【畢業(yè)論文】基于MCS-51單片機(jī)的汽車信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)

PAGE畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))學(xué)院：專業(yè)：電子信息工程 年級(jí)：題目:基于MCS-51單片機(jī)的汽車信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)學(xué)生： 學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師： 職稱:本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名：年月日目錄摘要 1關(guān)鍵詞 1Abstract 1KeyWords 11．緒論 22．系統(tǒng)概述 22.1MSC-51芯片簡(jiǎn)介 22.1.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 22.1.2AT89C51微處理器 42.1.3AT89C51的引腳說明 42.2ULN2003A簡(jiǎn)介 62.2.1ULN2003A的結(jié)構(gòu) 62.2.2ULN2003A的作用 63．設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)及要求 63.1設(shè)計(jì)的要求 63.2設(shè)計(jì)方案與思想 73.2.1選定方案的論證 73.2.2硬件設(shè)計(jì)方案 73.2.3軟件設(shè)計(jì)思想 84．單元電路設(shè)計(jì)及元器件選擇 84.1AT89C51的最小系統(tǒng) 84.1.1復(fù)位電路說明 84.1.2時(shí)鐘電路說明 84.2信號(hào)燈的選擇 94.3開關(guān)的連接 94.4ULN2003A的連接 104.5元件清單 105．軟件設(shè)計(jì) 105.1程序設(shè)計(jì)思想 105.2程序流程 115.3調(diào)試與仿真 115.4硬件裝配與焊接及電路調(diào)試 126．結(jié)論 12參考文獻(xiàn) 13附錄1電路原理圖 14附錄2源程序代碼 15基于MCS-51單片機(jī)的汽車信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)摘要：汽車作為較為方便的代步工具已經(jīng)成為我們生活中不可或缺的一部分，人們對(duì)于它的研究已經(jīng)進(jìn)入技術(shù)非常發(fā)達(dá)的階段，為了使其更為完美的被人們更方便、更簡(jiǎn)單的利用，人們從沒停止對(duì)它的各方面的研究。對(duì)于汽車來說，信號(hào)燈是它與其它車輛交流的通道和方式，各種模式狀態(tài)代表了不同的意義和司機(jī)同志下一步的操作，是協(xié)調(diào)交通，避免事故的一個(gè)最好的方法，所以關(guān)于汽車信號(hào)燈控制器的設(shè)計(jì)有很多實(shí)例，現(xiàn)在我采用基于MCS-51單片機(jī)的技術(shù)設(shè)計(jì)此電路，加入了故障檢測(cè)和?？康裙δ埽蛊囆盘?hào)燈控制器更加完善。本論文首先介紹了單片機(jī)的基本知識(shí)包括對(duì)MCS-51系列芯片的詳細(xì)介紹，然后對(duì)汽車信號(hào)燈控制器基本功能進(jìn)行分析，給出設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行軟件仿真，硬件下載仿真等。本設(shè)計(jì)較好的完成了該課題指定的基本功能，并有所擴(kuò)展，使控制系統(tǒng)使用更加方便，且便于修改改進(jìn)。關(guān)鍵詞：汽車信號(hào)燈；單片機(jī)；控制系統(tǒng)。AutomobileSignalLampControllerDesignBasedontheMCS-51Abstract:Theautomobilebeingamoreconvenientmeansoftransportationtoolhasalreadybecomeanecessarypartinourlife.Thepeople'sresearchtowardsithasalreadyturnedintoaveryflourishingstageoftechnique,forthesakeofmakingitmoreperfect,moreconvenientandmoresimpleexploitation,peopleneverstoptheresearchofitseveryone'snoodles.Fortheautomobile,thesignallampisthepassageandwaythatitcommunicateswiththeothervehicles.Thevariousmodeappearancesrepresentedthedifferentmeaningandtheoperationofthenextmove.Itisthebestmethodofmoderatingtransportationandavoidingthetrouble.Sothedesignconcerningtheautomobilesignallampcontrollercontainsalotofsolidexamples.Also,IadopttodesignthiselectriccircuitaccordingtothetechniqueoftheMCS-51now.Whilejoiningtobreakdownanexaminationandstoppingtodependtoaccountfunction,thecircuitmakestheautomobilesignalbeaconcontrollermoreperfect.ThisthesisintroducedthebasicknowledgeoftheMCUfirst,includingthedetailedintroductionoftheMCS-51seriesofchips,then;thethesisintroducedtheautomobilesignalbeaconcontroller’sfunctioncarryonanalysisandgivesthedesignproject.InthemeantimeIcarrythecircuitonsoftwareandthehardwaretoimitatereallyetc.Thisdesigncompletedthetopictobasicfunctionverywellandmadethecontrolsystemusagemoreconvenient.Alsoitiseasytoimprove.KeyWords:Automobilesignallamp;MCU;Controlsystem.1緒論隨著科技的不斷發(fā)展，人們的生活條件有了巨大的改善，交通變得更加便利，汽車的增加解決了很多交通問題，但同時(shí)也帶來了很多的煩惱，日益頻繁的交通事故讓人深感毛骨悚然，汽車安全成為人們非常關(guān)注的話，而在汽車起步、轉(zhuǎn)彎、變更車道或路邊停車時(shí)，需要打開轉(zhuǎn)向信號(hào)燈以表示汽車的趨向，提醒周圍車輛和行人注意，所以一個(gè)智能、可靠、穩(wěn)定的汽車信號(hào)燈控制系統(tǒng)對(duì)安全行車非常重要。