单片机结合8255的汽车灯系统设计.doc

单片机课程设计说明书目 录1. 设计内容及要求1 1.1汽车灯光控制设计的意义11.2设计的目的11.3设计的内容和要求22.系统总体结构23.硬件设计33.1单片机的选择33.2系统工作原理33.3 5V稳压电路33.4复位电路设计及工作原理4 3.5时钟电路设计43.6输入部分设计63.7输出部分设计74.软件设计84.1主程序流程图84.2引脚的分配104.3程序设计说明105.系统调试105.1硬件调试及排故障105.2软件调试116.设计小结11参考文献13附录: 元件清单14附录：原理图14附录：程序清单15附录：实物图18任务书20I1设计内容及要求1.1汽车灯光控制设计的意义 随着科技的不断发展，社会的不断进步，人们越来越离不开汽车，汽车不仅仅是一种代步工具，还是一种社会生活水平和身份的象征。但是，随着汽车数量的不断增加，汽车在带给我们方便的同时也带来了大量的交通事故。因此，道路安全就越来越引起人们的关注。据相关部门统计表明，大量事故都是发生在道路的转弯处或是因为前面的汽车突然刹车而后面的车辆没有及时注意时发生的，因此汽车灯作为一种警示灯，它的重要性就不言而喻了。仅仅依靠汽车本身的结构因素很难保证汽车的行车安全，因而必须对车辆的主要安全部位按一定的技术标准进行定期的检查、考核，并且取得各项准确的数据，科学定量地判断车辆安全装置的状况，给出合适的评价。而汽车灯光故障率在汽车行驶过程中是很高的，汽车灯光故障时，不能正确反应驾驶员的行车意识且给安全行车留下了事故隐患。老式汽车灯通常是基于传统的机械和纯电路的控制方式，其正常工作完全取决于尾灯系统所采用的硬件来保证的，一旦电路老化、接触不良或是机械元件变形都将不能及时触发电源开关，导致电路出现故障。这种问题经常发生，除了选用更好的硬件系统和元件外，几乎没有别的方法来避免这类故障的发生，而随着科技的发展，越来越多的电子产品得到了飞速的发展。许多电器设备越来越趋于智能化、人性化，这些电器设备几乎含有CPU控制器或单片机。而单片机以其可靠性高、性价比高、低电压、低功耗等一系列优点得到飞速的发展和大范围推广，因此选用智能型的元件来进行系统的设计，增加系统的稳定性和可控制性是非常必要且有重要意义的。 本文所研究的课题是基于AT89S52和8255A汽车灯光控制的设计，在该系统中，通过5个LED来模拟汽车灯的基本工作状况，汽车灯控制系统的研究不仅使汽车的先进性、美观性有了很大的提高，更加重要的是降低了交通事故发生的可能性。1.2设计的目的 了解汽车灯光控制电路的工作原理，掌握外围电路的设计与主要性能参数的测试方法，要求掌握基于单片机或数字集成电路的汽车灯光控制器的设计方法与数字电子线路系统的装调技术。更好的掌握和加深对基础知识的运用和理解，学习如何设计中小型系统，并且独立的完成调试过程，增强理论与实际结合的能力，提高电路设计和分析的能力。通过课题研究引导，使在理论下有所创新，为日后工作实践奠定结实的基础。 1.3设计的内容和要求本次设计的内容是：利用8255A分别实现控制汽车的左转向灯、右转向灯、倒车灯、故障灯、雾灯。要求是：设置六个按键分别控制左转向灯慢闪烁、右转向灯慢闪烁、倒车灯长亮、故障灯快速闪烁、雾灯慢闪烁，所有灯。2.系统总体结构 汽车灯光控制系统总体结构图如图2-1所示：8255A芯片AT89S52单片机 复位系统显示系统时钟系统数据输入按键系统图2-1 汽车灯光控制系统电路设计框图复位系统的主要作用是把特殊功能寄存器的数据刷新为默认数据，单片机在运算过程中由于干扰等外界原因造成寄存器中数据混乱不能使其正常继续执行程序或产生的结果不正确时均需要复位，以使程序重新开始运行。时钟系统主要作用是给单片机正常工作提供稳定的时钟信号。按键系统有复位按键和灯光控制键组成，分别实现复位和对汽车灯的控制。显示系统即LED灯光显示。3.硬件设计3.1单片机的选择 AT89S52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52单片机为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。3.2 8255的结构和功能 8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。 