汽車轉向燈單片機課程設計

1、長沙理工大學城南學院 單片機課程項目考核題 目：汽車轉向信號燈設計學院：電氣與信息工程系專業(yè)：工業(yè)電氣自動化 班級：工電1101班學號：201197250105姓名：張慧媛 指導教師： 雷輝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向、會車、剎車等警示作用。其中汽車轉向燈的控制就是一例。汽車轉向和報警信號燈是汽車運動方向和車身狀態(tài)的表示信號，關系著汽車的安全問題，因此基于單片機的汽車轉向燈控制器的一直以來都是汽車電子設計中的一個十分重要的領域 。此次基于單片機的汽車轉向燈的設計中，復位電路的設計、LED發(fā)光二極管的應用、6個按鍵開關、鍵盤掃描來控制LED燈點亮的方

2、式都基本符合課程設計的要求。其中復位電路的作用是當單片機死機的情況下用來復位重啟單片機，軟件部分主要是用鍵盤掃描的方式來與程序中的設定值比較如果一致就執(zhí)行該段子程序來實現(xiàn)LED的點亮方式。汽車上的信號燈有:轉向燈(左前燈、右前燈、左后燈、右后燈、儀表盤上的二個指示燈)。當汽車轉彎、剎車、停靠時，轉向燈發(fā)出不同的信號。汽車轉彎或停靠時，相應的信號燈要發(fā)出閃爍的燈光信號，目前國內廣泛使用電熱式閃光器產(chǎn)生閃光信號。閃爍頻率在 50110 次/ min，但是一般控制在 6095 次min 之間。閃光器是通過調節(jié)鎳鉻絲的拉力和觸點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

3、燈泡時調整比較困難。同時，系統(tǒng)沒有故檢測，駕駛員無法知道車外的轉向燈及示寬燈是否點亮，從而影響行車安全。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單片機設計了一套汽車信號燈控制系統(tǒng)。用LED產(chǎn)生閃光信號，同時能自動檢測信號燈故障。信號燈燈具的發(fā)展是隨著汽車制造技術及電光源技術的發(fā)展而逐步完善的。它經(jīng)歷了機油（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）技術以及光導技術，這是信號燈燈具的一次飛躍。2設計方案及原理2.1設計方案：如圖1所示，汽車轉彎燈主要有單片機、按鍵、復位、時鐘、電源、故障檢測電路

4、、LED顯示電路組成最基本的單片機系統(tǒng)。單片機本身的功能強大，汽車轉彎燈的驅動用單片機本身的驅動來驅動。使得單片機的功能得到充分的運用。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按鍵電路時鐘電路復位電路電源電路LED顯示電路故障檢測電路圖1汽車轉彎燈控制系統(tǒng)硬件構成2.2設計原理:由定時器/計數(shù)器與中斷系統(tǒng)的聯(lián)合組成控制系統(tǒng)的工作原理。如汽車上有一個轉彎控制桿，其中有三個位置：中間位置，汽車不轉彎；向上，汽車左轉；向下汽車右轉。轉彎時，規(guī)定左右尾燈、左右頭燈儀表板上2個指示燈相應地發(fā)出閃爍信號。應急開關合上時，6個信號燈都應閃爍。汽車剎車時，2個尾燈發(fā)出不閃爍信

5、號。如正當轉彎時剎車，轉彎時原應閃爍的信號仍應閃爍。它們都是頻率為1Hz低頻閃爍，在汽車?？慷？块_關合上時，左頭燈、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 號儀表板左轉彎燈儀表板右轉彎燈左頭燈右頭燈左尾燈右尾燈左轉彎（合上左轉開關）閃爍滅閃爍滅閃爍滅右轉彎（合上右轉開關）滅閃爍滅閃爍滅閃爍合緊急開關閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍剎車（合上剎車開關）滅滅滅滅亮亮左轉彎時剎車閃爍滅閃爍滅閃爍亮右轉彎時剎車滅閃爍滅閃爍亮閃爍剎車，并合緊急開關閃爍閃爍閃爍閃爍亮亮左轉彎時剎車

6、，并合緊急開關閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍亮右轉彎時剎車，并合緊急開關閃爍閃爍閃爍閃爍亮閃爍停靠（合?？块_關）滅滅10Hz閃爍10Hz閃爍10Hz閃爍10Hz閃爍2.2.1 開關狀態(tài)檢測開關狀態(tài)檢測，對AT89C51來說是輸入關系，可輪流檢測每個開關狀態(tài)，以每個開關的狀態(tài)讓相應的發(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，此設計用SETB P0.X 和CLR P0.X 指令來完成，也可以用指令MOV P0，111XXX

