汽车信号灯控制系统1.doc

1、课 程 设 计 书系别 电气工程系 专业 电气自动化 班级 06 级 1 班 题目 汽车信号灯控制系统 教师 郭 云 学生 叶 洋 汽车转弯信号灯控制系统的设计摘 要本设计是利用 AT89C51 单片机来实现的汽车信号灯控制系统，在系统中利用 5 个开关来模拟汽车驾驶操作，然后用 6 个灯来作为汽车信号灯；当拨动开关改变相应的状态时，单片机就会检测到相关类型的状态后，根据内部程序，来驱动相关的汽车信号灯（发光二极管）闪烁或长亮，以次达到设计的目的和要求。汽车转弯信号灯的设计首先为设计概述，主要介绍设计的任务、目标，以及设计所用设备器材，其次为硬件设计方案，主要是介绍本设计的设计思路，所选芯片，

2、以及相关芯片资料的介绍。并且在此之上画出了原理框图和电路原理图，在原理图的基础上叙述了设计连线和原理说明。然后软件设计，其主要介绍本设计中采用何种软件设计方案及相关的流程图，在流程图的基础上，写出本系统的程序。最后为调试及运行结果，它是在完成本系统的硬件、软件设计的基础之上，对本系统进行测试，看是否满足题目要求，最后以表格的方式对测试的结果给予反应，直接明了。设计心得总结，主要是介绍在经过本次设计后，自己的一些心得体会。关键词： 转弯 信号灯 单片机 前言单片机原理及应用是一门实践性很强的课程；其课程设计目的在于综合运用所学知识，全面掌握单片微型计算机及其接口的工作原理、编程和使用方法；在设计

3、中，通过我与指导老师的协作提出并论证设计方案，进行软、硬件调试，最后获得正确的结果，可以加深和巩固对理论知识的更好掌握，进一步建立计算机应用系统体概念，初步掌握单片机软、硬件开发方法，为以后进行实际的单片机软、硬件应用开发奠定良好的基础。本设计是利用 AT89C51 单片机来实现的汽车信号灯控制系统，在系统中利用 5 个开关来模拟汽车驾驶操作，然后用 6 个灯来作为汽车信号灯；当拨动开关改变相应的状态时，单片机就会检测到相关类型的状态后，根据内部程序，来驱动相关的汽车信号灯（发光二极管）闪烁或长亮，以次达到设计的目的和要求。目 录一 引言51.1 单片机的概述51.1.1 单片机的发展 51.

4、1.2 单片机的应用领域 6二 设计概述72.1 设计任务72.2 设计要求72.3 设备器材7三 硬件设计方案83.1 设计思路83.2 硬件选择及论证83.3 AT89C51 单片机介绍83.4 74LS240 芯片介绍133.5 硬件原理框图133.6 电路原理图143.7 设计连线153.8 工作原理说明15四 软件设计方案164.1 软件设计思想164.2 程序流程图16五 调试及运行结果17结束语19谢辞20参考资料22附录 23引言1.1 单片机的概述单 片 机 是 指 一 个 集 成 在 一 块 芯 片 上 的 完 整 计 算 机 系 统 。 尽 管 他 的 大 部 分功 能

5、集 成 在 一 块 小 芯 片 上 ， 但 是 它 具 有 一 个 完 整 计 算 机 所 需 要 的 大 部 分 部 件 ：CPU、 内 存 、 内 部 和 外 部 总 线 系 统 ， 目 前 大 部 分 还 会 具 有 外 存 。 同 时 集 成 诸如 通 讯 接 口 、 定 时 器 ， 实 时 时 钟 等 外 围 设 备 。 而 现 在 最 强 大 的 单 片 机 系 统 甚至 可 以 将 声 音 、 图 像 、 网 络 、 复 杂 的 输 入 输 出 系 统 集 成 在 一 块 芯 片 上 。单 片 机 也 被 称 为 微 控 制 器 （ Microcontroler） ， 是 因 为

