1、單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)專業(yè)：自動控制班級：控 093姓名：古月學(xué)號：2009020202指導(dǎo)教師：評語：平時（ 40 ）修改（ 30）報(bào)告（ 30 ）總成績交通大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院2012 年 7 月 1 日基于單片機(jī)的汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)1 引言車燈是行車安全的必備件，除了具有照明作用，對行人和其他車輛還具有轉(zhuǎn) 向、剎車等警示作用。汽車轉(zhuǎn)向和故障信號燈是汽車運(yùn)動方向和車身狀態(tài)的表示 信號，關(guān)系著汽車的安全問題，因此基于單片機(jī)的汽車轉(zhuǎn)向燈控制器一直以來都 是汽車電子設(shè)計(jì)中的一個十分重要的領(lǐng)域。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個單片機(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、倒車等操作時，

2、實(shí)現(xiàn)對 各種信號指示燈的控制。它主要是對單片機(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， 加上一些串口電路按鍵電路驅(qū)動電路 來模擬汽車尾燈的功能并在 PC 機(jī)上顯示此時的汽車行進(jìn)狀態(tài)。汽車轉(zhuǎn)彎或停靠時，相應(yīng)的信號燈要發(fā)出閃爍的燈光信號，目前國廣泛使用 電熱式閃光器產(chǎn)生閃光信號。 閃爍頻率在 50110 次/ 分，但是一般控制在 60 95 次/ 分之間。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影響閃爍頻率，因此在更換閃光器或燈泡時調(diào)整比較困難。 同時，系統(tǒng)沒有故檢測，駕駛員無法知道車外的轉(zhuǎn)向燈及故障指示燈是否點(diǎn)亮， 從而影

3、響行車安全。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)了一套汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)。 用 LED 產(chǎn)生閃光信號，同時能自動檢測信號燈故障。2 設(shè)計(jì)方案及原理汽車轉(zhuǎn)彎燈單片機(jī)控制系統(tǒng)電路是由單片機(jī) AT89C51 、復(fù)位、時鐘、 LED顯 示電路、按鍵電路構(gòu)成等幾部分組成。2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)要求在汽車進(jìn)行左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、合緊急開關(guān)、停靠、倒車等 操作時，實(shí)現(xiàn)對各種信號指示燈的控制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制定總體的設(shè)計(jì)思想：以單片機(jī) AT89C51 為核心芯片通過控制 LED 的顯示來模擬汽車轉(zhuǎn)向燈，即 用開關(guān) K1-K6 的閉合分別

4、模擬剎車、緊急、停靠、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、倒車操作；用 LED 發(fā)光二極管 D1-D8 的亮滅顯示來模擬汽車的故障指示燈、左頭燈、右頭燈、左轉(zhuǎn)彎信號燈、右轉(zhuǎn)彎信號燈、左尾燈、右尾燈、倒車燈的顯示情況。轉(zhuǎn)向時，規(guī)定 左右尾燈、左右頭燈儀表板上 2 個指示燈相應(yīng)地發(fā)出閃爍信號；應(yīng)急開關(guān)合上時， 6 個信號燈都應(yīng)閃爍； 汽車剎車時， 2 個尾燈發(fā)出穩(wěn)定亮信號； 如正當(dāng)轉(zhuǎn)向時剎車， 轉(zhuǎn)向時原應(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 停靠開關(guān)合上時，左頭燈、右頭燈、左尾燈、右尾燈按頻率為30Hz 的高頻閃爍。任何上述之外的開關(guān)組合，都將出現(xiàn)故障指示燈閃爍，閃爍頻率為30Hz。2.2

5、單片機(jī)系統(tǒng)的工作原理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，可輪流檢測每個開關(guān)狀態(tài)，以 每個開關(guān)的狀態(tài)讓相應(yīng)的發(fā)光二極管指示；也可以一次性檢測六路開關(guān)狀態(tài)，即 用MOVA, P2 指令一次性把 P2端口的狀態(tài)全部讀入，取低 6位的狀態(tài)來指示。2.2.2 輸出控制以LED發(fā)光二極管 D1-D8來指示，此設(shè)計(jì)用指令 MOV P1, #111XXXXXB 方法 來實(shí)現(xiàn)。2.2.3 定時器和計(jì)數(shù)器 信號的控制是定時器與中斷系統(tǒng)的聯(lián)合使用得以實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。在汽車轉(zhuǎn)彎燈 的控制中主要利用 AT89C51 單片機(jī)的可編程定時 / 計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)燈閃 爍的延時和故障檢測