單片機(jī)(又稱微控制器)是微型計(jì)算機(jī)的一種，作為現(xiàn)代電子技術(shù)的新興領(lǐng)域，它的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展，已成為電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為普遍的應(yīng)用手段。它在一塊芯片上集成了計(jì)算機(jī)的所有基本功能，包括中央處理器，隨機(jī)存儲(chǔ)器，只讀存儲(chǔ)器，以及I/O接口電路、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和串行接口電路等等。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格低，可靠性高，同時(shí)其非凡的嵌入式應(yīng)用形態(tài)對(duì)于滿足嵌入式應(yīng)用據(jù)有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。近年來單片機(jī)應(yīng)用滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝影機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等，都離不開單片機(jī)，更不用說自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表和醫(yī)療器械了。單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)的控制檢測(cè)日新月益的更新。在實(shí)時(shí)檢測(cè)和自動(dòng)控制的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，僅單片機(jī)方面知識(shí)是不夠的，還應(yīng)根據(jù)具體硬件結(jié)構(gòu)，以及針對(duì)具體應(yīng)用對(duì)象特點(diǎn)的軟件結(jié)合，以作完善。英國Labcenter公司推出的Proteus軟件是一款極好的單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，它以其特有的虛擬仿真技術(shù)很好的解決了單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計(jì)和協(xié)同仿真問題，可以在沒有單片機(jī)實(shí)際硬件的條件下，利用PC以虛擬仿真方式實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件同步仿真調(diào)試，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單容易。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)原理為基礎(chǔ)，通過Proteus軟件設(shè)計(jì)電路圖，模擬汽車信號(hào)燈的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，采用MSC-51系列單片機(jī)AT89C51芯片為中心器件來設(shè)計(jì)汽車信號(hào)燈控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了能根據(jù)模擬7種駕駛操作情況的開關(guān)量輸入，控制儀表板的左/右轉(zhuǎn)彎信號(hào)燈、左/右頭燈和左/右尾燈六類燈的“亮”、“滅”及“閃爍”等。同時(shí),系統(tǒng)具有故障檢測(cè)功能,駕駛員能通過報(bào)警燈及報(bào)警器知道車外的信號(hào)燈是否點(diǎn)亮,從而提高車的安全性。本系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單、擴(kuò)展功能強(qiáng)。模擬成功后，根據(jù)電路原理圖焊接實(shí)物電路，并檢測(cè)調(diào)試無誤。單片機(jī)應(yīng)用的重要意義在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。2系統(tǒng)概述2.1MSC-51芯片簡(jiǎn)介2.1.1MCS-51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)有兩種類型，一種是程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開的形式，即哈佛(Harvard)結(jié)構(gòu)，另一種是采用通用計(jì)算機(jī)廣泛使用的程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合二為一的結(jié)構(gòu)，即普林斯頓(Princeton)結(jié)構(gòu)。INTEL的MCS-51系列單片機(jī)采用的是哈佛結(jié)構(gòu)的形式，而后續(xù)產(chǎn)品16位的MCS-96系列單片機(jī)則采用普林斯頓結(jié)構(gòu)。下圖是MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2-1MCS-51內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖8051是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們以這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：圖2-28051內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖·中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作?！?shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)8051內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。