汽车转向灯设计

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1、单片机原理及系统课程设计专业：X X X班级：X X X姓名：X X X学号：X X X指导教师：X X兰州交通大学自动化与电气工程学院2012 年 7 月 1 日1引言在我国，单片机已不是一个陌生的名词，他的出现是近代计算机技术的里程 碑事件。因为单片机的诞生标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计 算机系统（简称为嵌入式系统）两大分支。在单片机诞生之前，为了满足工控对 象的嵌入式应用要求只能将通用计算机进行机械加固、电气加固后嵌入到对象体 系（如舰船）中构成自动驾驶仪、轮机监视系统等。由于通用计算机的体积大和 成本高无法嵌入到大多数对象体系（如家用电器、汽车、机器人、仪器仪表等） 中

2、，因此单片机嵌入式应运而生。单片机芯片的微小体积和极低成本可以广泛地 嵌入到如：玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、 办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人终端及通讯产品中，成为现代电子 系统中最重要的智能化工具。随着单片机的日益发展，其应用也越来越广泛，通过对“汽车转向灯单片机 控制系统”设计，可以对单片机的知识得到巩固和扩展。本课程内容是设计一个 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、停靠等操作 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、

3、 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、停靠等操作。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、 仪表板左转弯灯、左尾灯或右头灯、仪表板右转弯灯、右尾灯闪烁；合紧急开关 时要求前面所述的 6 个信号灯全部闪烁；汽车刹车时，两个尾灯点亮；如正当转 弯时刹车，则转弯时原应闪烁的信号灯仍应闪烁。以上闪烁，都是频率为 1Hz 的低频闪烁；在汽车停靠而停靠开关合上时，左头灯、右头灯、左尾灯、右尾灯 按频率为 10Hz 的高频闪烁。闪光器是通过调节镍铬丝的拉力和触点的间隙来满 足频率要求的，灯泡功率的大小也会影响闪烁频率。

4、因此在更换闪光器或灯泡时 调整比较困难。同时，系统没有故检测，驾驶员无法知道车外的转向灯及示宽灯 是否点亮，从而影响行车安全。到目前为止，我们还没有发现能检测灯丝断这种 故障的有效方法。针对上述问题，我们用 AT89C51 单片机设计了一套汽车信号灯 控制系统。用 LED 产生闪光信号，同时能自动检测信号灯故障。信号灯灯具的发 展是随着汽车制造技术及电光源技术的发展而逐步完善的。它经历了机油（或煤 油）灯、乙炔气灯到电光源灯的发展历程。现代汽车信号灯灯具已经开始使用发 光二极管（LED ）技术以及光导技术。2设计方案及原理2.1 设计方案：如图 2.1 所示，汽车转向灯主要有单片机、按键、复位

5、、时钟、电源、故障 检测电路、LED显示电路组成最基本的单片机系统。单片机本身的功能强大，汽 车转向灯的驱动用单片机本身的驱动来驱动。使得单片机的功能得到充分的运 用。本方案的故障检测电路具有故障监控性能，他能提高系统的可靠性。图 2.1 汽车转向灯控制系统硬件构成2.2 设计原理:由定时器/计数器与中断系统的联合组成控制系统的工作原理。如汽车上有 一个转弯控制杆，其中有三个位置：中间位置，汽车不转弯；向上，汽车左转； 向下汽车右转。转弯时，规定左右尾灯、左右头灯仪表板上 2 个指示灯相应地发 出闪烁信号。应急开关合上时， 6 个信号灯都应闪烁。汽车刹车时， 2 个尾灯发 出不闪烁信号。如正当

