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1、摘 要交通灯的智能控制是目前智能交通系统ITS领域中的一个分支。随着城市 化速度的加快，机动车日益普及，人们受到越来越多的交通拥堵的困扰。而 城市道路中交通拥堵有多方面的原因：车辆多，道路少；道路设置不合理； 平面交通多，立体交通少：交叉路口交通灯时间设置不合理等等。而城市交 通中平面交通占得比重非常大。堵车地点多为交叉路口。主要是由于车流量 大，等灯时间不合理造成的。这是目前城市交通亟待解决的问题。 目前我国城市街道交叉路口的交通信号灯虽然是自动的，但是仔细观察 就会发现红绿灯的交替转换是定时式的，即转换的间隔时间是固定不变的。 定时式并不符合实际要求。因为，如果东西和南北两方向车流量相差很
2、大， 而信号灯还是平均分配导通时间，就会出现这样的问题：车多的方向导通时 间不足，而车少的方向导通时间剩余，造成一方向车挤另一方向车松的不合 理的局面，这就是机器自动控制不如人工现场指挥的差别。本论文主要对十 字路口交通灯可根据车流量的大小而改变红绿灯的时长加以研究。 本系统采用单片机作为中心控制器。在单片机最小系统的基础上扩展了 数据存储器、程序存储器、IO接口、AD转换器，使硬件电路能适应所完成 的控制功能。该系统可控制红、绿、黄灯按时间依次变换，并有倒读秒功能。 均采用LED显示器。在此基础上，通过传感器对车流量的情况进行数据采集。 通过AD转换将采集的数据传送还给控制中心，进行分析比较
3、。根据比较的 结果，将具体的车流量转换成两相位车流量大小的比值。根据比值转换成对 红绿灯时间的控制。使交通信号灯可根据车流量改变。提高了交叉口的通行 效率。 关键词：智能交通；单片机；交通灯；控制器AbstractThe intelligent control of traffic light is a branch in ITS of intelligenttransportation systemAs the accelerating of urbanization,motor vehicle is popularized day and day,there is apuzzles to
4、people by traffic jam which is more and more seriousBut there ale many reasons for jam ofurban tramc-more automobiles，fewer roads，unsuitable arrangement ofroads，more plane traffic，fewer stereo trafficunsuitable arrangement on time of tramc light in crossroad, etcPlane tVd伍C takes up a great proporti
5、on of urban trafficThe place where jamoccuredfrequently iS crossroadThis is resulted frommore vehicle flow and unreasonable time ofwaitting traffic lightThis is qproblem needed to be solved in urban tlafnc Although,the control of tiamc light of crossroad in urban traffic is automatic，the alternative
6、 switch ofred and green trafjfic light is timed，bywhich the interval time ofswitching is changelessIt is not suitable for practiceBecause，when there is a big difference of east-west and north-southS vehicle flow,if tum-on time is distributed by traffic light,the problen may appered such as tuiti on
