車燈智能控制系統(tǒng)

1、摘要進入90年代，電子技術(shù)取得了巨大的進步，電子元器件的體積變得很小，重量減輕，電能的消耗進一步降低。由于微處理器功能的增強，計算速度提高了幾倍，價格也變得非常便宜，特別是可靠性得到了極大的提高，為用電子技術(shù)改造傳統(tǒng)的汽車創(chuàng)造了條件。汽車在駕駛時有左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎剎車合緊開關(guān)?？康然静僮?。傳統(tǒng)的手動控制系統(tǒng)存在一個致命漏洞：車燈完成上述動作后司機還需要進行復位操作才能使其恢復到初始狀態(tài)。通常情況下，司機很容易忘記關(guān)閉轉(zhuǎn)向燈，這就成為發(fā)生交通事故的一大隱患。為解決此問題，運用車燈智能控制系統(tǒng)對汽車轉(zhuǎn)向燈進行控制，取到很好的效果。完成此功能可以有三種設(shè)計方案：第一種是利用數(shù)字邏輯電路來實現(xiàn)，但這種

2、方案所需硬件設(shè)備較多、造價高、電路復雜、難以維護；第二種方案是利用模擬電路來實現(xiàn)，此種方案雖然電路不是很復雜，硬件要求也不是很高，但它利用的是開關(guān)的機械傳動理論，很容易引起機械誤差，也很難維護；第三種是利用單片微機，通過軟件控制來完成的裝置，利用單片微型計算機來控制汽車前燈和尾燈的點亮和閃爍，能讓汽車的前燈和尾燈根據(jù)需要自動點亮和熄滅。實踐表明，該系統(tǒng)不僅從根本上解決了傳統(tǒng)的手動控制汽車尾燈的詬病，完成了汽車轉(zhuǎn)向燈的自動化控制，而且電路簡單，對硬件設(shè)備的要求不是很高，且造價低，便于維護。關(guān)鍵詞：單片機，轉(zhuǎn)向燈，程序,自動控制AbstractEnteringthe1990s,havingmade

3、enormousprogressinelectronictechnology,thevolumeoftheelectronicdevicesandcomponentsbecameverysmall,weightlightens,theconsumptionoftheelectricenergyisreducedfurther.Becauseoftheenhancementofthefunctionofthemicroprocessor,thecomputationalspeedhasraisedseveraltimes,thepricebecomesverycheaptoo,especiall

4、ydependabilityhasgotgreatimprovement,fortransformingthetraditionalautomobileandcreatingtheconditionwithelectronictechnology.Theautomobilehasleftthatturns,turnsandbrakestoshutthetightswitchtostopetc.andoperatebasicallyinrightwhiledriving.Thetraditionalmanualcontrolsystemhasadeadlyloophole:Thedriverne

5、edstoberestoredtothethroneandoperatedenablingit'sresumingtheinitialstateafterthecarlightfinishesabove-mentionedmovements.Generally,thedriverisveryapttoforgettoclosethesteeringlight,thisbecomesagreathiddendangerofthetrafficaccident.Inordertosolvethisproblem,usetheintelligentcontrolsystemofthecarl

6、ighttocontrolthesteeringlightoftheautomobile,fetchtoverygoodresult.Therecanbethreekindsofdesignplansinthisfunctiontofinish:Thefirstkindmakesuseofdigitallogicalcircuittorealize,butthiskindofschemenecessaryhardwareequipmentismore,thefabricationcostishigh,thecircuitiscomplicated,difficulttomaintain;The

7、secondkindofschemeistomakeuseofsimulationcircuittoberealized,thoughthecircuitisnotverycomplicatedforthiskindofscheme,thehardwarerequiresitisnotveryhigh,butwhatitutilizedisthemechanicaldrivetheoryoftheswitch,itisveryapttocausethemechanicalerror,verydifficulttosafeguard;Thethirdkindutilizesthesinglesl

8、iceofcomputers,controlthedevicefinishedthroughthesoftware,makeuseofsinglesliceofmicrocomputerstocontrolthelightingandglimmeringofautomobileheadlightandtaillight,maketheheadlightandtaillightoftheautomobilelightandgooutautomaticallyaccordingtotheneed.Practiceindicates,shouldnotmerelysolvetraditionalco

9、ntrollingthecondemningoftheautomobiletaillightsystematicallymanuallyfundamentally,theautomationoffinishingthesteeringlightoftheautomobileiscontrolled,andthecircuitissimple,therequisitionforhardwareequipmentisnotveryhigh,andthefabricationcostislow,easytosafeguard.Keyword:MCU,Steeringlight,program,aut

10、omaticalliescontrol目錄摘要IAbstractII.1緒言1.1 選題背景11.2 課題研究的目的11.3 國內(nèi)外概況11.4 課題研究的主要工作82系統(tǒng)設(shè)計方案的研究1.1 設(shè)計任務91.2 系統(tǒng)實現(xiàn)方案分析93總體設(shè)計具體電路設(shè)計12芯片簡介12MCS-51系列單片機的指令系統(tǒng)15匯編語言簡介1.6單元電路設(shè)計1.7應用軟件設(shè)計18系統(tǒng)試運行184數(shù)據(jù)計算及仿真閃爍信號的產(chǎn)生20仿真及結(jié)果分析20總結(jié)與展望22致謝23參考文獻24附錄261緒言選題背景進入90年代，電子技術(shù)取得了巨大的進步，電子元器件的體積變得很小，重量減輕，電能的消耗進一步降低。由于微處理器功能的增強，