7、XXB 方法來實現(xiàn)。2.2.3 定時器和計數(shù)器根據(jù)任務設計要求：會用到定時器。信號的控制是定時器與中斷系統(tǒng)的聯(lián)合使用得以實現(xiàn)。單片機的控制系統(tǒng)應用中，定時器是必需的，在汽車轉彎燈的控制中也是必不可少。定時有三種選擇方法。(1)軟件的定時它是靠執(zhí)行一個循環(huán)程序以進行時間的延遲。軟件定時的優(yōu)點是時間精確，且不需外加硬件電路。但它要增加CPU開銷，因此軟件定時的時間不能太長。此外，軟件定時方法有時候無法使用。(2)硬件的定時時間較長的定時，常使用硬件電路完成。硬件定時方法的優(yōu)點是定時功能全部由硬件電路完成，不需要占CPU的時間。用元件參數(shù)來調節(jié)定時時間，這方面使用上不夠靈活方便。(3)可編程定時器的

8、定時它是通過對系統(tǒng)時鐘脈沖的計數(shù)來實現(xiàn)的。計數(shù)值由程序設定，改變計數(shù)值，同時也改變了定時時間，用起來既靈活且方便。此外，采用計數(shù)方法實現(xiàn)定時，可編程定時器都兼有計數(shù)功能，能對外來脈沖進行計數(shù)。在AT89C51內部除了有并行和串行I/O接口外，在單片機內部共有2個可編程的定時器和計數(shù)器，稱定時器/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器1，這兩個計數(shù)器由TH0，TL0，TH1，TL1兩個8位的RAM單元組成，即每個計數(shù)器都是16位的計數(shù)器，最大的計數(shù)量時65536。定時器/計數(shù)器計數(shù)功能和定時功能：(1)計數(shù)器功能記數(shù)是指對外部事件進行計數(shù)。它的發(fā)生以輸入脈沖表示，計數(shù)功能的實質就是對外來的脈沖進行計數(shù)。AT8

9、9C51芯片有T0（P3.4）和T1（P3.5）兩個信號引腳，是這兩個計數(shù)器的計數(shù)輸入端。外部輸入的脈沖在負跳變時有效，進行計數(shù)器加1（加法計數(shù)）。AT89C51在每個機器周期的S5P2拍節(jié)對外部計數(shù)脈沖進行采樣。前一個機器周期采用為高電平，后一個機器周期采樣為低電平，是一個有效的計數(shù)脈沖。在下一機器周期的S3P1進行計數(shù)。采樣計數(shù)脈沖是在2個機器周期進行的。計數(shù)脈沖頻率不能高于振蕩脈沖頻率的1/24。(2)定時器功能實際也是通過計數(shù)器來實現(xiàn)的，但此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內部，也每個機器周期計數(shù)器加1。一個機器周期等于12個振蕩脈沖周期，因此計數(shù)頻率為振蕩頻率的1/12。單片機采用12MHz

10、晶體，計數(shù)頻率為1MHz。每微妙計數(shù)器加1。根據(jù)計數(shù)值計算出定時時間，也可以反過來按定時時間的要求計算出計數(shù)器的預置值。它是一個二進制的加1計數(shù)器。在計數(shù)器計滿回零時能自動產(chǎn)生溢出中斷請求。則已經(jīng)完成。T1、T2的最大計數(shù)值65536-1，需65535個脈沖才能把它們從全“0”狀態(tài)變?yōu)槿?”狀態(tài)。輸一個脈沖，計數(shù)器加1，當加到計數(shù)器各位全為1時，再去輸一個脈沖，計數(shù)器各位就變?yōu)槿?，發(fā)出溢出信號，使標志置1，此時向CPU申請中斷。具體結構如圖2所示：圖2 定時器/記數(shù)器的結構2.2.4 定時初始化定時主要與編程有關。編程對定時器控制寄存器（TCON）、工作方式控制寄存器（TMOD）和中斷允許