7、time ofdirection of more vehicles iS lack，while one of fewervehicles is excessiveBecause of this problem,an unreasonable situation which is on one direction the traffic is jam which another dricetion is not jam is madeThis is difference that automative control is inferior to manual cotr01That accord
8、ing to the vehicle flow to changes swicthing time of red and green traffic light in crossroad is mainly studied in thearticle The 5cm is used as center controller in the systemOn thebase ofminimized scm system，data memory,program memory,FO interface，AD converter ale extended in order to have hardwar
9、e circuit achieves control function111e successi；ely switch ofred,green and yellow tvdmC light by time Can be cotrolled and attached function is read the secondsAll ofthese adapted LED displayOn this basis，data on amount of vehicle flow is collected by sensorBy AD converting the collected datas a tr
10、ansmited to control centeranalysed and comparedAccording to results，concrete vehicle flow will be convened into ratio of vehicle flow on both dircetion，based on which switch time of red and green traffic lights canbe controlledtraffic efficiency can be increased Keywords：intelligent；transportation；s
11、cm；traffic light；controller目 录第1章 绪 论11.1选题依据和背景11.2智能交通灯研究的意义1第2章 交通灯智能控制系统方案设计32.1信号灯基本情况32.2 交通信号控制的基本参数32.3 城市道路平面交叉路口的类型42.4交通信号的控制类型42.5交通流信息的检测方法426单交叉路口多相位交通信号的控制方案5第3章 硬件电路设计73.1本系统电路的组成和原理73.2信号转换部分的设计83.3控制部分的设计1134显示部分的设计1735电源部分的设计1936控制器的延时设计2037看门狗技术和掉电保护在系统中的应用23第4章 软件设计264.1系统软件总体设计
12、264.2车流量采样程序设计264.3单元程序块的设计28第五章 总 结35参考文献36致 谢37第1章 绪 论1.1选题依据和背景随着城市化速度的加快，机动车日益普及，人们在赚取由机动车辆所带来的巨额利润以及充分享受汽车巨大便利的同时，也越来越受到交通拥堵、交通事故频发、环境污染加剧和燃油损耗上升所带来的困扰。国内外城市中的交通阻塞主要发生在交叉口，交叉口是两条道路相互交叉而产生的作为方向转换的枢纽，是道路网中道路通行能力的“咽喉”交通阻塞和事故的多发地。日本全国每年由于交通拥挤所造成的经济损失高达12兆3千亿日元(合人民币9000多亿元)。作为经济和科技都很发达的美国，每年因为交通问题导致
13、的经济损失也高达2370亿美元，而美国交通事故约有一半发生在交叉口。我国国内百万人口以上的大城市，每年由于交通带来的直接和间接经济损失达1600亿元，相当于国内生产总值的32。如果我们不及早采取综合措施加以管理，则城市交通必影响我国经济发展和城市功能正常的发挥。 显然，解决上诉问题最直接和最有效的方法是修建更多的路桥以提高路网的通行能力。然而修建路桥的巨额资金和城市有限空间的严格限制，使这一有效的方法大打折扣。因此，在有限的道路条件下，提高交通控制和管理水平合理使用现有的交通设施，充分发挥其能力i是解决交通问题有效方法智能交通灯是智能交通领域的一个分支。智能交通系统，简称ITS(Intelli
