单片机课程设计汽车转向灯.docx

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单片机课程设计汽车转向灯

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2010届毕业设计（论文）课题任务书

系：

电气与信息工程系专业：

电子信息工程技术

1绪论…………………………………………………………………………

1.1选题背景………………………………………………………………………

1.2研究意义………………………………………………………………………

1.3研究方法……………………………………………………………………

2汽车转弯灯单片机控制系统原理………………………………………………

2.1汽车转弯灯工作原理…………………………………………

2.2单片机系统的工作原理及设计………………………………………………

3设计方案论证与选择………………………………………………

3.1方案论证一……………………………………………………………

3.2方案论证二…………………………………………………………

3.3方案选择…………………………………………………………

4控制系统的硬件设计…………………………………………………………

4.1单片机控制系统电路图……………………………

4.2单片机控制系统功能模块的设计………………

4.3元器件清单……………………………………………………

5主要芯片介绍…………………………………………………………

5.1单片机的特点………………………………………………………

5.2单片机各引脚介绍………………………………………………………

5.3单片机的功能介绍………………………………………………………

6控制系统的软件设计……………………………………………………

7.1汽车转弯灯控制系统流程图

7.2软件和程序设计

7电路功能实现

7.1软件调试

7.2单片机硬件功能实现

7.3仿真操作说明及现象………………………………………………………

参考文献………………………………………………………………………………….

致谢………………………………………………………………………………………

附录………………………………………………………………………………………

摘要

随着单片机的日益发展，其应用也越来越广泛，通过对“汽车转弯灯单片机控制系统”设计，可以对单片机的知识得到巩固和扩张。

本设计是设计一个单片机控制系统。

在汽车进行左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关、停靠等操作时，实现对各种信号指示灯的控制。

本设计主要是对单片机的并行输入输出口电路的应用，通过IO口控制发光二极管的亮﹑灭﹑闪烁，加上一些复位电路﹑按键电路﹑驱动电路来模拟汽车尾灯的功能。

关键词单片机；汽车信号转弯灯；电路基础；数字电子技

ABSTRACT

Withmoremonolithicintegratedcircuits,themoreextensive,"thecarturnedthe"monolithicintegratedcircuitstocontrolsystemdesign,cantheinformationtomonolithicintegratedcircuitsconsolidatedandexpanded.thisdesignistodesignamonolithicintegratedcircuitstocontrolsystem.inthecartoturnleftandright,thebrakes,toopenthedoor,calledforurgentactiontoimplementthevarioussignalsignofcontrol.thisdesignisprimarilytomonolithicintegratedcircuitsoftheexportofthecircuitinparallellost.iturnedaroundandcontroloflightthroughAndbright,shiningout,andsomeclear,andbuttons,thedrivingcircuitcircuittoafunctionofthetaillights.thecarwasdrivingupturnleftandright,thebrakes,toopenthedoor,calledanemergencyoperations.inturnleftorright,throughtheturnoftheoperationshouldbeleftorrightswitchtoswitchontheleft,thedashboardturnleftorrightandleftthetaillighttheinstrumentpanellamp,andturningright,therightrearlightsflickered；switchtotheemergencyrequiresthattheprevious。

Thesixthelightshoneinthecarbrakedall；,twoofthetaillightslikealight；justroundthecorner,thecornersoftheoriginalsignalshallbestillflickered.theabove,arethefrequencyofthelowfrequencies1hz；inacarandcloseattheswitchwhen,rightandleftthetaillight,therightrearlightsforthefrequencyofdemands.thedesignofamonolithicintegratedcircuitshasfurtherthe

Keywordsmonolithicintegratedcircuits；thecarturnedthelightsignals；basictechniquesofdigitalcircuit；electronic

1绪论

1.1选题背景

电子技术的发展经历了很长一段路程.而现在我们使用的微型电子技算机是超大规模集成电路所构成，它属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一部分。

从1971年微型计算机问世以来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展：

一个是向高速度、大容量、高性能的高档微机方向发展；另一个则是向稳定可靠、体积小和价格廉的单片机方向发展。

由于科学技术的发展，由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在能够使用单片机通过软件编程方法实现了。