11、計算速度提高了幾倍，價格也變得非常便宜，特別是可靠性得到了極大的提高，為用電子技術(shù)改造傳統(tǒng)的汽車創(chuàng)造了條件1。汽車在駕駛時有左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、?？康然静僮?。傳統(tǒng)的手動控制系統(tǒng)存在一個致命漏洞：車燈完成上述動作后司機還需要進行復位操作才能使其恢復到初始狀態(tài)。通常情況下，司機很容易忘記關(guān)閉轉(zhuǎn)向燈，這就成為發(fā)生交通事故的一大隱患。為解決此問題，運用車燈自動控制系統(tǒng)對汽車轉(zhuǎn)向燈進行控制，取到很好的效果。課題研究的目的通過設(shè)計基于MCS-5俾片機控制的汽車轉(zhuǎn)向燈，加深對單片機技術(shù)和電子技術(shù)的理論學習，并通過實物設(shè)計掌握單片機和電子技術(shù)的應用。國內(nèi)外概況(1)汽車燈產(chǎn)生的背景據(jù)說第一個汽車前大燈是家

12、用手提燈。1887年，一個駕駛員在黑暗的曠野上迷路時，一位農(nóng)民用手提燈把他引回家。1898年，哥倫比亞號電動汽車把電用于前燈和尾燈，這樣車燈就誕生了。最初的前大燈不能調(diào)光，所以在會車時有些晃眼，為了克服這個缺點，后來采用了附加光度調(diào)節(jié)器。這種前大燈可以在垂直方向移動，但駕駛員必須下車搬動夾具裝置。1906年，世界上第一次用一個蓄電池供電的電燈照明，汽車轉(zhuǎn)向燈得以快速發(fā)展并普及。1909年，首次把乙烘燈作為變光裝置。轉(zhuǎn)向信號燈的使用非常有趣，1916年，美國一個名叫C-H托馬斯的人把一帶電池的燈泡裝在手套上，這樣夜間行車時，對方駕駛員就能看到他打的手勢；同年，美國使用了行車燈。1920年，當選用

13、倒檔裝置時，開始使用倒車燈。1920年，美國通用汽車公司首先裝了內(nèi)燈。1925年，導航公司推廣了雙絲燈泡，遠光和近光的調(diào)節(jié)通過裝在轉(zhuǎn)向柱上的開關(guān)來控制。1926年，通用汽車公司把大燈變光開關(guān)從方向盤移到地板。1938年，第一次采用封閉的內(nèi)燈；同年，別克汽車制造商提供了轉(zhuǎn)向燈作為選用的附件，但當時只在汽車尾部安裝。到1940年以后，汽車前面也裝有轉(zhuǎn)向信號燈了，而且信號開關(guān)具有隨時調(diào)節(jié)的功能。1998年，美國電氣公司將電燈拋物面反射鏡推廣于大燈，側(cè)燈和尾燈2。(2)單片機的發(fā)展歷程微型計算機的出現(xiàn)是電子數(shù)字計算機廣泛應用到人們?nèi)粘９ぷ?、生活領(lǐng)域中去的一個重大轉(zhuǎn)折點。它已深入應用到非微型計算機所無法

14、應用的領(lǐng)域，對社會產(chǎn)生了極大的影響。單片微型計算機是微型計算機發(fā)展中的一個重要分支，它以其獨特的結(jié)構(gòu)和性能，越來越普及地應用到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域3。單片微型計算機簡稱為單片機，它在一塊芯片上集成了中央處理部件（CPU）、存儲器（RAMROM9定時器/計數(shù)器和各種輸入/輸出接口，可見單片機就是一臺計算機。由于單片機原來就是為了實時控制應用而設(shè)計制造的，因此，又稱微控制器，1974年，美國仙童（Fairchild）公司研制的世界第一臺單片微型機F8,該機由兩塊集成電路芯片組成，結(jié)構(gòu)奇特，具有與眾不同的指令系統(tǒng)，深受民用電器和儀器儀表領(lǐng)域的歡迎和重視。從此，單片機開始迅速發(fā)展，應用領(lǐng)域也在不斷擴大，

15、現(xiàn)已成為微型計算機的重要分支。單片機的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個發(fā)展過程：第一代單片機（1974-1976）:這是單片機發(fā)展的起步階段，在這個時期生產(chǎn)的單片機特點是：制造工藝落后和集成度低，而且采用了雙片形式。典型的代表產(chǎn)品有Fairchild公司的F8和Mostek387公司的3870等。第二代單片機（1976-1978）:這是單片機的第二發(fā)展階段，這個時代生產(chǎn)的單片機隨之已能在單塊芯片內(nèi)集成CPU并行口、定時器、RA防口ROM1功能部件，但性能低、品種少、應用范圍也不是很廣，典型的產(chǎn)品有Intel公司的MCS-48系列機。1976年9月Intel公司推出MCS-4M片機后，單片機就受到了大用戶的歡

16、迎。由于其應用廣泛，因此使各有關(guān)公司都爭相推出各自的單片機。如GI公司推出PIC1650系列單片機，ROCKWELL司也推出了與6502微處理器兼容的R6500系列單片機，他們都是8位單片機，片內(nèi)有8位中央處理器（CPU）、并行I/O口、8位定時器/計數(shù)器和容量有限的存儲器（RAMROM1）Z及簡單的中斷功能。1978年下半年MOTOTOLA司也推出M6800系列單片機，ZILOG公司相繼推出Z8單片機系列。1980年INTEL公司在MCS-48系列基礎(chǔ)上又推出了高性能的MCS-51系列單片機。這類單片機均帶有串行I/O口，定時器/計數(shù)器為16位，片內(nèi)存儲容量（RAMROM）防目應增大，并有多

17、優(yōu)先級中斷處理功能。第三代單片機（1979-1982）:這是八位單片機成熟的階段，這一代單片機和前兩代相比，不僅存儲容量和尋址范圍大，而且中斷源、并行I/O口和定時器/計數(shù)器個數(shù)都有了不同程度的增加，更有甚者是新集成了全雙工穿行通信接口電路。在指令系統(tǒng)方面，普遍增設(shè)了乘除法和比較指令。這一時期生產(chǎn)的單片機品種齊全，可以滿足各種不同領(lǐng)域的需要。代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51系列機,Motorola公司的MC6801系歹U機,TI公司的TMS7000C歹U機，止匕外,Rockwell、NSGI和日本松下等公司也先后生產(chǎn)了自己的單片機系列。1982年MOSTEK司和Intel公司先后推出了性