14、gent Transport Systems)，作为一个概念性名词出现于20世纪90年代初，但其思想早在20世纪30年代已有萌芽，当时美国通用汽车公司和福特汽车公司倡导和推广过“现代化公路网”的构想，而20世纪60年代出现的静态路径诱导、计算机交通控制技术等都可谓是ITS的雏形，不过当时其重要性并不明显，没有受到人们足够的重视。因此，近几年来世界各国都竞相投资ITS的研发和应用。智能交通灯的应用是解决智能交通系统的关键之一。1.2智能交通灯研究的意义交通是城市经济活动的命脉，对城市经济发展、人民生活水平的提高起着十分重要的作用。汽车现已成为人们日常生活中必不可少的交通工具。汽车在给人们带来便利
15、的同时，也带来了一系列令人困惑的问题，如环境污染、交通拥挤、交通事故频繁发生，给人们的生命和财产带来了很大的损失。城市交通问题困扰城市发展、制约城市经济建设的重要因素，人们对交通有效控制的意识越来越强烈。 城市交通信号控制是通过对交通流的调节、警告和诱导以达到改善人和货物的安全运输，提高运营效率。其目标在于改善交通流的质量，更好的利用现有运输能力，提高交通流的安全性、快速性和舒适性。 交叉口是组成城市道路网的基本单元，城市交通控制分为单交叉口控制和多交叉口协调控制，并非前者比后者控制效果好，他们各有自己的适用范围。单交叉口担负着线控、面控控制方案的落实。 我国城市建设资金短缺，而协调控制一般投
16、资较大，这就限制了其使用。所以我国目前各个城市的绝大多数交叉口都在使用单交叉口控制方式。如何赋予单路口控制方式一些新的策略，使之对于大量的交叉口进行行之有效的控制，最大限度的提高其通行能力及安全，对解决我国目前城市交通有着非 常现实的意义，也可为协调控制的研究提供帮助。第2章 交通灯智能控制系统方案设计2.1信号灯基本情况信号灯给出的信号为红黄绿三色。世界各国对交通信号灯的各种灯色含义都有明确规定，其规则基本相同。我国现在使用的规则是1988年3月颁布的中华人民共和国道路交通管理条例。具体规定如下： (1)绿灯亮时，准许车辆、行人通行； (2)黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆
17、和进入人行横道的行人可以继续通行； (3)红灯亮时，不准车辆、行人通行； (4)绿色箭头灯亮时，准许车辆按照箭头所示方向通行； (5)黄灯闪烁时，车辆、行人须在确保安全的原则下通行。对人行横道信号灯有如下规定： (1)绿灯亮时，准许行人通过人行横道； (2)绿灯闪烁时，不准行人进入人行横道，但已进入人行横道的，可以继续通行； (3)红灯亮时，不准行人进入人行横道。2.2 交通信号控制的基本参数(1)步与步长 当进行交通信号灯控制时，这些灯色中的某些将被点亮。某时刻，灯控路口各个方向各信号灯状态所组成的一组确定的灯色状态称为步，不同的灯色状态构成不同的步。步持续的时间称为步长。一般地，步长的最小
18、单位为ls。 (2)周期 用于指挥交通的信号总是一步一步循环变化的，一个循环由有限个步构成。一个循环内各步步长之和称为信号周期，简称周期。 (3)相位在一个周期内，平面交叉口上某一方向或几个方向的交通流所获得的通行权称为相位，一个周期内有几个信号相位，就称该信号系统为几相位系统。 (4)排队长度 某一相位红灯期间等待在停止线前的车辆数称为排队长度。 (5)绿信比 绿信比是一个信号相位的有效绿灯时长与周期时长之比。 2.3 城市道路平面交叉路口的类型在城市道路中有大量的平面交叉路口，它们是交通流的汇集点和分流点。正是由于这些交叉路口的存在，才形成了四通八达的交通网络，而平面交叉路口又往往是事故高
19、发地带。按照交叉口的形状，一般可分为十字形、x形、T形、Y形和多交叉形。各类交叉口中，T形路口和Y形路口的通行效率不高，多交叉形路口交通组织复杂，所以应尽量避免使用。平面十字交叉路口为主要的实用类型2.4交通信号的控制类型(1)从空间关系上可将交通信号控制划分为点控、线控和面控。点控是对城市道路平面交叉口的交通信号进行独立控制，不考虑与相邻路口的协调关系，控制目的是尽可能减少该路口的行车延误。线控是对含有多个平面交叉口的城市交通干线进行信号控制，各路口的控制方案相互协调，使得进入干线的车队按某一车速行驶时尽量少遇红灯。面控是对城市某个区域内一个以上的平面交叉口进行信号控制，控制方案相互协调，使
20、得在该区 域内某种指标，如总的停车数、所需时间、耗油量等最小。 (2)从控制原理上可将交通信号控制划分为定时控制、感应控制和自适应控制。定时控制是交通信号按预先设定的配时方案运行，配时的依据是交通量 的历史数据。一天内只用一个配时方案的称为单时段定时控制，一天内不同时段选用不同配时方案的称为多时段定时控制。感应控制是某相位的绿时根据车流量的变化而改变，其车流量由安装在平面交叉口的各种车辆监测器测量。自适应控是连续测量交通流，将其与希望的动态特性进行比较，利用差值以改变系统的可调参数或产生一个控制，从而保证不论环境如何变化，均可使控制效果达到最优。一方面，当前智能控制已成为交通信号控制发展的一个
