基于单片机的汽车信号灯控制系统的设计文稿.docx
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1、 基于单片机汽车信号灯控制系统的设计 摘 要 汽车信号灯,作为汽车的必备装置之一,各式各样的汽车都离不开它传统的汽车信号灯控制系统有很多类型,但使用寿命短,采用纯电路设计模式,线路复杂,容易产生故障,可靠性低针对汽车信号灯控制系统存在的问题,本文设计了一个以单片机为核心的控制系统,该系统采用C51单片机为控制核心,具有手动和自动两种模式可供驾驶员选择,设计相对人性化设计具有界面友好,可靠性高,线路简单,成本低廉,使用方便的优点,通过软件升级很容易实现功能扩展关键词:汽车信号灯;单片机;手动控制;自动控制ABSTRACT Automobile signal lamp, as a necessar
2、y device of automobile, every kind of car can not be separated from it. The traditional automobile signal lamp control system has many types, but the service life is short, using pure circuit design mode, complex lines, and prone to failure, low reliability. Aiming at the automobile signal lamp cont
3、rol system, this paper describes the design of a single chip microcomputer as the core of the control system, the system uses the C51MCU as the control core, with two types of manual and automatic mode for the driver to select, design relative humanity. The design has a friendly specific, high relia
4、bility, simple circuit, low cost, convenient to use, through software upgrades are easy to achieve functional expansion. Key words: ;Single chip microcomputer; Manual control;Auto control;目录摘 要IABSTRACTII第1章 引言11.1 绪论11.2汽车信号灯简介21.2.1 汽车信号灯的作用21.2.2 汽车信号灯发展历史21.3 8051单片机简介41.3.1 中断系统71.3.2 时钟系统71.4
5、章节规划10第2章 设计方案讨论112.1设计的要求112.2方案讨论112.2.1继电器作为控制器112.2.2 PLC作为控制器122.2.3利用单片机作为控制核心12第3章 硬件设计方案133.1工作原理图133.2硬件连接图143.2.1手动原理硬件连接图143.2.2自动报警原理硬件连接图153.3各电气原件选择思路163.3.1ULN2003A电路介绍163.3.2 各个开关功能介绍163.3.3 LED信号灯173.3.4 数码显示器183.3.5 自动报警系统193.4 芯片及其他硬件介绍203.4.1ULN2003A203.4.2光敏电阻简介213.4.3 LED灯简介及其优
6、点233.4.4 74LS164简介24第4章 软件设计方案274.1程序设计思想274.2程序流程图274.2.1 手动模式274.2.2 自动模式294.3调试与仿真29第5章 结束语31参考文献32附件1 PCB33附件2 原理图34附件3程序清单35第1章 引言1.1 绪论 随着改革开放的深入发展,国民综合收入不断提高,越来越多的家庭选择了汽车作为交通工具大量的汽车行驶在道路上,照成了交通拥挤,所以一套操作方便,性能可靠,界面友好,容易升级的信号灯控制系统是现代汽车必不可少配件之一 以往的汽车信号灯控制系统都是纯电路设计的,不仅设计麻烦,而且故障率高,已经不能适应现代汽车所要发出的信号
7、的任务而基于单片机的电路设计模式则能很好的胜任这一任务,这是以后所有汽车信号灯控制系统的一个发展趋势单片微型计算机简称为单片机,又称为微型控制器,是微型计算机的一个重要分支单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片,是CPURAMROMI/O接口和中断系统于同一硅片的器件80年代以来,单片机发展迅速,各类新产品不断涌现,出现了许多高性能新型机种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,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机摄像机全自
8、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以及各种智能机械了 Altium designer软件是澳大利亚的公司制作并发行的,支持多种语言格式,是绘制各种电路图的不二选择 ,完全替代了Protel 99本次设计以8051单片机核心,通过1.2汽车信号灯简介1.2.1 汽车信号灯的作用汽车信号灯对汽车有着十分重要的作用,第一是为汽车行驶起照明的作用;第二是表明汽车正在或者即将要做出的动作,如刹车灯和转弯的;第三是在汽车处于紧急状态时提醒警示过往车辆的目的;第四是汽车司机与司机之间交流的作用还有一些其他方面的作用,如装饰阅读1.2.2
9、汽车信号灯发展历史 1898年,哥伦比亚号电动汽车把电用于前灯和尾灯,这样车灯就诞生了最初的前大灯不能调光,所以在会车时有些晃眼,为了克服这个缺点,后来采用了附加光度调节器这种前大灯可以在垂直方向移动,但驾驶员必须下车搬动夹具装置从早期乙炔气前照灯发展到当今的自由面反射镜气体放电前照灯,差不多经历了120年,其演变过程如下:第一代乙炔气前照灯前照灯具有高的轮廓亮度,乙炔气火焰的亮度比当时的电光源所能达到的亮度高出一倍,因而,在1925 年以前使用的汽TodayHot车前照灯几乎全是乙炔前照灯第二代电光源前照灯1913年带螺旋灯丝的充气白炽灯泡问世,因其具有较高亮度,给电光源前照灯开辟了广阔的前
