问世以来，就在控制领域得到广泛的应用，特别是近年来，许多功能电路都被继承在单片机内部，如A/D、D/A、PWM、WDT等，极大提高了单片机的测量和控制能力，我们现在所说的单片机已突破了微型计算机（Microcomputer）的传统内容,更准确地名称应为微控制器（Microcontroller）,虽然我们任然称其为单片机，但应把他认为是一个单片形态的微控制器。
1.2.2单片机的发展历程
单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。
在MCS-51系列单片机中，有两个子系列：51子系列和52子系列。每个子系列有诺干中型号。51系列有8051、8751和8031三个型号，后来经过改进产生了80C51、87C51、80C31三个型号；52系列有5021、8752、8032三个型号，改进后的型号是80C52/87C52、80C32。改进后的型号更加省电。52系列比对应的51系列增加了定时器T2并将内部程序存贮器增加到8KB。Inter公司停止生产MCS-51系列单片机之后将生产权转让给了许多其他公司，于是出现了许多与MCS-51兼容的单片机。现在生产MCS-51兼容单片机的公司对其进行了不同程度的改进和提高。我们现在使用比较的多的是AT89C51/AT89S51等。
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内部资源在增多，引角的多功能化，以及低电压底功耗。
1.2.3单片机的特点
（1）性价比高，开发周期短，易于产品化， （2）集成度高，可靠性好，抗干扰性强， （3）功能完善，接口多样， （4）低功耗、低电压
一般电源供电电压在0.5～3V范围内单片机都能正常工作，供电的下限可达1～2V。 （5）总线多样，易于扩展
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单片机外部的典型三总线结构,方便系统构扩展,构成各种规模的应用系统。外部总线增加了I2C及SPI等串行总线方式, 可根据需要进行并行或者串行扩展。
1.3 MCS-51系列单片机
1.3.1 MCS—51单片机内部结构有8大部分
（1）一个8 位的中央处理器 CPU（又称为微处理器）
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。
（2）有 128字节 的片内数据存储器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。
（3）4KB片内 程序存储器ROM或EPROM
8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据. （4）片内 18个 特殊功能寄存器（SFR） （5）4个8位 的并行输入输出I/O口（PIO）
8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输 P0口 P0.0~P0.7 输入与输出 分时的传送地址低8位与数据线 P1口 P1.0~P1.7 输入与输出 无第二功能 P2口 P2.0~P2.7 输入与输出 传送地址的高8位 P3口 P3.0~P3.7 输入与输出 P3.0—RXD：串行口输入端 P3.1—TXD：串行口输出端 P3.1—TXD：串行口输出端 P3.2—P3.3—
：外部中断0中断请求输入端 ：外部中断1中断请求输入端
P3.4—T0：定时器/计数器0外部输入端 P3.5—T1：定时器/计数器1外部输入端 P3.6—P3.7—
：外部数据存储器写选通信号 ：外部数据存储器读选通信号
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（6）1个 串行口I/O（SIO/UART）完成单片机与其他微机的之间的串行通信 （7）2/3个16位 定时器/计数器（TIMER/COUNTER） （8）可处理 5个中断源，两级可程序优先级的中断系统
其中含有MCS-51指令集含 111条指令，按照指令操作功能话费有五类： <1>数据传送指令（28） <2>算术运算指令（24） <3>逻辑运算及转移指令（25） <4>控制转移指令（22） <5>位操作指令（12）
1.3.2单片机的内部结构
除去图中的存储电路和I/O部件，剩下的是CPU，它可以分为运算器和控制器两部分。运算器功能部件包括算术逻辑运算单元ALU、累加器ACC、寄存器B、暂存寄存器TMP1、TMP2、程序状态字寄存器PSW等。控制器功能部件包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、定时控制逻辑电路CU、数据指针寄存器DPTR、堆栈指针SP及时钟电路等。
1.3.3 MCS-51的引脚说明
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8951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。
MCS-51系列单片机中的8031、8051及8951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1-1
图1-1
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Pin9: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，P0-P3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。然而，初始复位不改变RAM（包括工作寄存器R0-R7）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，见下图1-2所示。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1-2
·Pin30: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，·Pin29:
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。
·Pin31:EA/Vpp程序存储器的内外部选通线，8051和8951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。
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第2章 单片机控制交通系统总体设计
2.1单片机交通控制系统通行方案设计
设在十字路口，分为东西向和南北向，在任一时刻只有一个方向通行，另一方向禁行，持续一定时间，经过短暂的过渡时间，将通行禁行方向对换。其具体状态如下图所示。说明：黑色表示亮，白色表示灭。交通状态从状态1开始变换，直至状态6然后循环至状1，周而复始，即如图（图2-1）所示：直至状态6然后循环至状态1，通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：
图2-1交通状态
通过具体的路口交通灯状态的演示分析我们可以把这四个状态归纳如下：
东西方向红灯灭，同时绿灯亮，南北方向黄灯灭，同时红灯亮，倒计时20秒。此状态下，东西向禁止通行，南北向允许通行。
东西方向绿灯灭，同时黄灯亮，南北方向红灯亮，倒计时5秒。此状态下，除了已经正在通行中的其他所以车辆都需等待状态转换。
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