21、必然方向；另一方面，线控和面控的基础都是单交叉路V：I，如果单交叉路口得不到有效控制，干线或整个区域也无法提高通行效率。2.5交通流信息的检测方法要实现交通信号的智能控制，必须首先获取各个相位上实时的交通流信息，这就需要依赖交通流量检测技术和图像识别技术。随着信息技术的长足进步，交通流检测技术得到了迅速的发展。交通量检测器有很多种类，如： 线圈检测器、超声波检测器、磁感应式检测器、光辐射式检测器、雷达检测器、视频检测器等。 基于图像识别技术的交通参数视频检测方法是一种非接触式的检测方法，它利用数字图像识别技术，对用高速摄像机拍摄的交通现场画面进行处理，获得被检测车道上的车型、车速、车流量等交通
22、参数，为交通控制和管理提供准确的交通流数据，从而更有效地进行交通控制和管理。它具有安装工程量小、维修方便、检测范围大、系统可靠性高、可重现现场等优点，是一种很有应用前景的方法。目前己有不少视频检测产品，按工作原理可分为虚拟线圈法和车辆跟踪法，可根据对交通流参数的不同要求选择适当的检测手段。 早期大部分视频检测技术采用的是虚拟线圈法，工作原理类似于地埋式线圈检测器。用户在图像上定义检测线位置，系统通过计算检测线变化强度来判断车辆的经过，从而计算交通参数。该方法的优点是数据处理时间较短，可在满足实时性要求的前提下完成流量和速度的检测。但丢失了车辆长度、运动轨迹等特征，不能充分利用图像信息。 车辆跟
23、踪法是通过识别出交通场景图像中符合车辆特征的像素，进行图像分割，并依据提取出的特征来匹配前后帧中的车辆，从而计算交通参数。理论上车辆跟踪法比虚拟线圈法更为严谨，可获得更多、更全面的车流信息，但该方法在提取特征、跟踪特征上具有一定的难度。 一套完整的视频交通检测系统至少应包括以下硬件设备：摄像机、计算 机、图像采集卡、数据传输和存储设备等。摄像机获取交通流图像，传输到计算中心后，通过模数转换，将图像输入计算机，采集软件实时处理图像并输出结果。软件部分主要包含以下三部分：硬件控制部分控制图像采集卡和数字图像记录等，人机交互部分主要包括采集参数的设置、处理结果的输出 等，图像处理部分主要包括车辆检测
24、、车辆匹配、交通参数计算等。不管采用哪种方法都是要得到某一方向上具体的车流量数值。信息采集量大，运算量也很大。而车流量与红绿灯时长关系的数学模型的建立是十分困难的。这样就给设计工作带来了较大的困难。 以上方法采集的数据非常准确，但对于交通路口来讲相对相位的两个路口车辆相差一定数辆以下对红绿灯的时间不会有太大的要求。可以考虑通过获得车辆的大概数值生成对时间的调节。数据采集采用模糊的方法。获得清晰的数据。 26单交叉路口多相位交通信号的控制方案 在日常生活中，最常见的路口是十字路口。当交通流较大时，为了确保安全往往要进行多相位信号控制。对一个十字路口实行四相位信号控制的情况，分别是南北直行、南北左
25、转、东西直行、东西左转，四个相位按照顺序依次循环。利用现今的检测技术，如线圈检测、视频检测或超声波检测等方法，可测得各个相位停止线前的排队长度。根据经验，在实际的信号控制中，当某一相位上的排队长度较短时，所分配的绿灯时间就会短些，但一般不宜短于 15s，否则时间太短容易造成车辆来不及通过路口，从而带来安全隐患。当某一相位的排队长度很长时，应按照最长绿灯时间分配，这时交通堵塞己经不可避免了。但信号周期一般不应超过200s，这是因为还需考虑其他相位上的车辆，周期过长容易使司机心理上变得急躁，发生不遵守交通规则强行并线或闯红灯等情况。智能控制的研究对象具备不确定性的模型，高度的非线性，复杂任务的要求
26、。它将认知系统研究的结果与常规的系统控制方法加以有机的结合，实现规划、决策、学习等智能功能。其主要特点有： (1)智能控制系统一般是以知识表示的非数学广义模型和数学模型相结合的混合控制过程。它适用于含有复杂性，不完全性，模糊性，不确定性和不存在己知算法的生产过程。它根据被控动态过程特征辨识，采用开闭环控制和定性与定量控制结合的多模态控制方式。 (2)智能控制器具有分层信息处理和决策机构。它实际上是对人工神经网络结构或专家决策机构的一种模仿。复杂的大系统中，通常采用任务分块，控制分散方式。智能控制核心在高层控制，它对环境或过程进行组织决策和规划，实现广义求解。要实现此任务需要采用符号信息处理，启