其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分:与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。本次课程设计主要用了8255的A口、B口，运用工作方式0，PA0PA4的基本I/O输出方式，PB0PB5的基本I/O输入方式。3.3系统工作原理 这个系统硬件主要包括以下的四大模块：AT89S52单片机系统、8255可编程并行I/O接口芯片、LED灯阵、逻辑开关控制器，从而形成了信号的控制器、识别电路和发光电路这三个模块。其中单片机系统作为中央处理单元，8255为扩展单元，根据逻辑开关控制器来检测到驾驶员所执行开关控制信号，获得相应的信号进行传输，使单片机系统收到对应的指令，从而使LED灯阵发出相应的指示。系统总体设计方案如图3-1所示：扩展单片机输入接口输出接口逻辑开关控制LED灯阵LED 控制电路图3-1 系统工作原理图3.4 5V稳压电路将8V以上交/直流稳压成系统所需的5V直流电，供CPU、IC等使用。交流8V稳压成5V直流电压电路如图3-2所示：图3-2 交流8V稳压成5V直流电压电路图3.5复位电路设计及工作原理 复位是单片机的初始化操作。单片机系统在上电启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部复位电路才能实现。单片机的外部复位电路有上电自动复位和按键手动复位两种。在上电+按键复位电路中，如图3-3，复位键按下后，复位端与Vcc电源接通，迅速放电，使RST引脚为高电平，复位按键弹起后，电源Vcc通过10K的电阻对10uF电容重新充电，RST引脚端出现复位正脉冲，其持续时间取决于RC电路的时间常数。 T=12*1/12MHZ=1us开机的时候，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充电到电源电压的0.7倍（单片机的电源是5V，所以充电到0.7倍即为3.5V）需要的时间是10K*10uF=0.1s。也就是说在电脑启动的0.1s内，电容两端的电压在03.5V增加。这个时候10K电阻两端的电压从51.5V减少（串联电路各处电压之和为总电压）。所以在0.1s内，RST引脚所接收到的电压是5V1.5V。在5V正常工作的51单片机中小于1.5V的电压信号为低电平信号，而大于1.5V的电压信号为高电平信号，因此在开机0.1s内，单片机系统自动复位。 复位电路如图3-3所示： 图3-3复位电路图3.5时钟电路设计时钟电路是由一个12MHZ的晶振和两个30pF的电容组成的。51单片机最小系统晶振也可以采用6MHz或者12MHz，在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。 51单片机最小系统起振电容C1、C2一般采用1533pF，此处选用30pF并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。晶振电路如图3-4所示：图3-4 晶振电路图3.6输入部分设计按键如图3-5所示：图3-5输入部分设计图功能键对应的功能列表如表3-1所示：表3-1按键对应的功能序号按键对应功能1SW1左转2SW2右转3SW3倒车4SW4故障5SW5雾灯6SW6停靠3.7输出部分设计发光二极管如图3-6所示:图3-6输出部分设计图 按下左转向键SW1，左转向灯间隔闪烁，再按一次关闭。按下右转向键SW2，右转向灯间隔闪烁，再按一次关闭。按下倒车键SW3，倒车灯常亮，再按一次倒车灯关闭。按下故障键SW4，故障灯间隔闪烁，再按一次关闭。按下雾灯键SW5，雾灯常亮，再按一次雾灯关闭。. 按下停靠键SW6，所有灯常亮，再按一次所有灯关闭。二极管对应车灯状态如表3-2所示：表3-2车灯状态序号状态功能111111110=feH左转向灯闪烁211111101=fdH右转向灯闪烁311111011=fbH倒车灯长亮411110111=f7H故障灯闪烁511101111=efH雾灯闪烁600000000=00H停靠所有灯全亮4.