单片机课设 汽车转向灯

第1章选题背景
随着社会的发展，道路上到处都是飞速的汽车。

特别是以人为本的和谐社会的观念深入人心。

如何保证人安全，一直都是人们关注的重心。

为了减少交通事故，从汽车的各种安全设计考虑，这不仅仅是汽车本身的质量问题，还应关注汽车在行驶过程中对路人的引导指示方面。

其中汽车的各种灯就是安全警示的一个方面，汽车的转弯灯、头灯、尾灯和警示灯等能够帮助路人识别汽车的动向，尤其是当遇到紧急事件时，打开紧急开关就可以警示路人该车现在不安全了，需要小心避车。

转弯灯能提示路人该车要进行左转或是右转了，小心碰撞。

传统的汽车闪光器结构简单体积小、闪光频率稳定、监控作用明显，故被广泛使用。

但这样的继电器由于自身条件的限制，可靠性低，定时时间不够精确，使用寿命较短，且继电器受温度影响较大，对于温度变化较大的环境往往不能满足要求。

所以本文中汽车转向灯设计是用单片机来实现的，单片机控制系统不仅可避免传统的缺点，还具有功能强、使用灵活、可靠性高、成本低、体积小、面向控制、具有智能化功能等优点。

第2章汽车转弯灯
2.1基本的功能和工作方式如表1
表1
2.2工作原理
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。

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30Hz的高频闪烁。

由上所述，各种情况作操作时，信号灯应输出信号。

第3章转向灯系统的工作原理及设计
3.1 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，P1 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。

3.2 输出控制
以发光二极管D1—D6 来指示，此设计用SETB P0.X 和CLR P0.X 指令来完成，也可以用指令MOV P0，＃111XXXXXB 方法来实现。

3.3 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，在汽车转弯灯的控制中也是必不可少。

3.3.1定时
(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
TH0，TL0，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。

3.3.2计数器和定时器功能
(1)计数器功能
记数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T0（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。

具体结构如图1所示：
图1 定时器/记数器的结构
3.4 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。

(3)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2.2所示：
表2 TMOD各位定义
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（INT1或INT0）启动定时器
C/T----定时方式或计数方式选择位
C/T=0 定时工作方式
C/T=1 计数工作方式
M1M0----工作方式选择位
M1M0=00 方式0
M1M0=01 方式1
M1M0=10 方式2
M1M0=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）×1=30000
X=35536→1000101011010000→8AD0H
(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。

3.5 汽车转弯灯显示
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30HZ频率闪烁此时为高频信号。

3.6 汽车转弯灯控制
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：S1键为刹车开关；
S2键为紧急开关；
S3键为停靠开关；
S4键为左转弯开关；
S5键为右转弯开关；
3.7 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/计数器、中断系统来实现灯闪烁的延时和故障检测。

它的重要作用有如下四点：
第一，高速CPU和低速外设之间的配合。

利用中断方式进行的I/O口操作，在宏观上可以看成CPU和外设的并行工作。

第二，实现故障的紧急处理。

当外设发生故障时，可以利用中断系统请求CPU及时处理这些故障。

第三，可以实现实时控制。

第四，便于人机联系。

操作人员可以利用键盘等实现中断，完成人工介入。

第4章系统方案和总体结构
方案如图2所示，汽车转弯灯主要有单片机、按键、复位、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，汽车转弯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
方案中应用单片机自身的并行口来实现其功能，由于单片机的种类很多，在选择单片机时要依据实际设计要求选择合适的单片机。

我们接触的单片机有8031、8051。

因8031无内部RAM，只要编程就必须扩展程序存储器，无疑会增加设计的难度和复杂，虽然8051有内部RAM，但从性能及设计成本考虑，我们选择AT89C51芯片。

由于AT89C51的广泛使用，使单片机的价格大大下降。

目前，AT89C51的市场零售价已经低于8255、8279、8253、8250等专用接口芯片中的任何一种；而89C51的功能实际上远远超过以上芯片。

因此，如把89C51作为接口芯片使用，在经济上是比较合算。

时钟电路由晶振及电容组成，复位电路由按键复位结构组成。

对于键盘电路我们采用独立式键盘，可以具体实现可分为以下几种情况：①直接由并行I/O 口来实现。

②使用三极管驱动LED来实现。

第5章控制系统的硬件设计
5.1 单片机控制系统电路图
5.1.1 汽车转弯灯单片机控制系统框图
汽车转弯灯单片机控制系统电路是由单片机AT89C51、复位、电源、时钟、LED显示电路、故障检测电路、按键电路构成。

电源电路给控制相关电路提供所需电源；复位电路供上电或按键时复位用。

当要求重新启动单片机或者单片机处于死循环时，都可以由此电路来实现；时钟电路用来产生时钟脉冲信号，供工作使用；通过并行I/O口构成键盘和显示电路，输入程序，即可实现汽车转弯灯中各信号灯的功能操作；系统的可靠性有所提高。

