汽车尾灯控制系统毕业设计

毕 业 设 计 论 题题 目目 汽车尾灯控制系统的设计汽车尾灯控制系统的设计 专专 业业 电子信息工程技术电子信息工程技术 班班 级级 20102010 级级 姓姓 名名 学学 号号 指导教师指导教师 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 1 目目 录录 摘要摘要 1 1 1 课题引入 2 1 2 设计任务和内容要求 3 二二 基于基于 AT89S51AT89S51 的汽车尾灯控制系统的设计方案的汽车尾灯控制系统的设计方案 3 2 1 设计方案分析 3 2 2 主要元器件的介绍 3 2 3 方案规划及设计 具体设计 7 2 4 硬件电路设计及工作原理 7 2 5 软件设计 9 2 5 1 仿真 12 三三 结束语结束语 16 四四 设计中遇到的问题和不足设计中遇到的问题和不足 16 致致 谢谢 17 参考文献参考文献 17 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 2 基于基于 AT89S51AT89S51 单片机的汽车尾灯控制单片机的汽车尾灯控制 摘要摘要 为了减少交通事故隐患和提高汽车 摩托车等机动车辆尾灯电路的使用寿命 本文 设计了一种利用 AT89S51 单片机对汽车尾灯工作状态进行控制的控制器系统 首先介绍 了系统的总体设计方案 其次结合实际应用给出了界面模式与主控芯片单片机的外围电 路 为了实现系统的控制功能 采用 C 语言编程 文中详细介绍了软件设计流程图及实 现方法 最后 将软件系统与硬件电路结合调试 实现了左转 右转 刹车及夜间行车 四种常用的汽车尾灯状态 关键字 AT89S51AT89S51 C C 语言编程语言编程 设计程序设计程序 1 11 1 课题引入 课题引入 随着现代社会的不断进步 人们愈来愈离不开汽车 然而 随着汽车数量的急剧增 加 道路安全就愈发引起人们的关注 现在认识到 仅仅依靠汽车本身的结构因素保证 行车安全 已经是不现实的事情 因而必须强化对车辆上涉及安全的主要部位 进行定 期的检查 并按一定的技术标准对它们的技术状况加以考核 通过具有一定精度的各种 检验台测试取得的数据 科学而又定量地判断车辆安全装置的技术状况 给出恰当的评 价 而汽车车灯故障率在汽车行驶过程中是比较高的 车灯故障时 不能正确反应汽车 驾驶员的行车意识而给安全行车埋下事故隐患 而随着电子系统能够在汽车产品中的广泛应用 大大保证了控制系统的自动化 而 且汽车造型日趋流线型 汽车尾灯对于汽车整体造型的完美体现有着很大作用 汽车尾 灯控制系统在汽车成品中所占的比重也逐渐加大 尾灯又是汽车品牌的最好体现 不同的尾灯的形状 在车上的安装位置 不同信号 功能的相对位置等都是使汽车独树一帜的有效手段 同时 对汽车整体而言 尾灯安装 后 与车身必须能浑然一体 并且在点亮与未点亮时都具有整体的协调性 国内汽车尾 灯控制技术方面的产品主要是动态式图文显示的汽车尾灯口 本文所研究和开发的课题是汽车尾灯控制器的电路设计 其基于 Intel 公司生产的 AT89S51 芯片设计了汽车尾灯控制系统 在该系统中 通过 6 个 LED 显示汽车尾灯的基 本工作状况 汽车尾灯控制系统的研发不仅使汽车的先进性有了较大提高 更重要的是 降低了交通事故发生的可能性 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 3 1 21 2 设计任务和内容要求设计任务和内容要求 1 基本功能描述 用 6 只小灯泡模拟 6 只汽车尾灯 左侧 3 只 右侧 3 只 用 4 个开关分 别模拟脚踏制动器 停车信号 左转弯控制和右转弯控制 汽车在转弯时 该侧的 3 只尾灯按下列状态周期性的亮与暗 000 100 110 111 000 在无制动时 如果驾驶员不慎将两个转向开关都接通 则两侧的尾灯都 作同样的周期性亮暗变化 在制动时 若转弯开关未合上 或错误的将两个转弯开关都合上 所有 的 6 只尾灯均亮 停车时 6 只尾灯按脉冲频率闪亮 2 设计要求设计要求 完成电路设计方案 电路设计原理及接线图 考虑电路制作 调试与仿真 二二 基于基于 AT89S51AT89S51 的汽车尾灯控制系统的设计方案的汽车尾灯控制系统的设计方案 2 1 设计方案分析设计方案分析 之所以会选择通过 AT89S51 型号的单片机编写程序 来控制 LED 的亮与灭 是因为 单片机编写程序较直接 用硬件电路搭建方便 这样可以大大简化系统结构 降低材料 