单片机的应用改变着控制系统设计方法。

软件取代硬件可以提高系统性能的控制“软化”技术——微控制技术，是一个全新的概念。

在生活的环境中，自动控制要求中都会有单片机的控制的一部分；从简单到复杂，凡是能想像到的地方几乎都有使用单片机的需求。

单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，能够提高劳动效率、减轻劳动强度，提升产品质量，改善劳动环境。

例如，在工业自动化方面：

自动化能使工业系统处于最佳状态、提高经济效益和改善产品质量。

自动化控制原理有应用于电子、电力、石油、化工、纺织、食品等轻重工业领域中，无论数据采集和测控技术，还是生产线上的机器人技术，都有单片机的参与。

有时，在仪器仪表、信息和通信等产品方面，它在其中发挥着重大作用。

现在，虽然单片机的应用很普遍了，但仍有许多项目尚未实现，所以单片机的应用有很大的发展空间。

1.2研究意义

单片机在电子科技中发展前景很好，成为电子发展重要组成部分，学习单片机时要理论与实践同步进行，以理论指导实践，实践验证理论，才更有效率。

理论部分我们花了大量的时间，只有少量的时间进行制做实物，编程方面，调试在软件上进行的，软件上能编译成功的程序，下载硬件上可能不会成功的。

毕业设计过程中，我们在网站上大量收集与课题相关的资料，了解目前与课题相关的科技发展趋势，确定自己的研究方案。

还要自己动手制作实物、编写程序并对实物下载程序进行硬件的调试，达到预期所需的控制要求和目的，使理论和实践完满的统一。

因此还锻炼了我们的制作能力，提升了综合素质。

1.3研究方法

本次单片机的控制系统以AT89S52为控制器；键盘为输入信号，由于AT89S52本身的功能强大，汽车转弯灯的驱动用单片机的驱动功能来完成。

使得单片机的功能得到了充分的运用；并且显示电路从并行IO口输出，由限流电阻和发光二极管组成，低电平使发光二极管导通，显示出相应的转弯信号；为提升了系统的可靠性，本方案中有故障检测电路和报警电路，能对每条显示电路进行现场监控，若有故障，发出报警信号，具有一定的检测功能。

进行仿真后，能清晰的看到在控制输入信号的状态下，相应的信号灯发出转弯的指示信号。

本次设计对汽车转弯灯单片机控制系统地分析与设计，对单片机控制系统进行了仿真调试，达到了毕业设计预期目的。

2汽车转弯灯单片机控制系统工作原理

2.1汽车转弯灯工作原理

由定时器计数器与中断系统的联合组成控制系统的工作原理。

如汽车上有一个转弯控制杆，其中有三个位置：

中间位置，汽车不转弯；向上，汽车左转；向下汽车右转。

转弯时，规定左右尾灯、左右头灯仪表板上2个指示灯相应地发出闪烁信号。

应急开关合上时，6个信号灯都应闪烁。

汽车刹车时，2个尾灯发出不闪烁信号。

如正当转弯时刹车，转弯时原应闪烁的信号仍应闪烁。

它们都是频率为1Hz低频闪烁，在汽车停靠而停靠开关合上时，左头灯、右头灯、左尾灯、右尾灯按频率为30Hz的高频闪烁。

由上所述，各种情况作操作时，信号灯应输出信号列于表2.1。

表2.1汽车驾驶操纵与信号

驾驶操作

输出信号

仪表板左转弯灯

仪表板右转弯灯

左头灯

右头灯

左尾灯

右尾灯

左转弯（合上左转开关）

闪烁

——

闪烁

——

闪烁

——

右转弯（合上右转开关）

——

闪烁

——

闪烁

——

闪烁

合紧急开关

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

刹车（合上刹车开关）

——

——

——

——

亮

亮

左转弯时刹车

闪烁

——

闪烁

——

闪烁

亮

右转弯时刹车

——

闪烁

——

闪烁

亮

闪烁

刹车，并合紧急开关

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

亮

亮

左转弯时刹车，并合紧急开关

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

亮

右转弯时刹车，并合紧急开关

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

亮

闪烁

停靠（合停靠开关）

——

——

30Hz

闪烁

30Hz

闪烁

30Hz

闪烁

30Hz

闪烁

2.2单片机系统的工作原理及设计

2.2.1开关状态检测

开关状态检测，对AT89S52来说是输入关系，可轮流检测每个开关状态，以每个开关的状态让相应的发光二极管指示，采用JNBP1.X，REL指令来完成；也可以一次性检测五路开关状态，让它指示，可以用MOVA，P1指令一次把P1端口的状态全部读入，取低5位的状态来指示。

