汽車轉(zhuǎn)向燈陳曉明

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)題 目：汽車轉(zhuǎn)向信號燈設(shè)計(jì) 班 級： 電氣083班 姓 名： 陳曉明 學(xué) 號： 200809202 指導(dǎo)教師： 張鑫 設(shè)計(jì)時(shí)間： 1.14 評語：成績 1引言隨著單片機(jī)的日益發(fā)展，其應(yīng)用也越來越廣泛，通過對“汽車轉(zhuǎn)向燈單片機(jī)控制系統(tǒng)”設(shè)計(jì)，可以對單片機(jī)的知識(shí)得到鞏固和擴(kuò)展。本課程內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)，在汽車進(jìn)行左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、合緊急開關(guān)、停靠等操作時(shí)，實(shí)現(xiàn)對各種信號指示燈的控制。本設(shè)計(jì)主要是對單片機(jī)的并行輸入/輸出口電路的應(yīng)用，通過I/O口控制發(fā)光二極管的亮滅閃爍，加上一些復(fù)位電路按鍵電路驅(qū)動(dòng)電路來模擬汽車尾燈的功能。汽車在駕駛時(shí)有左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、合緊急開關(guān)、

2、?？康炔僮?。在左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過轉(zhuǎn)彎操作桿應(yīng)使左轉(zhuǎn)開關(guān)或右轉(zhuǎn)開關(guān)合上，從而使左頭燈、儀表板左轉(zhuǎn)彎燈、左尾燈或右頭燈、儀表板右轉(zhuǎn)彎燈、右尾燈閃爍；合緊急開關(guān)時(shí)要求前面所述的6個(gè)信號燈全部閃爍；汽車剎車時(shí)，兩個(gè)尾燈點(diǎn)亮；如正當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車，則轉(zhuǎn)彎時(shí)原應(yīng)閃爍的信號燈仍應(yīng)閃爍。以上閃爍，都是頻率為1Hz的低頻閃爍；在汽車停靠而停靠開關(guān)合上時(shí)，左頭燈、右頭燈、左尾燈、右尾燈按頻率為10Hz的高頻閃爍。閃光器是通過調(diào)節(jié)鎳鉻絲的拉力和觸點(diǎn)的間隙來滿足頻率要求的，燈泡功率的大小也會(huì)影響閃爍頻率。因此在更換閃光器或燈泡時(shí)調(diào)整比較困難。同時(shí)，系統(tǒng)沒有故檢測，駕駛員無法知道車外的轉(zhuǎn)向燈及示寬燈是否點(diǎn)亮，從而影響行

3、車安全。到目前為止，我們還沒有發(fā)現(xiàn)能檢測燈絲斷這種故障的有效方法。針對上述問題，我們用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)了一套汽車信號燈控制系統(tǒng)。用LED產(chǎn)生閃光信號，同時(shí)能自動(dòng)檢測信號燈故障。信號燈燈具的發(fā)展是隨著汽車制造技術(shù)及電光源技術(shù)的發(fā)展而逐步完善的。它經(jīng)歷了機(jī)油（或煤油）燈、乙炔氣燈到電光源燈的發(fā)展歷程?，F(xiàn)代汽車信號燈燈具已經(jīng)開始使用發(fā)光二極管（LED）技術(shù)以及光導(dǎo)技術(shù)。2設(shè)計(jì)方案及原理2.1設(shè)計(jì)方案：如圖2.1所示，汽車轉(zhuǎn)向燈主要有單片機(jī)、按鍵、復(fù)位、時(shí)鐘、電源、故障檢測電路、LED顯示電路組成最基本的單片機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)本身的功能強(qiáng)大，汽車轉(zhuǎn)向燈的驅(qū)動(dòng)用單片機(jī)本身的驅(qū)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)。使得單片機(jī)的功

