200808545 转向灯.doc

单片机课程设计题 目： 汽车转向信号灯 班 级： 自动化082班 姓 名： 学 号： 200808545 指导教师： 张鑫 设计时间： 评语： 成绩 1.引 言汽车转向灯控制系统在汽车电气部分中占有相当重要的比重，而一般的控制系统常常采用TTL 逻辑电路加控制杆进行控制，虽然都可以实现转向灯控制功能，但导线多，设计复杂，稳定性不好，若有某个触点烧毁，就得整体更换，从而导致可靠性差、检修不方便和维修费用高等问题。而以8051 单片机作为控制器，与软件配合，不但提高系统的可靠性和稳定性，而且大大简化了控制系统电路结构，还使系统具有一定的智能功能。整个系统方便灵活，安全可靠。1.1汽车控制信号表1 汽车转向信号灯工作真值表输入信号输出信号刹车开关紧急开关左转开关右转开关左前灯右前灯左尾灯右尾灯000000001010断断闪烁断闪烁断断断闪烁断闪烁断000111001010闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁111000001010断断闪烁断闪烁断通通闪烁通闪烁通111111001010闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁通通闪烁通闪烁通本设计用一个单刀三掷开关类比汽车转弯控制杆，在中间位置时，无触点接通，汽车不转弯；向上闭合时，汽车左转弯；向下闭合时，汽车右转弯。汽车转弯时，要求相应的一侧尾灯、前灯和小信号灯（即仪表板上的指示灯）闪烁发光；当紧急开关闭合时，所有的6 个信号灯都要闪烁；汽车刹车时，左右尾灯都要亮，但在转弯过程中刹车， 相应一侧的尾灯仍应闪烁，前信号灯及小信号灯并不受刹车信号的影响。信号灯功能要求如表1 真值表所列。在本系统中，汽车转弯或紧急状态下，外部信号灯及小信号灯的闪烁频率为1Hz 的低频信号。当汽车正常停车时，外部信号灯以高频30Hz 频率闪烁，以适应低亮度背景的使用要求，但小信号灯在停车时不起作用。2 . 软、硬件实现根据前面所述的理论和中断系统的知识进行具体的软、硬件设计，其中包括总体设计方案、各种电路图、硬件实现和软件实现。2.设计方案及原理以8051 单片机作控制器， 通过软件实现上述功能，为了保证系统的可靠性，本系统采用了先进的冗余技术和故障监控技术， 使得系统在出现部分故障时，也能正常工作，在某一个信号灯完全烧毁或线路故障而不能正常工作时，能自动报警。如图1所示。系统由两个输入输出网络和三个电路构成。振荡电路利用8051 内高增益反向放大器， 把石英体和两个电容跨接于18（XTAL2）脚、19（XTAL1）脚间的组成。系统采用了上电自动复位电路，即通过外部复位电路的电容来实现， 只要电源VCC 的上升时间不超过1ms， 就可以接通电源完成系统复位初始化。由8051 中断系统5 个中断源，分为2 个优先级，中断源的优先级由程序排定， 中断请求是否会得到响应，受中断允许寄存器IE 中各位控制， 当同时收到几个同一优先级的中断请求时，响应哪个服务，取决于内部程序查询顺序，相当于优先级内还同时存在另一个辅助优先结构。8051输入网络振荡网络复位电路输出网络故障监控电路图1 系统设计框图3.系统硬件部分3.1硬件控制系统方框图根据自动控制系统的控制原理，硬件系统有输入模块、控制模块、输出模块、故障检测模块和一些辅助元件组成，汽车转向灯控制器硬件控制系统方框图如图3.1所示。图3.1硬件控制系统方框图3.2微控制器的选用传统的 MCS51 由于性能稳定，工作可靠等优点在工农业生产中应用十分广泛，在自动控制领域得到充分利用，但MCS51 芯片不具有A/D 转换功能，须另加芯片方可实现A/D 转换，而飞思卡尔（FreeScale）半导体公司（原Motorola 公司半导体产品部）的MC68HC08系列单片机 2,3由于性能稳定，耐温度变化，提供了多种内部集成模块，具有A/D 转换功能等特点在很多领域得到广泛应用，它的体系结构为产品开发节省了大量时间和成本，近年来MC68HC08 多种型号的单片机在汽车、消费、工业、网络和无线市场等各个领域发挥了越来越大的用途，飞思卡尔在许多领域居市场领先地位,汽车半导体产品市场位居第一。MC68HC08 系列单片机种类众多，其中的MC68HC08QY4 性价比高、引脚少，内部集成了各种I/O 模块以及A/D 转换模块，本设计采用16 个引脚的MC68HC08QY4 芯片，该芯片是本设计的最佳选择，如图3.2所示：图3.2MC68HC08QY4 引脚分配图中断产生脉冲信号如图3.3所示：图3.3中断产生脉冲信号关于分频因子 p 及预置寄存器的设定值的确定方法如下：设fbus =3.2MHz=3200 000Hz，定时1s 时，TMOD=n，分频因子为p，则n=t（fbus /p）,若p64，比如p=25 =32，则有n=100000=$186A0,超出16 位，入法装入预置寄存器。