6、转弯时刹车，转弯时原应闪烁的信号仍应闪烁。它们都是 频率为 1Hz 低频闪烁，在汽车停靠而停靠开关合上时，左头灯、右头灯、左尾灯、 右尾灯按频率为 10Hz 频率快速闪烁。任何在下表中未出现的组合，都将出现故 障指示灯闪烁，闪烁频率为 10Hz。表 1 汽车驾驶操纵与信号驾驶操作输出信号仪表板 左转弯 灯仪表板 右转弯 灯左头灯右头灯左尾灯右尾灯左转弯（合上左转开关）闪烁灭闪烁灭闪烁灭右转弯（合上右转开关）灭闪烁灭闪烁灭闪烁合紧急开关闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁刹车（合上刹车开关）灭灭灭灭亮亮左转弯时刹车闪烁灭闪烁灭闪烁亮右转弯时刹车灭闪烁灭闪烁亮闪烁刹车，并合紧急开关闪烁闪烁闪烁闪烁亮亮左转弯时

7、刹车，并合紧急 开关闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁亮右转弯时刹车，并合紧急 开关闪烁闪烁闪烁闪烁亮闪烁停靠（合停靠开关）灭灭10Hz闪烁10Hz闪烁10Hz闪烁10Hz闪烁2.2.1 开关状态检测开关状态检测，对 AT89C51 来说是输入关系，可轮流检测每个开关状态，以 每个开关的状态让相应的发光二极管指示，采用 JNB P1.X，REL 指令来完成； 也可以一次性检测五路开关状态，让它指示，可以用MOV A, Pl指令一次把P1 端口的状态全部读入，取低 5 位的状态来指示。2.2.2 输出控制以发光二极管 DlD6 来指示，此设计用 SETB P0.X 和 CLR P0.X 指令来 完成，也可以用

8、指令 MOV P0，lllXXXXXB 方法来实现。2.2.3 定时器和计数器根据任务设计要求：会用到定时器。信号的控制是定时器与中断系统的联合 使用得以实现。单片机的控制系统应用中，定时器是必需的，在汽车转向灯的控 制中也是必不可少。定时有三种选择方法。（1）软件的定时它是靠执行一个循环程序以进行时间的延迟。软件定时的优点是时间精确， 且不需外加硬件电路。但它要增加 CPU 开销，因此软件定时的时间不能太长。此 外，软件定时方法有时候无法使用。(2) 硬件的定时时间较长的定时，常使用硬件电路完成。硬件定时方法的优点是定时功能全 部由硬件电路完成，不需要占 CPU 的时间。用元件参数来调节定时

9、时间，这方面 使用上不够灵活方便。(3) 可编程定时器的定时它是通过对系统时钟脉冲的计数来实现的。计数值由程序设定，改变计数值， 同时也改变了定时时间，用起来既灵活且方便。此外，采用计数方法实现定时， 可编程定时器都兼有计数功能，能对外来脉冲进行计数。在 AT89C51 内部除了有并行和串行 I/O 接口外，在单片机内部共有 2 个可编 程的定时器和计数器，称定时器/计数器 0 和定时器/计数器 1，这两个计数器由 THO, TLO, TH1, TL1两个8位的RAM单元组成，即每个计数器都是16位的计数 器，最大的计数量时 65536。定时器/计数器计数功能和定时功能：(1) 计数器功能记数

10、是指对外部事件进行计数。它的发生以输入脉冲表示,计数功能的实质 就是对外来的脉冲进行计数。AT89C51芯片有TO (P3.4)和T1 (P3.5)两个信 号引脚,是这两个计数器的计数输入端。外部输入的脉冲在负跳变时有效,进行 计数器加 1(加法计数)。AT89C51 在每个机器周期的 S5P2 拍节对外部计数脉冲进行采样。前一个机 器周期采用为高电平,后一个机器周期采样为低电平,是一个有效的计数脉冲。 在下一机器周期的 S3P1 进行计数。采样计数脉冲是在 2个机器周期进行的。计 数脉冲频率不能高于振荡脉冲频率的 1/24。(2) 定时器功能实际也是通过计数器来实现的,但此时的计数脉冲来自单