27、发式脑思维接近。低层控制也属智能控制系统不可缺少的一部分，一般采用常规控制。(3)智能控制器具有非线性。这时因为人的思维具有非线性，作为模仿人的思维进行决策的智能控制也具有非线性。 (4)智能控制器具有变结构特点。在控制过程中，根据当前的偏差及偏差变化率的大小和方向，在调整参数得不到满足时，以跃变方式改变控制器的结构，以改善系统的性能。 (5)智能控制具有总体自寻优特点。由于智能控制器具有在线特征辨识、特征记忆和拟人特点，在整个控制过程中计算机在线获取信息和实时处理并给出控制决策，通过不断优化参数和寻找控制器的最佳结构形式以获取整体最优控制性能。 智能控制系统具有学习功能、适应功能、组织功能。
28、对于复杂的任务和分散的传感信息具有自组织和决策的功能，该组织功能表现为系统具有相应的主动性和灵活性，即智能控制器可以在任务要求的范围内，自行决策，主动地采取行动，而当出现多目标冲突时，在一定的限制下，控制器可有权自行裁决。 第3章 硬件电路设计3.1本系统电路的组成和原理本系统实现的是对城市十字路口交通的控制，它由三大部分组成： (1)信息韵采集和转换部分； (2)单片机自动控制部分； (3)显示部分。 通过车流量传感器对东西和南北两条通道的车流量的测量，并由AD转换器将测量的结果由模拟信号转换为数字信号，传给单片机。单片机能通过程序运算得到两条通道车流量的大小来控制路口各方向的红绿灯时长，并
29、由LED显示。以一个周期向传感器取一次数据。 信息采集主要是对路口各方向的车流量进行采集。因为关系到哪个方向通行时间长，哪个方向通行时间短。目前大多采用光学或压力传感器，以确定每个路口在一定时间段车辆通过的次数。本设计采用比例的方法利用光学原理只计算出需比较两个相对通行路口车流量的比值即可。 设计车流量传感器，一个对准东西方向取样，另一个对南北方向取样，分别取得两个代表东西和南北方向车流量a和b。用单片机巡回检测，并将他们进行比较。若二者相等则按一定时间间隔交替导通。若ab进入a方向绿灯时长程序。反之，进入b方向绿灯时长程序。该控制程序又根据具体的比例做时长的变换。这些工作全部由单片机完成。单
30、片机通过接口得到a和b相对应的电压信号量，然后对其进行处理、分析和判断，改变信号灯输出时长，直接控制信号灯驱动电路，实现单片机对信号灯的智能控制。3.2信号转换部分的设计由于传感器输出信号是模拟信号，而单片机接收的是数字信号，从而需要在两者之间加上信号转换线路。信号转换器采用AD转换器ADC0809。321 ADC0809引脚及功能 ADC0809是一种逐次比较式8路模拟输入，8位数字输出的AD转换器，其引脚如图31所示。图3.1 ADC0809引脚功能图322 ADC0809结构及转换原理 ADC0809是采用逐次比较的方法完成AD转换的，由单一的+5V电源供电。片内带有锁存功能的8路选l的
31、模拟开关，由C、B、A引脚的编码来决定的通道。ADC 0809完成1次转换需1001as左右，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到MCS5l的数据总线上，通过适当的外接电路，ADC0809可对0-5V的模拟信号进行转换。 323 MCS5 1与ADC0809的接口 单片机控制ADC0809的工作过程是首先用指令先选ADC0809的一个模拟输入通道，当执行MOVXDPTR，A时，单片机的WR信号有效，从而产生一个启动信号，给ADC0809的STRAT引脚送入脉冲，开始对选中通道进行转换。当转换结束后，ADC0809发出转换结束EOC(高电平)信号，该信号可供单片机查询，也可反向作为单片机发出
32、的中断请求信号；当执行指令：MOVX A，DPTR，单片机发出读控制RD信号，OE端有高电平，且把经过ADC0809转换完毕的数字量读到A累加器中。 由上述可见，用单片机控制ADC0809时，可采用查询和中断控制两种方法。查询方式是在单片机把启动信号送到ADC0809之后，执行别的程序，同时对ADC0809的EOC引脚的状态进行查询，以检查ADC0809变换是否已经结束，如查询到变换已经结束，则读入转换完毕的数据。 中断控制方式是在启动信号送到ADC0809之后，单片机执行别的程序。 ADC0809转换结束并向单片机发出中断请求信号时，单片机响应此中断的请求，进入中断服务程序，读入转换数据。中
33、断控制方式效率高，所以特别适合变换时间较长的ADC0809。 如果对转换速度要求高，采以上述两种ADC0809控制方式往往不能满足要求，可采用DMA(直接存储器存取)的方法，这时可在ADC0809与单片机之间插入一个DMA接口(例如Intel公司的8237DMA控制器)。传偷一开始，MD转换的数据据就可以从输出寄存器经过DMA中的数据经过DMA中的数据寄存器直接传偷到主存储器，因而不受程序的限制。其与单片机的连接采用两种方式。 (1)查询方式 ADC0809可利用MCS51单片机提供的地址锁存器允许信号ALE经D触发器2分频后获得，ALE引脚的频率是MCS5l单片机时钟频率的16(但要注意的是