·程序存儲(chǔ)器(ROM)：8051共有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格?！ざ〞r(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向?！げ⑿休斎胼敵?I/O)口：8051共有4組8位I/O口(P0、P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。·全雙工串行口：8051內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用?！ぶ袛嘞到y(tǒng)：8051具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇?！r(shí)鐘電路：8051內(nèi)置最高頻率達(dá)12MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，但8051單片機(jī)需外置振蕩電容。2.1.2AT89C51微處理器AT89C51是一款采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器MC74LS161A制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容的單片機(jī)，其主要性能特點(diǎn)有：高性能、低功耗的8Byte微控制器LDA211、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能。片內(nèi)集成4KB可編程閃爍存儲(chǔ)器CY7C024-55AXC支持三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定。豐富強(qiáng)大的外部接口性能L29C520PC-1：32可編程I/O線，可編程串行通道，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。2.1.3AT89C51的引腳說明：圖2-3AT89C51芯片VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每個(gè)腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻態(tài)輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。當(dāng)P2口用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.2ULN2003A簡(jiǎn)介ULN2003A電路是美國TexasInstruments公司和Sprague公司開發(fā)的高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路,由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003A時(shí)，上拉2K的電阻較為合適，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。2.2.1ULN2003A的結(jié)構(gòu)ULN2003A是一個(gè)非門電路，包含7個(gè)單元（7個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成的驅(qū)動(dòng)芯片），單獨(dú)每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)350mA.9腳可以懸空。比如1腳輸入，16腳輸出，負(fù)載接在VCC與16腳之間，不用9腳。圖2-4ULN2003A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2.2ULN2003A的作用ULN2003A是大電流驅(qū)動(dòng)陣列,多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下:ULN2003A的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器。ULN2003A是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。ULN2003A是高耐壓、大電流、內(nèi)部由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成的驅(qū)動(dòng)芯片。經(jīng)常在以下電路中使用，作為：顯示驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)、照明燈驅(qū)動(dòng)、電磁閥驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。ULN2003A的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003A工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。ULN2003A的封裝采用DIP—16或SOP—16。3設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo)及要求3.1設(shè)計(jì)的要求本設(shè)計(jì)是模擬汽車在駕駛中的左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、閉合緊急開關(guān)、停靠等操作。在左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過轉(zhuǎn)彎操作桿使左轉(zhuǎn)彎或右轉(zhuǎn)彎開關(guān)合上，從而使左頭信號(hào)燈、儀表板的左轉(zhuǎn)彎信號(hào)燈、左尾信號(hào)燈或右頭信號(hào)燈、儀表板的右轉(zhuǎn)彎信號(hào)燈、右尾信號(hào)燈閃爍；閉合緊急開關(guān)時(shí)，以上六個(gè)信號(hào)燈全部閃爍；汽車剎車時(shí)，左、右兩個(gè)尾信號(hào)燈點(diǎn)亮；若正當(dāng)轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車，則轉(zhuǎn)彎時(shí)原閃爍的信號(hào)燈繼續(xù)閃爍，同時(shí)另一個(gè)尾信號(hào)燈同時(shí)點(diǎn)亮，以上閃爍的信號(hào)燈以1Hz頻率慢速閃爍。