汽车转弯信号灯单片机控制系统的设计

第18卷第2期 计算技术与自动化 V ol.18　N o.2

1999年6月 CO M PU T IN G T ECHN O LO G Y A N D A U T O M A T ION Jun 1999

收稿时间:1998—12—30

作进简介:谭建豪,36岁,助理研究员,主要从事CAD 、CAM 计算机网络、

自动控制等研究。汽车转弯信号灯单片机控制系统的设计

谭建豪

(湖南省计算技术研究所,长沙,410012)

摘　要　本文在分析了汽车转弯信号灯的数字逻辑电路控制方式存在的种种不利因素的基础上,提出

了采用单片机作为该系统控制器的新方案。并对系统的硬件结构进行了阐述,对系统的监控程序进行了说明,对1Hz 、30Hz 闪烁信号产生与占空比形成的算法思想进行了详细论述。

关键词　汽车转弯信号灯　控制系统　单片机　占空比

0　引　言

传统的汽车转弯信号灯的控制采用数字逻辑电路实现。其典型结构如图1所示。虽然这图1　汽车转弯信号灯数字逻辑控制电路

种方式较分立元件电路有了较大改进,但由于其功能完全靠硬件实现,因而存在种种弊端:在这种控制线路中,要实现某种控制只能通过各芯片间的硬连线解决,而其控制功能已包含在固定线路之间,因此它的功能专一,不灵活;为了安全可靠、节约使用各芯片引脚,设置了许多带有制约关系的联锁电路,使电路在电源接通时,各器件都处于受制约状态。上述种种不利因素使得传统的汽车转弯信号灯控制系统很难达到更高的自动化、智能化程度,难以满足人们对设计、制作、使用、维护、功能调整和变更更加灵活方便的要求。

我们在汽车转弯信号灯控制系统中采用性能价格比较优的M CS —51系列单片机作为控制器,代替传统的控制电路,从而提高了自动化程度,增加了系统功能。

1　系统的控制要求

汽车驾驶时有左转弯、右转弯、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述及的6个信号灯全都闪烁;汽车刹车时,两

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个尾灯点亮;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30Hz 的高频闪烁。各种操作时,信号灯应输出的信号如表1所示。

表1　信号灯输出信号

输 出 信 号

驾　驶　操　作

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—闪烁—闪烁—

右转弯(合上右转开关)—闪烁—闪烁—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)————亮亮

左转弯刹车闪烁—闪烁—闪烁亮

右转弯刹车—闪烁—闪烁亮闪烁

左转弯时刹车,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(合上停靠开关)——30Hz闪烁30Hz闪烁30Hz闪烁30Hz闪烁

2　系统的硬件设计

本系统直接使用单片机内部程序存储器、数据存储器、定时功能、中断功能、I/O端口。其硬件电路由驾驶操作信号输入电路、8051单片机、功率放大及执行、显示和报警电路等部分组成,其总体结构如图2所示。

图2　汽车转弯灯单片机控制系统总体结构图

由图可见,各种驾驶操作信号自P2口送入单片机,而使信号点亮的输出信号自P1口输出。图中的晶体管是驱动级,图的下部是故障监控电路。在P1.0～P1.5共6路输出中,如轮流使某一电路的晶体管断开(P1口相应引脚输出低电平),这一路的信号灯将熄灭,而其它5路的晶体管接通(P1口引脚送高电平),相应的信号灯点亮,在正常情况下,信号灯熄灭的那路将使P1.7呈现低电平;要是P1.7出现高电平,则说明当前这一路有了故障。另外,如使6路晶体管全部接通,在正常情况下,P1.7应呈高电平;要是P1.7出现低电平,也说明信号线路存在故障。有故障时,通过软件使P1.6输出高电平,以点亮故障信号灯报警。

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3　系统的软件设计

系统监控程序,由主程序及多个功能模块子程序组成。主程序由0030H地址起的8条指令组成。7条用于初始化:对定时/计数器0预置数、设定定时/计数器0的工作方式、设定片内RAM20H单元的初值0、为定时/计数器0中断和启动定时/计数器0。最后一条是等定时/计数器0溢出中断。响应定时/计数器0溢出中断后,相应的中断服务子程序将以000BH为入口地址,为定时/计数器0重装载和保存现场后转去INT SUB。自INT SUB起包括两个主要模块:信号灯指示模块和故障监控模块。如IS时间未到,将有信号灯闪烁或点亮(表1)。每逢IS 时间到,则先执行故障监控程序,对信号灯指示电路(图2右部)检查一遍,然后再执行信号灯指示程序。信号灯指示程序和故障监控程序实现如表1所示的逻辑关系。其中1Hz、30Hz闪烁信号产生与占空比形成的算法比较巧妙。

3.1　1Hz闪烁信号的产生与占空比的形成

首先令定时/计数器0工作处于方式1的定时器方式,且预置F000H,在12M Hz晶振的情形下,每隔4096 S将溢出一次。另外,片内RAM20H单元为计数器,初值置为244,每逢定时/计数器0溢出一次便减1,当减到0时,经历的时间=244×4096 S=1S。

在上述1S时间内。片内RAM20H单元最高位不为1的时间为(127/244)S),为1的时间为(244-127)/244=117/244S,故该位可得占空比接近50%的1Hz闪烁信号。

3.2　30Hz闪烁信号的产生与占空比的形成

前述片内RAM20H单元的初值置为244,也即11110100B。如将前5位与后3位分开看,则前5位为30,后3位可有8种变化。该20H在自244减到0的过程中,前5位每1/30S变化一次(减1)。在这1/30S中,如根据后3位的变化情形使输出电平在0,1间反复一次,输出电平便呈现30Hz闪烁信号。闪烁信号的占空比视1/30S中1电平所占的比例而定,见表2。

表2　30Hz闪烁信号的产生与占空比的形成

片内RAM20H单元各位的电平

输　出　电　平76543210

××××××110111111×××××1100111111×××××1010011111×××××1000001111×××××0110000111×××××010*******×××××0010000001×××××0000000000占空比(%)12.52537.55062.57587.5

本程序选定占空比为62.5%。由表2知:后3位自111减至011的过程内输出电平均为1。满足这一条件的逻辑式为:02H+01H+001H=1,式中00H,01H,02H直接寻址位地址。

参考文献

1　曹巧编著・单片机原理及应用・电子工业出版社,1997

2　孙虎章主编・自动控制原理・中央广播电视大学出版社,1994