汽车转弯灯单片机控制系统框图如图3所示。

图3 汽车转弯灯单片机控制系统框图
5.1.2 汽车转弯灯单片机控制系统电路原理图
汽车转弯灯单片机控制系统电路原理图见图4。

图4
5.2单片机控制系统功能模块的设计
5.2.1 时钟电路
图5 时钟振荡电路
采用单片机内部晶振。

如图5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=30+/-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。

由多片单片机组成的系统中，为了各单片机间时钟信号的同步，常引入统一的外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。

将外部震荡器的信号接至XTAL2内部时钟发生器的输入端，而内部反向发大器的输入端XTAL1应接地， XTAL2的逻辑电平不是TTL 电平，所以需要外接一个上拉电阻。

因为整个电子钟只用一块单片机，不涉及时刻信号同步问题，所以此种电路我们不选用。

如图6所示。

图6 外部时钟源接法
5.2.2 复位电路
上电复位电路如图4.6所示，是利用外部复位电路实现。

振荡器启动时间不超过10ms 。

在加电情况下，这个电可以使单片机复位。

按键手动复位又分按键脉冲电平复位和按键电平复位，如图7， 8。

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。

需说明的是，如复位电路中R 、C 的值选择不当，使复位时间过长，单片机将处于循环复位状态。

外部时钟信号 V C C
电阻、电容参数适宜于6MHz 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9。

图7 上电复位电 图8 按键脉冲复位电路
图9 按键电平复位电路
5.2.3 信号灯电路[2]
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。

89C51单片机上除了基本连线必须用
到的6个脚，还有34个引脚。

这里把LED 与89C51单片机的P0脚相连。

本次设计中按照图10的接法，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。

22μF
VCC 1K Ω
V CC
1K
Ω
VCC 200Ω
图10 信号灯电路
5.2.4 故障监控电路[3]
如图11所示。

是这类故障监控电路的方案之一，它利用T0作检测输入，只增加1个晶体管和几个电阻。

假定其中一个信号灯是受控断开的（输出口线送高电平），而其余信号灯皆受控接通。

这时晶体管Q1的6个输入端中有5个是低电平。

图11 故障监控电路
让单片机发出控制使所有信号灯都接通，则Q1应截止，测试T0应呈高电平。

如果这时存在控制线与+5伏电源短路或驱动晶体管断路等故障，则Q1仍导通，T0仍呈低电平，表示线路中存在着另一类故障。

这种故障监控功能很容易靠软
件来实现。

5.2.5报警电路
当故障监控电路检测到有故障时，系统设有报警电路中的蜂鸣器会发出响声。

报警电路如图12所示。

图12 报警电路
5.3 元器件清单
汽车转弯灯元器件清单如表3。

表3 汽车转弯灯元器件清单
名称数量名称数量LED 7 限流电阻（100Ω） 6 按键 1 电阻（1K） 3 下载线接口 1 上拉电阻（5.1K） 5 芯片插座（40PIN） 1 电容（30pF） 2 电源插针（2PIN） 1 电容（22μF） 1 整流桥 1 蜂鸣器 1 印刷板 1 三极管（NPN） 2 电阻（200Ω） 2 晶振（12MHz） 1 拨码开关 5
电源电路元器件清单如表4。

表4 电源电路元器件清单
名称数量名称数量
变压器（n=220:12）1 集成稳压
（CW7805）
1
限流电阻（300Ω）1 集成稳压
（CW7905）
1
整流桥 2 集成稳压
（CW7812）
1
电源插座 1 集成稳压
（CW7912）
1
极性电容（220
μF）
2 电容（0.1μF） 4
极性电容（3300
μF）
2 LED 4
极性电容（470
μF）
2 排线 1
单排针25 拨码开关 1
第6章汽车转弯灯控制系统软件设计
6.1 汽车转弯灯控制系统流程图
6.1.1 汽车转弯灯控制系统主程序流程图
控制系统主程序流程图如图13所示。

图13
6.2 软件和程序设计
6.2.1 软件设计
单片机的应用开发，除了保证硬件电路的正确连接以外，更重要的工作是进行软件的开发。

单片机与其他微型计算机一样，若没有软件的支持，所设计产品就没有什么用途。

在开发时，要掌握一定的程序设计和开发方法。

6.2.2 程序说明
原理图按键连线：
P3.0=刹车； P3.1=紧急； P3.2=停靠； P3.3=左转； P3.4=右转；
说明：键值是根据P3的状态来确定的。

