基于单片机-AT89C51-的汽车尾灯控制电路课程设计

物理与电子信息系物理与电子信息系 课程设计报告 课程名称 单片机课程设计 题 目 汽车尾灯的设计 学生姓名 李海标 学 号 学生姓名 唐 凯 学 号 系 部 物理与电子信息系 专业年级 电子信息工程专业 2011 级 指导教师 余 胜 职 称 副 教 授 湖南人文科技学院物理与电子信息系制 目目 录录 摘要 1 1 1 设计课题任务 功能要求说明及总体方案介绍 设计课题任务 功能要求说明及总体方案介绍 2 1 11 1 设计课题任务设计课题任务 2 1 21 2 功能要求说明功能要求说明 2 1 31 3 设计课题总体方案介绍及工作原理说明设计课题总体方案介绍及工作原理说明 2 1 3 1 汽车尾灯的设计思路与频率计算 2 1 3 2AT89C51 芯片介绍 3 2 2 设计课题硬件系统的设计 设计课题硬件系统的设计 6 2 12 1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍设计课题硬件系统各模块功能简要介绍 6 2 1 1 复位电路 6 2 1 2 时钟振荡电路 6 2 1 3 独立键盘电路 7 2 1 4 LED 显示电路 8 2 2 设计课题电路原理图 设计课题电路原理图 PCB 图 元器件清单图 元器件清单 8 2 2 1 原理图 8 2 2 2 PCB 图 8 2 2 3 仿真图 8 2 2 4 元器件清单 8 3 3 设计课题软件系统的设计 设计课题软件系统的设计 9 3 13 1 设计课题使用单片机资源的情况设计课题使用单片机资源的情况 9 3 1 1 键盘设定 9 3 1 2 发光二级管显示设定 9 3 23 2 设计课题软件系统程序流程框图设计课题软件系统程序流程框图 9 3 2 1 主程序流程图 9 3 2 2 键扫程序流程图 10 3 2 3 延时程序流程图 11 3 2 4 显示程序流程图 12 3 33 3 设计课题软件系统程序清单设计课题软件系统程序清单 12 4 4 仿真结果与误差分析 仿真结果与误差分析 13 4 14 1 汽车尾灯控制电路的使用说明汽车尾灯控制电路的使用说明 13 4 24 2 汽车尾灯控制仿真结果汽车尾灯控制仿真结果 13 4 34 3 硬件调试硬件调试 14 4 44 4 设计体会设计体会 15 致致 谢谢 16 参考文献参考文献 17 附附 录录 18 一 原理图一 原理图 18 二 二 PCBPCB 图图 19 三 仿真电路图三 仿真电路图 19 四 设计课题元器件清单四 设计课题元器件清单 20 五 程序清单五 程序清单 21 1 摘要 汽车作为现代交通工具已经大量进入我们的生活随着科技的发 展对于汽车的控制电路也已从过去的全人工开关控制发展到了智能 化控制 本设计介绍了一种基于单片机的汽车尾灯控制电路的设计方法 主要以 AT89C51 单片机为核心构成单片机控制电路并用三个按键对 汽车左转右转刹车进行控制汽车左转弯时左灯循环闪烁右转时右灯 循环闪烁 急刹车时左右灯同时闪烁 它的特点是电路简单制作方 便容易操作可广泛应用于长时间工作的系统中 关键词 关键词 汽车尾灯控制 电子线路综合设计 51 单片机 2 1 1 设计课题任务 功能要求说明及总体方案介绍 设计课题任务 功能要求说明及总体方案介绍 1 11 1 设计课题任务设计课题任务 设计并制作一个汽车尾灯控制电路 1 21 2 功能要求说明功能要求说明 假设汽车尾部左右两侧各 3 个指示灯 用发光二极管模拟 1 汽车正常运行时指示灯全灭 2 右转弯时右侧 3 个指示灯按右循环顺序点亮 3 左转弯时左侧 3 个指示灯按左循环顺序点亮 4 临时刹车时所有所有指示灯同时闪亮 1 31 3 设计课题总体方案介绍及工作原理说明设计课题总体方案介绍及工作原理说明 1 3 1 汽车尾灯的设计思路与频率计算 1 方案一基于单片机 AT89C51 的汽车尾灯控制电路设计 直接用 AT89S51 单片机来实现汽车尾灯控制电路设计 AT89S52 是一种带 8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压 高性能 CMOS8 位微处理器俗称单片机 单片机的可擦除只读存储器 可以反复擦写 1000 余次 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器 组合在单个芯片中 ATMEL 的 AT89S52 是一种高效微控制器为很多 嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 2 方案二基于电子元件的汽车尾灯控制电路设计 通过把脉冲电路 开关控制电路 三进制电路 译码与显示驱 动电路等模块组合来实现 首先通过 555 定时器构成的多谐振荡器 产生频率为 1Hz 的脉冲信号该脉冲信号用于提供给双 J K 触发器 