4、能得到充分的運(yùn)用。本方案的故障檢測電路具有故障監(jiān)控性能，他能提高系統(tǒng)的可靠性。AT89C51按鍵電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路電源電路LED顯示電路故障檢測電路圖2.1汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成2.2設(shè)計(jì)原理:由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器與中斷系統(tǒng)的聯(lián)合組成控制系統(tǒng)的工作原理。如汽車上有一個(gè)轉(zhuǎn)彎控制桿，其中有三個(gè)位置：中間位置，汽車不轉(zhuǎn)彎；向上，汽車左轉(zhuǎn)；向下汽車右轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)彎時(shí)，規(guī)定左右尾燈、左右頭燈儀表板上2個(gè)指示燈相應(yīng)地發(fā)出閃爍信號。應(yīng)急開關(guān)合上時(shí)，6個(gè)信號燈都應(yīng)閃爍。汽車剎車時(shí)，2個(gè)尾燈發(fā)出不閃爍信號。如正當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車，轉(zhuǎn)彎時(shí)原應(yīng)閃爍的信號仍應(yīng)閃爍。它們都是頻率為1Hz低頻閃爍，在汽車停靠而?？块_關(guān)合上時(shí)，左頭

5、燈、右頭燈、左尾燈、右尾燈按頻率為10Hz頻率快速閃爍。任何在下表中未出現(xiàn)的組合，都將出現(xiàn)故障指示燈閃爍，閃爍頻率為10Hz。表1 汽車駕駛操縱與信號駕 駛 操 作輸 出 信 號儀表板左轉(zhuǎn)彎燈儀表板右轉(zhuǎn)彎燈左頭燈右頭燈左尾燈右尾燈左轉(zhuǎn)彎（合上左轉(zhuǎn)開關(guān)）閃爍滅閃爍滅閃爍滅右轉(zhuǎn)彎（合上右轉(zhuǎn)開關(guān)）滅閃爍滅閃爍滅閃爍合緊急開關(guān)閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍剎車（合上剎車開關(guān)）滅滅滅滅亮亮左轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車閃爍滅閃爍滅閃爍亮右轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車滅閃爍滅閃爍亮閃爍剎車，并合緊急開關(guān)閃爍閃爍閃爍閃爍亮亮左轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車，并合緊急開關(guān)閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍亮右轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車，并合緊急開關(guān)閃爍閃爍閃爍閃爍亮閃爍停靠（合?？块_關(guān)）滅滅10Hz

6、閃爍10Hz閃爍10Hz閃爍10Hz閃爍2.2.1 開關(guān)狀態(tài)檢測開關(guān)狀態(tài)檢測，對AT89C51來說是輸入關(guān)系，可輪流檢測每個(gè)開關(guān)狀態(tài)，以每個(gè)開關(guān)的狀態(tài)讓相應(yīng)的發(fā)光二極管指示，采用JNB P1.X，REL 指令來完成；也可以一次性檢測五路開關(guān)狀態(tài)，讓它指示，可以用MOV A，P1 指令一次把P1 端口的狀態(tài)全部讀入，取低5位的狀態(tài)來指示。2.2.2 輸出控制以發(fā)光二極管D1D6 來指示，此設(shè)計(jì)用SETB P0.X 和CLR P0.X 指令來完成，也可以用指令MOV P0，111XXXXXB 方法來實(shí)現(xiàn)。2.2.3 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器根據(jù)任務(wù)設(shè)計(jì)要求：會(huì)用到定時(shí)器。信號的控制是定時(shí)器與中斷系統(tǒng)的聯(lián)合使

7、用得以實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的控制系統(tǒng)應(yīng)用中，定時(shí)器是必需的，在汽車轉(zhuǎn)向燈的控制中也是必不可少。定時(shí)有三種選擇方法。(1)軟件的定時(shí)它是靠執(zhí)行一個(gè)循環(huán)程序以進(jìn)行時(shí)間的延遲。軟件定時(shí)的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間精確，且不需外加硬件電路。但它要增加CPU開銷，因此軟件定時(shí)的時(shí)間不能太長。此外，軟件定時(shí)方法有時(shí)候無法使用。(2)硬件的定時(shí)時(shí)間較長的定時(shí)，常使用硬件電路完成。硬件定時(shí)方法的優(yōu)點(diǎn)是定時(shí)功能全部由硬件電路完成，不需要占CPU的時(shí)間。用元件參數(shù)來調(diào)節(jié)定時(shí)時(shí)間，這方面使用上不夠靈活方便。(3)可編程定時(shí)器的定時(shí)它是通過對系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。計(jì)數(shù)值由程序設(shè)定，改變計(jì)數(shù)值，同時(shí)也改變了定時(shí)時(shí)間，用起來既靈活且方便。