6、，即通過對系統(tǒng)時鐘脈沖的計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，計(jì)數(shù)值由程序設(shè) 定。設(shè)計(jì)中利用定時器 / 計(jì)數(shù)器 0,一個軟件計(jì)數(shù)器產(chǎn)生低頻（ 1Hz）閃爍功能。利 用定時器/計(jì)數(shù)器 0來產(chǎn)生為時 30ms 的定時信號，以實(shí)現(xiàn)高頻（30Hz）閃爍功能。2.2.4 中斷系統(tǒng)通過 C51 的軟件編程實(shí)現(xiàn)對中斷系統(tǒng)的處理。 利用 MCS-51 系列單片機(jī)的可 編程定時 / 計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)燈閃爍的延時和故障檢測。 當(dāng)檢測到操作錯誤，可以利用中斷系統(tǒng)請求 CPU 及時處理這些故障，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的實(shí)時控制，同時操 作人員可以利用鍵盤等實(shí)現(xiàn)中斷，完成人工介入，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系。2.2.4 汽車轉(zhuǎn)向燈控制在汽車轉(zhuǎn)彎或應(yīng)急狀態(tài)下， 外

7、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，外部信號燈以 30Hz 頻率閃爍此時為高頻信號。 汽車轉(zhuǎn)彎燈設(shè)計(jì) 6 個按鍵控制信號燈的轉(zhuǎn)向、停靠、應(yīng)急等。按鍵安排為： K1鍵 為剎車開關(guān)； K2 鍵為緊急開關(guān)； K3 鍵為停靠開關(guān)； K4 鍵為左轉(zhuǎn)彎開關(guān)； K5 鍵為 右轉(zhuǎn)彎開關(guān)； K6 鍵為倒車開關(guān)。2.3 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.3.1 按鍵電路 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，本設(shè)計(jì)選用獨(dú)立式鍵盤。其工作原理為，單片機(jī)引腳作為輸入使用，首先置“ 1”。當(dāng)鍵沒有被按下時，單片機(jī)引腳上為高電平；而當(dāng)鍵被 按下去后，引腳接地，單片機(jī)引腳上為低電平。是否有鍵按下，以及被

8、按下的是 哪一個可以通過單片機(jī)引腳電平顯示出來。 圖 1 是電路板上按鍵的接法， 6 個按鍵 分別接到 P2.0、 P2.1、P2.2、P2.3、P2.4 和 P2.5。對于這種接法，各程序可以采 用不斷查詢的方法，其功能就是：檢測是否有鍵閉合，判斷鍵號并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的鍵 處理。圖 1 按鍵控制電路2.3.2 時鐘電路采用單片機(jī)部晶振。如圖 2 所示，在 MCS-51 系列單片機(jī)部有一個高增益反 向放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為引腳 XTAL2。而在芯片外部 XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，形成反饋電路，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的 自激振蕩器。 外接晶體振蕩器以

9、及電容 C6 和 C7 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路， 接在放大器 的反饋回路中， C6 和 C7 的大小會對振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起 振的快速性和溫度特性有一定的影響。圖 2 時鐘電路2.3.3 復(fù)位電路上電復(fù)位電路如圖 3 所示，是利用外部復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)。 振蕩器啟動時間 不超過 10ms ，在加電情況下，可以使單片機(jī)復(fù)位。電平復(fù)位將復(fù)位端通過電 阻與 Vcc 相連，按鍵脈沖復(fù)位是利用 RC 分電路產(chǎn)生正脈沖來達(dá)到復(fù)位的。在按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位兩種簡單的復(fù)位電路中，干擾易串入復(fù)位端，會引起部寄存器錯誤復(fù)位，故可在復(fù)位端引腳上接一個去耦電容C8 。圖 3 復(fù)位電路2.3.3 LED 顯示

10、電路本設(shè)計(jì)通過驅(qū)動芯片 ULN2803 將 AT89C51 單片機(jī)的 P1 口輸出與 LED 發(fā)光 二極管相連，當(dāng) AT89C51 單片機(jī)的 P1 引腳是高電平時， LED 不亮，當(dāng) P1 引腳 是低電平時， LED 亮。但是在汽車轉(zhuǎn)向燈里要根據(jù)汽車方向來控制信號燈，而實(shí) 現(xiàn) LED 的亮與滅。2.4 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)的總電路原理圖汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)總電路原理圖見附錄一。2.5 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖 4 所示，系統(tǒng)中斷服務(wù)程序流程圖如 圖 5 所示，鍵功能程序流程圖如圖 6 所示。主程序中完成對汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)的初始化工作，判斷是否有鍵被按下， 當(dāng)