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。在各種模擬駕駛開關(guān)操作時(shí)，信號(hào)燈輸出的信號(hào)見下表：表3-1各種操作對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈輸出輸出信號(hào)左頭信號(hào)燈右頭信號(hào)燈左轉(zhuǎn)彎信號(hào)燈右轉(zhuǎn)彎信號(hào)燈左尾信號(hào)燈右尾信號(hào)燈左轉(zhuǎn)彎（合上左轉(zhuǎn)彎開關(guān)）閃爍滅閃爍滅閃爍滅右轉(zhuǎn)彎（合上右轉(zhuǎn)彎開關(guān)）滅閃爍滅閃爍滅閃爍閉合緊急開關(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時(shí)閉合緊急開關(guān)閃爍閃爍閃爍閃爍亮亮左轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車閉合緊急開關(guān)閃爍閃爍閃爍閃爍閃爍亮右轉(zhuǎn)彎時(shí)剎車閉合緊急開關(guān)閃爍閃爍閃爍閃爍亮閃爍?？浚ㄩ]合?？块_關(guān)）閃爍閃爍滅滅閃爍閃爍3.2設(shè)計(jì)方案與思想3.2.1選定方案的論證方案一：選用邏輯門電路，用中、小規(guī)模集成電路芯片7400、7404、74138、7476、7486和其它器件實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車尾燈顯示的控制功能。用555定時(shí)器或石英晶體振蕩器參生一個(gè)秒脈沖，用7476JK觸發(fā)器組成一個(gè)計(jì)數(shù)器，然后把開關(guān)控制的信號(hào)和計(jì)數(shù)器所得的數(shù)據(jù)送人74138譯碼器譯碼，最后驅(qū)動(dòng)汽車尾燈。此方案的特點(diǎn)是不需要由軟件控制，反應(yīng)的速度較快，但不足之處是硬件電路較為復(fù)雜。方案二：選用MSC-51系列單片機(jī)atmelAT89C51為中心器件來設(shè)計(jì)汽車信號(hào)燈燈控制器，利用單片機(jī)可編程和可以直接驅(qū)動(dòng)外圍電路的這一特點(diǎn)，可以很方便地使用程序來控制外圍電路，并且可以實(shí)時(shí)控制汽車的行駛情況。此方案的特點(diǎn)是硬件電路簡(jiǎn)單，系統(tǒng)反應(yīng)速度比數(shù)字電路慢，邏輯功能比數(shù)字電路強(qiáng)，但其需要一定得編程能力。綜合以上兩種方案和自己的情況，決定選用方案二。3.2.2硬件設(shè)計(jì)方案在駕駛汽車時(shí)有左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、緊急開關(guān)、?？课鍌€(gè)操作，所以可以用五個(gè)開關(guān)來模擬這幾個(gè)操作，當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到相關(guān)操作后，然后判斷屬于那一類操作，再通過軟件來驅(qū)動(dòng)控制相應(yīng)的信號(hào)燈閃爍或長(zhǎng)亮。以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車信號(hào)燈的控制?；谠O(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)環(huán)境以及所學(xué)單片機(jī)知識(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)，選擇了5個(gè)開關(guān)、AT89C51單片機(jī)、ULN2003A芯片以及7只發(fā)光二極管。其中AT89C51做為控制核心，當(dāng)5個(gè)開關(guān)的狀態(tài)發(fā)生改變后，單片機(jī)檢測(cè)到開關(guān)信號(hào)后就通過軟件輸出相關(guān)信號(hào)，在經(jīng)過ULN2003A芯片來驅(qū)動(dòng)7個(gè)汽車信號(hào)燈根據(jù)開關(guān)的相應(yīng)狀態(tài)閃爍或長(zhǎng)亮。整體電路的工作原理圖如下：AT89C51AT89C51ULN2003A輸入控制信號(hào)（五個(gè)開關(guān)）輸出信號(hào)燈（七只發(fā)光二極管）圖3-1整體電路工作原理圖3.2.3軟件設(shè)計(jì)思想軟件部分與硬件部分一起構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來說起著重要的作用。在本設(shè)計(jì)中使用了散傳程序的設(shè)計(jì)方法，以分支結(jié)構(gòu)編寫程序，它根據(jù)系統(tǒng)的某種運(yùn)算結(jié)果，分別轉(zhuǎn)向各個(gè)處理程序，即對(duì)于不同的開關(guān)狀態(tài)，為其分配相應(yīng)的入口，從而對(duì)于不同的開關(guān)狀態(tài)作出相應(yīng)。4單元電路設(shè)計(jì)及元器件選擇4.1AT89C51的最小系統(tǒng)4.1.1復(fù)位電路說明復(fù)位操作完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始運(yùn)行。當(dāng)AT89C51單片機(jī)的復(fù)位引腳RST出現(xiàn)5ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就完成了復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，而無法執(zhí)行程序。因此要求單片機(jī)復(fù)位后能脫離復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有2種基本形式：上電復(fù)位、開關(guān)復(fù)位。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。開關(guān)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，如果發(fā)生死機(jī)，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用上電復(fù)位電路如圖所示。