8、此外，采用計(jì)數(shù)方法實(shí)現(xiàn)定時(shí)，可編程定時(shí)器都兼有計(jì)數(shù)功能，能對外來脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。在AT89C51內(nèi)部除了有并行和串行I/O接口外，在單片機(jī)內(nèi)部共有2個(gè)可編程的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，稱定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1，這兩個(gè)計(jì)數(shù)器由TH0，TL0，TH1，TL1兩個(gè)8位的RAM單元組成，即每個(gè)計(jì)數(shù)器都是16位的計(jì)數(shù)器，最大的計(jì)數(shù)量時(shí)65536。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)功能和定時(shí)功能：(1)計(jì)數(shù)器功能記數(shù)是指對外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。它的發(fā)生以輸入脈沖表示，計(jì)數(shù)功能的實(shí)質(zhì)就是對外來的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。AT89C51芯片有T0（P3.4）和T1（P3.5）兩個(gè)信號引腳，是這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端。外部輸入的脈沖在負(fù)跳變時(shí)

9、有效，進(jìn)行計(jì)數(shù)器加1（加法計(jì)數(shù)）。AT89C51在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2拍節(jié)對外部計(jì)數(shù)脈沖進(jìn)行采樣。前一個(gè)機(jī)器周期采用為高電平，后一個(gè)機(jī)器周期采樣為低電平，是一個(gè)有效的計(jì)數(shù)脈沖。在下一機(jī)器周期的S3P1進(jìn)行計(jì)數(shù)。采樣計(jì)數(shù)脈沖是在2個(gè)機(jī)器周期進(jìn)行的。計(jì)數(shù)脈沖頻率不能高于振蕩脈沖頻率的1/24。(2)定時(shí)器功能實(shí)際也是通過計(jì)數(shù)器來實(shí)現(xiàn)的，但此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來自單片機(jī)的內(nèi)部，也每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1。一個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩脈沖周期，因此計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。單片機(jī)采用12MHz晶體，計(jì)數(shù)頻率為1MHz。每微妙計(jì)數(shù)器加1。根據(jù)計(jì)數(shù)值計(jì)算出定時(shí)時(shí)間，也可以反過來按定時(shí)時(shí)間的要求計(jì)算出計(jì)數(shù)器的預(yù)

10、置值。它是一個(gè)二進(jìn)制的加1計(jì)數(shù)器。在計(jì)數(shù)器計(jì)滿回零時(shí)能自動(dòng)產(chǎn)生溢出中斷請求。則已經(jīng)完成。T1、T2的最大計(jì)數(shù)值65536-1，需65535個(gè)脈沖才能把它們從全“0”狀態(tài)變?yōu)槿?”狀態(tài)。輸一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器各位全為1時(shí)，再去輸一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器各位就變?yōu)槿?，發(fā)出溢出信號，使標(biāo)志置1，此時(shí)向CPU申請中斷。具體結(jié)構(gòu)如圖2.2所示：圖2.2 定時(shí)器/記數(shù)器的結(jié)構(gòu)2.2.4 定時(shí)初始化定時(shí)主要與編程有關(guān)。編程對定時(shí)器控制寄存器（TCON）、工作方式控制寄存器（TMOD）和中斷允許控制寄存器（IE）進(jìn)行操作。(1)定時(shí)器控制寄存器（TCON）TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時(shí)控制。