的成本 提高系统的先进性和可靠性 能实现控制器的系统编程 采用这种器件开发数 字系统其升级与改进极为方便 原因有以下几点 一 由于现在单片机技术普及 加上用单片机实现起来方便也很简单 所以我决 定使用单片机来驱动整个电路的运行 二 单片机的运行都是要有晶振驱动的 有的单片机是内部晶振驱动单片机 有 的单片机是外部设计含有晶振的驱动单片机的运行 所以要设计一个驱动 电路去驱动单片机 三 余姚往单片机中下载编好的程序 一是用在线下载 而是用下载器下载到单 片机中 在没有下载器的情况下 使用在线下载很方便 我选用的是 AT89S51 型号单片机 以下是对它的详细介绍 2 22 2 主要元器件的介绍主要元器件的介绍 AT89S51AT89S51 芯片简介芯片简介 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 4 AT89S51 是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k Bytes ISP In system programmable 的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器 器件采用 ATMEL 公司的 高密度 非易失性存储技术制造 兼容标准 MCS 51 指令系统及 80C51 引脚结构 芯片 内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元 功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案 AT89S51 具有如下特点 40 个引脚 4k Bytes Flash 片内程序存储器 128 bytes 的随机存取数据存储器 RAM 32 个外部双向输入 输出 I O 口 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断 2 个 16 位可编程 定时计数器 2 个 全双工串行通信口 看门狗 WDT 电路 片内时钟振荡 器 AT89S51 引脚图 此外 AT89S51 设计和配置了振荡 频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电 模式 空闲模式下 CPU 暂停工作 而 RAM 定时计数器 串行口 外中断 系统可继续工作 掉电模式冻结振荡 器而保存 RAM 的数据 停止芯片其它 功能直至外中断激活或硬件复位 同 时该芯片还具有 PDIP TQFP 和 PLCC 等三 种封装形式 以适应不同产品 的需求 主要功能特性 兼容 MCS 51 指令系统 4k 可反复擦写 1000 次 ISP Flash ROM 32 个双向 I O 口 4 5 5 5V 工作电压 2 个 16 位可编程定时 计数器 时钟频率 0 33MHz 全双工 UART 串行中断口线 128x8bit 内部 RAM 2 个外部中断源 低功耗空闲和省电模式 中断唤醒省电模式 3 级加密位 看门狗 WDT 电路 软件设置空闲和省电功能 灵活的 ISP 字节和分页编程 双数据寄存器指针 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 5 AT89S51 为 ATMEL 所生产的可电气烧录清洗的 8051 相容单芯片 其内 部程序代码容 量为 4KB AT89S51 主要功能列举如下 主要功能列举如下 一 1 为一般控制应用的 8 位单芯片 2 晶片内部具时钟振荡器 传统最高 工作频率可至 12MHz 3 内部程式存储器 ROM 为 4KB 4 内部数据存储器 RAM 为 128B 5 外部程序存储器可扩充至 64KB 6 外部数据存储器可扩充至 64KB 7 32 条双向输入输出线 且每条均可以单独做 I O 的控制 8 5 个中断向量源 9 2 组独立 的 16 位定时器 10 1 个全多工串行通信端口 11 8751 及 8752 单芯片具有数据保密 的功能 12 单芯片提供位逻辑运算指令 AT89S51 各引脚功能介绍 各引脚功能介绍 二 VCC AT89S51 电源正端输入 接 5V VSS 电源地端 XTAL1 单芯 片系统时钟的反相放大器输入 端 XTAL2 系统时钟的反相放大器输出端 一 般在设 计上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振荡晶体系统就可以动 