计算机控制技术毕业论文

1、计算机控制技术毕业论文 计算机控制技术毕业论文计算机控制技术毕业论文 题目题目 ：基于单片机的汽车转弯信号灯控制系统设计 摘要摘要 本设计在于模拟汽车在驾驶中的左转弯、右转弯、刹车、闭合紧急开关、 停靠等操作。在转弯时，通过转弯操作杆使转弯开关闭合，从而使头信号灯、 仪表板的转弯灯、尾信号灯闪烁；闭合紧急开关时以上 6 个信号灯全部闪烁； 汽车刹车时，左右两个尾信号灯点亮；若正当转弯时刹车，则转弯时原闪烁的 信号灯继续闪烁，同时另一个尾信号灯点亮。 基于上述的设计思想，本设计采用单片机控制，在控制系统中，选择了五 个开关（K1-K5） 、5 个电压跟随器、1 个 AT90S8535单片机、7

2、只发光二极管 （用来模拟信号灯发光） 、2 片 8255 接口芯片、1 个 ADC0809A/D 转换器、3 个 DAC0832D/A 转换器、1 片 74LS138 芯片。其中 AT90S8535单片机做为控 制核心，当5 个开关的状态发生改变后，单片机检测到开关信号后就通过软件 输出相关信号，来驱动 6 个汽车信号灯和 1 个错误指示灯根据开关的相应状态 闪烁或长亮。信号灯及错误指示灯由发光二极管模拟替代。 通过这些， 本控制系统能够很好的达到控制汽车转弯信号灯的目的， 同时， 所采用的单片机及其他元件的成本不高，还能很好的达到控制要求，不会增加 汽车的制造成本。对生产厂家和消费者来说是非

3、常好的选择。 关键词：单片机汽车转弯信号灯AT90S8535 1 目录目录 1设计背景.3 2总体方案.4 2.1控制器的选择.4 2.2放大器的选择.6 2.3可编程并行接口 8255.6 2.4A/D 转换器的选择.6 2.5D/A 转换器的选择.7 2.6显示部分.7 3硬件电路设计.8 3.1AT90S8535的接口电路 .8 3.2开关量输入与放大器电路.9 3.38255 的接口电路.10 3.4ADC0809 转换电路.11 3.5DAC0832 的转换电路.11 3.674LS138 转换电路与显示电路 .12 4系统软件设计.13 4.1系统总体软件设计.13 4.2单片机程

4、序设计.14 4.38255 程序设计.14 4.4A/D 转换器 ADC0809 程序设计.15 4.5D/A 转换器程序设计.15 5总结.16 6参考文献.17 7附录系统总体电路图.18 2 1 1设计背景设计背景 汽车信号灯的作用是大家所熟知的，汽车通过显示不同的信号灯来告诉前 后左右的行车者本汽车正在进行的操作，以达到安全行驶的目的，汽车信号灯 主要有以下 7 种：左头灯、右头灯、左转弯灯、右转弯灯、左尾灯、右尾灯和 错误指示灯。 本控制系统模拟汽车在驾驶中的左转弯、右转弯、刹车、闭合紧急开关、 停靠等操作。在左转弯和右转弯时，通过转弯操作杆使左转弯（或右转弯）开 关闭合，从而使左

5、头信号灯、仪表板的左转弯灯、左尾信号灯（或右头信号灯、 仪表板的右转弯灯、右尾信号灯）闪烁；闭合紧急开关时以上6 个信号灯全部 闪烁；汽车刹车时，左右两个尾信号灯点亮；若正当转弯时刹车，则转弯时原 闪烁的信号灯继续闪烁，同时另一个尾信号灯点亮，以上闪烁的信号灯以 1HZ 频率慢速闪烁，其组合见表 1-1，在表中未出现的组合，都将出现故障指示灯 闪烁，闪烁频率为10HZ。通过在实验箱上分别按K1、K2、K3、K4 和 K5 键来显 示汽车刹车、紧急、停靠、左转和右转等状态。 操作输出信号 左转弯灯右转弯灯左头灯右头灯左尾灯右尾灯 左转弯（闭合左转弯开关）闪烁 右转弯（闭合右转弯开关）灭 闭合紧急