18、能更高的16位單片機MK68200口MCS-96系歹1J,NS公司和NES司也分別在原來的8位單片機的基礎(chǔ)上推出了16位單片機HPC1604年口以PD783<乂系列。1987年Intel公司又宣布了性能比8096高兩倍的CMO型80C196,1988年推出帶EPROMs87C196單片機。由于16位單片機的推出時間較遲，價格昂貴，開發(fā)設(shè)備有限等多種原因，至今還未得到廣泛的應用。而8位單片機已能滿足大部分應用的需要，因此，在推出16位單片機的同時，高性能的新型8位單片機也不斷問世。如MOTORO公司推出了帶A/D轉(zhuǎn)換和多功能I/O的68MC1K歹1J,ZILOG公司推出了帶有DM制能的SU

19、PER8Intel公司在1987年也推出了帶DMA®FIFO的UPI-452等。第四代單片機（1983年以后）：這是十六位單片機和八位高性能單片機并行發(fā)展的時代，十六位機的特點是，工藝先進，集成度高和內(nèi)部功能強，加法運算速度可達到1us以上，而且允許用戶采用面向工業(yè)控制的專用語言，如PL/MPLUSC和Forth語言等.代表產(chǎn)品有Intel公司的MCS-9繇列,TI公司的TMS9900,NEC公司的783XX系列和NS公司的HPC16040。目前國際市場上8位，16位單片機系列已有很多，但是，在國內(nèi)使用較多的系列是Intel公司的產(chǎn)品，其中又以MCS-51系列單片機應用尤為廣泛。然而

20、，由于十六位單片機價格比較貴，銷售量不大，大量應用領(lǐng)域需要的是高性能，大容量和多功能新型八位單片機.這些單片機有Intel公司的88044（雙CPU工作）,Zilog公司的Super8（含DMA1道）,Motorola公司的MC68CH1的含E2prom及A/D電路）和WD公司的65C124（內(nèi)含網(wǎng)絡(luò)接口電路）等等6。目前，八位高性能單片機已成為主流，單片機發(fā)展具體體現(xiàn)在以下幾個方面:CPU功能增強；內(nèi)部資源增多；引腳的多功能化；低電壓低功耗化。現(xiàn)在單片機可以說是百花齊放、百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應有盡有，有與主流C51系列

21、兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應用提供廣闊的天地7o縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：CPU的發(fā)展增加CPU勺字長或提高時鐘頻率均可提高CPU勺數(shù)據(jù)處理能力和運算速度。CPU的字長已有8位，16位和32位。時鐘頻率高達20MHZ勺單片機也已出現(xiàn)。還有的8位單片機具算術(shù)邏輯運算部件（ALU）卻是16位內(nèi)部采用16位數(shù)據(jù)總線。如NES司的nPD7800系列的8位單片機，MITSUBISI公司的M37700系列單片機。他們的數(shù)據(jù)處理能力和速度比一般8位單片機強，如nPD7800系列單片機作一次16位乘以16位的乘法用3.2仙316位除以8位的除法用3

22、.0S。32位除以16位的除法用8.3另外，單片機內(nèi)部采用雙CPUS構(gòu)也能大大提高處理能力，如ROCKWELL司的R6500/21和R65C29t1片機。由于片內(nèi)有兩個CPUfg同時工作，可以更好地處理外圍設(shè)備的中斷請求，克服了單CPUS多重高速中斷響應時的實效問題。如INTEL公司的8044,它的內(nèi)部實際上是由8051和SIU通信處理雞組成，由SIU來管理SDLC勺通信。這樣既加快了通信處理的速度，同時，還減輕了8051的處理負擔。片內(nèi)存儲器的發(fā)展i早期單片機的片內(nèi)存儲器，一般RAMfc64128字節(jié)，ROMfc1K-2K字節(jié)，尋址范圍為4K字節(jié)。新型單片機片內(nèi)RAMfc256字節(jié)，ROM達

23、16K字節(jié)。如INTEL公司的8052,片內(nèi)ROMfc8K字節(jié)。通用儀器公司的70120片內(nèi)ROM容量為12K字節(jié)。片內(nèi)RO矯量最大的是日立公司的MC6301Y；16K字節(jié)。新型單片機的尋址范圍可擴大到64K字節(jié)，甚至128K字節(jié)（其中隨機存儲器RAMS!為64K字節(jié)，只讀存儲器ROMg量64K字節(jié)）。這類單片機有INTEL公司的MCS-51系列和ZILO腔司的Z8601,Z8603,Z8611,Z8681等。ii片內(nèi)EPRO環(huán)始E2PROML早期單片機內(nèi)ROMT的采用可擦式的只讀存儲器EPROM然而EPROM、須要高壓編程，紫外線擦除，給使用帶來不便。近年來，推出的電擦除可編程只讀存儲器E2

24、PROM可在正常工作電壓下進行改寫，并能在斷電的情況下，保持信息不丟失。因此，有些廠家開始用EEPROM代原來的片內(nèi)EPROM口TI公司和SEEQ公司的72710（1K字節(jié)E2PROM）72720（2K字節(jié)E2PROM）MOTOROLA的68HC11A2（2K?節(jié)E2PROM）68HC805C4（2K?節(jié)E2PROM）TEXASZ器公司的77C82（8K字節(jié)E2PROM）由于寫入E2PROM1數(shù)據(jù)能永久保存，因此，有些廠家已開始將E2PROMB作片內(nèi)RAM甚至用作片內(nèi)通用存儲器。這樣就可省去備用電池了。iii片內(nèi)程序的保密措施為了使片內(nèi)EPROM（EP2ROM）容不被復制，因此，一些廠家對片內(nèi)