10、景然而由于当时汽车电气设备系统的制约,直到1925年,电气照明才得到广泛的应用第三代双光灯芯前照灯具备有高轮廓亮度充气灯泡的电前照灯一装在汽车上,就出现了在交会车时因前照灯的强光造成驾驶员炫目而导致发生交通事故和撞车的严重问题因而,对前照灯的设计提出了两个互不相容的要求:一个是如何在不小于100m的距离内使道路和高度至少2-2.5m的障碍物得到良好的照明;另一个是如何使迎面车辆驾驶员不炫目汽车会车时的这种炫目问题,仍是汽车照明技术中最难以解决的问题为解决会车炫目的问题,1924年,欧洲发明了双光灯芯前照灯之后,美国也出现了带双丝灯泡的前照灯然而,欧洲和美国具备不炫目近光的前照灯的光学系统结构原
11、理不尽相同其灯泡的差异在于灯丝的形状和位置不同:配光镜的差异在于折光单元的图案和计算不同,因而,近光的配光也有所不同近光系统分为欧洲系统和美国系统两种,两大系统的协调问题是当今世界汽车灯光发展的重大课题之一 第四代不对称近光前照灯 双光灯芯前照灯系统属于对称近光系统,近光光型的左右两侧完全相同,因而左右两侧行驶皆适用但由于行车光 ( 远光 ) 变到会车光 ( 近光 ) 时,视见距离缩短,迫使车速降低为解决在会车过程中,前照灯既不产生炫目,又能保证对道路具有良好的照明,1932年美国发明了不对称前照灯,它是以基准轴为中心,将光束一分为二,靠近来车一侧的落地距离短 ( 即光束压低,从而防炫 ) ,
12、而另一侧光束的落地距离长 ( 即光束抬高,从而增加视见 ) 第五代h4卤钨前照灯第一批装有卤钨灯泡的汽车前照灯是由法国 “ 斯贝 ” 公司在1964年生产的,其灯丝允许工作温度较普通白炽灯泡高,光效增加约 50% ,寿命也增加一倍 第六代hid前照灯以hid前照灯为代表的现代汽车前照灯在发光原理结构形式以及制造材料等方面又发生了一系列的重大变化hid氙气头灯是以高压击穿惰性气体电离而发光,其产生的光照度强,色温高,穿透力强,而且节约电能,是理想的汽车前照灯光源第七代led前照灯美国最新的研究结果表明,未来五年内,白光大功率led技术将大幅度代替目前的各种照明产品,而且将适用于汽车的各种照明,包
13、括:前照灯刹车灯雾灯应急灯车内照明等led具有高安全性运行平稳节约电力寿命长等多种优点,是未来车辆照明的一个发展趋势 1.3 8051单片机简介单片机是一种集成在电路芯片,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单片机具有体积小,集成度高,性能稳定,可靠性高等特点,而且具有较高的性价比单片机的种类繁多,一般按单片机数据总线的位数进行分类,主要分为4位8位16位和32位单片机根据应用领域
14、总线类型来分:(1)工控型/家电型工控型的单片机主要是面向测控,要求寻址范围大,运算能力强家电型的单片机要求体积小价格低,外围器件少,使用方便(2)总线型/非总线型总线型单片机是指单片机设有并行总线,用以扩展并行外围器件非总线型单片机是指单片机通过串行口与外围器件连接,或直接把外围器件外设接口集成在片内(3)通用型/专用型通用型单片机,它的应用范围宽,如Intel公司的MCS5l系列产品803180C51等通过不同的外围扩展就可以用在不同的设备中专用型单片机是专门为某一产品设计生产的如电子体温计计费电度表等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
15、致可分如下几个范畴:在智能仪器仪表上的应用;在工业控制中的应用;在家用电器中的应用;在计算机网络和通信领域中的应用;单片机在医用设备领域中的应用;在各种大型电器中的模块化应用;单片机在汽车设备领域中的应用8051单片机是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 其主要性能参数为:l 与MCS-51产品指令系统完全兼容l 4k字节可重擦写Flash闪速存
16、储器l 1000次擦写周期l 全静态操作:0Hz-24MHzl 三级加密程序存储器l 128 X 8字节内部RAMl 32个可编程I/O口线l 2个16位定时/计数器l 6个中断源l 可编程串行UART通道l 低功耗空闲和掉电模式 其内部结构图如下:图1-1 51单片机内部结构图 单片机的硬件主要包括中央处理器(CPU) 中央处理器是单片机的核心,主要功能是产生各种控制信号,根据程序中每一条指令的具体功能,控制寄存器和输入/输出端口的数据传送,进行数据的算术运算逻辑运算以及位操作等处理MCS-51系列单片机的CPU字长是8位,能处理8位二进制数或代码,也可处理一位二进制数据单片机的CPU从功能
17、上一般可以分为运算器和控制器两部分2.储存器单片机内部包含随机存取存储器RAM和程序存储器ROM,RAM用于保存单片机运行的中间数据; 单片机的ROM不只是用来装载程序,增强51系列也可以在单片机运行过程中利用程序把数据存贮在ROM的部分空间内51系列单片机在系统结构上采用哈佛结构(Harvard architecture),即程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开管理的它共有4个物理上独立的存储器空间,即内部和外部程序存储器及内部和外部数据存储器从用户的角度看,单片机的存储器逻辑上分为三个存储空间,即统一编址的64KB的程序存储器地址空间(包括片内ROM和外部扩展ROM),地址从0000HF
18、FFFH;256B的片内数据存储地址空间(包括128B的片内RAM和特殊功能寄存器的地址空间);64KB的外部扩展的数据存储器地址空间1.3.1 中断系统51单片机的中断功能较强51单片机共有5个中断源,即外部中断两个,定时/计数中断两个,串行口中断一个全部中断分为高级和低级两个优先级别1.3.2 时钟系统时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列51单片机芯片的内部有时钟电路,但石英晶体和微调电容需外接,系统常用的晶振频率一般为6 MHz或12 MHz由此可见,单片机虽然只是一个芯片,但是它集成了一台计算机应该有的重要硬件,所以它是一个微型的计算机系统8051单片机外部结果如下图所示 图1-2 51单
19、片机外部结构图它的引脚功能如下: VCC:供电电压 GND:接地 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接
20、收 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流这是由于内部上拉的缘故P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流当P3口写入“1”后,它们被内部上
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