2.2.2输出控制

以发光二极管D1—D6来指示，此设计用SETBP0.X和CLRP0.X指令来完成，也可以用指令MOVP0，＃111XXXXXB方法来实现。

2.2.3定时器和计数器

根据任务设计要求：

会用到定时器。

信号的控制是定时器与中断系统的联合使用得以实现。

单片机的控制系统应用中，定时器是必需的，在汽车转弯灯的控制中也是必不可少。

定时有三种选择方法。

（1）软件的定时

它是靠执行一个循环程序以进行时间的延迟。

软件定时的优点是时间精确，且不需外加硬件电路。

但它要增加CPU开销，因此软件定时的时间不能太长。

此外，软件定时方法有时候无法使用。

（2）硬件的定时

时间较长的定时，常使用硬件电路完成。

硬件定时方法的优点是定时功能全部由硬件电路完成，不需要占CPU的时间。

用元件参数来调节定时时间，这方面使用上不够灵活方便。

（3）可编程定时器的定时

它是通过对系统时钟脉冲的计数来实现的。

计数值由程序设定，改变计数值，同时也改变了定时时间，用起来既灵活且方便。

此外，采用计数方法实现定时，可编程定时器都兼有计数功能，能对外来脉冲进行计数。

在AT89S52内部除了有并行和串行IO接口外，在单片机内部共有2个可编程的定时器和计数器，称定时器计数器0和定时器计数器1，这两个计数器由TH0，TL0，TH1，TL1两个8位的RAM单元组成，即每个计数器都是16位的计数器，最大的计数量时65536。

