基于单片机汽车信号灯控制系统的设计.docx
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基于单片机汽车信号灯控制系统的设计
摘要
在生活环境中，自动控制要求中都会有单片机控制一部分；从简单到复杂，凡是能想象到地方几乎都有使用单片机需求。
单片机应用有利于产品小型化、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，还是生产线上机器人技术，都有单片机参及。
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，虽然单片机应用很普遍了，但仍有许多项目尚未实现，所以单片机应用有很大发展空间。
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控制。
本设计主要是对单片机并行输入/输出口电路应用，通过I/O口控制发光二极管亮﹑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4个信号灯全部闪烁；汽车刹车时，两个尾灯点亮。
1.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信号灯闪烁。
以此来实现对汽车信号灯控制。
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。
是一个典型控制系统。
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
U1
1
晶振
B
1
发光二极管
RR、RH、LH、LR
4
按钮
SB0~SB4
5
电阻
R1~R4、R9、R10
6
电阻
R5~R8
4
电容
C3
1
电容
C1、C2
2
单片机电源
VCC
1
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控制功能。
以下是利用单片机控制四个汽车信号灯，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一个小而完善计算机系统。
诚然，单片机应用意义远不限于它应用范畴或由此带来经济效益，更重要是它已从根本上改变了传统控制方法和设计思想。
是控制技术一次革命，是一座重要里程碑
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.在智能仪器仪表上应用；
2.在工业控制中应用；
3.在家用电器中应用；
4.在计算机网络和通信领域中应用；
5.单片机在医用设备领域中应用；
6.在各种大型电器中模块化应用；
7.单片机在汽车设备领域中应用。
3.2AT89C51单片机简介
AT89C51是ATMEL公司生产低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes可反复擦写和只读程序存储器（PEROM）和128bytes随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司高密度、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：
及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
128X8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3-1AT89C51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静态逻辑操作，并支持两种软件可选节电工作模式。
空闲方式停止CPU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。
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3-2AT89C51内部结构图
P1口:
P1是一个内部带上拉电阻8位双向I/O口，P1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8位双向I/O口，P2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位地址外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口线上内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器内容），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8位双向I/O口，P2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I/O口线外，更重要用途是它第二功能，如下所示：
I/O口线
专用功能
P3.0
RxD（串行数据接收）
P3.1
TxD（串行数据发送）
P3.2
INT0（外部中断0请求输入）
P3.3
INT1（外部中断1请求输入）
P3.4
T0（定时器0外部计数脉冲输入）
P3.5
T1（定时器1外部计数脉冲输入）
P3.6
WR（外部数据存储器写信号）
P3.7
RD（外部数据存储器读信号）
表3-1P3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低8位字节.即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率1/6输出固定正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目。
要注意是：
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8EH单元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指令。
Flash存储器编程时，该引脚加上+12V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。
3.3Proteus软件介绍
本软件是英国Labcenterelectronics公司出版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工具软件仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。
它是目前最好仿真单片机及外围器件工具。
虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学教师、致力于单片机开发应用科技工作者青睐。
Proteus是世界上著名EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机及外围电路协同仿真，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，调入已编译好目标代码文件：
*.HEX，可以在PROTEUS原理图中看到模拟实物运行状态和过程。
PROTEUS是单片机课堂教学先进助手。
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效果，后者则是实物演示实验难以达到效果。
它元器件、连接线路等却和传统单片机实验硬件高度对应。
这在相当程度上替代了传统单片机实验教学功能，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重要实践环节。
