汽車信號燈控制系統(tǒng)設計

1、機械創(chuàng)新綜合訓練課程設計題目： 汽車信號燈控制系統(tǒng) 班級： 測控技術與儀器071班 學號： 200704526 姓名： 指導老師： 目 錄1概述32系統(tǒng)組成33 總體設計方案34 硬件設計方案45軟件設計方案106 調(diào)試及運行結(jié)果137設計小結(jié)14參考資料15汽車信號燈控制系統(tǒng)摘要：本設計是利用at89c51單片機來實現(xiàn)的汽車信號燈控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)中利用5個開關來模擬汽車駕駛操作，然后用6個燈來作為汽車信號燈；當撥動開關改變相應的狀態(tài)時，單片機就會檢測到相關類型的狀態(tài)后，根據(jù)內(nèi)部程序，來驅(qū)動相關的汽車信號燈（發(fā)光二極管）閃爍或長亮，以次達到設計的目的和要求。關鍵詞：控制系統(tǒng) 信號燈 單片機 組

2、成 設計1.概述 隨著自動化機械作業(yè)的發(fā)展，控制系統(tǒng)從20世紀40年代就開始使用了，早期的現(xiàn)場基地式儀表和后期的繼電器構(gòu)成了最初的控制系統(tǒng)。現(xiàn)在所說的控制系統(tǒng)，多指采用電腦或微處理器進行智能控制的系統(tǒng)，20世紀后半葉，由于計算機、通信、控制、儀表、軟件等技術的飛速發(fā)展，不僅產(chǎn)生了多種多樣的自控產(chǎn)品，也豐富了人們進行自控設計的思路與方案。我國在交通信號控制系統(tǒng)開發(fā)與應用方面起步較晚，1973年開始進行單點信號機的研制，1985年在北京前三門大街實現(xiàn)城市交通線控系統(tǒng)控制。作為七五國家重大攻關項目，南京市在同濟大學的協(xié)助下開發(fā)了一套國產(chǎn)智能化交通信號控制系統(tǒng)，由于種種原因，一些重要功能如實時自適應配

3、時等沒有使用。2. 系統(tǒng)組成本系統(tǒng)硬件主要由控制開關、at89c51單片機、74ls240芯片、信號燈等設備所組成，其系統(tǒng)硬件框圖如圖2-1所示。at89c51單片機信號燈開關控制左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)信號緊急或停靠信號74ls240芯片驅(qū)動圖2-1 系統(tǒng)硬件框圖3.總體設計方案本設計為汽車信號燈控制系統(tǒng)，是利用at89c51單片機來實現(xiàn)的汽車信號燈控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)中利用5個開關來模擬汽車駕駛操作，然后用6個燈來作為汽車信號燈；當撥動開關改變相應的狀態(tài)時，單片機就會檢測到相關類型的狀態(tài)后，根據(jù)內(nèi)部程序，來驅(qū)動相關的汽車信號燈（發(fā)光二極管）閃爍或長亮，以次達到設計的目的和要求，其設計任務為設計并制作出汽車信號

4、燈微機控制系統(tǒng)，控制的信號燈有儀表板左/右轉(zhuǎn)彎燈、左/右頭燈和左/右尾燈共六類燈，在不同的駕駛操作控制下可驅(qū)動相對應的汽車信號燈閃爍或長亮。在本系統(tǒng)中，要求所需執(zhí)行的操作由相應的開關狀態(tài)反映，其駕駛操作與燈光信號對應關系如下：。(1) 左/右轉(zhuǎn)彎(合上左/右開關)：儀表板左/右轉(zhuǎn)彎燈、左/右頭燈、左/右尾燈閃爍。(2) 緊急開關合上：所有燈閃爍。(3) 剎車(合上剎車開關)：左右尾燈亮。(4) 左/右轉(zhuǎn)彎剎車：儀表板左/右轉(zhuǎn)彎燈、左/右頭燈、左/右尾燈閃爍，右/左尾燈亮。(5) 剎車、合上緊急開關：尾燈亮、儀表板燈、頭燈閃爍。(6) 左/右轉(zhuǎn)彎剎車，并合上緊急開關：右/左尾燈亮，其余燈閃爍。(