定时器计数器计数功能和定时功能：

（1）计数器功能

记数是指对外部事件进行计数。

它的发生以输入脉冲表示，计数功能的实质就是对外来的脉冲进行计数。

AT89S52芯片有T0（P3.4）和T1（P3.5）两个信号引脚，是这两个计数器的计数输入端。

外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数器加1（加法计数）。

AT89S52在每个机器周期的S5P2拍节对外部计数脉冲进行采样。

前一个机器周期采用为高电平，后一个机器周期采样为低电平，是一个有效的计数脉冲。

在下一机器周期的S3P1进行计数。

采样计数脉冲是在2个机器周期进行的。

计数脉冲频率不能高于振荡脉冲频率的124。

（2）定时器功能

实际也是通过计数器来实现的，但此时的计数脉冲来自单片机的内部，也每个机器周期计数器加1。

一个机器周期等于12个振荡脉冲周期，因此计数频率为振荡频率的112。

单片机采用12MHz晶体，计数频率为1MHz。

每微妙计数器加1。

根据计数值计算出定时时间，也可以反过来按定时时间的要求计算出计数器的预置值。

它是一个二进制的加1计数器。

在计数器计满回零时能自动产生溢出中断请求。

则已经完成。

T1、T2的最大计数值，需65535个脉冲才能把它们从全“0”状态变为全“1”状态。

输一个脉冲，计数器加1，当加到计数器各位全为1时，再去输一个脉冲，计数器各位就变为全0，发出溢出信号，使标志置1，此时向CPU申请中断。

具体结构如图2.1所示：

图2.1定时器记数器的结构

2.2.4定时初始化

定时主要与编程有关。

编程对定时器控制寄存器（TCON）、工作方式控制寄存器（TMOD）和中断允许控制寄存器（IE）进行操作。

（1）定时器控制寄存器（TCON）

TF0和TF1----记数溢出标志位

TR0和TR1----定时器运行控制位

TR0（TR1）=0----停止定时器计数器工作

TR0（TR1）=1----启动定时器计数器工作

该位根据需要以软件方法使其置“1”或清“0”。

（2）中断允许控制寄存器

IE寄存器中与定时器计数器有关的位置介绍：

EA----中断允许总控制位

ET0和ET1----定时计数中断允许控制位

ET0（ET1）=0禁止定时记数中断

ET0（ET1）=1允许定时记数中断

利用MCS-51系列单片机的可编程定时计数器、中断系统来实现灯闪烁的延时和故障检测。

（3）工作方式控制寄存器（TMOD）

TMOD寄存器专用寄存器，设定两个定时器计数器的工作方式。

它的低半字节定义定时器计数器0，高半字节定义定时器计数器1。

各位定义如表2.2所示：

表2.2TMOD各位定义

位序

B7

B6

B5

B4

B3

B2

B1

B0

位符号

GATE

C

M1

M0

GATE

C

M1

M0

其中：

GATE----门控位

GATE=0以运行控制位TR启动定时器

GATE=1以外中断请求信号（INT1或INT0）启动定时器

C----定时方式或计数方式选择位

C=0定时工作方式

C=1计数工作方式

M1M0----工作方式选择位

M1M0=00方式0

M1M0=01方式1

M1M0=10方式2

M1M0=11方式3

初值计算：

（1）设为工作方式0，定时时间为30ms，使灯延时闪烁。

若使用定时器T0，方式1，30ms定时，fosc=12MHz。

则初值X满足（216-X）×1=30000

X=35536→0000→8AD0H

（2设计中利用定时器计数器0,一个软件计数器产生低频（1HZ）闪烁功能。

（3）利用定时器计数器0来产生为时30ms的定时信号，以实现高频（30HZ）闪烁功能。

（4）注意在用工作方式1时，我们必须要重新装载初值。

2.2.5汽车转弯灯显示

在汽车转弯或应急状态下，外部信号灯和仪表板它们指示灯的闪烁频率为1HZ，称低频信号。

当停靠开关合上时，外部信号灯以30HZ频率闪烁此时为高频信号。

2.2.6汽车转弯灯控制

汽车转弯灯设计5个按键控制信号灯的转向、停靠、应急等。

按键安排见下：

S1键为刹车开关；

S2键为紧急开关；

S3键为停靠开关；

S4键为左转弯开关；

S5键为右转弯开关；

2.2.7中断系统

单片机中断技术主要用于实时控制，在单片机上有两个引脚，即INT0、INT1。

外部的中断信号通过这两个引脚输入到单片机，和单片机的定时器一样，对中断系统的处理需要通过C51的软件编程实现。

利用MCS-51系列单片机的可编程定时计数器、中断系统来实现灯闪烁的延时和故障检测。

它的重要作用有如下四点：

第一，高速CPU和低速外设之间的配合。

利用中断方式进行的IO口操作，在宏观上可以看成CPU和外设的并行工作。

第二，实现故障的紧急处理。

当外设发生故障时，可以利用中断系统请求CPU及时处理这些故障。

第三，可以实现实时控制。

第四，便于人机联系。

操作人员可以利用键盘等实现中断，完成人工介入。

3设计方案论证与选择

3.1方案论证一

如图3.1所示，汽车转弯灯主要有单片机、按键、复位、时钟、电源、故障检测电路、LED显示电路组成最基本的单片机系统。

单片机本身的功能强大，汽车转弯灯的驱动用单片机本身的驱动来驱动。

使得单片机的功能得到充分的运用。

