基于单片机汽车信号灯控制系统的设计.doc

摘 要 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，凡是能想象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。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I/O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。汽车在驾驶时有左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关等操作。在左转弯或右转弯时，通过转弯操作杆应使左转开关或右转开关合上，从而使左头灯、左尾灯或右头灯、右尾灯闪烁；合紧急开关时要求前面所述的4个信号灯全部闪烁；汽车刹车时，两个尾灯点亮。目 录1.绪论11.1设计意义11.2设计内容11.3设计过程12.设计的原理分析及实现22.1系统简介22.2硬件组成22.3设计原理33.应用软件简介43.1单片机简介43.2 AT89C51单片机简介43.3 Proteus软件介绍84.硬件设计104.1 AT89C51芯片图104.2汽车信号灯控制电路104.2.1硬件接线图104.2.2复位电路114.2.3显示电路114.2.4按键电路124.2.5振荡电路134.3 Proteus仿真结果145.软件设计175.1汽车信号灯控制程序175.2汽车信号灯控制程序流程图195.3利用伟福软件编译程序图205.3.1伟福软件简介205.3.2伟福软件编译程序图216.心得体会227.参考文献231.绪论1.1设计意义利用单片机控制汽车信号灯，通过所学知识进行软硬件设计，提高各方面技能，巩固对理论知识的掌握，把理论知识应用到实际中。使生活更方便、安全。1.2设计内容 本系统中要求设计汽车信号灯控制系统，在驾驶汽车时有左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关、四个操作；所以可以用四个开关来模拟这几个操作，当单片机检测到相关操作后，然后判断属于那一类操作，再通过软件来驱动控制相应的信号灯闪烁。以此来实现对汽车信号灯的控制。当合上左转弯开关后，仪表板左前灯、左尾灯闪烁；当合上右转弯开关后，仪表板右前灯、右尾灯闪烁。当刹车开关合上时，两侧尾灯闪烁；在紧急开关合上后，所有灯都闪烁。1.3设计过程 1.先编译软件程序； 2.执行软件程序； 3.用Proteus画出硬件图，引入软件程序并运行。2.设计的原理分析及实现2.1系统简介该课设是基于单片机利用开关控制二极管亮暗来实现。是一个典型的控制系统。开关控制AT89C51单片机信号灯驱动左转右转信号紧急或刹车信号图2-1 系统结构2.2硬件组成汽车信号灯控制硬件电路元器件如表2-1。名称代号数量单片机U11晶振B1发光二极管RR、RH、LH、LR4按钮SB0SB45电阻R1R4、R9、R106电阻R5R84电容C31电容C1、C22单片机电源VCC1表2-1 汽车信号灯控制硬件电路元器件表2.3设计原理利用单片机控制汽车信号灯，硬件电路比较简单，并可以通过软件完成所需要的控制功能。以下是利用单片机控制的四个汽车信号灯，它们分别为左尾灯LR、左前灯LH、右前等RH、右尾灯RR。4个按键SB1、SB2、SB3、SB4，它们分别是左拐弯键、刹车键、紧急信号键、右拐弯键。汽车信号灯控制功能见表2-2。按 键键 名动 作SB1左拐弯左前灯LH、左后灯LR闪烁SB2刹车左前灯LR、右后灯RR闪烁SB3紧急信号4个灯闪烁SB4右拐弯右前灯RH、右后灯RR闪烁表2-2 汽车信号灯控制功能表3.应用软件简介3.1单片机简介 单片机是一种集成在电芯路片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。诚然，单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它已从根本上改变了传统的控制方法和设计思想。是控制技术的一次革命，是一座重要的里程碑单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴：1. 在智能仪器仪表上的应用；2. 在工业控制中的应用；3. 在家用电器中的应用；4. 在计算机网络和通信领域中的应用；5. 单片机在医用设备领域中的应用；6. 在各种大型电器中的模块化应用；7. 单片机在汽车设备领域中的应用。3.2 AT89C51单片机简介AT89C51是ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS 8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写和只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元。其引脚图如图3-1所示。其主要性能参数为：与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz-24MHz三级加密程序存储器128 X 8字节内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式图3-1 AT89C51引脚图AT89C51提供以下标准功能:4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可隆至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一硬件复位。引脚功能说明:Vcc：电源电压GND：地P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总路线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。