汽车信号灯控制系统设计

1、兰州交通大学机械创新课程设计机械创新综合训练课程设计题目： 汽车信号灯控制系统 班级： 测控技术与仪器071班 学号： 200704526 姓名： 指导老师： 目 录1概述32系统组成33 总体设计方案34 硬件设计方案45软件设计方案106 调试及运行结果137设计小结14参考资料15汽车信号灯控制系统摘要：本设计是利用at89c51单片机来实现的汽车信号灯控制系统，在系统中利用5个开关来模拟汽车驾驶操作，然后用6个灯来作为汽车信号灯；当拨动开关改变相应的状态时，单片机就会检测到相关类型的状态后，根据内部程序，来驱动相关的汽车信号灯（发光二极管）闪烁或长亮，以次达到设计的目的和要求。关键词：

2、控制系统 信号灯 单片机 组成 设计1.概述 随着自动化机械作业的发展，控制系统从20世纪40年代就开始使用了，早期的现场基地式仪表和后期的继电器构成了最初的控制系统。现在所说的控制系统，多指采用电脑或微处理器进行智能控制的系统，20世纪后半叶，由于计算机、通信、控制、仪表、软件等技术的飞速发展，不仅产生了多种多样的自控产品，也丰富了人们进行自控设计的思路与方案。我国在交通信号控制系统开发与应用方面起步较晚，1973年开始进行单点信号机的研制，1985年在北京前三门大街实现城市交通线控系统控制。作为七五国家重大攻关项目，南京市在同济大学的协助下开发了一套国产智能化交通信号控制系统，由于种种原因

3、，一些重要功能如实时自适应配时等没有使用。2. 系统组成本系统硬件主要由控制开关、at89c51单片机、74ls240芯片、信号灯等设备所组成，其系统硬件框图如图2-1所示。at89c51单片机信号灯开关控制左转右转信号紧急或停靠信号74ls240芯片驱动图2-1 系统硬件框图3.总体设计方案本设计为汽车信号灯控制系统，是利用at89c51单片机来实现的汽车信号灯控制系统，在系统中利用5个开关来模拟汽车驾驶操作，然后用6个灯来作为汽车信号灯；当拨动开关改变相应的状态时，单片机就会检测到相关类型的状态后，根据内部程序，来驱动相关的汽车信号灯（发光二极管）闪烁或长亮，以次达到设计的目的和要求，其设

4、计任务为设计并制作出汽车信号灯微机控制系统，控制的信号灯有仪表板左/右转弯灯、左/右头灯和左/右尾灯共六类灯，在不同的驾驶操作控制下可驱动相对应的汽车信号灯闪烁或长亮。在本系统中，要求所需执行的操作由相应的开关状态反映，其驾驶操作与灯光信号对应关系如下：。(1) 左/右转弯(合上左/右开关)：仪表板左/右转弯灯、左/右头灯、左/右尾灯闪烁。(2) 紧急开关合上：所有灯闪烁。(3) 刹车(合上刹车开关)：左右尾灯亮。(4) 左/右转弯刹车：仪表板左/右转弯灯、左/右头灯、左/右尾灯闪烁，右/左尾灯亮。(5) 刹车、合上紧急开关：尾灯亮、仪表板灯、头灯闪烁。(6) 左/右转弯刹车，并合上紧急开关：

5、右/左尾灯亮，其余灯闪烁。(7) 停靠(合上停靠开关)：头灯、尾灯以30hz的频率闪烁。4.硬件设计方案4.1设计思路本系统中要求设计汽车信号灯控制系统，在驾驶汽车时有左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关、停靠五个操作；所以可以用五个开关来模拟这几个操作，当单片机检测到相关操作后，然后判断属于那一类操作，再通过软件来驱动控制相应的信号灯闪烁或长亮。以此来实现对汽车信号灯的控制。当合上左转弯开关后，仪表板左转弯灯、左头灯、左尾灯闪烁；当合上右转弯开关后，仪表板右转弯灯、右头灯、右尾灯闪烁。当刹车开关合上时，左右尾灯长亮；合上停靠开关后，头灯、尾灯以30hz的频率闪烁；在紧急开关合上后，所有灯都闪烁。