6、开关 刹车（闭合刹车开关） 左转弯时刹车 右转弯时刹车 刹车时紧急开关 闪烁 灭 闪烁 灭 闪烁 灭 闪烁 闪烁 灭 灭 闪烁 闪烁 闪烁 灭 闪烁 灭 闪烁 灭 闪烁 灭 闪烁 闪烁 灭 灭 闪烁 闪烁 闪烁 灭 闪烁 亮 闪烁 亮 亮 灭 闪烁 闪烁 亮 亮 闪烁 亮 3 左转弯时刹车闭合紧急开关闪烁 右转弯时刹车闭合紧急开关闪烁 停靠（闭合停靠开关）灭 闪烁 闪烁 灭 闪烁 闪烁 闪烁 闪烁 闪烁 闪烁 闪烁 亮 闪烁 亮 闪烁 闪烁 表 1-1各种操作对应的信号灯输出 2 2总体方案总体方案 基于上述的设计思想以及所学单片机知识， 并且设计环境。所以我们在设计 时，选择了五个开关（K1

7、-K5） 、5 个电压跟随器、1 个 AT90S8535单片机、7 只 发光二极管、2 个 8255 接口芯片、1 个 ADC0809A/D 转换器、3 个 DAC0832D/A 转换器、1 片 74LS138 芯片。其中 AT90S8535 单片机做为控制核心，当 5 个开 关的状态发生改变后，单片机检测到开关信号后就通过软件输出相关信号，来驱 动 6 个汽车信号灯和 1 个错误指示灯根据开关的相应状态闪烁或长亮。 信号灯及 错误指示灯由发光二极管模拟替代。系统的总体结构图如下： 图 1-1信号灯控制系统总体结构图 2.12.1控制器的选择控制器的选择 方案一:采用继电器控制 采用继电器控制

8、也可以控制汽车转弯信号灯系统， 但对于现在对汽车安全要 求比较高，实时响应快来说，继电器控制就显得有些不足，由于其断开吸合的状 态，使得其响应具有延时性，并且继电器不断地断开吸合，使继电器的使用寿命 变短，需经常更换继电器，并且断开吸合会产生噪声，严重影响汽车的性能，因 此继电器不适合用来控制汽车转弯信号灯。 4 方案二：PLC 作为控制器 用 PLC 控制汽车转弯信号灯系统， 由于 PLC 对开关量信号的控制精确度高， 控制系统可靠性高、抗干扰能力强，适应于各种恶劣的环境，远远超过了传统的 继电器控制系统和一般的计算机控制系统。并且 PLC 的体积小、质量轻、功耗 低，集成度非常高。但同时，

9、 PLC 的成本非常高，对于一般的汽车转弯信号灯控 制系统来说无疑是增加了成本，而且对只有单纯的开关量控制而无计数、定时、 算术运算等运算的信号灯控制系统来说更是大材小用，浪费资源。 方案三：单片机作为控制器 单片机控制系统同样具有 PLC 的各种优点，与 PLC 的不同之处就是其集成 度没有 PLC 高，但对于汽车转弯信号灯的控制系统来说，单片机的功能已足够 用，而且与 PLC 相比，其成本够低，不会大幅度增加汽车的成本，非常适合来 控制汽车的转弯信号灯。 综上所述，本控制系统将采用单片机来作为本设计的控制器。 单片机的选型： AVR 单片机是目前市场上颇受欢迎的高性价比的单片机系列,AT9