25、EPRO瞰E2PROM）用力口鎖技術(shù)，如INTEL公司8X252，力口鎖后的EPRO瞰E2PROM）程序只能供片內(nèi)CPUS取，不能從片外讀取。否則必須先開鎖，開鎖時，CPUfe自動擦除EPRO瞰E2PRO姆的信息，達到了程序保密的目的。加強片內(nèi)輸入輸出接口的功能最初的單片機，片內(nèi)只有并行輸入/輸出接口，定時器/計數(shù)器，他們的功能也較差，在實際應用中往往還要通過特殊的接口擴展功能，增加應用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復雜性。近幾年來，新型單片機內(nèi)的接口，無論從類型和數(shù)量上都很大的發(fā)展。這不僅大大提高了單片機的功能，并使系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)也大大簡化了，例如，有些單片機的平行I/O口，能直接輸出大電流和高電壓，可直接用以

26、驅(qū)動熒光顯示管(VFD),液晶顯示管(LCD)和七段數(shù)碼顯示管(LED)等。這樣就減少了應用系統(tǒng)中的驅(qū)動器。再如有些單片機，片內(nèi)含有A/D轉(zhuǎn)換器則在實時控制系統(tǒng)中可省掉外部A/D轉(zhuǎn)換器。目前，在單片機中已出現(xiàn)的各類新穎接口有數(shù)十種：如A/D轉(zhuǎn)換器。LED驅(qū)動器，VFD驅(qū)動器，正弦波發(fā)生器，聲音發(fā)生器，字符發(fā)生器，波特率發(fā)生器，鎖相環(huán)，頻率合成器，脈寬調(diào)制器等，雖然一個單片機內(nèi)只含有若干接口，但其功能卻比初期的單片機強得多。如INTEL公司的UPI-452,它含有兩個DMA空制器和128字節(jié)的FIFO緩沖器。因此，用它可作高速主機(80286/80386)的通用外設(shè)接口。例如以UPI-452中的

27、128字節(jié)的FIFO作為高速主機與慢速傳送數(shù)據(jù)的緩沖器，然后通過UPI-452中的DM饋制器進行快速數(shù)據(jù)傳送。單片機在工藝上的提高單片機的制造工藝直接影響其性能。早期的單片機采用PMOS：藝。目前8位單片機中有二分之一產(chǎn)品已CMOS：,16位單片機也已開始推出CMO竽品。如68HC20080C196等。為了進一步降低功耗，日立公司的HD6370楙口RC心司的CDP6805E25設(shè)有等待和停止兩種工作方式。等待方式時，震蕩器工作，CPU停止，存儲器和寄存器的內(nèi)容不變。停止方式時，震蕩器和CPUtB停止工作，存儲器和寄存器內(nèi)容也不變。等待方式時，由于CPU亭止工作，使單片機的總功耗大為下降。停止方

28、式時，則單片機的功耗最小，例如RC心司的CDP8605E2在5V工作電壓下，正常功耗為35MWV等待方式和停止方式時的功耗分別僅為5MW和5仙W此外，采用CMOS：藝的單片機，其工作電源范圍較寬。如用NMOS：業(yè)的單片機，工作電源一般為4.5-5.5V。采用COMS：藝的單片機，如RCA司的CDP1804A34-6.5V。功耗大小與電源電壓成正比，所以降低電源電壓即可降低功耗，但是降低電壓會降低指令執(zhí)行速度，也即降低單片機的運算速度。故一般希望在一定速度的前提下，盡量降低工作電壓以減小功耗。隨著新型單片機片內(nèi)接口電路的增多，外引腳也增多。為減少外引腳線，目前主要采用兩種方法，其一是采用新穎的通

29、信總線以減少外引線。另外是改進外封裝。如采用扁平引腳封裝，方形引腳封裝和疊背式封裝，它們的引腳都比雙列直插式封裝要多得多。片內(nèi)ROW固化應用軟件和系統(tǒng)軟件將一些應用軟件和系統(tǒng)軟件固化于片內(nèi)ROW,以便簡化用戶編制用戶程序，為用戶開發(fā)和應用提供方便。如RUPI-44系列單片機，把通信控制軟件固化在片內(nèi)，使用戶的通信程序大大簡化。又如INTEL公司在有的MCS-5俾片機內(nèi)固化PL/M51語言，在8052BH中固化了BASIC解釋程序，用戶不僅可以用匯編語言編程，還可以BASIC語言編程等。而且還允許BASIC語言和匯編語言相互調(diào)用。需要快速控制時，可以用匯編語言，如采樣，A/D轉(zhuǎn)換等。在做復雜的數(shù)

30、據(jù)運算時，則又可以用匯編語言來調(diào)用BASIC中現(xiàn)成的運算子程序?？梢娝饶軡M足速度方面的要求，又能簡化用戶編程。再如RC慫司的68HCO5D2片內(nèi)固化了鍵盤管理程序，甚至在CDP1804PJ固化了PASCA語言等網(wǎng)。單片機的技術(shù)還在不斷發(fā)展，新型單片機還將不斷涌現(xiàn)。當前單片機的產(chǎn)量占整個微機產(chǎn)量的80犯上。在我國低檔8位單片機于80年代初就開始應用，目前已轉(zhuǎn)向高檔8位單片機的應用，也有不少單位已轉(zhuǎn)向16位彈片機的開發(fā)和應用。MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mVV而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mWfc右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMO洸補金屬氧

31、化物半導體工藝）。像80C51就采用了HMO卸高密度金屬氧化物半導體工藝）和CHMOS（補高密度金屬氧化物半導體工藝）。CMOS!然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗像電池供電的應用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。微型單片化?，F(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器（CPU）、隨機存取數(shù)據(jù)存儲（RAM）、只讀程序存儲器（ROM）并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW膿寬調(diào)制電路）、WDTf門狗）、有些單片機將LCD儆晶