11、控制寄存器（IE）進行操作。(1)定時器控制寄存器（TCON）TCON寄存器既參與中斷控制又參與定時控制。其中有關定時的控制位共有4位：TF0和TF1-記數(shù)溢出標志位TR0和TR1-定時器運行控制位TR0（TR1）=0-停止定時器/計數(shù)器工作TR0（TR1）=1-啟動定時器/計數(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寄存器中與定時器/計數(shù)器有關的位置介紹：EA-中斷允許總控制位ET0和ET1-定時/計數(shù)中斷允許控制位ET0（ET1）=0 禁止定時/記數(shù)中斷ET0（ET1）=1 允許定時/記數(shù)中斷利用MCS-51系列單片機的可編程定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)來

12、實現(xiàn)燈閃爍的延時和故障檢測。(3)工作方式控制寄存器（TMOD）TMOD寄存器專用寄存器，設定兩個定時器/計數(shù)器的工作方式。它的低半字節(jié)定義定時器/計數(shù)器0，高半字節(jié)定義定時器/計數(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 以運行控制位TR啟動定時器 GATE=1 以外中斷請求信號（INT1或INT0）啟動定時器 C/-定時方式或計數(shù)方式選擇位 C/=0 定時工作方式 C/=1 計數(shù)工作方式 M1M0-工作方式選擇位 M1M0=00 方式0 M1M0=01 方式1 M1

13、M0=10 方式2 M1M0=11 方式3初值計算：(1)設為工作方式0，定時時間為30ms，使燈延時閃爍。若使用定時器T0，方式1，30ms定時，fosc=12MHz。則初值X滿足（216-X）1=30000X=3553610001010110100008AD0H(2)設計中利用定時器/計數(shù)器0，一個軟件計數(shù)器產(chǎn)生低頻（1HZ）閃爍功能。(3)利用定時器/計數(shù)器0來產(chǎn)生為時30ms的定時信號，以實現(xiàn)高頻（30HZ）閃爍功能。(4)注意在用工作方式1時，我們必須要重新裝載初值。2.2.5 汽車轉彎燈顯示在汽車轉彎或應急狀態(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?？块_

14、關合上時，外部信號燈以30HZ頻率閃爍此時為高頻信號。2.2.6 汽車轉彎燈控制汽車轉彎燈設計5個按鍵控制信號燈的轉向、?？?、應急等。按鍵安排見下：S1鍵為剎車開關；S2鍵為緊急開關；S3鍵為?？块_關；S4鍵為左轉彎開關；S5鍵為右轉彎開關；2.2.7 中斷系統(tǒng)單片機中斷技術主要用于實時控制，在單片機上有兩個引腳，即INT0、INT1。外部的中斷信號通過這兩個引腳輸入到單片機，和單片機的定時器一樣，對中斷系統(tǒng)的處理需要通過C51的軟件編程實現(xiàn)。利用MCS-51系列單片機的可編程定時/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)來實現(xiàn)燈閃爍的延時和故障檢測。它的重要作用有如下四點：第一，高速CPU和低速外設之間的配合。利用

15、中斷方式進行的I/O口操作，在宏觀上可以看成CPU和外設的并行工作。第二，實現(xiàn)故障的緊急處理。當外設發(fā)生故障時，可以利用中斷系統(tǒng)請求CPU及時處理這些故障。第三，可以實現(xiàn)實時控制。第四，便于人機聯(lián)系。操作人員可以利用鍵盤等實現(xiàn)中斷，完成人工介入。3.硬件設計3.1 單片機控制系統(tǒng)電路圖3.1.1汽車轉彎燈單片機控制系統(tǒng)框圖汽車轉彎燈單片機控制系統(tǒng)電路是由單片機AT89C51、復位、電源、時鐘、LED顯示電路、故障檢測電路、按鍵電路構成。電源電路給控制相關電路提供所需電源；復位電路供上電或按鍵時復位用。當要求重新啟動單片機或者單片機處于死循環(huán)時，都可以由此電路來實現(xiàn)；時鐘電路用來產(chǎn)生時鐘脈沖信號