11、其中有關(guān)定時(shí)的控制位共有4位：TF0和TF1-記數(shù)溢出標(biāo)志位TR0和TR1-定時(shí)器運(yùn)行控制位TR0（TR1）=0-停止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作TR0（TR1）=1-啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作該位根據(jù)需要以軟件方法使其置“1”或清“0”。(2)中斷允許控制寄存器IE寄存器中與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有關(guān)的位置介紹：EA-中斷允許總控制位ET0和ET1-定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷允許控制位ET0（ET1）=0 禁止定時(shí)/記數(shù)中斷ET0（ET1）=1 允許定時(shí)/記數(shù)中斷利用MCS-51系列單片機(jī)的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)燈閃爍的延時(shí)和故障檢測。(3)工作方式控制寄存器（TMOD）TMOD寄存器專用寄存器，設(shè)定兩個(gè)定時(shí)器/

12、計(jì)數(shù)器的工作方式。它的低半字節(jié)定義定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0，高半字節(jié)定義定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1。各位定義如表2所示：表2 TMOD各位定義位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符號GATEC/M1M0GATEC/M1M0其中：GATE-門控位 GATE=0 以運(yùn)行控制位TR啟動(dòng)定時(shí)器 GATE=1 以外中斷請求信號（INT1或INT0）啟動(dòng)定時(shí)器 C/-定時(shí)方式或計(jì)數(shù)方式選擇位 C/=0 定時(shí)工作方式 C/=1 計(jì)數(shù)工作方式 M1M0-工作方式選擇位 M1M0=00 方式0 M1M0=01 方式1 M1M0=10 方式2 M1M0=11 方式3初值計(jì)算：(1)設(shè)為工作方式0，定時(shí)時(shí)間為30ms，使燈延時(shí)閃爍

13、。若使用定時(shí)器T0，方式1，30ms定時(shí)，fosc=12MHz。則初值X滿足（216-X）×1=30000(2)設(shè)計(jì)中利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0，一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器產(chǎn)生低頻（1HZ）閃爍功能。(3)利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0來產(chǎn)生為時(shí)30ms的定時(shí)信號，以實(shí)現(xiàn)高頻（30HZ）閃爍功能。(4)注意在用工作方式1時(shí)，我們必須要重新裝載初值。2.2.5 汽車轉(zhuǎn)向燈顯示在汽車轉(zhuǎn)彎或應(yīng)急狀態(tài)下，外部信號燈和儀表板它們指示燈的閃爍頻率為1HZ，稱低頻信號。當(dāng)停靠開關(guān)合上時(shí)，外部信號燈以10HZ頻率閃爍此時(shí)為高頻信號。2.2.6 汽車轉(zhuǎn)向燈控制汽車轉(zhuǎn)彎燈設(shè)計(jì)5個(gè)按鍵控制信號燈的轉(zhuǎn)向、?？?、應(yīng)急等。按鍵安排見下：S

14、1鍵為剎車開關(guān)；S2鍵為緊急開關(guān)；S3鍵為?？块_關(guān)；S4鍵為左轉(zhuǎn)彎開關(guān)；S5鍵為右轉(zhuǎn)彎開關(guān)；2.2.7 中斷系統(tǒng)單片機(jī)中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)控制，在單片機(jī)上有兩個(gè)引腳，即INT0、INT1。外部的中斷信號通過這兩個(gè)引腳輸入到單片機(jī)，和單片機(jī)的定時(shí)器一樣，對中斷系統(tǒng)的處理需要通過C51的軟件編程實(shí)現(xiàn)。利用MCS-51系列單片機(jī)的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)燈閃爍的延時(shí)和故障檢測。它的重要作用有如下四點(diǎn)：第一，高速CPU和低速外設(shè)之間的配合。利用中斷方式進(jìn)行的I/O口操作，在宏觀上可以看成CPU和外設(shè)的并行工作。第二，實(shí)現(xiàn)故障的緊急處理。當(dāng)外設(shè)發(fā)生故障時(shí)，可以利用中斷系統(tǒng)請求CPU及時(shí)處理這些