32、）驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。止匕外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機都具有多種封裝形式，其中SMD去面封裝）越來越受歡迎，使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。主流與多品種共存現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATME公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以C8051為核心的單片機占據(jù)了半壁江山

33、。而Microchip公司的PIC精簡指令集（RISC）也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTE心司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。此外還有MOTOROLA司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路90當今,計算機技術(shù)帶來了科研和生產(chǎn)的許多重大飛躍，微型計算機的應用已經(jīng)滲透到生產(chǎn)，生活的各個方面。其中單片機雖然問世不久，然而體積小、廉價、功能強，其銷售額以每年近80%勺速率增長。它的性能不斷提高，適用范圍越來越寬，在計算機應用領(lǐng)域已經(jīng)占有日益重要的地位

34、10。單片微型計算機簡稱單片微機或單片機，又稱微控制器。它是在一塊半導體芯片上，集成了CPUROMI/O接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件，構(gòu)成了一臺完整的數(shù)字電子計算機。由于集成電路技術(shù)的進步，片內(nèi)甚至還可包含HSOHIS、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM1稱為“片內(nèi)外設(shè)”的特殊功能部件。隨著單片機功能的增強，由單片機構(gòu)成的計算機應用系統(tǒng)的功能也日益增強。它一樣可以配用打印機、繪圖儀、CR邙外圍設(shè)備，一樣可以聯(lián)網(wǎng)。特別是1987年Intel公司在MCS-96勺基礎(chǔ)上繼續(xù)推出了MCS-196又陸續(xù)出現(xiàn)了許多新趨向，例如HSOHIS發(fā)展為EPA數(shù)據(jù)傳送有了PTS配合大功率晶體管的應用，有了波形發(fā)生器，

35、拓展了在電氣傳動領(lǐng)域的突出地位，并使它不斷拓寬應用范圍，增添了新的活力。單片機的應用結(jié)束了計算機專業(yè)人員“壟斷”計算機系統(tǒng)開發(fā)與應用時代，它既給各種專業(yè)人員，特別是許多工程技術(shù)人員帶來了學習和掌握計算機技術(shù)（不單操彳使用）的緊迫性，同時也帶來了可能性，因為組成計算機應用系統(tǒng)變得容易，平凡，增強了人們進入這一領(lǐng)域的自信心。單片機的特點：單片機芯片集成度很高，它將微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，具有下列特點：體積小，重量輕，價格便宜，耗電少；根據(jù)工控環(huán)境要求設(shè)計，且許多功能部件集成在芯片內(nèi)部，具信號通道受外界影響小，故可靠性高，抗干擾性能優(yōu)于采用一般的CPU控制功能強，運行速度快.其結(jié)構(gòu)組

36、成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求.有極其豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令，有很強的位處理功能和I/O邏輯操作功能；片內(nèi)存儲器的容量不可能很大，引腳常不夠用，且兼第二功能以至第三功能.但存儲器和I/O接口都易于擴展。單片機是在一塊芯片上集成了一臺計算機所需的CPU存儲器、輸入/輸出部件和時鐘電路等。因此它具有體積小、使用靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、抗干擾能力強、可在各種惡劣的環(huán)境下，可靠的工作等特點。所以說單片機是近來計算機領(lǐng)域內(nèi)崛起的一棵新苗。特別是它的強大的面向控制的能力，使它在工業(yè)控制、智能儀表、外設(shè)控制、家用電器、機器人、軍事裝置等方面得到了廣泛的應用。1983年9月在巴黎召開的第九屆世界計算機會議上

37、，對單片機的發(fā)展和應用給予了充分肯定，認為8位單片機向多功能，低功耗，低價格的方向發(fā)展將逐步取代模擬控制的趨勢，整個工業(yè)設(shè)備和工藝將進行一次以普及應用微機為特征的技術(shù)改造11。單片機主要可用于以下幾個方面i因為它具有“小，輕，兼，省”的特點，尤其耗電少，又可使供電電源的體積小,重量輕，所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品”，在家用電器，玩具，游戲機,聲像設(shè)備,電子稱，收銀機，辦公設(shè)備，廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品上得到應用；ii適用于儀器,儀表,不僅能完成測量,還具有處理(運算,誤差修正,線性化,零漂處理)，監(jiān)控等功能，易于實現(xiàn)數(shù)字化和智能化；iii有利于“機電一體化”技術(shù)的發(fā)展，多用于數(shù)控機械，縫紉機械，醫(yī)療設(shè)

38、備,汽車等；iv廣泛應用于打印機，繪圖儀等許多計算機外圍設(shè)備，特別是用于只能終端，可大大減輕主機負擔；v用于各種工業(yè)控制，如溫度控制，液面控制，生產(chǎn)線順序控制等；vi宜于多機應用.例如機床加工中心，具各種功能可分散由各個單片機子系統(tǒng)分別完成，上級主機則負責統(tǒng)一管理，協(xié)調(diào).又如要求較高的數(shù)據(jù)檢測采集系統(tǒng)，每一采集通道如是一個單片機子系統(tǒng)，可實現(xiàn)多點同時快速采集和預處理，然后再由主機進行集中處理和控制，以構(gòu)成大型的實時測控系統(tǒng)12o上面的歸納還不算完整，但已可知單片機的應用已滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域,極大地推動了計算機技術(shù)的普及，而且可以預期，隨著單片機性能的進一步提高，它的應用將更趨廣泛.它對我