5、7) 停靠(合上?？块_關)：頭燈、尾燈以30hz的頻率閃爍。4.硬件設計方案4.1設計思路本系統(tǒng)中要求設計汽車信號燈控制系統(tǒng)，在駕駛汽車時有左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、合緊急開關、?？课鍌€操作；所以可以用五個開關來模擬這幾個操作，當單片機檢測到相關操作后，然后判斷屬于那一類操作，再通過軟件來驅(qū)動控制相應的信號燈閃爍或長亮。以此來實現(xiàn)對汽車信號燈的控制。當合上左轉(zhuǎn)彎開關后，儀表板左轉(zhuǎn)彎燈、左頭燈、左尾燈閃爍；當合上右轉(zhuǎn)彎開關后，儀表板右轉(zhuǎn)彎燈、右頭燈、右尾燈閃爍。當剎車開關合上時，左右尾燈長亮；合上停靠開關后，頭燈、尾燈以30hz的頻率閃爍；在緊急開關合上后，所有燈都閃爍。還可以同時合上轉(zhuǎn)彎開關和剎車

6、開關，合上剎車開關和緊急開關，以及合上轉(zhuǎn)彎開關、剎車開關和緊急開關。都可以驅(qū)動對應的汽車信號燈閃爍或長亮。4.2硬件選擇及論證基于上述的設計思想以及所學單片機知識，并且設計環(huán)境。所以我們在設計時，選擇了五個開關、at89c51單片機、74ls240芯片以及6只發(fā)光二極管。其中at89c51做為控制核心，當5個開關的狀態(tài)發(fā)生改變后，單片機檢測到開關信號后就通過軟件輸出相關信號，在經(jīng)過74ls240芯片來驅(qū)動6個汽車信號燈根據(jù)開關的相應狀態(tài)閃爍或長亮。4.3 at89c51單片機介紹at89c51是atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的cmos 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復擦寫和只讀程

7、序存儲器（perom）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲單元。其引腳圖如圖2-1所示。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示。圖2-1 at89c51引腳圖中斷控制片內(nèi)flash存儲器片內(nèi)rametc定時器1定時器0 cpu振蕩器總線控制制i/o接口串行接口p0 p2 p1 p3外部中斷txd rxd計數(shù)器輸出圖2-2 at89c51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖at89c51提供以下標準功能:4k字節(jié)flash閃速存儲器,128字節(jié)內(nèi)部ram,32個i/o口線,兩個16位定時/計數(shù)器,一個5向量兩

8、級中斷結(jié)構(gòu),一個全雙工串行通信口,片內(nèi)振蕩器及時鐘電路.同時,at89c51可隆至0hz的靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式.空閑方式停止cpu的工作,但允許ram,定時/計數(shù)器,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作.掉電方式保存ram中的內(nèi)容,但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一硬件復位。4.4管腳簡介l p0口:p0口是一組8位漏極開路型雙向i/o口,也即地址/數(shù)據(jù)總路線復用口.作為輸出口用時,每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個ttl邏輯門電路,對端口寫”1”可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時,這組口線從那時起轉(zhuǎn)換地址(低8位)和數(shù)據(jù)總線復用,在訪問期間激活內(nèi)

9、部上拉電阻。在flash編程時,p0口接收指令字節(jié),而在程序校驗時,輸出指令字節(jié),校驗時,要求外接電阻。l p1口:p1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口,p1的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個ttl邏輯門電路.對端口寫”1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,些時可作輸入口。作輸入口使用時,因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。flash編程和程序校驗期間,p1接收低8位地址。l p2口:p2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口,p2的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個ttl邏輯門電路.對端口寫”1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,些時可作輸

10、入口.作輸入口使用時,因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(例如執(zhí)行movx dptr指令)時,p2口送出高8位地址數(shù)據(jù).在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器(如執(zhí)行movx ri指令)時,p2口線上的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器(sfr)區(qū)中r2寄存器的內(nèi)容),在整個訪問期間不改變。flash編程或校驗時,p2亦接收高位地址和其它控制信號。l p3口:p3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口,p2的輸出緩沖級可驅(qū)動(吸收或輸出電流)4個ttl邏輯門電路.對端口寫”1”,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平,些時可作輸入口.作