3 构成的三进制计数器和开关控制电路中的三输入与非门的输入信号 其次双 J K 触发器构成的三进制计数器用于产生 00 01 10 的循 环信号此信号提供左转 右转的原始信号最后左转 右转的原始信 号通过 6 个与非门以及 7410 提供的高低电位信号将原始信号分别 输出到左 右的 3 个汽车灯上 得到的信号即可输出到发光二极管 撒谎能够实现所需功能 3 采用方案 用以上两种方案均可实现对汽车尾灯电路的控制要求考虑到方 案二这种用电子元件接的汽车尾灯控制电路的方法成本高电路复杂 接点较多电路稳定性差 而方案一用单片机来实现汽车尾灯控制电路设计无须外接其他 芯片电路结构简单充分利用了单片机的资源 所以我们选择方案二 来实现汽车尾灯的控制 1 3 2AT89C51 芯片介绍 图 1 3 2 AT89C51 引脚图 4 管脚说明 VCCVCC 供电电压 GNDGND 接地 P0P0 口 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 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 P1P1 口 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收 P2P2 口 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 P3P3 口 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 后它们被内部上拉为高电 平并用作输入 作为输入由于外部下拉为低电平 P3 口将输出电流 ILL 这是由于上拉的缘故 P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能 口 如下所示 口管脚 备选功能 P3 0 RXD 串行输入口 P3 1 TXD 串行输出口 5 P3 2 INT0 外部中断 0 P3 3 INT1 外部中断 1 P3 4 T0 记时器 0 外部输入 P3 5 T1 记时器 1 外部输入 P3 6 WR 外部数据存储器写选通 P3 7 RD 外部数据存储器读选通 RST 复位输入 ALE PROG 当访问外部存储器时地址锁存允许的输出电平用于 锁存地址的地位字节 PSEN 外部程序存储器的选通信号 EA VPP 当 EA 保持低电平时则在此期间外部程序存储 0000H FFFFH 不管是否有内部程序存储器 注意加密方式 1 时 EA 将内部锁定为 RESET 当 EA 端保持高电平时此间内部程序存储器 XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 6 2 2 设计课题硬件系统的设计 设计课题硬件系统的设计 2 12 1 设计课题硬件系统各模块功能简要介绍设计课题硬件系统各模块功能简要介绍 该汽车尾灯控制器主要由时钟电路 复位电路 显示电路以及 键盘电路构成 2 1 1 复位电路 1 复位电路有两种基本形式 一种是上电自动复位 一种是按 键手动复位 2 上电复位要求接通电源后单片机自动实现复位操作 上电瞬 间 RESET 引脚获得高电平随着电容的充电 RERST 引脚的高电平 逐渐下降 RERST 引脚的高电平只要能保持足够的时间 2 个机器 周期 单片机就可以进行复位操作 3 上电与按键均有效的复位电路不仅在上电时可以自动复位而 且在单片机运行期间利用按键也可以完成复位操作 本次设计复位 电路电路图如图 2 1 所示 图 2 1 1 复位电路图 2 1 2 时钟振荡电路 1 时钟电路用于产生时钟信号在芯片内部有一个高增益的反相 放大器其输入端为引脚 X1 输出端为引脚 X2 而在 AT89S52 芯片 X1 7 和 X2 之间跨接晶体振荡器和微调电容从而构成一个稳定的自激振 荡器 如图 2 2 所示 图 2 1 2 时钟振荡电路 2 一般电容 C1C2 取 30PF 左右晶体的振荡频率范围是 1 2 12MHZ 理论上晶体震荡频率越高则系统运行速度也越快 本次设计 元件取值如图中标示 2 1 3 独立键盘电路 该汽车尾灯控制器在设计中采用的是三按键独立式键盘 A 键 为左转弯键 B 键为右转弯键 C 键为刹车键 且 A B C 任一键都 独自连一个 I O P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 口线说明它们可以独 立实现相应的功能 I O 口线通过按键与地直接相连 A B C 中任 一键在没有被按下时 I O P1 0 P1 1 P1 2 P1 3 口各个引脚 都为高电平 一旦有键被按下相应的 I O 口就变为低电平 在编程 环节中也是通过相应 I O 口是否有电平变化 当然要在一定的时间 范围内 来识别是否有键按下 独立键盘式电路如图 