软件设计 4.1主程序流程图流程图是使用图形表示算法的思路是一种极好的方法，不论采用何种程序设计方法，程序总体结构确定后，一般以程序流程图的形式对其进行描述。总体框图中的各个子模块或各个子任务也应该结合具体的教学模型和算法画出较详细的程序流程图，供后面编写具体程序和阅读程序使用。主程序流程图如图4-1所示：8255初始化，A口为方式0输出，B口为方式0输入从B端口读取状态数据N判断是否有键闭合件 Y 调用按键处理程序，判断是什么功能键是否有键断开?输出指示灯，延时再读取数据左转? N Y输出指示灯，延时再读取数据右转? N是否有键断开? Y是否有键断开?输出指示灯，再读取数据倒车? N Y是否有键断开?输出指示灯，延时再读取数据故障? N Y是否有键断开?输出指示灯，延时再读取数据雾灯? N Y是否有键断开?输出指示灯，再读取数据停靠? N 图4-1主程序流程图4.2引脚的分配D0.7接P0.7 PB：接灯光控制按键。PA：接各种汽车灯。RST：接复位电路。XTAL1/XTAL2：接晶振电路。 EA:接5V电源。4.3程序设计说明 见附录III5.系统调试单片机应用系统的调试包括硬件和软件两部分，一般的方法是先排除明显的硬件故障，再进行综合调试，排除可能的软/硬件故障。5.1硬件调试及排故障最小系统的电路不工作，首先应该确认电源电压是否正常。用电压表测量接地引脚跟电源引脚之间的电压，看是否符合电源电压，常用的是5V左右。接下来就是检测复位引脚的电压是否正常，EA引脚的电压正常为5V左右。 排除逻辑故障：这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。排除元器件失效，造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。 排除电源故障：在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与GND之间电位，若在5V4.8V之间属正常。若有高压，有时会使应用系统中的集成块发热损坏。本系统经过三个部分的电路设计、检查、修改，最终硬件设计合理。5.2软件调试软件调试可以采取离线调试和在线调试两种方式。前者不需要硬件仿真器，可借助于软件仿真器即可；后者一般需要仿真系统的支持。本次设计中使用了Keil软件来调试程序，通过各个模块程序的单步或跟踪调试，使程序逐渐趋于正确，最后统调程序。仿真部分采用Proteus软件，此软件功能强大且操作较为简单，可以很容易的实现各种系统的仿真。首先打开Proteus软件，在元件库中找到要选用的所有元件，然后进行原理图的绘制；绘制好后再选择wave6000已经编译好的*.hex文件，选择运行，观察显示结果，根据显示的结果和课题的要求再修改程序，再运行查，直到满足要求。在完成软硬件的分别调试后，我们还必须将汽车灯光控制电路的硬件和软件部分结合起来，进行系统联调，检验系统能否正常运行，测试系统各项性能指标，看是否能够达到预期的要求，必要时，还要不断地修改和完善程序，直到系统能够实现预期的功能。6.设计小结附录：原理图附录：程序清单#include#include#include#define TRUE 1#define PA8255 XBYTE0x0000/*定义8255A口地址*/#define PB8255 XBYTE0x2000/*定义8255B口地址*/#define COM8255 XBYTE0x6000/*定义8255控制寄存器地址*/#include#define TURN_ON_leftled PA8255=0xfe#defineTURN_OFF_leftled PA8255=0xff#defineTURN_ON_rightled PA8255=0xfd#defineTURN_OFF_rightled PA8255=0xff#defineTURN_ON_backled PA8255=0xfb#defineTURN_OFF_backled PA8255=0xff#defineTURN_ON_errled PA8255=0xf7#defineTURN_OFF_errled PA8255=0xff#defineTURN_ON_fogled PA8255=0xef#defineTURN_OFF_fogled PA8255=0xffvoid time(unsigne