11、輸入口使用時,因為內(nèi)部存在上拉電阻,某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。p3口除了作為一般的i/o口線外,更重要的用途是它的第二功能,如下表所示：i/o口線專用功能p3.0rxd(串行數(shù)據(jù)接收)p3.1txd(串行數(shù)據(jù)發(fā)送)p3.2_ int0(外部中斷0請求輸入)p3.3 _ int1(外部中斷1請求輸入)p3.4t0(定時器0外部計數(shù)脈沖輸入)p3.5t1(定時器1外部計數(shù)脈沖輸入)p3.6 _ wr(外部數(shù)據(jù)存儲器寫信號)p3.7 _ rd(外部數(shù)據(jù)存儲器讀信號)4.5 74ls240芯片介紹74ls240是八反相緩沖器/線驅(qū)動器芯片，這種八緩沖器和線驅(qū)動器是為提高三態(tài)輸出存儲地址驅(qū)

12、動器、時鐘驅(qū)動器和總線定向接收器和發(fā)射器的性能和集成度而特意設計的，設計者可按需要將原碼、反碼輸出、對稱g非（有效低電平輸出控制）輸入和互補輸入g和g非組合使用。其引腳圖入圖2-3所示。圖2-3 74ls240引腳圖4.6 電路原理圖本設計是在dvccdv52196實驗箱平臺上設計的，所以根據(jù)設計環(huán)境和圖2-4的系統(tǒng)框圖，可得本系統(tǒng)的電路原理圖如圖2-5所示。 圖2-5 汽車信號燈控制系統(tǒng)原理圖4.7 設計連線 由圖2-5中可得本設計的連線為：5個開關k1k5分別接到單片機的p3.1p3.5口，然后發(fā)光二極管l1l6分別連接到單片機的p1.0p1.5口。其余不再需要任何連線，因為在dvccdv

13、52196實驗箱內(nèi)已經(jīng)連接好，可以直接使用。這樣很大程度簡化了連線的步驟，使設計方便快捷。4.8 工作原理說明由于在本設計在dvccdv52196實驗箱平臺上，利用pc機資源和dvccdv52196實驗箱上的資源，其內(nèi)部很多芯片之間的連接都已經(jīng)接好，所以很方便的實現(xiàn)設計要求。由汽車信號燈控制系統(tǒng)原理圖2-4中可以看出，本系統(tǒng)中at89c51為控制核心，其中p3.0p3.4做為輸入口，p1.0p1.5為輸出口。當相應開關合上的的時候，開關狀態(tài)將發(fā)生變化，從而產(chǎn)生輸入信號；在單片機讀入開關狀態(tài)后，通過軟件來判斷屬于那一類信號，并實現(xiàn)汽車信號燈的控制，然后輸出到p1.0p1.5口，經(jīng)過74ls240

14、后來驅(qū)動汽車信號燈（發(fā)光二極管）做出相應的閃爍或長亮；比如當k1左轉(zhuǎn)彎開關撥動的時候，單片機就驅(qū)動汽車信號燈l1、l3閃爍，當合上開關k2的時候，l2、l4亮。當k1k2同時合上的時候，所有燈都熄滅；當再拔動其他開關的時候也隨即產(chǎn)生與之相對應的信號驅(qū)動汽車信號燈閃爍或長亮。5. 軟件設計方案5.1 程序流程圖根據(jù)軟件的設計思想，可畫出本系統(tǒng)程序流程圖如圖3-1所示。程序入口p3.0,p3.1,p3.2,p3.3,p3.4置“1”讀入開關k1，k2，k3，k4，k5狀態(tài)判斷開關狀態(tài)k1/k2=1,其余開關為0,驅(qū)動l1/l2和l3/4閃爍k3=1,其余開關為0,所有燈閃爍k4=1,其余開關為0,