39、國許多產(chǎn)品的升級換代，工廠企業(yè)設(shè)備更新將起著十分巨大的作用。1.4課題研究的主要工作(1)系統(tǒng)硬件電路設(shè)計、組裝、調(diào)試；(2)系統(tǒng)應用軟件的編制、調(diào)試；(3)系統(tǒng)應用軟件的鏈接調(diào)試、固化、脫機(脫離開發(fā)裝置)運行。2系統(tǒng)設(shè)計方案的研究設(shè)計任務（1）設(shè)計內(nèi)容在各種操作時信號燈應輸出的信號見表2.1表2.1信號燈蜿出信W堂眼糜住使表校左轉(zhuǎn)彎燈儀表較右轉(zhuǎn)膂燈左頭燈右頭燈右屋燈左轉(zhuǎn)彎臺上左轉(zhuǎn)開關(guān)）閃爍閃爍內(nèi)燃右轉(zhuǎn)變（含上右轉(zhuǎn)開關(guān)）閃烽閃爍閃爆臺緊急開關(guān)閃爍閃燃閃爍閃爍閃爍閃爍剎車（鈿陣開美）亮亮在曾彎時剎車閃爍閃爍閃爍n右轉(zhuǎn)重時剎車閃爍閃爆亮閃爍S1W，合緊急開關(guān)閃蜥閃爍閃爍閃爍克元左轉(zhuǎn)隼時剎車臺緊急

40、開關(guān)閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍鳧右轉(zhuǎn)彎時的陣臺緊急開關(guān)閃蜥閃爆閃爍閃爍無閃燒?？浚ê贤？块_關(guān)30H2閃爍30Hz閃爍30Hz閃爍30HZ閃爍（2）設(shè)計要求根據(jù)技術(shù)指標要求及實驗條件自選方案設(shè)計出原理電路圖，分析工作原理。安裝調(diào)試所設(shè)計的電路，使之達到設(shè)計要求。記錄實驗結(jié)果撰寫設(shè)計報告、調(diào)試總結(jié)報告及使用說明書。系統(tǒng)實現(xiàn)方案分析實現(xiàn)上述功能，可以有三種設(shè)計方案。各個方案具體分析如下：方案一：用數(shù)字邏輯電路來完成使用數(shù)字邏輯電路完成設(shè)計所需要器件如下：本設(shè)計可采用、74LS32四2輸入端或門一片、75451兩路二輸入與門、74LS05反向器一片、導線若干。圖2.1為此方案實現(xiàn)上述功能最簡單的接法。由圖可

41、見用數(shù)字邏輯電路設(shè)計，所用硬件少、造價低，但電路復雜，難以維護。特別是轉(zhuǎn)向時難以確定、準確度低，基本無法達到系統(tǒng)設(shè)計要求。方案二：用模擬電路來實現(xiàn)。設(shè)計圖如圖2.2所示：原理：左轉(zhuǎn)圖2.1用數(shù)字邏輯電路完成的汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)圖2.2用模擬電路完成的汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)按本方案設(shè)計的汽車轉(zhuǎn)向燈電路，能在20s左右自動關(guān)閉轉(zhuǎn)向燈電源，從而避免因忘記關(guān)閉轉(zhuǎn)向燈使導致交通事故。利用電容器的充放電原理，如按一下按紐開關(guān)AN,電源E對G充電,BG導通Ji吸合，左轉(zhuǎn)向燈亮；當Ci兩端電壓通過Ri、&放電至小于BG導通電壓時，BGi截止,Ji釋放使轉(zhuǎn)向燈自動關(guān)閉.燈亮時間取決于R、R、Ci。同理，AN

42、控制右轉(zhuǎn)彎的燈。為了防止剛左轉(zhuǎn)彎后又向右轉(zhuǎn)彎，此時左燈還亮，AN2和AN連動，向右轉(zhuǎn)時短路G,反之依然。注意不能同時按下ANiAN2,以免電源短路。方案三：用單片機系統(tǒng)實現(xiàn)。使用單片機系統(tǒng)完成設(shè)計所需器件如下：805i一片，發(fā)光二級管七個，74LS322輸入端或門一片、7545i兩路二輸入與門、74LS05反向器一片、7427三3輸入或非門一片、七個三極管，五個電阻，一個5V的直流電源，五個單刀單執(zhí)開關(guān)，導線若干。開始時，先初始化Pi，使它的發(fā)光二極管處于全熄滅的狀態(tài)。然后從Pi.0、P1.1口輸入兩個開關(guān)量來控制左右燈的亮和不亮。那么，計算機只需對此開關(guān)量進行識別、判斷，它判斷的邏輯過程如下

43、：如果發(fā)現(xiàn)P1.0不為高電平，則再判斷P1.1是否為高電平，若P1.1也不為高電平，則說明左右燈都不亮。若P1.1為高電平，則說明左轉(zhuǎn)燈亮。延時置標志位。然后返回程序，進入下一次結(jié)果的判斷。如果發(fā)現(xiàn)P1.0為高電平，而且P1.1不為高電平，則又燈亮。延時，置標志位返回主程序；若P1.1為高電平，則燈都不亮。延時清標志位，返回主程序，進行下一次的結(jié)果的識別和判斷。方案比較：第一種方案電路簡單，但無法達到設(shè)計要求；第二種方案在一定條件下可滿足實際要求，但在道路復雜需頻繁轉(zhuǎn)向時，無法準確顯示汽車當前行駛狀況，故也不滿足設(shè)計要求；第三種方案相對完善，可準確的反映汽車當前行駛狀況。所以這里采用第三種設(shè)計

44、方案。3總體設(shè)計具體電路設(shè)計芯片簡介80C518051單片機是美Intel公司在1980年推出MCS-51單片機，的第一個成員,MCS是Intel公司的注冊商標。凡Intel公司生產(chǎn)的以8051為核心單元的其他派生單片機卻不能稱為8051系列。也就是說，MCS-51系列是專指Intel公司生產(chǎn)的以8051為核心單元的單片機，而8051系列泛指所有公司的所有單片機。80C51系列單片機包括Intel公司的MCS-51單片機，又包括了以8051為核心單元的世界許多公司生產(chǎn)的單片機，比如PHILIPS的83C552及51LPC系列等、SIEMENS勺SAB8051冷、AMD勺8053等、OKI的MS