因此p 必须取64，此时n=50 000=$C350,可以装入预置寄存器，满足要求。本设计中要求低频40 次/min，高频80 次/min，产生占空比为50%的矩形脉冲。低频时闪烁周期为1.5s，高频时闪烁周期为0.75s，根据上述方法分别设置定时时间，产生脉冲信号。定时器通道和状态寄存器可以调节脉冲信号的占空比。3.3功率驱动、短路、断路等检测技术BTS6143D 是英飞凌公司设计的N 沟道FET 功率管，内部集成充电泵，电流驱动，并具有负载电流检测的故障反馈功能(包括过载、过温和短路检测等)，是一款集成了SIPMOS片上技术的高边智能功率开关芯片。BTS6143D 适用于汽车电子苛刻的工作环境，其工作的温度范围可从-40至+150。采用12 V 或24 V 负载控制，适用于各种阻性负载、感性负载或容性负载，尤其适用于具有高浪涌电流的负载，如车灯等，可以作为继电器、保险丝等控制方法的替代方法。电源电压为 12 V 时，BTS6143D（最高可以驱动55W）可以驱动21W 功率的车灯且可以通过对其输入、输出和故障诊断引脚的电平进行测量达到故障诊断的目的。车灯的功率和所采用的功率开关类型如表3.1所示：表3.1车灯的功率和所采用的功率开关类型车灯功能描述开关类型功率瓦左侧转向灯（前、后）右侧转向灯（前、后）紧急报警灯拨动开关拨动开关按钮212212214此外，BTS6143D 还具有多项保护功能：短路保护、过载保护、过压保护、过温关断、掉地和掉电保护、静电放电保护和电源反接保护等。对信息中相关的位进行车灯控制，在发出控制信号以后采集相应车灯驱动芯片输入、输出和故障诊断引脚的电位,通过对电位的分析看是否发生故障，若发生故障则发送一个故障信息。图2-4 中的负载RL，即为转向灯。通过RIS 反馈回来的信号经过A/D 转换传送给微控制器，从而判断转向灯的状态是否良好。图3.4BTS6143D结构图当转向灯出现故障（发生短路或断路）时，根据反馈回来的数据判断自动检测车灯故障，如果在正常范围内则低频闪烁，在正常范围之外的则高频闪烁。如果出现断路的情况（以图3.4为例），左侧灯的电阻增大，电流减小，反馈电流也减小，反馈电阻RIS 接地作为下拉电阻，反馈电压减小，端口PTA0 的电压减小；如果出现短路的情况则恰恰相反，反馈电流增大，端口PTA0 电压也增大。如果左侧两个转向灯都断路，IL 为0，反馈电压为0；有一个断路时，IL 为P/VOUT（P 为21 瓦）。如果左侧两个转向灯都短路，IL 非常大，反馈电压也非常大；有一个短路时，IL 也很大，反馈电压也很大。如果左侧两个转向灯都正常工作时，IL 为2P/VOUT 为 7.5A（P 为21 瓦）。同侧两个转向灯正常工作时(工作环境为25C)根据实际线路情况有一定的误差，正常的IL 为7.5A，反馈比例（kILIS=IL:IIS）kILIS 正常为9700，最低为8000，最高为10800，端口PTA0为A/D 口，所采集的模拟量电压为6.944V9.375V，将测得的反馈电压模拟量转化成数字量（二进制）为0110.11111001.0110，十六进制为0x06.F1A90x09.6 并将转换来的数据与正常范围进行比较，如果在正常范围内则单片机发出相应的信号使转向灯低频闪烁，否则高频闪烁。（正常工作闪烁频率为40 次/Min,故障时闪烁频率为80 次/Min）向驾驶员报警。为保证车灯功率满足的要求，对左侧转向灯(前、后)用一块BTS6143D 芯片控制，将BTS6143D 芯片接在MCU（微控制器）上，右侧转向灯同理。3.4硬件设计电路图现以8051 单片机作为控制器，如图3.5，是采用单片机的汽车转弯信号灯控制系统的基本电路。电源采用+12V 电源， 因汽车中常用12 伏的蓄电池供电，闪烁频率信号由单片机内部定时器产生。在微电脑系统中，采用了冗余技术和故障监控技术来提高系统的可靠性，但是，信号灯也难免偶然会完全烧毁，或线路上有故障而不能正常工作，因此本系统设计了故障监控功能，一旦发现故障，能自动报警。故障监控功能电路设计简单，如图3.6，它利用T0 作检测输入，只增加1 个晶体管和几个电阻，通过测试T0 的高低电平，就可以说明相应的线路出了故障。图3.5硬件设计电路图（以左侧转向灯为例）图3.6汽车转弯信号灯控制系统的基本电路4.系统软件部分4.1系统软件介绍系统软件采用MCS-51 汇编语言编写，程序清单分为三部分：第一部分是输入、输出口线说明和变量定义；第二部分是主程序；第三部分是中断服务程序。