2 3 所示 图 2 1 3 独立式键盘电路 8 2 1 4 LED 显示电路 显示是用来观察所预定的结果是一种或者说几种功能的实现 用 来向用户提供信息 LED 二极管分别接至 P3 口的 P3 0P3 5 其中阳 极接其中阳极接高电平阴极接入 P3 口编程时只要对应位的口线是 低电平就可使发光二级管点亮 电路如图 2 4 所示 图 2 1 4LED 显示管电路 2 2 设计课题电路原理图 设计课题电路原理图 PCB 图 元器件清单图 元器件清单 2 2 1 原理图 见附录图 1 2 2 2 PCB 图 见附录图 2 2 2 3 仿真图 见附录图 3 2 2 4 元器件清单 见附录图 4 9 3 3 设计课题软件系统的设计 设计课题软件系统的设计 3 13 1 设计课题使用单片机资源的情况设计课题使用单片机资源的情况 3 1 1 键盘设定 S1 键 左转弯键 接 P1 0 S2 键 右转弯键 接 P1 1 S3 键 急刹车键 接 P1 2 3 1 2 发光二级管显示设定 LED1 左转弯灯 3 接 P3 0 LED2 左转弯灯 2 接 P3 1 LED3 左转弯灯 1 接 P3 2 LED4 右转弯灯 1 接 P3 3 LED5 右转弯灯 2 接 P3 4 LED6 右转弯灯 3 接 P3 5 3 23 2 设计课题软件系统程序流程框图设计课题软件系统程序流程框图 3 2 1 主程序流程图 开开 始始 左侧左侧 LEDLED 循序亮循序亮右侧右侧 LEDLED 循序亮循序亮 判断是否为启动信号判断是否为启动信号 判断是否有信号发出判断是否有信号发出 判断是否有信号发出判断是否有信号发出 判断信号功能判断信号功能 所有所有 LEDLED 同时闪同时闪 是 否 是 是 左转右转 刹 车 图 3 2 1 主程序流程图 10 3 2 2 键扫程序流程图 结束 开始 有键闭合 调显示子程序延时去抖 有键闭合 键是否释放 调显示子程序 保存键值 N N N Y Y Y 图 3 2 2 键扫描子程序流程图 11 3 2 3 延时程序流程图 子程序入口 内循环是否结束 外循环是否结束 返回 设外循环次数 设内循环次数 N Y Y 图 3 2 3 延时子程序流程图 12 3 2 4 显示程序流程图 开始 现场保护 改变寄存器 组号 送断控码 送位控码 延时 缓冲地址加 1 位控码左移 是否到最高位 现场恢复 结束 N Y 3 2 4 显示程序流程图 3 33 3 设计课题软件系统程序清单设计课题软件系统程序清单 程序清单详见附录 13 4 4 仿真结果与误差分析 仿真结果与误差分析 4 14 1 汽车尾灯控制电路的使用说明汽车尾灯控制电路的使用说明 该控制电路主要由 3 个按键 1 2 3 来控制汽车的左转 右 转和刹车 4 24 2 汽车尾灯控制仿真结果汽车尾灯控制仿真结果 4 2 1 正常运行时所有 led 全灭 图 4 2 1 正常运行时所有 led 全灭 4 2 2 按下左转弯键时左 led 左循环点亮 图 4 2 2 按下左转弯键时左 led 左循环点亮 14 4 2 3 按下右转弯键时右 led 右循环点亮 图 4 2 3 按下右转弯键时右 led 右循环点亮 4 2 4 按下刹车键时所有 led 全部点亮 图 4 2 4 按下刹车键时所有 led 全部点亮 4 34 3 硬件调试硬件调试 电路焊好后通过 USB 接口提供 5V 电压左转向的时候左转按键 按下左边的 3 个灯左循环点亮右转弯的时候右转按键按下右边 3 个灯右循环点亮急刹车的时候急刹车按键按下全部 LED 点亮试验成 功 15 4 44 4 设计体会设计体会 通过这次设计使我感触很深 本次课程设计重点放在培养学生 的动手和动脑能力上 尤其在 51 单片机最小系统板的硬件设计 制作及软件程序的编写上更能体现出对学生自己动手 动脑的要求 及锻炼 首先 在原理图及 PCB 图流程图的设计方面不仅使我再一次熟 悉了各种作图工具的应用而且培养了我在设计原理图时的一些技巧 和好的习惯 从原理图 PCB 图 转印 腐蚀 焊接到调试检测 每一步都需要细心和耐心 其次 在制作实物上我真正认识到理论知识和实际应用的重要 性培养了我认真 耐心的工作态度 无论是在制板 检测电路还是 在程序的设计 调试过程都需要我们用认真 耐心的态度去对待 第三 也是最重要的一点 就是对我在软件设计时动脑的锻炼 无论是在学校还是以后从事工作以后 我们工作能力的体现就是我 们有没有创新的精神 而创新就是我们动脑筋的结果 在此次课程 设计中 我曾借鉴了一些老师的课件里和其他参考书里的一些程序 然后经过自己的改进 设计出来了这次课程设计的程序 相当的有 成就感 这次课程设计总体是很成功的能够成功的做出来实物让我觉得 很有成就感和自豪感 但是同时也发现了自己许多错漏和不足之处 譬如做事缺乏耐性和细心 当遇到困难时总觉得无从下手 对于课 本上的知识不能很好的组织起来 不能用简单的 C 语言