11、開關(guān)沒有動作時無輸出，調(diào)用延時程序，延時 1s，當(dāng)判斷有開關(guān)被按下時，進(jìn) 入中斷。中斷程序主要完成各開關(guān)按下時汽車轉(zhuǎn)向燈信號的相應(yīng)顯示，其中也在 各分支中調(diào)用了延時程序，以使 LED 在不同的分支以相應(yīng)的頻率閃爍。原理圖按鍵連線：P2.0=剎車； P2.1=緊急；P2.2=停靠； P2.3=左轉(zhuǎn)；P2.4=右轉(zhuǎn)； P2.5=倒車；說明：鍵值是根據(jù) P2 的狀態(tài)來確定的例： P2=00111110 ，表明剎車鍵按下，它的鍵值是 3EH（只看后面六位） 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序清單見附錄二所示。圖4 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)主程序流程圖圖開始5 系統(tǒng)中斷服務(wù)程序流程圖左 轉(zhuǎn) 緊 急 剎 車左 轉(zhuǎn)

12、時 剎 車右轉(zhuǎn)緊急剎右轉(zhuǎn)時剎故障信號產(chǎn)生各自不同的 LED顯示信號結(jié)束圖 6 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)鍵功能程序流程圖3 總結(jié)3.1 心得體會我本次課程設(shè)計(jì)的題目為“基于單片機(jī)的汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)” ，選定題目之 后我首先去圖書館查閱了相關(guān)資料，又在網(wǎng)上搜集了一些與本次設(shè)計(jì)相關(guān)的知識 點(diǎn)，最終按著老師的要求設(shè)計(jì)出相關(guān)控制電路和程序。在設(shè)計(jì)的過程中也遇到了 很多的問題。首先是在程序的設(shè)計(jì)上，由于所控制的分支太多，所以花了很長時 間才整理出程序，在三個不同時間的延時的設(shè)計(jì)過程中，由于自己忽略了定時器 選擇的定時模式，導(dǎo)致了延時計(jì)算的錯誤，在經(jīng)過同學(xué)指點(diǎn)后多次計(jì)算終于實(shí)現(xiàn) 了 LED 以 10Hz 和 3

13、0Hz 頻率閃爍；其次在軟件的安裝方面，這次課設(shè)需要用到 Visio 畫圖軟件， Proteus 、Keil 仿真軟件等一系列軟件， 因?yàn)殡娔X的問題致使安裝 的時候出現(xiàn)了各種狀況，但在同學(xué)的幫助下最后還是安裝成功；最后就是在仿真 時，由于對軟件環(huán)境不熟悉，不過在請教老師之后最終完成仿真。通過這次課設(shè)，我不僅進(jìn)一步熟悉掌握了一些常用的軟件，而且對以前所學(xué) 單片機(jī)的知識有了更深層次的理解和鞏固，同時跟老師和同學(xué)學(xué)到的很多知識也 使我受益匪淺。3.2 仿真結(jié)果在 Proteus 軟件中，找到所需要的元器件， 調(diào)入后，連線，下載程序到 AT89C51 芯片中，運(yùn)行可看到相應(yīng)的信號燈亮或閃爍，具體仿真圖

14、見附錄三。操作說明如 下：（1）按 K1 剎車鍵， D6 、D7 相應(yīng)信號燈亮；（2）按 K2 緊急鍵， D2、D3、D4、D5、D6 、D7 相應(yīng)信號燈閃爍；（3）按 K3 停靠鍵， D2 、D3、 D6、D7 閃爍；（4）按 K4 左轉(zhuǎn)彎鍵， D2、D4 、D6 閃爍；（5）按 K5右轉(zhuǎn)彎鍵， D3 、D5 、D7 閃爍；（6）按 K6 倒車鍵， D8 閃爍；（7）按 K1剎車、K2緊急鍵，D2、D3、D4、D5 閃爍； D6、D7 亮；（8）按 K4左轉(zhuǎn)彎、 K1剎車鍵， D2、D4 、D7 閃爍；D6 亮；（9）按 K5右轉(zhuǎn)彎、 K1剎車鍵， D3、D5 、D6 閃爍；D7 亮；（10