中断控制片内Flash存储器片内RAMETC定时器1定时器0 CPU振荡器总线控制I/O接口串行接口P0 P2 P1 P3外部中断TXD RXD计数器输出在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线从那时起转换地址(低8位)和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。图3-2 AT89C51内部结构图P1口:P1是一个内部带上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路.对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，些时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路.对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，些时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR指令)时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器(如执行MOVX RI指令)时，P2口线上的内容(也即特殊功能寄存器(SFR)区中R2寄存器的内容)，在整个访问期间不改变。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。P3口:P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个TTL逻辑门电路。对端口写”1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，些时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。P3口除了作为一般的I/O口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下所示：I/O口线专用功能P3.0RxD(串行数据接收)P3.1TxD(串行数据发送)P3.2INT0(外部中断0请求输入)P3.3INT1(外部中断1请求输入)P3.4T0(定时器0外部计数脉冲输入)P3.5T1(定时器1外部计数脉冲输入)P3.6WR(外部数据存储器写信号)P3.7RD(外部数据存储器读信号)表3-1 P3口功能P3口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存许器)。输出脉冲用于锁存地址的低8位字节.即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要，可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。该位置位后，只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被除数激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。PSEN:程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令(或数据)时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，这两次有效的PSEN信号不出现。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器(地址为0000H-FFFFH)，EA端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平(接Vcc端)，CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源Vcc，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vcc。3.3 Proteus软件介绍本软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTEUS 是单片机课堂教学的先进助手。PROTEUS不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。 课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于PROTEUS提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台 随着科技的发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛的应用。4.硬件设计4.1 AT89C51芯片图图4-1 AT89C51芯片图4.2汽车信号灯控制电路 4.2.1硬件接线图图4-2 硬件接线图4.2.2复位电路电平复位将复位端通过电阻与Vcc相连，按键脉冲复位是利用RC分电路产生正脉冲来达到复位的。在按键电平复位和按键脉冲复位两种简单的复位电路中，干扰易串入复位端，在大多数情况下，不会造成单片机的错误复位，但会引起内部寄存器错误复位，这里可在复位端引脚上接一个去藕电容。电阻、电容参数适宜于12MHz晶振，能保证复位信号与电平持续时间大于2个机器周期。我们采用按键电平复位的方法，电路如图4-3。图4-3 复位电路4.2.3显示电路LED具有二极管的特性，但在导通之后会发光，称之为发光二极管。与普通的灯泡一样，LED导通后，随着其俩端电压的增加，电流急剧增加，所以，必须给LED串联一个限流电阻，否则一旦通电，LED会被烧坏。要用89c51单片机来控制LED，显然这个LED必须要与89c51单片机的某个脚相连。这里把LED与89c51单片机的P0脚相连。，当AT89c51单片机的第1脚是高电平时，LED不亮，当第1脚是低电平时，LED亮。