6、 它 最 早 被 用 在 工业 控 制 领 域 。 单 片 机 由 芯 片 内 仅 有 CPU 的 专 用 处 理 器 发 展 而 来 。 最 早 的 设计 理 念 是 通 过 将 大 量 外 围 设 备 和 CPU 集 成 在 一 个 芯 片 中 ， 使 计 算 机 系 统 更小 ， 更 容 易 集 成 进 复 杂 的 而 对 提 及 要 求 严 格 的 控 制 设 备 当 中 。 INTEL 的Z80 是 最 早 按 照 这 种 思 想 设 计 出 的 处 理 器 ， 从 此 以 后 ， 单 片 机 和 专 用 处 理 器的 发 展 便 分 道 扬 镳 。1.1.1 单片机的发展单 片 机

7、 诞 生 于 20 世 纪 70 年 代 末 ， 经 历 了 SCM、 MCU、 SoC 三 大 阶段 。1） SCM 即 单 片 微 型 计 算 机 （ Single Chip Microcomputer） 阶 段 ， 主要 是 寻 求 最 佳 的 单 片 形 嵌 入 式 系 统 的 最 佳 体 系 结 构 。 “创 新 模 式 ”获 得 成 功 ，奠 定 了 SCM 与 通 用 计 算 机 完 全 不 同 的 发 展 道 路 。 在 开 创 嵌 入 式 系 统 独 立 发展 道 路 上 ， Intel 公 司 功 不 可 没 。 2） MCU 即 微 控 制 器 （ Micro Contr

8、oller Unit） 阶 段 ， 主 要 的 技 术 发 展方 向 是 ： 不 断 扩 展 满 足 嵌 入 式 应 用 时 ， 对 象 系 统 要 求 的 各 种 外 围 电 路 与 接 口电 路 ， 突 显 其 对 象 的 智 能 化 控 制 能 力 。 它 所 涉 及 的 领 域 都 与 对 象 系 统 相 关 ，因 此 ， 发 展MCU 的 重 任 不 可 避 免 地 落 在 电 气 、 电 子 技 术 厂 家 。 从 这 一 角 度 来 看 ，Intel 逐 渐 淡 出 MCU 的 发 展 也 有 其 客 观 因 素 。 在 发 展 MCU 方 面 ， 最 著 名 的厂 家 当 数

9、Philips 公 司 。 Philips 公 司 以 其 在 嵌 入 式 应 用 方 面 的 巨 大 优 势 ， 将 MCS-51 从 单 片 微型 计 算 机 迅 速 发 展 到 微 控 制 器 。3） 单 片 机 是 嵌 入 式 系 统 的 独 立 发 展 之 路 ， 向 MCU 阶 段 发 展 的 重 要 因素 ， 就 是 寻 求 应 用 系 统 在 芯 片 上 的 最 大 化 解 决 ； 因 此 ， 专 用 单 片 机 的 发 展 自然 形 成 了 SoC 化 趋 势 。 随 着 微 电 子 技 术 、 IC 设 计 、 EDA 工 具 的 发 展 ， 基于 SoC 的 单 片 机

10、应 用 系 统 设 计 会 有 较 大 的 发 展 。 因 此 ， 对 单 片 机 的 理 解 可以 从 单 片 微 型 计 算 机 、 单 片 微 控 制 器 延 伸 到 单 片 应 用 系 统 。1.1.2 单片机的应用领域目 前 单 片 机 渗 透 到 我 们 生 活 的 各 个 领 域 ， 几 乎 很 难 找 到 哪 个 领 域 没 有 单片 机 的 踪 迹 。 导 弹 的 导 航 装 置 ， 飞 机 上 各 种 仪 表 的 控 制 ， 计 算 机 的 网 络 通 讯与 数 据 传 输 ， 工 业 自 动 化 过 程 的 实 时 控 制 和 数 据 处 理 ， 广 泛 使 用 的 各