作了 此外可以在 两引脚与地之间加入 一 20PF 的小电容 可以使系统更稳定 避免噪声干扰而死机 RESET AT89S51 的重置引脚 高电平动作 当要对晶片重置时 只要对此引脚电平 提升至高电平并保持两个机器周期以上 的时间 AT89S51 便能完成系统重置的 各项动 作 使得内部特殊功能寄存器之 AT89S51 内容均被设成已知状态 并且至地址 0000H 处 开始读入程序代码而执行程序 EA Vpp EA 为英文 External Access 的缩写 表示存取外部程序代码之意 低电平 动作 也就是说当此引脚接低电平后 系统会取用外部的程序代码 存于外部 EPROM 中 来执行程序 因此在 8031 及 8032 中 EA 引脚必须接低电平 因 为其内部无程序存 储器空间 如果是使用 8751 内部程序空间时 此引脚要接成 高电平 此外 在将程序 代码烧录至 8751 内部 EPROM 时 可以利用此引脚来 输入 21V 的烧录高压 Vpp ALE PROG ALE 是英文 Address Latch Enable 的缩写 表示地址锁存器启用信号 AT89S51 可以利用这支引脚来触发外部的 8 位锁存器 如 74LS373 将端口 0 的地 址总线 A0 A7 锁进锁存器中 因为 AT89S51 是以多工的方式送出地址 及数据 平 时在程序执行时 ALE 引脚的输出频率约是系统工作频率的 1 6 因此 可以用来驱动其 他周边晶片的时基输入 此外在烧录 8751 程序代码时 此引脚 会被当成程序规划的特 殊功能来使用 PSEN 此为 Program Store Enable 的缩写 其意为程序储存启用 当 8051 被设成 会送出此信号以便取得程序代码 通 为读取外部程序代码工作模式 时 EA 0 常这支脚是接到 EPROM 的 OE 脚 AT89S51 可以利用 PSEN 及 RD 引脚分 别启 用存在外部的 RAM 与 EPROM 使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起 而共 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 6 用 64K 的定址范围 PORT0 P0 0 P0 7 端口 0 是一个 8 位宽的开路汲极 Open Drain 双向输出入 端口 共有 8 个 位 P0 0 表示位 0 P0 1 表示位 1 依此类推 其他三个 I O 端口 P1 P2 P3 则不具有此电路组态 而是内部有一提升电路 P0 在当做 I O 用时可 以推动 8 个 LS 的 TTL 负载 如果当 EA 引脚为低电平时 即取用外部程序代码或数 据存 储器 P0 就以多工方式提供地址总线 A0 A7 及数据总线 D0 D7 设 计者必须外加一锁存器将端口 0 送出的地址栓锁住成为 A0 A7 再配合端口 2 所送出 的 A8 A15 合成一完整的 16 位地址总线 而定址到 64K 的外部存储器 空间 PORT2 P2 0 P2 7 端口 2 是具有内部提升电路的双向 I O 端口 每一个引脚可 以推动 4 个 LS 的 TTL 负载 若将端口 2 的输出设为高电平时 此端口便能当成输入 端口来使 用 P2 除了当做一般 I O 端口使用外 若是在 AT89S51 扩充外接程序存储 器或 数据存储器时 也提供地址总线的高字节 A8 A15 这个时候 P2 便不能当做 I O 来使用了 PORT1 P1 0 P1 7 端口 1 也是具有内部提升电路的双向 I O 端口 其输出缓冲器可以推动 4 个 LS TTL 负载 同样地若将端口 1 的输出设为高电 平 便是由此端口来输入数据 如果是使用 8052 或是 8032 的话 P1 0 又当做定时 器 2 的外部脉冲输入脚 而 P1 1 可以有 T2EX 功能 可以做外部中断输入的触发脚位 PORT3 P3 0 P3 7 端口 3 也具有内部提升电路的双向 I O 端口 其输出缓冲 器可以推动 4 个 TTL 负载 同时还多工具有其他的额外特殊功能 包括串行通信 外部中断控制 计时计数控制及外部数据存储器内容的读取或写入控制等功能 其引脚分配如下 P3 0 RXD 串行通信输入 P3 1 TXD 串行通信输出 P3 2 INT0 外部中断 0 输入 P3 3 INT1 外部中断 1 输入 P3 4 T0 计时计数器 0 输入 P3 5 T1 计时计数器 1 输入 P3 6 WR 外部数据存储器的写入信号 P3 7 RD 