上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間，充電完畢后，RST又變?yōu)榈碗娖?，從而?shí)現(xiàn)上電復(fù)位操作。通常選擇C=10～30uF,R=1～10kΩ。圖4-1AT89C51復(fù)位電路連接圖4.1.2時(shí)鐘電路說明AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振）或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并振蕩時(shí)鐘脈沖。晶振通常選用6MHz、12MHz或24MHz。外部振蕩方式是把已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適用于來使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持一致。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部振蕩方式如圖所示，電容器C1、C2起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，電容值一般為5～30pF。圖4-2AT89C51時(shí)鐘電路連接圖4.2信號(hào)燈的選擇本設(shè)計(jì)中的汽車信號(hào)燈選用七個(gè)發(fā)光二極管，發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)正向的工作電流IF，工作電流根據(jù)發(fā)光二極管的材料、功率等不同，額定電流一般在10～40mA左右，發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降VF比較大，一般為1.5～3V(普通硅二極管約為0.7V)。因此在正常使用中，為了保證發(fā)光二極管在電源電壓V的作用下管子的工作電流不超過額定值，必須給發(fā)光二極管串聯(lián)一只限流電阻R，R的阻值可由下式算出：R＝（V-VF）/IF。其中V為工作電源電壓，VF為發(fā)光二極管的正向壓降，IF為額定工作電流。選擇合適的數(shù)值代入上面的公式，經(jīng)計(jì)算得電阻R=100Ω。電路圖如圖所示。圖4-3發(fā)光二極管電路圖4.3開關(guān)的連接AT89C51芯片與5個(gè)開關(guān)的連接如圖10所示，開關(guān)包括：剎車開關(guān)、緊急開關(guān)、?？块_關(guān)、左轉(zhuǎn)開關(guān)和右轉(zhuǎn)開關(guān)。圖4-4ATB9C51與開關(guān)的連接圖4.4ULN2003A的連接ULN2003A有16個(gè)引腳，其中1～7腳接AT89C51D的P1口（1～7腳按順序接P1.6～P1.0），10～16腳接7個(gè)信號(hào)燈（10～16腳按順序接D1～D7）。電路圖如圖所示。圖4-5ULN2003A與AT89C51的連接圖4.5元件清單表4-1元件清單序號(hào)元件名稱所屬類所屬子類數(shù)量1AT89C51MicroprocessorICs8051Family1片2瓷片電容CAP30pFCapacitorsGeneric2個(gè)3電解電容CAP-POL10uFCapacitorsGeneric1個(gè)4晶振CRYSTAL12MHzMiscellaneous—1個(gè)5電阻RES100ResistorGeneric7個(gè)6電阻RES10kResistorGeneric1個(gè)7開關(guān)SWITCHSwitches&RelaysSwitches5個(gè)8黃色發(fā)光二極管LED-YELLOWOptoelectronicsLEDs7個(gè)9ULN2003AAnalogICsMiscellaneous1片10線路板——1塊11導(dǎo)線——若干12直流電源5V——1個(gè)5軟件設(shè)計(jì)5.1程序設(shè)計(jì)思想開關(guān)狀態(tài)直接輸入到P3口的低5位，并對(duì)P3口的低5位進(jìn)行判斷。通過對(duì)P3口低5位數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的信號(hào)燈顯示分支程序。信號(hào)燈的顯示狀態(tài)由P1口的低7位輸出數(shù)據(jù)決定，燈的“閃爍”與“長(zhǎng)亮”通過延時(shí)分支和P1口的低7位數(shù)據(jù)配合控制。延時(shí)分支用循環(huán)程序設(shè)計(jì)，通過內(nèi)、外循環(huán)和多重循環(huán)的次數(shù)控制延時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)短。5.2程序流程開始開始讀取開關(guān)狀態(tài)有輸入？根據(jù)開關(guān)狀態(tài)查表，跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)程序段輸出相應(yīng)的信號(hào)是否圖5-1程序流程圖表5-1開關(guān)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)輸出輸入信號(hào)輸出信號(hào)—K5K4K3K2K1—D7D6D5D4D3D2D1—D7D6D5D4D3D2D1P3口數(shù)據(jù)P1口數(shù)據(jù)P1口數(shù)據(jù)00010111001010100000000000001111跳轉(zhuǎn)01010100延時(shí)000000000001110101111110000000000001111001100000————————000101100110101001000000000011100111010000100000000111000111111001100000000101000111111001000000000011000111111000100000000110110110011000000000其他00000001000000005.3調(diào)試與仿真打開KeiluVision3，新建Keil項(xiàng)目，選擇AT89C51單片機(jī)作為CPU，新建匯編源文件，編寫程序，并將其導(dǎo)入到“SourceGroup1”中。在“OptionsforTarget”對(duì)話窗口中，選中“Output”選項(xiàng)卡中的“CreateHEXFile”選項(xiàng)和“Debug”選項(xiàng)卡中的“Use:ProteusVSMSimulator”選項(xiàng)。編譯匯編源程序，改正程序中的錯(cuò)誤。