15、故障。第三，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。第四，便于人機(jī)聯(lián)系。操作人員可以利用鍵盤等實(shí)現(xiàn)中斷，完成人工介入。3.硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)電路圖3.1.1汽車轉(zhuǎn)向燈單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖汽車轉(zhuǎn)向燈單片機(jī)控制系統(tǒng)電路是由單片機(jī)AT89C51、復(fù)位、電源、時(shí)鐘、LED顯示電路、故障檢測電路、按鍵電路構(gòu)成。電源電路給控制相關(guān)電路提供所需電源；復(fù)位電路供上電或按鍵時(shí)復(fù)位用。當(dāng)要求重新啟動(dòng)單片機(jī)或者單片機(jī)處于死循環(huán)時(shí)，都可以由此電路來實(shí)現(xiàn)；時(shí)鐘電路用來產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號，供工作使用；通過并行I/O口構(gòu)成鍵盤和顯示電路，輸入程序，即可實(shí)現(xiàn)汽車轉(zhuǎn)向燈中各信號燈的功能操作；系統(tǒng)的可靠性有所提高。汽車轉(zhuǎn)向燈單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖

16、如圖3.1所示。AT89C51按鍵電路時(shí)鐘電路復(fù)位電路電源電路LED顯示電路故障檢測電路圖3.1 控制系統(tǒng)3.1.2 汽車轉(zhuǎn)向燈單片機(jī)控制系統(tǒng)電路圖汽車轉(zhuǎn)向燈單片機(jī)控制系統(tǒng)仿真電路如圖3.2所示圖3.2 汽車轉(zhuǎn)向燈控制仿真電路圖3.2 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)流程圖3.2.1 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)主程序流程圖控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖3.2.1所示。 圖3.2.1 控制系統(tǒng)主程序流程圖3.2.2 中斷服務(wù)程序流程圖中斷服務(wù)的程序流程圖如圖3.2.2所示。圖3.2.2 中斷服務(wù)的程序流程圖3.2.3控制系統(tǒng)鍵功能流程圖鍵的功能程序流程圖如圖3.2.3所示。圖3.2.3 鍵的功能程序流程圖5總結(jié)本系統(tǒng)基于M

17、CS-51開發(fā)平臺(tái)，充分利用了51單片機(jī)的各引腳功能，同時(shí)有效利用了中斷、查詢、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器，使得汽車轉(zhuǎn)向信號燈控制得以實(shí)現(xiàn)。通過這次課程設(shè)計(jì)，我們對于單片機(jī)應(yīng)用有了更深的了解，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，有著廣闊的應(yīng)用前景，涉及面廣，內(nèi)容豐富。它用軟件的方法設(shè)計(jì)硬件，并用軟件方式設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動(dòng)完成的。在設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)軟件進(jìn)行各種仿真，同時(shí)系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級等。整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小，功耗低，可靠性高。其技術(shù)以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方法，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷拈_發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系

18、統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動(dòng)完成用軟件方式設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯，邏輯化簡，邏輯分割，邏輯綜合及優(yōu)化，邏輯布局布線，邏輯仿真，直至特定目標(biāo)芯片的適配便宜，邏輯映射，編程下載等工作，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)帶來了極大地方便。在課程設(shè)計(jì)過程中，我利用網(wǎng)絡(luò)查找了大量資料，同時(shí)得到了指導(dǎo)老師的耐心指導(dǎo)。通過這次課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐，我對匯編語言的掌握有了更進(jìn)一步的提高，在單片機(jī)的編程應(yīng)用方面也更加熟練了。總的來說，這是一次利用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)解決實(shí)際問題的實(shí)踐活動(dòng)，我受益匪淺。特別是在程序的編寫調(diào)試，以及仿真電路的繪制方面，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題的全面的系統(tǒng)的鍛煉。這次課程設(shè)計(jì)使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧（特別是匯編語言）的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后嵌入式程序開發(fā)的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。6參考文獻(xiàn)1孫涵芳