45、M80C154、ATME公司的FLASK片機89C51等、DALLA宓司的DS5001等、華邦公司的W78C5僅W77C51等13。從MCS-4M片機發(fā)展到今天的新一代單片機，大致經(jīng)歷了三代.如以Intel8位單片機為例，這三代的劃分大致如下：第一代：以MCS-4源列單片機為代表，屬于低性能單片機階段；第二代：以MCS-51系列的8051、8052單片機為代表。擴大了片內(nèi)存儲容量和外部尋址空間；增強了并行口，增設(shè)了全雙工用行口1/O;增加了定時器/計數(shù)器的個數(shù)并擴張了長度；增強了中斷系統(tǒng)；具備較強的指令尋址和運算等功能；增設(shè)了很有特色的布爾處理機。可以看出，這一代單片機主要的技術(shù)特征是為單片機

46、設(shè)置了完善的外部并行總線和具有多機識別功能的串行通信接口。規(guī)范了功能單元的特殊功能寄存器控制模式及適應控制器特點的布爾處理系統(tǒng)和指令系統(tǒng)，為發(fā)展具有良好兼容性的新一代單片機奠定了良好的基礎(chǔ)。第三代：以80C51系列單片機為代表。80C51系列單片機保留了MCS-51單片機的所有特性，內(nèi)部組成基本相同。80C51系列單片機增設(shè)了兩種可以用軟件進行選擇的低功耗工作方式：空閑方式和掉電方式。內(nèi)部帶有程序存儲器的為80C51,不帶的為80C31。本設(shè)計采用80C51單片機完成所需功能14o80C51的基本結(jié)構(gòu)包括：中央處理器，數(shù)據(jù)存儲器，并行I/O口,串行I/O口,定時器/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)，定時電路及

47、元件。(1)中央處理器單片機的中央處理器和通用微處理器基本相同，是單片機的核心，主要完成運算和控制功能，又增設(shè)了“面向控制”的處理功能，增強了實時性。(2)數(shù)據(jù)存儲器在單片機中，用隨機存取存儲器來存儲程序在運行期間的工作變量和數(shù)據(jù)，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。一般在單片機內(nèi)部設(shè)置一定容量的RAM這樣小容量的數(shù)據(jù)存儲器以高速RAM勺形式集成在單片機內(nèi)，以加快單片機運行的速度，而且這種結(jié)構(gòu)的RAME可以使存儲器的功耗下降很多。(3)并行I/O口單片機往往提供了許多功能強，使用靈活的并行輸入/輸出弓I腳，用于檢測與控制，有些I/O引腳還有多種功能，比如可以數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)線，地址總線的地址線，控制總線的控制線

48、等。單片機I/O引腳的驅(qū)動能力也逐漸增大，甚至可以直接驅(qū)動外擴的LED顯示器。(4)串行I/O口目前高檔8為單片機均設(shè)置了全雙工串行I/O，用來實現(xiàn)與某些終端設(shè)備進行串行通信，或者和一些特殊功能的器件相連的能力，甚至用多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng).隨著應用的拓展，有些型號的單片機內(nèi)部還包含有兩個串行I/O口。(5)定時器/計數(shù)器在單片機的實際應用中，往往需要精確的定時，或者需對外部時間進行記數(shù)。為了減少軟件開銷和提高單片機的實時控制能力，因而在單片機的內(nèi)部設(shè)置定時器/記數(shù)器電路，80C51共有兩個16位定時器/記數(shù)器，80C52共有三個16位定時器/記數(shù)器。(6)中斷系統(tǒng)80C51的中斷功能較強

49、，具有內(nèi)、外共五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級。(7)定時電路及元件計算機的整個工作是在時鐘信號的驅(qū)動下，按照嚴格的時序有規(guī)律的一個節(jié)拍一個節(jié)拍的執(zhí)行各種操作.單片機內(nèi)部設(shè)有定時電路，只需外接震蕩元件即可工作.外接震蕩元件一般采用晶體震蕩器，或選用廉價的RC震蕩器，也可用外部時鐘源，作為震蕩元件.近來有的單片機將震蕩元件也集成在芯片內(nèi)，這樣不僅大大縮小了單片機的體積，同時也方便了使用。由上可見，單片機在機構(gòu)上突破了常規(guī)的按邏輯功能劃分的芯片，由多片構(gòu)成微型計算機的設(shè)計構(gòu)想，將構(gòu)成計算機的許多功能集成在一塊晶體芯片上，在眾多的單片機中，又以80C51的結(jié)構(gòu)具有顯著特點，形成了主流機型，被多家單片機廠家

50、選作內(nèi)核15。80C51的引腳及其功能：80C51有40弓|腳雙歹1直插,44弓|腳(PQFP/TQFP)口44弓|腳(PLCC)封裝形式.按引腳的功能可分為三類(1)電源和晶震VCC-運行和程序效驗時接電源正端VSS-接地XTAL1-輸入到單片機內(nèi)部振蕩器的反向放大器.當采用外部振蕩器時，對HMOS片機,此引腳接地；對CHMO單片機,此引腳做驅(qū)動端XTAL2-反向放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時鐘發(fā)生器.當采用外部振蕩器時,XTAL2接收振蕩器信號(2)I/O(輸入/輸出)共4個口,32根I/O線P0-8位，漏極開路的雙向I/O口當使用片外存儲器時，作低8位地址和數(shù)據(jù)分時復用.在程序效驗期間，輸出

51、指令字節(jié)，驗證對需加外部上拉電阻。P0口能驅(qū)動8個LSTTL負載；P1-8位準雙向I/O口在編程/效驗期間，用做輸入低位字節(jié)地址。P1口可驅(qū)動4個LSTTL負載；P2-8位，準雙向I/O口當使用片外存儲器時輸出高8位地址。在編程/效驗期間，接受高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動4個LSTTL負載；P3-8位準雙向I/O，具有內(nèi)部上拉電路P3提供各種替代功能.在提供這些功能時，具輸出鎖存器應由程序置1。P3口可以輸出/輸入4個LSTTL負載。申行:P3.0RXD串行輸入口；P3.1TXD串行輸入口。中斷：P3.2-INTO外部中斷0輸入；P3.5-INT1外部中斷1輸入。定時器/記數(shù)器：P3.4-T0