15、）按 K4左轉(zhuǎn)彎、K1剎車、K2緊急鍵，D2、D3、D4、D5、D7 閃爍； D6 亮；（11）按 K5右轉(zhuǎn)彎、K1剎車、K2緊急鍵，D2、D3、D5、D6、D8 閃爍， D7 亮。（12 ）除上述情況以外的其他操作， D1 閃爍。3 參考文獻(xiàn)1 瑞林 .單片機(jī)原理及應(yīng)用教程 M. 北京:北京大學(xué)出版社 ,2004.2 謝自美 .電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) （第二版 ）M.: 華中理工出版社 ,2000.3 勛.單片機(jī)實(shí)用教程 M. 北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2003.4 廣弟,朱月秀 ,王秀山 .單片機(jī)基礎(chǔ) M. 北京:航空航天大學(xué)出版社 ,2000.5 康華光 ,大欽 .電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分

16、 M.: 高等教育出版社 ,1998.6 徐愛鈞 ,彭秀華.Keil Cx51 V7.0 單片機(jī)高級語言編程與 Vision2應(yīng)用實(shí)踐 M. 北京:電子工 業(yè)出版社 ,2006.頁腳.頁腳附錄一 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)總電路圖.頁腳附錄二 汽車轉(zhuǎn)向燈控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)程序清單ORG0000HAJMPORGSTART10030HSAMEEQU4EHSTART1:MOVP1,#00H ;無輸入時輸出START:MOVA,P2;讀 P2 口數(shù)據(jù)ANL A ,#3FH;取用P2 口的低 6 位數(shù)據(jù)CJNEA,#3FH,SHIY ; 對 P2口低 6 位數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷AJMPSTART1SHIY:MOVSAME

17、,ALCALLYS;延時MOVA,P2;讀 P2 口的數(shù)據(jù)ANL A ,#3FH;取用P2 口的低 6 位數(shù)據(jù)CJNEA,#3FH,SHIY1;對 P2 口低 6 位數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷AJMPSTART1;開關(guān)沒有動作時無輸出SHIY1:CJNEA,SAME,START1CJNEA,#37H,NEXT1;P2.3=0 時進(jìn)入左轉(zhuǎn)彎分支AJMPLEFTNEXT1:CJNEA,#2FH,NEXT2;P2.4=0 時進(jìn)入右轉(zhuǎn)彎分支AJMPRIGHTNEXT2:CJNEA,#3DH,NEXT3;P2.1=0 時進(jìn)入緊急分支AJMPEARGENEXT3:CJNEA,#3EH,NEXT4;P2.0=0 時進(jìn)入剎

18、車分支AJMPBRAKENEXT4:CJNEA,#36H,NEXT5;P2.0=P2.3=0 時進(jìn)入左轉(zhuǎn)彎剎車分支AJMPLEBRNEXT5:CJNEA,#2EH,NEXT6;p2.0=P2.4=0 時進(jìn)入右轉(zhuǎn)彎剎車分支AJMPRIBRNEXT6:CJNEA,#3CH,NEXT7;P2.0=P2.1=0 時進(jìn)入緊急剎車分支AJMPBRERNEXT7:CJNEA,#34H,NEXT8;P2.0=P2.1=P2.3=0 時進(jìn)入左轉(zhuǎn)彎緊急剎車分支AJMPLBENEXT8:CJNEA,#2CH,NEXT9;P2.0=P2.1=P2.4=0 時進(jìn)入右轉(zhuǎn)彎緊急剎車分支AJMPRBENEXT9:CJNEA,

19、#3BH,NEXT10;P2.2=0 時進(jìn)入停靠分支AJMPSTOPNEXT10:CJNEA,#1FH,NEXT11;p2.5=0 時啟動倒車AJMPBACKNEXT11:AJMPERROR;其他情況進(jìn)入錯誤分支LEFT:MOVP1,#2AH;左轉(zhuǎn)彎分支LCALLY1sMOVP1,#00HLCALLAJMPY1sSTARTRIGHT:MOVP1,#54H;右轉(zhuǎn)彎分支LCALLY1sMOVP1,#00HLCALLY1sAJMPSTARTEARGE:MOVP1,#7EH;緊急分支LCALLY1sMOVP1,#00HLCALLY1sAJMPSTARTBRAKE:MOVP1,#60H;剎車分支AJMPSTARTLEBR:MOVP1,#6AH;左轉(zhuǎn)彎剎車分支LCALLY1sMOVP1,#20HLCALLY1sAJMPSTARTRIBR:M