16、，供工作使用；通過并行I/O口構成鍵盤和顯示電路，輸入程序，即可實現(xiàn)汽車轉彎燈中各信號燈的功能操作；系統(tǒng)的可靠性有所提高。汽車轉彎燈單片機控制系統(tǒng)框圖如圖三所示。AT89C51按鍵電路時鐘電路復位電路電源電路LED顯示電路故障檢測電路圖三 控制系統(tǒng)3.1.2 汽車轉彎燈單片機控制系統(tǒng)電路圖圖五 汽車轉彎燈控制電路圖及Proteus仿真圖 3.2 單片機控制系統(tǒng)功能模塊的設計3.2.1 電源電路在所學的電源中的整元件類型可分為電子管穩(wěn)壓電路、三極管穩(wěn)壓電路、可控硅穩(wěn)壓電路，集成穩(wěn)壓電路等；根據(jù)調整元件與向載連接方法，可分為并聯(lián)型和串聯(lián)型；根據(jù)調整元件工作狀態(tài)不同，可分為線性和開關穩(wěn)壓電路。單片機

17、系統(tǒng)中使用的集成電路器件大多數(shù)在5V電源電壓工作。隨著集成制造技術的發(fā)展以及數(shù)字式電子元器件的微小型化，集成電路元器件采用更先進精細的制造工藝，在減小集成芯片幾何尺寸的同時，降低工作電壓。我們學習的小功率直流穩(wěn)壓電源電路由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等四部分組成，如圖四所示。 圖四 直流穩(wěn)壓電源基本電路框圖直流穩(wěn)壓電源的各基本電路如下：(1)變壓器它的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓V1變換成整流濾波電路所需要的交流電壓V2。變壓器副邊與原邊的功率比如式(3.1)所示。 (3.1)式(3.1)中，為變壓器的效率。(2)穩(wěn)壓電路常見的集成穩(wěn)壓器有固定式三端穩(wěn)壓器與可調式三端穩(wěn)壓器。此電

18、路部分采用集成穩(wěn)壓器。固定式三端穩(wěn)壓器的常見產(chǎn)品有兩種：CW78*系列穩(wěn)壓器輸出固定的正點壓，如7805輸出為+5V，7812輸出為+12V； CW79*系列穩(wěn)壓器輸出固定的負電壓，如7905輸出為-5V，7912輸出為-12V。輸出端接電容C2進一步濾去紋波，輸出端接電容C3能改善負載的瞬態(tài)影響，使電路穩(wěn)定工作。(3)整流濾波電路整流二極管D1D4組成單向橋式整流電路，將交流電壓V2變成脈動的直流電壓，再經(jīng)過濾波電容C1，C2濾去紋波，輸出直流電壓Vi。Vi與交流電壓V2的有效值的關系如式(4.2)所示。 (3.2)每只整流二極管承受的最大反向電壓如式所示。 (3.3)按課題設計要求，我們需

19、要的能輸出5V12V的直流電源，其原理圖如圖五所示。圖五 直流穩(wěn)壓電源電路圖3.3 汽車轉彎燈控制系統(tǒng)流程圖3.3.1 汽車轉彎燈控制系統(tǒng)主程序流程圖控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖六所示。 圖六 控制系統(tǒng)主程序流程圖3.3.2 中斷服務程序流程圖中斷服務的程序流程圖如圖7所示。圖7 中斷服務的程序流程圖3.3.3控制系統(tǒng)鍵功能流程圖鍵的功能程序流程圖如圖8所示。圖8鍵的功能程序流程圖四軟件調試對應用程序進行排錯調試就是對已經(jīng)進行過硬件檢查的試驗板和翻譯成機器碼的應用程序，還要進行聯(lián)合排錯和調試檢查。目前常用的排錯、調試方法有兩種，一是用單片機仿真開發(fā)裝置與試驗板聯(lián)機提供排錯、調試手段，具體的方法有單

20、步運行、斷點運行、跟蹤運行、全速運行等。其中單步運行方法是使所編制的程序指令僅執(zhí)行一條就停止下來，檢查試驗板和應用程序中的錯誤，然后再單步執(zhí)行下一條指令；斷點運行方法是在程序中設置斷點，使得當程序執(zhí)行到斷點處時停止，供設計者檢查試驗板和應用程序中的錯誤；跟蹤運行方法是應用程序指令一條一條地執(zhí)行，開發(fā)裝置攝取運行每一條指令的地址、單片機各部分數(shù)據(jù)、I/O端口等處信息，供調試者隨時停止程序，對各種信息進行檢查和修改；全速運行方法是實時地運行用戶程序，可以檢查用戶程序最終執(zhí)行結果，也可用Vision2軟件進行程序的調試5。在這次硬件仿真中，應用到了Proteus 軟件。先打開軟件，找到所需元器件，把