10、0S8535单 片机是 AVR 系列单片机中内部接口丰富 ,功能齐全且性价比高的一个品种 ,其 CPU 由 32 个 8 位可单期访问的通用寄存器，寄存器堆中 6 个可以组成 3 个 16 位用于数据寻址的间接寻址寄存器指针，ALU 支持两个寄存器之间、寄存器和 常数之间的算术和逻辑运算，以及单寄存器的操作。同时还有64 个 I/O 寄存器， 内部 512 个 8 位 SRAM 等，其主要特点有: a. AT90S8535单片机内有 8KB 的 Flash 程序存储器，可反复擦写便于新产 品开发。 b.高速度。 每个时钟周期执行一条指令,当主频为 8MHZ 时,大多数指令仅需 约 125ns。

11、 c.有 32 个 I/O口， 输出口的驱动能力强,灌电流可达 40mA,能直接驱动 LED、 继电器等器件;输入口可三态输入,也可带内部上拉电阻。 d.设有看门狗定时器,便于程序抗干扰。 e低功耗，具有空闲、省电、掉电三种低功耗方式，掉电模式下工作电流 小于 1 微安。 5 f有 UART异步串行接口，便于实现 RS232C 和 RS485 通信接口。 g超功能精简指令。 2.22.2放大器的选择放大器的选择 根据设计需要， 采用同相放大电路构成的电压跟随器。电压跟随器的放大倍 数为 1，即输出电压与输入电压大小相等，相位相同，它的输入电阻为无穷大， 输出电阻为零， 在电路中常用作阻抗变换器

12、或缓冲器，该电路几乎不从信号源吸 收电流，当负载变化时，输出电压几乎不变，从而消除了负载变化对输出电压的 影响。 2.32.3可编程并行接口可编程并行接口 82558255 8255 由数据端口、AB 两组控制电路、读写控制逻辑和数据总线缓冲器四 部分组成。有三种基本的工作方式：方式 0、方式 1、方式 2。其中 A 口可以 工作在三种方式下，B 口只能工作在前两种方式下，C 口在作为数据输入输出 端口时，只能工作在方式 0，当 A、B 口工作在方式 1 或 A 口工作在方式 2 时， C 口的某些位被用作连接相应的选通控制信号。可以通过 8255 的初始化来确 定各个端口工作在何方式下。 2

13、.42.4A/DA/D 转换器的选择转换器的选择 A/D 转换器是将模拟信号转换成数字信号的器件。 ADC0809 是 8 位逐次逼 近型的 A/D 转换器，芯片内包含 8 通道多路开关及与计算机兼容的控制逻辑。 在转换器内部含有一个高阻抗斩波稳定比较器， 一个带有模拟开关数组的256R 电阻分压器，以及一个逐次逼近型寄存器 SAR。 ADC0809 由两部分组成： 第一部分为输入通道多路模拟开关， 控制 A、 B、 C 和地址锁存允许端子 ALE，可使其中一个通道被选中；第二部分为一个逐次 逼近型的 A/D 转换器，它由比较器、控制逻辑、输出锁存缓冲器、逐次逼近型 寄存器及开关树组和 256

14、R 电阻分压器组成， 由开关树组和 256R 电阻分压器组 成 D/A 转换器。 6 应用时， 启动脉冲 START和地址锁存允许脉冲 ALE 的上升沿将地址锁存， 经译码模拟量 A、B、C 选择开关所指定的通道信号被送至 A/D 转换器。在 START信号下降沿的作用下，逐次逼近过程开始，在时钟的控制下，一位一位 地逼近。此时，转换结束信号 EOC 呈低电平状态。由于逐次逼近需要一定的 过程，所以在此期间，模拟输入值应维持不变，比较器需要一次一次地进行比 较，知道转换结束。此时，若计算机发出一个允许命令，则可读出数据。 2.52.5D/AD/A 转换器的选择转换器的选择 D/A 转换器的输出

15、有多种形式， 许多 D/A 转换器输出地模拟信号是以电流 形式体现的，也就是以输出电流的大小表示输出数字量的大小。而电压输出型 的又有单极性输出和双极性输出两种形式。 根据输入的二进制位数来分有8位、 10 位、12 位、16 位等。根据需要，本次设计选用 8 位的 DAC0832D/A 转换器。 DAC0832 是采用 CMOS 工艺制成的，主要由两个 8 位寄存器和一个 8 位 D/A 转换器组成。 2.62.6显示部分显示部分 由于此处采用单片机模拟汽车转弯信号灯的工作原理，所以采用发光二极 管来作为信号灯。 发光二极管（LED）是一种由磷化镓（GaP）等半导体材料制成的、能直 接将电能