外部数据存储器的读取信号 2 3 方案规划及设计 具体设计方案规划及设计 具体设计 系统设计框架图系统设计框架图 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 7 框架图 2 42 4 硬件电路设计及工作原理硬件电路设计及工作原理 该系统硬件主要包括以下三大模块 逻辑开关控制器 AT89S51 单片机系统 LED 灯 阵等组成 从而形成了信号识别电路 控制器以及发光电路三个模块 其中单片机系统 微控制器 作为中央处理单元 根据逻辑开关控制器检测到驾驶员所执行开关控制信 号 获得的相应信号进行传输使单片机系统收到指令 进而使 LED 灯阵发出相应的指示 系统总体设计方案如图 1 所示 方案确定 单片机 PROTEUS 软件仿真测试 KELL 软件编程 元器件选择与电路板焊接 调试与解决问题 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 8 图 1 系统总体设计 其中 1 逻辑开关控制器由四个开关组成 分别是左转弯控制 右转弯控制 脚踩制动 器 停车等 2 单片机系统是 40 个引脚的 AT89S51 芯片 其中所用到的引脚有 19 个 3 灯阵自左向右分别为 L3L2L1R1R2R3 其中灯阵 R1R2R3 代表右侧 3 个指示灯 L1L2L3 代表左侧的 3 个指示灯 本次设计的汽车尾灯控系统中的控制功能包括左转弯控制 右转弯控制 停车 脚 图 2 系统电路 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 9 踩制动等 主要为了模拟实际汽车尾灯控制电路 进而达到可靠性高 实用性好和普遍 性强等特点 所研究方案的硬件电路简单 可以广泛应用在各种机动车辆上 系统电路 图如图 2 所示 该系统的工作原理是 用 6 只小灯泡模拟 6 只汽车尾灯 左侧 3 只 右侧 3 只 用 4 个 开关分别模拟脚踏制动器 停车信号 左转弯控制和右转弯控制 汽车在转弯时 单片 机收到信号并进行处理 该侧的 3 只尾灯按下列状态周期性的亮与暗 000 100 110 111 000 在无制动时 如果驾驶员不慎将两个转向开关都接通 则两侧的尾灯都作同样的周期性 亮暗变化 在制动时 若转弯开关未合上 或错误的将两个转弯开关都合上 所有的 6 只尾灯均亮 停车时 6 只尾灯按脉冲频率闪亮 注 D1D2D3 分别 L1L2L3 D4D5D6 分别为 R1R2R3 2 5 软件设计软件设计 C 语言程序 include void delay unsigned int z 延时程序 for 循环一直减到 0 unsigned int x unsigned char y for x z x 0 x for y 110 y 0 y void keyscan 键盘扫描程序 先判断按键按下去没有 哪 个按下去了 然后根据那个按键按下去的情况 进行算法分析和计算 通过给与 LED 的管脚赋 值高低电平来控制等亮灭情况 unsigned char temp temp1 temp2 i temp3 temp1 P1 temp1 temp1 if temp1 0 x07 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 10 delay 10 temp2 P1 temp2 temp2 if temp1 temp2 switch temp1 case 0 x06 右转向灯 temp 0 xfe for i 1 i 3 i delay 1000 P2 temp temp temp i If temp 0 xf8 temp 0 xfe If i 3 i 0 temp3 P1 temp3 temp3 if temp3 0 x07 P2 0 xff i 4 if i 5 break case 0 x05 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 11 temp 0 xdf for i 1 i 3 i delay 1000 P2 temp temp temp 16 i if temp 0 xfc temp 0 xdf if i 3 i 0 temp3 P1 temp3 temp3 if temp3 0 x07 P2 0 xff i 4 if i 5 break case 0 x03 刹车 P2 0 xc0 delay 1000 P2 0 xff