21、元器件調入，連線，下載程序到AT89S52芯片中，運行，根據(jù)不同的按鍵按下的情況的不同，可直觀的看到相應的信號燈亮或閃爍。在此，我們可以先把方案在軟件中調試，確定方案的可行性以及需要改進的地方，同時，在硬件仿真中，可以很直觀、形象地看到現(xiàn)象。五、軟件設計軟件程序：ORG0000HAJMPSTART1ORG0030HSAMEEQU4EHSTART1:MOVP1,#00H;無輸入時無輸出START:MOVA,P3;讀P3口數(shù)據(jù)ANLA,#1FH;取用P3口的低五位數(shù)據(jù)CJNEA,#1FH,SHIY;對P3口低五位數(shù)據(jù)進行判斷AJMPSTART1SHIY:MOVSAME,ALCALLYS;延時MOV

22、A,P3;讀P3口的數(shù)據(jù)ANLA,#1FH;取用P3口的低五位數(shù)據(jù)CJNEA,#1FH,SHIY1;對P3口的低五位數(shù)據(jù)進行判斷AJMPSTART1;開關沒有動作時無輸出SHIY1:CJNEA,SAME,START1CJNEA,#17H,NEXT1;P3.3=0時進入左轉分支AJMPLEFTNEXT1:CJNEA,#0FH,NEXT2;P3.4=0時進入右轉分支AJMPRIGHTNEXT2:CJNEA,#1DH,NEXT3;P3.1=0時進入緊急分支AJMPEARGENEXT3:CJNEA,#1EH,NEXT4;P3.0=0時進入剎車分支AJMPBRAKENEXT4:CJNEA,#16H,NE

23、XT5;P3.0=P3.3=0時進入左轉剎車分支AJMPLEBRNEXT5:CJNEA,#0EH,NEXT6;P3.0=P3.4=0時進入右轉剎車分支AJMPRIBRNEXT6:CJNEA,#1CH,NEXT7;P3.0=P3.1=0時進入緊急剎車分支AJMPBRERNEXT7:CJNEA,#14H,NEXT8;P3.0=P3.1=P3.3=0時進入左轉緊急剎車分支AJMPLBENEXT8:CJNEA,#0CH,NEXT9;P3.0=P3.1=P3.4=0時進入右轉緊急剎車分支AJMPRBENEXT9:CJNEA,#1BH,NEXT10;P3.2=0時進入?？糠种JMPSTOPNEXT10:

24、AJMPERROR;其他情況進入錯誤分支LEFT:MOVP1,#2AH;左轉分支LCALLY1sMOVP1,#00HLCALLY1sAJMPSTARTRIGHT:MOVP1,#54H;右轉分支LCALLY1sMOVP1,#00HLCALLY1sAJMPSTARTEARGE:MOVP1,#7FH;緊急分支LCALLY1sMOVP1,#00HLCALLY1sAJMPSTARTBRAKE:MOVP1,#60H;剎車分支AJMPSTARTLEBR:MOVP1,#6AH;左轉剎車分支LCALLY1sMOVP1,#40HLCALLY1sAJMPSTARTRIBR:MOVP1,#6AH;右轉剎車分支LCAL

25、LY1sMOVP1,#40HLCALLY1sAJMPSTARTBRER:MOVP1,#7EH;緊急剎車分支LCALLY1sMOVP1,#60HLCALLY1sAJMPSTARTLBE:MOVP1,#7EH;左轉緊急剎車分支LCALLY1sMOVP1,#40HLCALLY1sAJMPSTARTRBE:MOVP1,#7EH;右轉緊急剎車分支LCALLY1sMOVP1,#20HLCALLY1sAJMPSTARTSTOP:MOVP1,#66H;?？糠种CALLY100msMOVP1,#00HLCALLY100msAJMPSTARTERROR:MOVP1,#80H;錯誤分支LCALLY1sMOVP1,#00HLCALLY1sAJMPSTARTYS:MOVR7,#20H;延時YS0:MOVR6,#0FFHYS1:DJNZR6,YS1DJNZR7,YS0RETY1s:MOVR7,#04H;延時Y1s1:MOVR6,#0FFHY1s2:MOVR5,#0FFHDJNZR5,$DJNZR6,Y1s2DJNZR7,Y1s1RETY100ms:MOVR7,#66H;延時Y100ms1:MOVR6,#0FFHY100ms2