由于PROTEUS提供了实验室无法相比大量元器件库，提供了修改电路设计灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神平台 随着科技发展，“计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要前期设计手段。
它具有设计灵活，结果、过程统一特点。
可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造风险。
相信在单片机开发应用中PROTEUS也能茯得愈来愈广泛应用。
4.硬件设计
4.1AT89C51芯片图
图4-1AT89C51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及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。
在按键电平复位和按键脉冲复位两种简单复位电路中，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，能保证复位信号及电平持续时间大于2个机器周期。
我们采用按键电平复位方法，电路如图4-3。
图4-3复位电路
4.2.3显示电路
LED具有二极管特性，但在导通之后会发光，称之为发光二极管。
及普通灯泡一样，LED导通后，随着其俩端电压增加，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必须要及89c51单片机某个脚相连。
这里把LED及89c51单片机P0脚相连。
，当AT89c51单片机第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亮及灭。
图4-4显示电路
4.2.4按键电路
根据设计要求，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，以及被按下是哪一个组成键盘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方法，其功能就是：
检测是否有键闭合，判断键号并转入相应键处理。
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，就构成了一个稳定自激振荡器。
外接晶体（石英或陶瓷，陶瓷精度不高，但价格便宜）振荡器以及电容C
和C2构成并联谐振电路，接在放大器反馈回路中，C
和C2大小会对振荡器频率高低、振荡器稳定性、起振快速性和温度特性有一定影响。
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及单片机靠近，以减小寄生电容存在更好保障振荡器稳定、可靠工作。
图4-6振荡电路
4.3Proteus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
ORG000H
AJMP主程序
ORG0050H
主程序：
MOVR1，#00H
SB1键控制程序：
MOVP1，#0FH
JBP3.3，SB2键控制程序
MOVR0，#0CH
ACALL闪灯程序
SB2键控制程序：
MOVP1，#0F0H
JBP3.2，SB3键控制程序
MOVR0，#09H
ACALL闪灯程序
SB3键控制程序：
MOVP1，#0F0H
JBP3.1，SB4键控制程序
MOVR0，#0FH
ACALL闪灯程序
SB4键控制程序：
MOVP1，#0F0H
JBP3.0，查询完毕
MOVR0，#03H
ACALL闪灯程序
查询完毕：
AJMP主程序
RET
闪灯程序：
MOVR4，#10H
闪烁循环程序：
MOVP1，R0
ACALL延时子程序
MOVP1，R1
ACALL延时子程序
DJNZR4闪烁循环程序
RET
延时子程序：
MOVA，#0FFH
延时子程序第一段循环：
DECA
JNZ延时子程序第一段循环
DJNZR3，延时子程序第一段循环
RET
END
程序结束
5.2汽车信号灯控制程序流程图
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配套软件，伟福仿真器是国内较好仿真器之一，它能够仿真CPU品种多、功能强。
通过更换仿真头POD，可以对不同CPU进行仿真。
可仿真51系列，196系列，PIC系列，飞利蒲公司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：
１.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。
２.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。
３.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话题。
通过课程设计，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们社会付出。
在设计过程中，经常会遇到这样那样情况，就是心里想着这样编程可以行得通，但实际运行后，总是实现不了，因此耗费在这上面时间用去很多。
做课程设计同时也是对课本知识巩固和加强，由于课本上知识太多，平时课间学习并不能很好理解，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应用有了更多认识。
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，实践是认识动力和最终目，实践是检验真理唯一标准。
所以这个期末测试之后课程设计对我作用是非常大。
在设计过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做，难免会遇到过各种各样问题，同时在设计过程中发现了自己不足之处，对以前所学过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及实际相结合是很重要，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识及实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己实际动手能力和独立思考能力。
同时我认为我们工作是一个团队工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作精神。
某个人离群都可能导致整项工作失败。
实习中只有一个人知道原理是远远不够，必须让每个人都知道，否则一个人错误，就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功一项非常重要保证。
而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵。
对我们而言，知识上收获重要，精神上丰收更加可喜。
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2004
[2]胡汉才《单片机原理及其接口技术》清华大学出版社2004
[3]张毅刚《MCS-51单片机原理及应用》哈尔滨工业大学出版社1990
[4]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1998
[5]余孟尝《数字电子技术基础简明教程》高等教育出版社2007
[6]杨元挺《电子技术技能训练》电子工业出版社2005
[7]梁廷贵《现代集成电路实用手册》科学技术文献出版社编著2006
[8]晁阳《单片机MCS-51原理及应用开发教程》清华大学出版社2007
[9]高洪志《MCS-51单片机原理及应用技术教程》人民邮电出版社2009
[10]王勇叶敦范《基于AT89S51便携式实时温度检测仪》2008
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