delay 1000 temp3 P1 temp3 temp3 if temp3 0 x07 break 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 12 default P2 0 xff break void maid 先初始化 P2 脚全为高电平 while 1 无限 循环 开始一直进行键盘扫描 P2 0 xff while 1 keyscan 2 5 1 仿真仿真 1 规律显示图 根据以上要求 要实现左转弯依次三个显示灯循环亮灭 如图 3 3 所示 要实现 右转弯依次三个显示灯循环亮灭 如图 3 2 所示 1 仿真使用软件简介 Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件 它不仅具有其 它 EDA 工具软件的仿真功能 还能仿真单 片机及外围器件 它是目前最好的仿真单 片机 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 13 及外围器件的工具 虽然目前国内推 广刚起步 但已受到单片机爱好者 从事 单片机教学 的教师 致力于单片机开发应 用的科技工作者的青睐 功能特点 Proteus 软件具有其它 EDA 工具软件 例 Proteus 软件具有其它 EDA 工具软件 例 multisim 的功能 这些功能是 multisim 的功能 这些功能是 1 原理布图 2 PCB 自 动或人工布线 PCB 自动或人工布线 3 SPICE 电路仿真 SPICE 电路仿真 2 仿真效果如下图所示 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 14 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 15 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 16 三三 结束语结束语 本文设计的汽车尾灯控制系统 可以减少交通事故隐患和提高尾灯电路的使用寿命 系 统设计方法通过实验仿真和调试证明了可行性 将软件系统与硬件电路结合调试 实现 了左转 右转 刹车及脚踩制动四种常用的汽车尾灯状态 该尾灯控制系统结构简单 可靠性高 操作方便 成本低 可广泛应用于常用机动 通过这次汽车尾灯控制电路的设计 使我学了不少知识 汽车尾灯是汽车的重要部 件之一 它在交通中扮演着重要的角色 这次设计的是简易汽车尾灯 实现较简单的逻 辑功能 重点是通过本次设计的过程 了解和掌握逻辑电路的设计和分析 通过这次课程设计 学会了 AT89S51 单片机中程序的流程 学会如何通过对其内部进 行操作 来控制 LED 的循环呢点亮 并且在这个毕业设计中学会这款单片机的驱动电路 的设计 通过这个设计加强了我思考和解决问题的能力 现在设计已经做好了 自己感 觉还是比较好的 虽然时间不是很充裕 做课程设计的时候 查阅了一些资料 增强了 自己对知识的理解 很多以前不是很懂的问题现在都一一解决 在这些过程中常常感觉 力不从心 从开始做课程设计那天起 脑中天天想着同样的问题 怎样将电路弄得更简 单些 怎么样别人更容易看懂 但似乎时间过得真的很快 我用了好几天才把它完全弄 好 完成后 心理有一种说不出的高兴 在课程设计期间 虽然要找工作 但我也安排了一些时间上网到图书馆找资料 雪心相关的理论知识 虽然有些辛但也是值得的苦 设计中基本实现了汽车在运行时候 尾灯点亮方式的各种情况 四四 设计中遇到的问题和不足设计中遇到的问题和不足 在做完这个设计之后 发现还有很多地方存在不足 如按键没有选择好等设计方案 不够周密等 不过经过后期的努力 已经改善许多 电路正常工作 此方案相比其他方案具有很多优点 用单片机编程较直接 用硬件电路搭建方便 通过 AT89S51 单片机编写程序 来控制 LED 的亮灭 这样可以大大简化系统的结构 降 低材料的成本 提高系统的先进性和可靠性 能实现控制器的系统编程 采用这种器件 开发的数字系统其升级与改进极为方便 单片机实现起来容易 如果通过其他的元件 比如用那些三极管 二极管 译码器 陕西国防工业职业技术学院毕业设计论文 17 与非门等来实现 这样的方案的实现复杂 成本高 调试起来不容易成功 太过繁琐 如果焊接后有问题的 单片机这边硬件方面的调试很方便 只需要修改一下程序而 已 硬件的电路也很方便调试 在选择方案的时候要考虑的因素很多 比如说硬件电路设计的可行性 器件的选用 也很重要