6、还可以同时合上转弯开关和刹车开关，合上刹车开关和紧急开关，以及合上转弯开关、刹车开关和紧急开关。都可以驱动对应的汽车信号灯闪烁或长亮。4.2硬件选择及论证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、at89c51单片机、74ls240芯片以及6只发光二极管。其中at89c51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，在经过74ls240芯片来驱动6个汽车信号灯根据开关的相应状态闪烁或长亮。4.3 at89c51单片机介绍at89c51是atmel公司生产的低电压，高性能的cmos 8位单片机，片内含4k b

7、ytes的可反复擦写和只读程序存储器（perom）和128 bytes的随机存取数据存储器，器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术，兼容标准mcs-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和flash存储单元。其引脚图如图2-1所示。 内部结构图如图2-2所示。图2-1 at89c51引脚图中断控制片内flash存储器片内rametc定时器1定时器0 cpu振荡器总线控制制i/o接口串行接口p0 p2 p1 p3外部中断txd rxd计数器输出图2-2 at89c51内部结构图at89c51提供以下标准功能:4k字节flash闪速存储器,128字节内部ram,32个i/o口线,两个16

8、位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路.同时,at89c51可隆至0hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式.空闲方式停止cpu的工作,但允许ram,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作.掉电方式保存ram中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一硬件复位。4.4管脚简介l p0口:p0口是一组8位漏极开路型双向i/o口,也即地址/数据总路线复用口.作为输出口用时,每位能吸收电流的方式驱动8个ttl逻辑门电路,对端口写”1”可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线从那时起转换地址(低8位)和数

9、据总线复用,在访问期间激活内部上拉电阻。在flash编程时,p0口接收指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接电阻。l p1口:p1是一个带内部上拉电阻的8位双向i/o口,p1的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路.对端口写”1”,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平,些时可作输入口。作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。flash编程和程序校验期间,p1接收低8位地址。l p2口:p2是一个带有内部上拉电阻的8位双向i/o口,p2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路.对端口写”1”,通过内部的上拉电阻

10、把端口拉到高电平,些时可作输入口.作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器(例如执行movx dptr指令)时,p2口送出高8位地址数据.在访问8位地址的外部数据存储器(如执行movx ri指令)时,p2口线上的内容(也即特殊功能寄存器(sfr)区中r2寄存器的内容),在整个访问期间不改变。flash编程或校验时,p2亦接收高位地址和其它控制信号。l p3口:p3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向i/o口,p2的输出缓冲级可驱动(吸收或输出电流)4个ttl逻辑门电路.对端口写”1”,通过内部的上拉电阻把端口拉

11、到高电平,些时可作输入口.作输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。p3口除了作为一般的i/o口线外,更重要的用途是它的第二功能,如下表所示：i/o口线专用功能p3.0rxd(串行数据接收)p3.1txd(串行数据发送)p3.2_ int0(外部中断0请求输入)p3.3 _ int1(外部中断1请求输入)p3.4t0(定时器0外部计数脉冲输入)p3.5t1(定时器1外部计数脉冲输入)p3.6 _ wr(外部数据存储器写信号)p3.7 _ rd(外部数据存储器读信号)4.5 74ls240芯片介绍74ls240是八反相缓冲器/线驱动器芯片，这种八缓冲器和线驱动

12、器是为提高三态输出存储地址驱动器、时钟驱动器和总线定向接收器和发射器的性能和集成度而特意设计的，设计者可按需要将原码、反码输出、对称g非（有效低电平输出控制）输入和互补输入g和g非组合使用。其引脚图入图2-3所示。图2-3 74ls240引脚图4.6 电路原理图本设计是在dvccdv52196实验箱平台上设计的，所以根据设计环境和图2-4的系统框图，可得本系统的电路原理图如图2-5所示。 图2-5 汽车信号灯控制系统原理图4.7 设计连线 由图2-5中可得本设计的连线为：5个开关k1k5分别接到单片机的p3.1p3.5口，然后发光二极管l1l6分别连接到单片机的p1.0p1.5口。其余不再需要