源程序见附录1
第7章心得体会
随着这周的结束，课程设计也接近了尾声。

经过一周的奋战我的课程设计终于完成了。

通过课程设计不仅对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。

自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。

通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。

最后终于做完了有种如释重负的感觉。

此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

参考文献
[1]李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础［M］.北京：航空航天大学出版社，2000.147～156
[2]康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分[M].武汉：高等教育出版社，1998.57～116
[3]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）.武汉：华中理工出版社，2000
[4]徐爱钧，彭秀华。

Keil Cx51 V7.0单片机高级语言编程与μVision2应用实践[M].北京：电子工业出版社，2006.133～187
[5]丁元杰主编.单片微机原理及应用.北京：机械工业出版社.1998.8
[6]李广第主编.单片机基础.北京：北京航天工业出版社.2002
附录
源程序：
ORG 0000H
AJMP START1
ORG 0030H
SAME EQU 4EH
START1: MOV P1,#00H ;无输入时无输出START: MOV A,P3 ;读P3口数据
ANL A,#1FH ;取用P3口的低五位数据
CJNE A,#1FH,SHIY ;对P3口低五位数据进行判断
AJMP START1
SHIY: MOV SAME,A
LCALL YS ;延时
MOV A,P3 ;读P3口的数据
ANL A,#1FH ;取用P3口的低五位数据
CJNE A,#1FH,SHIY1 ;对P3口的低五位数据进行判断
AJMP START1 ;开关没有动作时无输出
SHIY1: CJNE A,SAME,START1
CJNE A,#17H,NEXT1 ;P3.3=0时进入左转分支
AJMP LEFT
NEXT1: CJNE A,#0FH,NEXT2 ;P3.4=0时进入右转分支
AJMP RIGHT
NEXT2: CJNE A,#1DH,NEXT3 ;P3.1=0时进入紧急分支
AJMP EARGE
NEXT3: CJNE A,#1EH,NEXT4 ;P3.0=0时进入刹车分支
AJMP BRAKE
NEXT4: CJNE A,#16H,NEXT5 ;P3.0=P3.3=0时进入左转刹车分支AJMP LEBR
NEXT5: CJNE A,#0EH,NEXT6 ;P3.0=P3.4=0时进入右转刹车分支
AJMP RIBR
NEXT6: CJNE A,#1CH,NEXT7 ;P3.0=P3.1=0时进入紧急刹车分支AJMP BRER
NEXT7: CJNE A,#14H,NEXT8 ;P3.0=P3.1=P3.3=0时进入左转紧急刹车分支AJMP LBE
NEXT8: CJNE A,#0CH,NEXT9 ;P3.0=P3.1=P3.4=0时进入右转紧急刹车分支AJMP RBE
NEXT9: CJNE A,#1BH,NEXT10 ;P3.2=0时进入停靠分支
AJMP STOP
NEXT10: AJMP ERROR ;其他情况进入错误分支
LEFT: MOV P1,#2AH ;左转分支
LCALL Y1s
MOV P1,#00H
LCALL Y1s
AJMP START
RIGHT: MOV P1,#54H ;右转分支
LCALL Y1s
MOV P1,#00H
LCALL Y1s
AJMP START
EARGE: MOV P1,#7FH ;紧急分支
LCALL Y1s
MOV P1,#00H
LCALL Y1s
AJMP START
BRAKE: MOV P1,#60H ;刹车分支
AJMP START
LEBR: MOV P1,#6AH ;左转刹车分支
LCALL Y1s
MOV P1,#40H
LCALL Y1s
AJMP START
RIBR: MOV P1,#6AH ;右转刹车分支LCALL Y1s
MOV P1,#40H
LCALL Y1s
AJMP START
BRER: MOV P1,#7EH ;紧急刹车分支LCALL Y1s
MOV P1,#60H
LCALL Y1s
AJMP START
LBE: MOV P1,#7EH ;左转紧急刹车分支LCALL Y1s
MOV P1,#40H
LCALL Y1s
AJMP START
RBE: MOV P1,#7EH ;右转紧急刹车分支LCALL Y1s
MOV P1,#20H
LCALL Y1s
AJMP START
STOP: MOV P1,#66H ;停靠分支
LCALL Y100ms
MOV P1,#00H
LCALL Y100ms
AJMP START
ERROR: MOV P1,#80H ;错误分支
LCALL Y1s
MOV P1,#00H
LCALL Y1s
AJMP START
YS: MOV R7,#20H ;延时
YS0: MOV R6,#0FFH
YS1: DJNZ R6,YS1
DJNZ R7,YS0
RET
Y1s: MOV R7,#04H ;延时
Y1s1: MOV R6,#0FFH
Y1s2: MOV R5,#0FFH
DJNZ R5,$
DJNZ R6,Y1s2
DJNZ R7,Y1s1
RET
Y100ms: MOV R7,#66H ;延时Y100ms1:MOV R6,#0FFH
Y100ms2:DJNZ R6, Y100ms2
DJNZ R7, Y100ms1
RET
END。