本方案的故障检测电路具有故障监控性能，他能提高系统的可靠性。

图3.1汽车转弯灯控制系统硬件构成

3.2方案论证二

汽车转弯灯主要由单片机（AT89S52）、按键、复位、电源、时钟路、驱动、LED显示电路等组成的最基本的单片机控制系统。

所有软件、参数均存在AT89S52的ROM和RAM中，因此能够减少了芯片的数量和整机的电流。

单片机的内部ROM有4K，RAM有128个字节，软件编时有足够的空间来存储其程序。

复位设置由F键完成；A键至E键来调理信号灯。

电源在5V以下可正常工作。

LED是由NPN三极管驱动，键盘采用消抖扫描方式。

如图3.1所示

图3.1汽车转弯灯控制系统硬件构成

该方案应用单片机自身的并行口来实现其功能，由于单片机的种类很多，在选择单片机时要依据实际设计要求选择合适的单片机。

我们接触的单片机有8031、8051。

因8031无内部RAM，只要编程就必须扩展程序存储器，无疑会增加设计的难度和复杂，虽然8051有内部RAM，但从性能及设计成本考虑，我们选择AT89S52芯片。

由于AT89S52的广泛使用，使单片机的价格大大下降。

目前，AT89S52的市场零售价已经低于8255、8279、8253、8250等专用接口芯片中的任何一种；而89S52的功能实际上远远超过以上芯片。

因此，如把89S52作为接口芯片使用，在经济上是比较合算。

时钟电路由晶振及电容组成，复位电路由按键复位结构组成。

对于键盘电路我们采用独立式键盘，可以具体实现可分为以下几种情况：

①直接由并行IO口来实现。

②使用三极管驱动LED来实现。

3.3方案选择

两种方案的比较，我觉得方案一的设计具有稳定性和可靠性，所以本课题采用方案一。

4控制系统的硬件设计

4.1单片机控制系统电路图

4.1.1汽车转弯灯单片机控制系统框图

汽车转弯灯单片机控制系统电路是由单片机AT89S52、复位、电源、时钟、LED显示电路、故障检测电路、按键电路构成。

电源电路给控制相关电路提供所需电源；复位电路供上电或按键时复位用。

当要求重新启动单片机或者单片机处于死循环时，都可以由此电路来实现；时钟电路用来产生时钟脉冲信号，供工作使用；通过并行IO口构成键盘和显示电路，输入程序，即可实现汽车转弯灯中各信号灯的功能操作；系统的可靠性有所提高。

汽车转弯灯单片机控制系统框图如图4.1所示。

图4.1汽车转弯灯单片机控制系统框图

4.1.2汽车转弯灯单片机控制系统电路PCB图

汽车转弯灯单片机控制系统电路PCB图见附录2。

4.1.3汽车转弯灯单片机控制系统电路原理图

汽车转弯灯单片机控制系统电路原理图见附录3。

4.1.4直流稳压电源电路原理图

直流稳压电源电路原理图见附录4。

4.2单片机控制系统功能模块的设计

4.2.1电源电路

在所学的电源中的整元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路，集成稳压电路等；根据调整元件与向载连接方法，可分为并联型和串联型；根据调整元件工作状态不同，可分为线性和开关稳压电路。

单片机系统中使用的集成电路器件大多数在5V电源电压工作。

随着集成制造技术的发展以及数字式电子元器件的微小型化，集成电路元器件采用更先进精细的制造工艺，在减小集成芯片几何尺寸的同时，降低工作电压。

我们学习的小功率直流稳压电源电路由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等

四部分组成，如图4.2所示。

图4.2直流稳压电源基本电路框图

直流稳压电源的各基本电路如下：

（1）变压器

它的作用是将电网220V的交流电压V1变换成整流滤波电路所需要的交流电压V2。

变压器副边与原边的功率比如式（4.1）所示。

（4.1）

式（4.1）中，η为变压器的效率。

（2）稳压电路

常见的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。

此电路部分采用集成稳压器。

固定式三端稳压器的常见产品有两种：

CW78**系列稳压器输出固定的正点压，如7805输出为+5V，7812输出为+12V；CW79**系列稳压器输出固定的负电压，如7905输出为-5V，7912输出为-12V。

输出端接电容C2进一步滤去纹波，输出端接电容C3能改善负载的瞬态影响，使电路稳定工作。

（3）整流滤波电路

整流二极管D1—D4组成单向桥式整流电路，将交流电压V2变成脉动的直流电压，再经过滤波电容C1，C2滤去纹波，输出直流电压Vi。

Vi与交流电压V2的有效值的关系如式（4.2）所示。

（4.2）

每只整流二极管承受的最大反向电压如式所示。

（4.3）

按课题设计要求，我们需要的能输出5V—12V的直流电源，其原理图如图4.3所示。

图4.3直流稳压电源电路图

4.2.2时钟电路

采用单片机内部晶振。

如图4.4所示。

在MCS-51系列单片机内部有一个高增益反向放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。

而在芯片外部XTAL1和XTAL2之间跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。

外接晶体（石英或陶瓷，陶