11、种 智 能IC 卡 ， 民 用 豪 华 轿 车 的 安 全 保 障 系 统 ， 录 象 机 、 摄 象 机 、 全 自 动 洗 衣 机 的 控制 ， 以 及 程 控 玩 具 、 电 子 宠 物 等 等 ， 这 些 都 离 不 开 单 片 机 。 更 不 用 说 自 动 控制 领 域 的 机 器 人 、 智 能 仪 表 、 医 疗 器 械 了 。 因 此 ， 单 片 机 的 学 习 、 开 发 与 应用 将 造 就 一 批 计 算 机 应 用 与 智 能 化 控 制 的 科 学 家 、 工 程 师 。二 设计概述2.1 设计目的在本课程设计中，其设计任务为设计并制作出汽车信号灯微机控制系统，控制

12、的信号灯有仪表板左/右转弯灯、左/右头灯和左/ 右尾灯共六类灯，在不同的驾驶操作控制下可驱动相对应的汽车信号灯闪烁或长亮。2.2 设计要求在本系统中，要求所需执行的操作由相应的开关状态反映，其驾驶操作与灯光信号对应关系如下：。(1) 左/右转弯 (合上左/右开关) ：仪表板左/右转弯灯、左/右头灯、左/ 右尾灯闪烁。(2) 紧急开关合上：所有灯闪烁。(3) 刹车(合上刹车开关)：左右尾灯亮。(4) 左/右转弯刹车：仪表板左/右转弯灯、左/右头灯、左 /右尾灯闪烁，右/左尾灯亮。(5) 刹车、合上紧急开关：尾灯亮、仪表板灯、头灯闪烁。(6) 左/右转弯刹车，并合上紧急开关：右/左尾灯亮，其余灯闪

13、烁。(7) 停靠(合上停靠开关)：头灯、尾灯以 30Hz 的频率闪烁。2.3 设备器材在本设计中，所用到的设备器材如下所示：(1)计算机一台；(2)DVCCdv52196 实验箱一台；(3)在实验箱内选择 AT89C51 单片机一片，发光二极管 6 只；(4)另外再需导线若干。三 硬件设计方案3.1 设计思路本系统中要求设计汽车转弯信号灯控制系统，在驾驶汽车时有左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关、停靠五个操作；所以可以用五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或长亮。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

14、转弯灯、左头灯、左尾灯闪烁；当合上右转弯开关后，仪表板右转弯灯、右头灯、右尾灯闪烁。当刹车开关合上时，左右尾灯长亮；合上停靠开关后，头灯、尾灯以 30Hz 的频率闪烁；在紧急开关合上后，所有灯都闪烁。还可以同时合上转弯开关和刹车开关，合上刹车开关和紧急开关，以及合上转弯开关、刹车开关和紧急开关。都可以驱动对应的汽车信号灯闪烁或长亮。3.2 硬件选择及论证基于上述的设计思想以及所学单片机知识，并且设计环境。所以我们在设计时，选择了五个开关、AT89C51 单片机、74LS240 芯片以及 6 只发光二极管。其中 AT89C51 做为控制核心，当 5 个开关的状态发生改变后，单片机检测到开关信号后

15、就通过软件输出相关信号，在经过 74LS240 芯片来驱动 6 个汽车信号灯根据开关的相应状态闪烁或长亮。3.3 AT89C51 单片机介绍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 2-1 所示。 内部结构图如图 2-2 所示。其主要性能参数为： 与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 4k

16、 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 RAM 32 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 2-1 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

17、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 0CPU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

18、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 2-2 AT89C51 内部结构图在 Flash 编程时,P0 口接收指令字节 ,而在程序校验时 ,输出指令字节,校验时,要求外接电阻。 P1 口:P1 是一个带内部上拉电阻的 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:P

19、2 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 ,如下表所示：