52、定時器/記數(shù)器0外部輸入；P3.5-T1定時器/記數(shù)器1外部輸入。數(shù)據(jù)存儲器選通：P3.6-WR低電平有效，輸出,片外存儲器寫選通；P3.7-RD低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。(3)4根控制線RST-復位輸入信號，高電平有效.在震蕩器工作時，在RST±作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復位。EA/VPP-片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。ALE/PROG-地址鎖存允許信號，輸出。在訪問片外存儲器或I/O時，用于鎖存低8位地址，以實現(xiàn)低8位地址與數(shù)據(jù)的隔離。由于ALE以1/6的振蕩頻率固定速率輸出，可作對外輸出時鐘或用作外定時脈沖。在EPRO褊程期間，作輸入、輸入編程脈沖

53、。ALE可當區(qū)動8個LSTTL負載。PSEN-片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。在從片外程序存儲器取指期間，在每個機器周期中，當PSENt效時，程序存儲器的內(nèi)容被送上P0口.PSEN可以驅(qū)動8個LSTTL負載。由于工藝和標準化，測試儀器等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限的，但單片機為實現(xiàn)功能所需要的信號數(shù)目卻與實際引腳數(shù)目相差很多，這時往往定義一些引腳為多功能，使單片機應用系統(tǒng)的構(gòu)造更顯靈活16。MCS-51系列單片機的指令系統(tǒng)一臺計算機在設(shè)計時已決定了共有多少條指令以及每條指令所能執(zhí)行的操作功能，根據(jù)設(shè)計使某型計算機具有的指令的集合便構(gòu)成這一計算機的指令系統(tǒng)。MCS-51系列單片機的指令系統(tǒng)共

54、有111條指令，按照他們的操作性質(zhì)可劃分成數(shù)據(jù)傳送、算術(shù)操作、邏輯操作、程序轉(zhuǎn)移、位操作等5個大類。MCS-51系列單片機的指令長度較短：單機器周期指令64條，雙機器周期指令45條，只有乘除兩條指令需要4個機器周期。這些指令在12MHZO1的情形下，執(zhí)行時間分別為1微秒、2微秒、4微秒?？梢?，MCS-51指令系統(tǒng)在存儲空間和執(zhí)行期間方面具有較高的效率，編成的程序占用內(nèi)存單元少，執(zhí)行也很快捷，與其應用范圍的要求相適應。MCS-51指令系統(tǒng)還具有簡明，整齊，易于掌握的特點，很適合初學者學習。在MCS-51旨令系統(tǒng)中，有豐富的位操作指令，形成一個相當完整的位操作指令子集，成為該指令系統(tǒng)的重大特色。這

55、對于需要進行大量位處理的程序?qū)砻黠@的簡潔和方便。每一條指令通常由操作碼和操作數(shù)組成，前者表示計算機執(zhí)行該條指令將進行何種操作，后者表示參加操作的數(shù)的本身或操作數(shù)所在的地址。一臺計算機在設(shè)計時也已決定了每條指令的操作碼的表示形式，這就是指令的助記符。一般都將指令功能的英文縮寫字用作助記符，以便記憶1703.1.3匯編語言簡介完成某項特定任務的指令的集合稱為程序。計算機是按照程序一條條依次執(zhí)行指令而工作的，用戶要計算機完成各種任務，就要設(shè)計各種應用程序，設(shè)計程序就要用到程序設(shè)計語言。程序設(shè)計語言有三種：機器語言、匯編語言和高級語言。機器語言是機器唯一能“懂”的語言，用匯編語言或高級語言編寫的程

56、序（稱為源程序）最終都必須翻譯成機器語言的程序（稱為目標程序），計算機才能“看懂”，然后逐一執(zhí)行。但是，機器語言只是一種用二進制數(shù)0、1組成的代碼，人們不易辨識、記憶，因此使用不方便，易錯,很難用它來進行程序設(shè)計。高級語言是面向問題和計算過程的語言，它可通過用于各種不同的計算機，用戶編程時不必仔細了解所用的計算機的具體性能與指令系統(tǒng)，而且語句的功能強，常常一個語句已相當于很多條計算機指令，于是用高級語言編制程序的速度比較快，也便于學習和交流，所以使用很多。但是編制程序工作量不大，規(guī)模較小的計算機系統(tǒng)，使用匯編語言編程也還方便，而且高級語言源程序要通過預存儲于計算機存儲器內(nèi)的編譯程序或解釋程序才

57、能翻譯成機器語言，而存儲量較小的計算機系統(tǒng)容納不下，因此也無法配用這些工具程序,便必須應用匯編語言編程了。用匯編語言編制程序時,程序的每一個語句都于計算機的某一條具體指令相對應，因此必須熟悉機器的指令系統(tǒng)。有經(jīng)驗的程序員用匯編語言編出的程序具質(zhì)量優(yōu)于用高級語言編出的程序。根據(jù)統(tǒng)計，譯成機器語言后，后者一般長度增加15%-200%占用的內(nèi)存空間相隨擴大,執(zhí)行時間也相應增長50%-300%可見,對于要求反應靈敏和與控制及時的工控，檢測等實時控制系統(tǒng)以及要求體積小，系統(tǒng)小的許多“電腦化”產(chǎn)品，采用匯編語言編程，其優(yōu)越性比較明顯。也就是說，匯編語言程序設(shè)計有其特定的應用范圍，用得也相當廣泛。學習微機原理課程時通常都伴隨著學習匯編語言程序，因為闡述微機原理只有結(jié)合具體機型才能比較深入：