13、任何连线，因为在dvccdv52196实验箱内已经连接好，可以直接使用。这样很大程度简化了连线的步骤，使设计方便快捷。4.8 工作原理说明由于在本设计在dvccdv52196实验箱平台上，利用pc机资源和dvccdv52196实验箱上的资源，其内部很多芯片之间的连接都已经接好，所以很方便的实现设计要求。由汽车信号灯控制系统原理图2-4中可以看出，本系统中at89c51为控制核心，其中p3.0p3.4做为输入口，p1.0p1.5为输出口。当相应开关合上的的时候，开关状态将发生变化，从而产生输入信号；在单片机读入开关状态后，通过软件来判断属于那一类信号，并实现汽车信号灯的控制，然后输出到p1.0p

14、1.5口，经过74ls240后来驱动汽车信号灯（发光二极管）做出相应的闪烁或长亮；比如当k1左转弯开关拨动的时候，单片机就驱动汽车信号灯l1、l3闪烁，当合上开关k2的时候，l2、l4亮。当k1k2同时合上的时候，所有灯都熄灭；当再拔动其他开关的时候也随即产生与之相对应的信号驱动汽车信号灯闪烁或长亮。5. 软件设计方案5.1 程序流程图根据软件的设计思想，可画出本系统程序流程图如图3-1所示。程序入口p3.0,p3.1,p3.2,p3.3,p3.4置“1”读入开关k1，k2，k3，k4，k5状态判断开关状态k1/k2=1,其余开关为0,驱动l1/l2和l3/4闪烁k3=1,其余开关为0,所有灯

15、闪烁k4=1,其余开关为0,l5和l6亮k1=k2=k4=1,其余为0,l1、l2、l3、l4闪烁，其余灯亮k4=k5=1其余为0,l1、l2、l3、l4闪烁，其余灯亮k1=k2=1,k3=1,其余为0,l5、l6亮，其余灯闪烁k5=1,其余为0,l5l6以30hz频率闪烁图3-1 系统程序流程图5.2 软件设计思想软件部分与硬件部分一起构成一个完整的系统，对整个系统来说起着重要的作用。在本设计中使用了散传程序的设计方法，它根据系统的某种运算结果，分别转向各个处理程序。该方法利用jmp a+dptr，根据运算结果，确定a和dptr的内容，从而实现转移。用该方法 设计的程序结构简单、转移表短，但

16、转移表大小加上各个程序长度必须小于256字节。 5.3主要程序段说明：l1左转弯灯,l2右转弯灯; l3左头灯,l4右头灯; l5左尾灯,l6右尾灯。 . .table: 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合上 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

17、 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

18、 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: ljmp go0 ;所有灯熄灭go6: ljmp go0 ;所有灯熄灭go7: ljmp go0 ;所有灯熄灭go8: mov p1,#00110000b ;k5合上，停靠，l5l6闪烁 ljmp loopgo9: mov p1,#00001101b ;k1k4合上，左转弯并刹车 cpl p1.0 ;l1闪烁 cpl p1.2 ;l3闪烁 lcall delay ;调用延时程

19、序 cpl p1.3 ;l4长亮 ljmp begaingo10: cpl p1.1 ;l2闪烁 cpl p1.3 ;l4闪烁 lcall delay cpl p1.5 ;l6长亮 ljmp begaingo11: ljmp go0 ;所有灯熄灭go12: cpl p1.0 ;l1l4闪烁 cpl p1.1 cpl p1.2 cpl p1.3 lcall delay setb p1.4 ;l5长亮 setb p1.5 ;l6长亮 ljmp begaingo13: mov p1,#00001111b ;l1l4闪烁 ljmp loop ljmp begaingo14: ljmp go13go15: ljmp go0go16: mov p1,#00111100b ;l3、l4、l5、l6闪烁 . .6. 调试及运行结果通过设计和编写程序代码，运行程序后，其结果为当拨动相应的开关后,其对应的汽车信号指示灯状态将发生变化，闪烁或长亮，直到下一个动作为止，刚开始时候，其信号灯的动作与实际的操作不匹配，经过小组成员的协同努力,最终在运行程序后能得到与要求相匹配的结果，其具体的调试结果如下表所示。驾驶信号操作调试结果左转弯灯l1右转弯灯l2左头灯l3右头灯l4左尾灯l5右尾灯l6合上左转开关闪烁闪烁闪烁合上右转开关闪烁闪