34、，每当访问外部数据存储器时，将少1个ALE脉冲)。如果单片机时钟频率采用6MHz，则ALE引脚的输出频率为1MHz，再2分频后为500kHz，恰好符合ADC0809对时钟频率的要求。由于ADC0809具有输出三态锁存器，其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。地址译码引脚C、B、A分别与地址总线的低3位A2、A1、A0相连，以选通IN0IN7中的一个通道。将P27引脚信号控制ADC的地址锁存和转换启动，由于ALE和STRAT连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。在读取转换结果时，用低电平的读信号RD和P27引脚经或非门后，产生的 正脉冲为OE信号，用以打开三态输出锁
35、存器。下面的程序是采用软件延时的方式，分别对8路模拟信号轮流采样1次， 并依次把结果转存的数据存储区的转换程序。 MAIN： MOV R1，#data ；数据区首地址 MOV DPTR,#7FF8H ；口地址送DPRT,P27=0，指向通道IN0 MOV R7，#08H ；置通道个数 LOOP： MOVXDPTR，A ；启动AD转换 MOV R6，0AH ；软件延时，等到转换结束DELAY： NOP NOP NOP DJNZ R6, DELAY MOVX A，DPTR ；读取转换结果 MOV Rl，A ；存储转换结果 INC DPTR ；指向下一个通道 INC Rl ；修改数据区指针 DJNZ
36、 R7,LOOP ；8个通道全采样完否?未完则继续， (2)中断方式 ADC0809与MCS51单片机的断方式接口电路只需要将EOC引脚经过一非门连接到5l单片机的INTl引脚即可。采用中断方式可大节省CPU的时间当转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断申请，单片机响应中断请求，由外部中断l的中断服务程序读AD，并启动ADC0809的下一次转换，外部中断l采用跳沿触发方式。程序如下： INIT1： SETB ITl ：外部中断l初始化编程 SETB EA ；CPU开中断 SETB EXl ；选择外部中断为跳沿触发方式 MOV DPTR#7FF8H ；端口地址送DPTR MOV A#00
37、H MOVxDPTR,A ；启动0809对IN0通道转换 中断服务程序 ：PINTl： MOV DPTR#7FF8H ；读取AD结果送内部RAM单30H MOV A，DPTR MOV 30HA MOV A，#00H ；启动0809对IN0转换 MOVXDPTR，A RET3.3控制部分的设计单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，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。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内总包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和IO接口电路等。因些，单片机只需要和适当软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统
38、。 单片机经过l、2、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，外角的多功能化，以及低压功耗。331 MSC51芯片简介 MCS51单片机是国内外成型的单片微型计算机，采用三总线结构可扩展它有如下特点： (1)集成度高 MCS51单片机的典型代表产品为8031，803l芯片内部包含了128字节的RAM，4个8位并行IO口，1个全双工的串行口，2个16位的定时器、计数器，以及一个处理功通用很强大中央处理器，但片内无程序存储器。 (2)系统结构简单 MCS一5 1芯片内部采用模块结构，增加或更新一个模块，就能得到指令系统和引脚兼容的新产品。 (3)