11、片机的内部,也每 个机器周期计数器加 1。一个机器周期等于 12个振荡脉冲周期,因此计数频率 为振荡频率的1/12。单片机采用12MHz晶体，计数频率为1MHz。每微妙计数器 加 1。根据计数值计算出定时时间,也可以反过来按定时时间的要求计算出计数 器的预置值。它是一个二进制的加1计数器。在计数器计满回零时能自动产生溢出中断请 求。则已经完成。T1、T2的最大计数值65536-1，需65535个脉冲才能把它们从 全“0”状态变为全“ 1”状态。输一个脉冲,计数器加 1,当加到计数器各位全为 1 时,再去输一个脉冲, 计数器各位就变为全0,发出溢出信号，使标志置1,此时向CPU申请中断。具体结构

12、如图 2.2 所示：图 2.2 定时器 / 记数器的结构2.2.4 定时初始化定时主要与编程有关。编程对定时器控制寄存器（TCON）、工作方式控制寄 存器（TMOD）和中断允许控制寄存器（IE）进行操作。（1）定时器控制寄存器（TCON）TCON寄存器既参与中断控制又参与定时控制。其中有关定时的控制位共有4 位：TF0 和 TF1记数溢出标志位TR0 和 TR1定时器运行控制位TR0（TR1） =0停止定时器/计数器工作TR0（TR1） =1启动定时器/计数器工作该位根据需要以软件方法使其置“1”或清“0”。（2）中断允许控制寄存器IE寄存器中与定时器/计数器有关的位置介绍：EA中断允许总控制

13、位ET0和ET1定时/计数中断允许控制位ET0（ET1） =0禁止定时/记数中断ET0（ET1） =1 允许定时/记数中断利用MCS-51系列单片机的可编程定时/计数器、中断系统来实现灯闪烁的延 时和故障检测。工作方式控制寄存器（TMOD）TMOD寄存器专用寄存器，设定两个定时器/计数器的工作方式。它的低半字 节定义定时器/计数器 0，高半字节定义定时器/计数器 1。各位定义如表 2 所示：表 2 TMOD 各位定义位序B7B6B5B4B3B2B1B0位符号GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0其中：GATE门控位GATE=0 以运行控制位 TR 启动定时器GATE=1以外中断请求信号(

14、INT1或INTO)启动定时器C/T定时方式或计数方式选择位c/F=0定时工作方式 c/F=1计数工作方式M1M0工作方式选择位M1M0=00 方式 0M1M0=01 方式 1M1M0=10 方式 2M1M0=11 方式3初值计算：(1) 设为工作方式0,定时时间为30ms，使灯延时闪烁。若使用定时器T0,方式1，30ms定时，fosc=12MHz。则初值 X 满足(216-X)X 1=30000X=3553610001010110100008AD0H(2) 设计中利用定时器/计数器0, 一个软件计数器产生低频(1HZ)闪烁功 能。(3) 利用定时器/计数器0来产生为时30ms的定时信号，以实

15、现高频(30HZ) 闪烁功能。(4) 注意在用工作方式 1 时，我们必须要重新装载初值。2.2.5 汽车转向灯显示在汽车转弯或应急状态下，外部信号灯和仪表板它们指示灯的闪烁频率为1HZ，称低频信号。当停靠开关合上时，外部信号灯以10HZ频率闪烁此时为高频 信号。2.2.6 汽车转向灯控制汽车转弯灯设计 5 个按键控制信号灯的转向、停靠、应急等。按键安排见下：51 键为刹车开关；52 键为紧急开关；53 键为停靠开关；54 键为左转弯开关；55 键为右转弯开关；2.2.7 中断系统单片机中断技术主要用于实时控制，在单片机上有两个引脚，即 INT0、INT1。 外部的中断信号通过这两个引脚输入到单片机，和单片机的定时器一样，对中断 系统的处理需要通过C51的软件编程实现。利用MCS-51系列单片机的可编程定 时/