系统中利用定时器/计数器0 和一个软件计数器SUB-DIV 来产生为时一秒的定时信号， 以实现低频（1Hz）闪烁功能。在初始化程序中，定时器0 被赋予定时功能，采用操作方式1，其TL0 初始值为0，如果用12MHz 晶体振荡器， 则每过256us，TH0 即行加1，对TH0 置初值F0H，因此，其溢出周期等于256us16=4.096ms。使定时器0 每隔4096 微秒溢出中断一次，每次中断后，重置TH0，并使软件计数器SUB-DIV 的值减1，SUB-DIV 用作中断次数记录，初始值为244，当此值减为0 时， 历经的时间为244 4.096ms =999ms。主程序和中断服务程序框图如下图4.1。设定定时器0初值设定定时器0为模式1置软件计数器初值允许定时器0中断总允许中断启动定时器0等待中断响应对TH0重制16PSW入栈1s是否？对软件计数SUB-DIV重244故障监控测试有故障吗？故障告警处理形成占空比62.5%20Hz信号计算并输出给左移表板指示灯、左转弯头和尾灯计算并输出给右移表板指示灯、右转弯头和尾灯PSW出栈返回YN开始图4.1主程序与中断程序流程图4.2软件结构设计一个系统工作性能的好坏很大程度上取决于程序结构的合理性。合理地安排程序结构有助于提高程序的运行速度和可靠性。软件控制流程图如图4.2所示：开始系统初始化AD初始化左转向灯指示灯低频闪检测开关动作紧急按钮左灯正常 左转向信号又转向信号i右转向灯指示灯高频闪左转向灯指示灯高频闪右转向灯指示灯低频闪右灯正常结束NYYNYNNY图4.2软件控制流程图在转向灯控制系统设计中，主要完成实现对转向灯的控制功能，即对前左转向灯、前右转向灯、后左转向灯、后右转向灯等信号灯的控制。此程序需用到定时器模块产生占空比为 50%的不同频率的脉冲信号，A/D 转换模块将BTS6143D 反馈来的电压信号转换成数字信号。以此来实现等的闪烁而形成。5.总结： 汽车转向灯设计结果，连接硬件电路，执行程序，按键左右转、刹车等共10种情况时，LED按照预先设定的状态亮灭，证明设计结果符合题目要求。设计过程中出现的主要问题有：1、汽车转向灯数码管亮灭混乱。可能是由于键盘抖动或不灵敏、74LS373损坏、多个子程序类似而混编等引起。2、计数器不工作。通过外部中断0计数，中断一次TCON的IE0即置1。在循环程序中应每次循环都为TCON赋值。3、程序进入踏步无法跳出。按键按下时可能不是低电平，可用万用表检测按键和单片机/INT0引脚的电压值。4、静态显示驱动程序中，可用码重为1的8位二进制数测试七段数码管的编码。6.参考文献1马家辰 孙玉德 张颖,CS-51单片及原理及接口技术，哈尔滨工业大学出版社。2赫建国、郑燕、薛延侠,单片机在电子电路设计中的应用，清华大学出版社。3严天峰,单片机应用系统设计与仿真调试，北京航空航天大学出版社。4孙余凯、田其贵等，新型汽车电子电器原理与故障检修方法,人民邮电出版社。5张友德，MC68HC08 系列单片机原理与应用嵌入式系统初步，复旦大学出版社。附 录ORG 0000HLJMP BEGAINBEGAIN: MOV P3,0FFH ;P3口置“1”，为输入做准备 MOV A,P3 ANL A,#1Fh ;读如开关状态 MOV DPTR,#TABLE RL A ;累加器乘2 JMP A+DPTRTABLE: AJMP GO0 ;同时打开 AJMP GO1 ;K1合上,K2打开 AJMP GO2 ;K2合上K1打开 AJMP GO3 ;K1K2同时合上 AJMP GO4 ;K3合上 AJMP GO5 ;K1,K3和尚 AJMP GO6 ;k2k3合上 AJMP GO7 ;K1K2K3合上 AJMP GO8 ; K4合上 AJMP GO9 ;K1K4合上 AJMP GO10 ; K2K4合上 AJMP GO11 ;K1,K2,K4合上 AJMP GO12 ;k3,k4合上 AJMP GO13 ; K1，K3，K4合上 AJMP GO14 ;k2,k3,k4合上 AJMP GO15 ;k1,k2,k3,k4合上 AJMP GO16 ; K5合上GO0: MOV P1,#00 ;所有开关同时打开，所有灯都熄灭 LJMP BEGAINGO1:MOV P1,#00000101B;K1合上，其余打开，L1、L3亮，表示左边转弯 LOOP:LCALL DELAY ;延时1S MOV P1,#00H LCALL DELAY ;延时1S LJMP BEGAINGO2: MOV P1,#00001010B;k2合上，其余打开，表示右边转弯 LJMP LOOP ;调用延时程序GO3: LJMP GO0 ;K1K2同时合上，所有灯熄灭GO4: MOV P1,#00111111B ;K4合上，刹车，所有灯闪烁 LJMP LOOP LJMP BEGAINGO5:L