15、l5和l6亮k1=k2=k4=1,其余為0,l1、l2、l3、l4閃爍，其余燈亮k4=k5=1其余為0,l1、l2、l3、l4閃爍，其余燈亮k1=k2=1,k3=1,其余為0,l5、l6亮，其余燈閃爍k5=1,其余為0,l5l6以30hz頻率閃爍圖3-1 系統(tǒng)程序流程圖5.2 軟件設計思想軟件部分與硬件部分一起構(gòu)成一個完整的系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)來說起著重要的作用。在本設計中使用了散傳程序的設計方法，它根據(jù)系統(tǒng)的某種運算結(jié)果，分別轉(zhuǎn)向各個處理程序。該方法利用jmp a+dptr，根據(jù)運算結(jié)果，確定a和dptr的內(nèi)容，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)移。用該方法 設計的程序結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)移表短，但轉(zhuǎn)移表大小加上各個程序長度必

16、須小于256字節(jié)。 5.3主要程序段說明：l1左轉(zhuǎn)彎燈,l2右轉(zhuǎn)彎燈; l3左頭燈,l4右頭燈; l5左尾燈,l6右尾燈。 . .table: ajmp go0 ;同時打開 ajmp go1 ;k1合上,k2打開 ajmp go2 ;k2合上k1打開 ajmp go3 ;k1k2同時合上 ajmp go4 ;k3合上 ajmp go5 ;k1,k3合上 ajmp go6 ;k2k3合上 ajmp go7 ;k1k2k3合上 ajmp go8 ; k4合上 ajmp go9 ;k1k4合上 ajmp go10 ;k2k4合上 ajmp go11 ;k1,k2,k4合上 ajmp go12 ;k3

17、,k4合上 ajmp go13 ;k1，k3，k4合上 ajmp go14 ;k2,k3,k4合上 ajmp go15 ;k1,k2,k3,k4合上 ajmp go16 ;k5合上go0: mov p1,#00 ;所有開關同時打開，所有燈都熄滅 ljmp begaingo1: mov p1,#00000101b ;k1合上，其余打開，l1、l3亮 ;表示左邊轉(zhuǎn)彎loop: lcall delay ;延時1s mov p1,#00h lcall delay ;延時1s ljmp begaingo2: mov p1,#00001010b;k2合上，其余打開，表示右邊轉(zhuǎn)彎 ljmp loop ;調(diào)用

18、延時程序go3: ljmp go0 ;k1k2同時合上，所有燈熄滅go4: mov p1,#00111111b ;k4合上，剎車，所有燈閃爍 ljmp loop ljmp begaingo5: ljmp go0 ;所有燈熄滅go6: ljmp go0 ;所有燈熄滅go7: ljmp go0 ;所有燈熄滅go8: mov p1,#00110000b ;k5合上，?？浚琹5l6閃爍 ljmp loopgo9: mov p1,#00001101b ;k1k4合上，左轉(zhuǎn)彎并剎車 cpl p1.0 ;l1閃爍 cpl p1.2 ;l3閃爍 lcall delay ;調(diào)用延時程序 cpl p1.3 ;l4

19、長亮 ljmp begaingo10: cpl p1.1 ;l2閃爍 cpl p1.3 ;l4閃爍 lcall delay cpl p1.5 ;l6長亮 ljmp begaingo11: ljmp go0 ;所有燈熄滅go12: cpl p1.0 ;l1l4閃爍 cpl p1.1 cpl p1.2 cpl p1.3 lcall delay setb p1.4 ;l5長亮 setb p1.5 ;l6長亮 ljmp begaingo13: mov p1,#00001111b ;l1l4閃爍 ljmp loop ljmp begaingo14: ljmp go13go15: ljmp go0go16: mov p1,#00111100b ;l3、l4、l5、l6閃爍 . .6. 調(diào)試及運行結(jié)果通過設計和編寫程序代碼，運行程序后，其結(jié)果為當撥動相應的開關后,其對應的汽車信號指示燈狀態(tài)將發(fā)生變化，閃爍或長亮，直到下一個動作為止，剛開始時候，其信號燈的動作與實際的操作不匹配，經(jīng)過小組成員的協(xié)同努力,最終在運行程序后能得到與要求相匹配的結(jié)果，其具體的調(diào)試結(jié)果如下表所示。駕駛信號操作調(diào)試結(jié)果左轉(zhuǎn)彎燈l1右轉(zhuǎn)彎燈l2左頭燈l3右頭燈l4左尾燈l5右尾燈l6合上左