16、转变成光能的发光显示器件。当其内部有一定电流通过时，它就会发 光。发光二极管也与普通二极管一样由 PN 结构成，也具有单向导电性。它广 泛应用于各种电子电路、家电、仪表等设备中、作电源指示或电平指示。按发 光二极管的发光颜色分为有色光和红外光。有色光又分为红色光、黄色光、橙 色光、绿色光等。另外，发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发 光二极管、超高亮度发光二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控 制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。 普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳 定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点

17、亮。 它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。因此选用单色 7 发光二极管作为显示器件。 3 3硬件电路设计硬件电路设计 3.13.1AT90S8535AT90S8535的接口电路的接口电路 AT90S8535的引脚及接口电路如下： 图 3-1 AT90S8535 单片机接口电路 AT90S8535 的 AVCC 引脚应通过一个低通滤波器与 VCC 相连，低通滤波器及 其与 AVCC 的连接电路如下： 8 图 3-2单片机的低通滤波电路 3.23.2开关量输入与放大器电路开关量输入与放大器电路 开关按键与电压跟随器连接的电路图如下： 图 3-3开关量输入与放大电路 9 3.33

18、.382558255 的接口电路的接口电路 3.3.13.3.182558255 作为单片机的输入作为单片机的输入 I/OI/O 口接口电路口接口电路 8255 在信号输入时的接口电路如下: 图 3-4单片机的 I/O 输入接口电路 3.3.23.3.282558255 作为单片机的输出作为单片机的输出 I/OI/O 接口电路接口电路 8255 在信号输出时的接口电路如下: 图 3-5单片机的 I/O 输出接口电路 10 3.43.4ADC0809ADC0809 转换电路转换电路 A/D 转换电路采用 ADC0809 的接口电路如下： 图 3-6 A/D 转换的 ADC0809 转换电路图 3

19、.53.5DAC0832DAC0832 的转换电路的转换电路 D/A 转换电路采用 DAC0832 的接口电路如下： 图 3-7D/A 转换的 DAC0832 转换电路图 11 3.63.674LS13874LS138 转换电路与显示电路转换电路与显示电路 经过 D/A 转换后的信号经 74LS138 译码后与显示部分的电路连接图如下： 图 3-874LS138 转换电路与显示电路 12 4 4系统软件设计系统软件设计 4.14.1系统总体软件设计系统总体软件设计 系统软件设计的总体结构流程图如下： 图 4-1 系统软件设计主流程图 13 4.24.2单片机程序设计单片机程序设计 采用分支结构

20、编写程序，对于不同的开关状态，为其分配相应的入口，从而 对不同的开关状态作出响应。单片机软件设计流程图如下： 图 4-2单片机程序设计流程图 4.34.382558255 程序设计程序设计 82255 芯片的软件设计电路流程图如下： 图 4-38255 程序设计流程图 14 4.44.4A/DA/D 转换器转换器 ADC0809ADC0809 程序设计程序设计 A/D 转换部分采用 ADC0809 的软件设计流程图如下： 4-4ADC0809 程序设计流程图 4.54.5D/AD/A 转换器程序设计转换器程序设计 D/A 转换部分采用 DAC0832 的软件设计流程图如下： 15 图 4-5D/A 转换器程序设计流程图 5 5总结总结 通过一周的计算机控制技术课程设计， 在自己的努力下，最终完成汽车转弯 信号灯控制系统的设计。本控制系统就是充分利用了单片机、接口电路芯片以及 D/A 和 A/D 转换器。实现了对汽车转弯信号灯的控制，达到了设计的目的。 在设计中综合运用所学的知识，理论与实际相结