39、系统扩展方便 MCS一5 l具有外扩到64K字节程序存储和64K字节的外部RAM和IO 口的能力，当MCS51芯片内部RAM和芯片本身的IO口线不够用时，即可进行系统扩展。 (4)可靠性高 MCS51单片机的总线大多采用3总线而不易受干扰，而且MCS51应用系统体积小，容昴采取屏蔽等措施，适用范围宽，在各种环境下都能可靠工作。 (5)处理功能强，速度高 MCS51单片机指令系统中有加减乘除及各逻辑运算和转移指令，还具有位操作功能，这在检测控制中特别有用。 (6)容易产品化 MCS5l由于单片机应用系统具有体积小，可靠性高，功能强价格低等特点，因此很容易形成产品，可以把它装入各种仪器，仪表及控制
40、装置中。 MCS5l单片机具有以下特点，使其在工业控制中可得到可广泛的应用。MCS51系列单片机主要有8031、805l、8751等多种型号。因MCS一51单片机可兼容，这里以8031为例加以介绍。 8031内部包含一个微处理器，128个字节RAM，4KB字节ROM，21个特殊功能寄存器，4个8位并行口，一个全双工串行口，两个16位的定时器 计数器。单片机805I就是一个完整的计算机。 803l是MCS一51系列单片机的典型产品，以这一代表性的机型进行系统 的讲解。 803l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
41、据总路线、地址总线和控制总线等三大总线。 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，完成数据存储器(RAM)。 803l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，而不能用于存放结果或用户定义的字型表。 8031共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。 定时/计数器(ROM)。8031有两个16位可编程定时计数器，以实现定时或 计数产生中断用于控制程序转向。有4个并行输入输出口(P0、P
42、1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。8031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，也可以同步移位器使用。8031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。8031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803 1单片机需外置振荡电容。 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
43、。INTEL的MCS一51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。MCS一5l系列的内部结构如图32所示。 图32 MCS5l系列的内部结构示意图 由如下功能部件组成 (1)微处理器(CPU)； (2)数据存储器（RAM)； (3)程序存储器（ROM/EPROM），8031没有此插件； (4)4个8渊亍I0I-1(P0口、Pl口、P2 L、P3口)： (5)1个串行口； (6)2个16位竞争士器计数强 (7)中断系统 (8)特殊功能害Fi与器(SFR) MCS51系列单片机中的8031、805l及875l均采用40Pin封装的双列直接DIP结
44、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32个I0口，中断口线与P3口线复用。引脚的功能如图33所示。 Pin9：RESE/ Vpd复位信号复用脚，当8031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。 图33 8031引脚结构 803l的复位方式可以是自动复位也可是以手动复位。此外，RESETVpd还是Vet掉
45、电期间，此引脚可以接上备用电源，以保证单片机内部RAM的数据不丢失。 当访问外部程序存储器时，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16位的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，PROG将用于输入编程脉冲。 Pin29：PSEN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PO和P2口上，外部程序存储器则把指令数据放到P0口上，CPU读入并执行。 Pin31：EAVpp程序存储器的内外部选通线，8051和807l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803l，