打開ProteusISIS編輯環(huán)境，按表4-1所列的元件清單添加元件。元件全部添加后，在ProteusISIS的編輯區(qū)域中按圖5-2所示的原理圖連接硬件電路。圖5-2硬件電路原理圖在ProteusISIS中，選中AT89C51并單擊鼠標(biāo)左鍵，打開“EditComponent”對(duì)話窗口，設(shè)置單片機(jī)晶振頻率為12MHz，在此窗口中的“ProgramFile”欄中，選擇先前用Keil生成的.HEK文件。在ProteusISIS的菜單欄中選擇“File”→“SaveDesign”選項(xiàng)，保存設(shè)計(jì)。在ProteusISIS的菜單欄中，打開“Debug”下拉菜單，在菜單中選中“UseRemoteDebugMonitor”選項(xiàng)，以支持與Keil的聯(lián)合調(diào)試。在Keil的菜單欄中選擇“Debug”→“Start/StopDebugSession”選項(xiàng)，進(jìn)入程序調(diào)試環(huán)境。按“F5”鍵，順序運(yùn)行程序。凋出“ProteusISIS”界面，按下不同的開關(guān)，觀察發(fā)光二極管的響應(yīng)。5.4硬件裝配與焊接及電路調(diào)試按照表4-1和圖5-2裝配元件，焊接電路。在AT89C51芯片中加載程序并調(diào)試電路，使結(jié)果與表3-1一致。6結(jié)論本系統(tǒng)采用MSC-51系列單片機(jī)中的AT89C51芯片為心器件來設(shè)計(jì)信號(hào)燈控制器，實(shí)現(xiàn)了汽車在駕駛中的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車等操作設(shè)置信號(hào)燈燃亮的功能。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，通過動(dòng)手實(shí)踐操作進(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握了單片機(jī)原理的有關(guān)知識(shí)，特別是程序的編程方面，加深了對(duì)單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步鞏固了對(duì)單片機(jī)知識(shí)的理解，掌握簡(jiǎn)單單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試的方法。在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，查詢相關(guān)的資料。根據(jù)條件，找到適合的方案，并找到需要的元器件及工具，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終完成設(shè)計(jì)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使本人得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。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）的掌握方面向前邁了一大步，為日后成為合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]李群芳,張士軍,黃建.單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)（第二版）[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.1：1—307頁[2]李群芳,肖看.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用-嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2008.6：1—358頁[3]張靖武,周靈彬.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.4：1—291頁[4]張義和,王敏男,許宏昌,余春長(zhǎng).例說51單片機(jī)（C語言版）[M].北京:人民郵電出版社,2008.4：1—455頁[5]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）[M].武漢:高等教育出版社,2006.1：1—521頁[6]王守中.51單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社,2007.8：1—497頁[7]張靖武,周靈彬.單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航（第二版）[M].北京:人民郵電出版社,2008.7：1—419頁[8]徐愛鈞,彭秀華.單片機(jī)高級(jí)語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,1998：1—556頁[9]高峰.單片微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)用技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004：1—352頁[10]周潤景,袁偉亭,景曉松.Proteus在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.10：1—618頁[11]劉日華.基于單片機(jī)的信號(hào)燈控制器設(shè)計(jì)./.2005.7.7附錄1電路原理圖附錄2源程序代碼ORG 0000H AJMP START1 ORG 0030HSAME EQU 4EHSTART1: MOV P1,#00H ;無輸入時(shí)輸出START: MOV A,P3 ;讀P3口數(shù)據(jù) ANL A,#1FH ;取用P3口的低5位數(shù)據(jù) CJNE A,#1FH,SHIY ;對(duì)P3口低5位數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷 AJMP START1SHIY: MOV SAME,A LCALL YS ;延時(shí) MOV A,P3 ;讀P3口的數(shù)據(jù) ANL A,#1FH ;取用P3口的低5位數(shù)據(jù) CJNE A,#1FH,SHIY1 ;對(duì)P3口低5位數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷 AJMP START1