但是在汽车转弯灯里要根据汽车方向来控制信号灯，而实现LED的亮与灭。图4-4 显示电路4.2.4按键电路根据设计的要求，本设计选用独立式键盘。其工作原理为，单片机引脚作为输入使用，首先置“1”。当键没有被按下时，单片机引脚上为高电平；而当键被按下去后，引脚接地，单片机引脚上为低电平。是否有键按下，以及被按下的是哪一个组成键盘的按键有触点式和非触点式俩种。如图2.9所示。当开关D断开时，P1.0输入为高电平；D闭合后，P1.0输入为低电平。如图2.10所示是电路板上按键的接法，5个按键分别接到P1.0、P1.1、P1.2、P1.3和P1.4。对于这种接法，各程序可以采用不断查询的方法，其功能就是：检测是否有键闭合，判断键号并转入相应的键处理。图4-5 按键电路4.2.5振荡电路采用单片机内部晶振。如图2.4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，陶瓷的精度不高，但价格便宜）振荡器以及电容C1和C2构成并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中， C1和C2的大小会对振荡器频率的高低、振荡器的稳定性、起振的快速性和温度特性有一定的影响。因此建议在采用石英晶体振荡器时C=10+/-10pF，陶瓷振荡器时，C=40+/-10pF，典型值为40pF。在设计电路板时，振荡器和电容应尽量安装得与单片机靠近，以减小寄生电容的存在更好的保障振荡器稳定、可靠的工作。图4-6 振荡电路4.3 Proteus仿真结果按下SB1左拐弯键，左前灯LH、左后灯LR闪烁： 图4-6 仿真结果（1）按下SB2刹车键，左后灯LR、右后灯RR闪烁： 图4-7 仿真结果（2）按下SB3紧急信号键，四个灯闪烁图4-8 仿真结果（3）按下SB4右拐弯键，右前灯RH、右后灯RR闪烁:图4-9 仿真结果（4）5.软件设计5.1汽车信号灯控制程序程序开始ORG 000HAJMP 主程序 ORG 0050H主程序：MOV R1，#00HSB1键控制程序：MOV P1，#0FHJB P3.3，SB2键控制程序MOV R0，#0CHACALL 闪灯程序SB2键控制程序：MOV P1，#0F0HJB P3.2，SB3键控制程序MOV R0，#09HACALL 闪灯程序SB3键控制程序：MOV P1，#0F0HJB P3.1，SB4键控制程序MOV R0，#0FHACALL 闪灯程序SB4键控制程序：MOV P1，#0F0HJB P3.0，查询完毕MOV R0，#03HACALL 闪灯程序查询完毕：AJMP 主程序RET闪灯程序：MOV R4，#10H闪烁循环程序：MOV P1，R0ACALL 延时子程序MOV P1，R1ACALL 延时子程序DJNZ R4 闪烁循环程序RET延时子程序：MOV A，#0FFH延时子程序第一段循环：DEC AJNZ 延时子程序第一段循环DJNZ R3， 延时子程序第一段循环RETEND程序结束5.2汽车信号灯控制程序流程图主程序开始灯全灭SB1键按下R0 #0CH左灯亮码传入R0调闪烁子程序灯全灭SB2键按下R0 #09H后灯亮码传入R0调闪烁子程序灯全灭SB3键按下R0 #0FH4个灯亮码传入R0调闪烁子程序灯全灭SB4键按下R0 #03H右灯亮码传入R0调闪烁子程序图5-1 汽车信号灯控制程序流程图5.3利用伟福软件编译程序图5.3.1伟福软件简介伟福纯仿真软件是伟福仿真器的配套软件，伟福仿真器是国内较好的仿真器之一，它能够仿真的 CPU 品种多、功能强。通过更换仿真头 POD，可以对不同的 CPU 进行仿真。可仿真 51 系列，196 系列，PIC系列，飞利蒲公司的 552、LPC764、DALLAS320，华邦 438 等 51 增 强型CPU。伟福纯软件仿真器具有以下特点：.双平台：有 DOS 版本和 Windows 版本。其中 Windows 版本功能强大。中文界面，英 文界面可任选。.双工作模式：软件模拟仿真（不要仿真器也能模拟仿真）和硬件仿真。.双集成环境：编辑、编译、下载、调试全部集中在一个环境下。多种仿真器，多类 CPU 仿真全部集成在一个环境下。 这里只说明 Windows 版本纯软件模拟仿真的使用方法。5.3.2伟福软件编译程序图图5-2 伟福软件编译程序图6.心得体会 经过十天的设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示了结果也见证了收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想着这样的编程可以行得通，但实际运行后，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我从根本上了解了很多很多知识点，并且对于它们在实际中的应用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。平时看课本，这次看了，下次就忘了，认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我的作用是非常大的。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！7.参考文献1 孙育才单片微型计算机及其应用东南大学出版社 20042 胡汉才单片机原理及其接口技术清华大学出版社 20043 张毅刚MCS-51单片机原理及应用哈尔滨工业大学出版社 19904 李朝青单片机原理及接口技术（简明修订版）北京航空航天大学出版社 19985 余孟尝数字电子技术基础简明教程高等教育出版社 20076 杨元挺电子技术技能训练电子工业出版社 20057 梁廷贵现代集成电路实用手册科学技术文献出版社编著 20068 晁阳单片机MCS-51原理及应用开发教程清华大学出版社 20079 高洪志MCS-51单片机原理及应用技术教程人民邮电出版社 200910王勇 叶敦范基于AT89S51 的便携式实时温度检测仪 2008