車輛工程畢業(yè)設(shè)計28汽車信號燈控制系統(tǒng)

目 錄 引言 1 第一節(jié) LK-51 系列單片機學(xué)習(xí)機的簡介、焊接安裝 1 第二節(jié) 汽車信號燈控制系統(tǒng)課題簡介 3 第一章 系統(tǒng)總體設(shè)計 思路 4 第二章 硬件 系統(tǒng) 設(shè)計 5 第三章 軟件 系統(tǒng) 設(shè)計 7 第一節(jié) 軟件系統(tǒng)的框架 7 第 二節(jié) 各模塊之間的接口設(shè)計 8 第三節(jié) 駕駛操作掃描模塊的設(shè)計 11 第四節(jié) 信號燈響應(yīng)模塊的設(shè)計 11 第 五 節(jié) 主程序的設(shè)計 13 第四章 系統(tǒng)調(diào)試 14 總結(jié) 15 致謝 16 參考文獻 16 附錄 A 元器件清單 17 附錄 B 程序清單 18 1 引言 本 次課程 設(shè)計是 讓我們 使用在 “單片機原理及應(yīng)用”課堂上學(xué)習(xí)的知識，輔以相關(guān) 資料 的 查閱， 完成一個小型 單片機 應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)。 目的是 培養(yǎng)我們的 自學(xué)的能力 ， 引導(dǎo)我們進行 創(chuàng)新 思 維，把學(xué)到的知識應(yīng)用到日常生活當(dāng)中。 第一節(jié) LK-51 系列單片機學(xué)習(xí)機的簡介 、焊接安裝 本次課程設(shè)計我們是在 LK-51系列單片機學(xué)習(xí)機 上調(diào)試完成的。 LK-51 單片機學(xué)習(xí)機是一款具有編程、實驗、仿真和開發(fā)等功能的單片機學(xué)習(xí)機。具有資源豐富、穩(wěn)定性好、使用方便、便于擴展開發(fā)和高性價比等特點。不需其他仿真器和編程器等工具，可直接通過串行口下載程序，或在線仿真，方便快捷，適合于單片機學(xué)習(xí)和應(yīng)用者完成實驗、課程設(shè)計、科技創(chuàng)新活動以及應(yīng)用開發(fā)等。利用該款學(xué)習(xí)機可極大的降低學(xué)習(xí)單片機的成本，用戶還可以通過實 驗例子理解編程思路，學(xué)習(xí)單片機應(yīng)用系統(tǒng)的一般設(shè)計和調(diào)試方法等， 快速的掌握單片機技術(shù)。 該學(xué)習(xí)機由基本實驗主機板和若干功能擴展 模塊構(gòu)成。實驗主機板除 51 系列單片機芯片外，其主要硬件資源有： （ 1） 8 路 LED 指示； （ 2） 4 位 7 段數(shù)碼管以及驅(qū)動電路； （ 3） 1 個 43 矩陣式鍵盤以及接口電路， 1 個獨立式中斷按鍵； （ 4） 1 個蜂鳴器或小型揚聲器； （ 5） 1 個繼電器輸出電路，含常開常、閉觸點； （ 6） 1 片 AT24C02 存儲器芯片； （ 7）一個塑封一體化紅外線接收頭； （ 8） 1 個三位撥碼開關(guān)； 2 （ 9） 1 根 RS232 串口通訊接口以及下載線，可完成程序下載、在 線仿真（用SST 芯片），并實現(xiàn)與 PC 機以及與其他單 片機之間的通信； （ 10） 1 個可對 S5X 系列單片機編程的 ISP 接口； （ 11）可對用戶開放的全部 I/O 口引腳，方便用戶根據(jù)需要進行功能擴展和二次開發(fā)； （ 12） 1 個整流、濾波穩(wěn)壓電路，可采用 712V 電源輸入（交、直流均可），對本機提供 5V 工作電壓，并可對擴展功能模塊提供 5V和 12V 直流電源。 該學(xué)習(xí)機由基本實驗主機板和若干功能擴展模塊構(gòu)成。所有元件安裝在一塊單面印制電路板上。焊接安裝步驟如下： 1. 準(zhǔn)備好焊接工具和所需元件元件 ; 2. 看清安裝圖，了解元件安裝位置； 3. 器件焊接： （ 1）焊接元件面跳線（ 1 根）；首先根據(jù)線段的長短用鑷子進行定型，插入對應(yīng)的安裝孔，然后焊接。并用斜口鉗剪掉高出部分。 （ 2）依次焊接電阻： 1K （ 16 個）、 2K （ 2 個） 2. 2K （ 1 個）、 200 （ 1 個）； （ 3）依次焊接整流二極管（ 4 個）、續(xù)流二極管 IN4148（ 1 個）； （ 4）依次焊接電容： 104 獨石（ 4 個） 、 104 瓷片（ 5 個）、 30P（ 2 個）； （ 5）焊接晶振 11.0592M（ 1 個）； （ 6）依次焊接排阻： 102（左邊） （ 7）依次焊接芯片插座： 40 腳、 16 腳、 8 腳各 1 個； （ 8）焊接輕觸按鍵共 14 個； （ 9）焊接三極管： 9012（ 1 個）、 9015（ 5 個）； （ 10）焊接電源指示 LED（ 1 個）、 P1 口長方形 LED（ 8 個）； （ 11）依次焊接電解電容： 22 F （ 1 個）、 220 F （ 1 個）、 1000 F （ 2 個）； （ 12）依次焊接撥瑪開關(guān)、顯示器、揚聲器、繼電器； （ 13）依次焊接跳針（ 5 個）、擴展排針（兩排）； （ 14）依次焊接電源接插件（ 4 個）、電源開關(guān)（ 1 個）； 3 （ 15）將 7805 裝好散熱片，焊接 7805。 4. 檢驗步驟： （ 1）接通電源，分別檢查芯片插座的電源 ，結(jié)果顯示所有芯片插座的電源都在 V)1.05( 范圍內(nèi)。 （ 2）裝上 P1 口電源跳線帽，用導(dǎo)線將 40 腳插座的 18 腳分別接地， 8個LED都能 被點 亮 。 （ 3）裝上繼電器跳線帽，用導(dǎo)線將 40 腳插座中左邊從下數(shù)第 5腳接地 ， 能聽到繼電器“咔咔”的動作聲音。 （ 4）完成以上三項檢查正常后，裝好復(fù)位跳線帽，安裝主芯片運行檢驗程序檢查鍵盤、顯示器、小喇叭、繼電器以及中斷工作 ，全部 正常 。 5. 以上各項檢查都正常 ，焊接安裝成功 ，可以進行下一步的系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)工作了 。 第二節(jié) 汽車信號燈控制系統(tǒng) 課題 簡介 本課題以單片機為核心，設(shè)計出 汽車尾燈控制系統(tǒng) ，具有以下功能： 1. 駕駛操作與燈光信號對應(yīng)關(guān)系： 左 /右轉(zhuǎn)彎 (合上左 /右開關(guān) )：儀表板左 /右轉(zhuǎn)彎燈、左 /右頭燈、左 /右尾燈閃爍； 緊急開關(guān)合上：所有燈閃爍； 剎車 (合上剎車開關(guān) )：左右尾燈亮； 左 /右轉(zhuǎn)彎剎車：儀表板左 /右轉(zhuǎn)彎燈、左 /右頭燈、左 /右尾燈閃爍，右 /左尾燈亮； 剎車、合上緊急開關(guān)：尾燈亮、儀表板燈、頭燈閃爍； 左 /右轉(zhuǎn)彎剎車，并合上緊急開關(guān)：右 /左尾燈亮，其余燈閃爍； 2. 所需執(zhí)行的操作由相應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)反映 ； 3. 所需控制的信號燈有儀表板左 /右轉(zhuǎn)彎燈、左右頭燈和左右尾燈共六類燈，信號燈用 LED 顯示燈模擬。 4 第 一 章 系統(tǒng)總體設(shè)計 思路 汽車信號燈部分對硬件的需求只有六個發(fā)光二極管（模擬六組信號燈） 和四個按鍵（對應(yīng)著左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車、緊急開關(guān)四種基本操作信號）。 軟件系統(tǒng) 的設(shè)計 就是 通過編寫程序， 讓 這些簡單的硬件組合 去實現(xiàn)系統(tǒng)所有的功能 。 5 第 二 章 硬件 系統(tǒng) 設(shè)計 汽車信號燈控制系統(tǒng) 的輸入為 左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車、緊急開關(guān)閉合四種基本操作， 分別 用四個 按鍵接入單片機的 P2.4P2.7。 輸出為兩組頭燈、兩組尾燈、兩個儀表板燈，用 P1 口的低六位作為驅(qū)動信號。 另接一個發(fā)光二極管到 P1.7，作為系統(tǒng)正常工作的指示燈。 單片機選用 STC89C52。 6 圖 2-1 硬件 原理 圖 7 第 三 章 軟件 系統(tǒng) 設(shè) 計 汽車信號燈控制系統(tǒng)可分為：左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、剎車、緊急開關(guān)閉合四種基本操作，而按要求又可組合為九組操作，即左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、緊急開關(guān)合上、剎車、左轉(zhuǎn)彎剎車、右轉(zhuǎn)彎剎車、剎車并合上緊急開關(guān)、左轉(zhuǎn)剎車并合上緊急開關(guān)、右轉(zhuǎn)剎車并合上緊急開關(guān)。一般的設(shè)計思路是，分別設(shè)計九個子程序表示以上的九種操作功能，這種設(shè)計思路很容易理解和實現(xiàn)。但是，這種設(shè)計思路的實現(xiàn)有諸多缺陷，比如說，不能夠在第一時間內(nèi)響應(yīng)加駛員的駕駛操作。我們想出了一個非常簡單的而且易于理解易于實現(xiàn)的方法。 第一節(jié) 軟件 系統(tǒng) 的框架 根據(jù)系統(tǒng)的要求和硬件 的設(shè)計，我 們設(shè)計出了如下圖 3-1 所示的軟件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 。 圖 3-1 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 8 第二節(jié) 各模塊之間的接口設(shè)計 駕駛操作 的 按鍵掃描 、信號燈的響應(yīng)（閃爍和亮滅）、時鐘的調(diào)節(jié)、時鐘的運行還有時鐘的顯示都可以作為一個獨立的模塊來實現(xiàn) 。 讓我們先來定義一下這些模塊之間的接口吧。 駕駛操作的按鍵組合與信號燈的響應(yīng)（閃爍和亮滅）存在一對一的關(guān)系，我們將它們以表格的形式羅列了出來。 表 3-1 駕駛操作與信號燈的關(guān)系 左轉(zhuǎn)彎 右轉(zhuǎn)彎 緊急 剎車 儀表板 頭燈 尾燈 左 右 左 右 左 右 通 斷 通 通 閃 亮 閃 閃 閃 閃 通 斷 斷 通 閃 閃 閃 閃 閃 亮 通 斷 斷 斷 閃 滅 閃 滅 閃 滅 斷 通 通 通 亮 閃 閃 閃 閃 閃 斷 通 斷 通 閃 閃 閃 閃 亮 閃 斷 通 斷 斷 滅 閃 滅 閃 滅 閃 斷 斷 通 通 閃 閃 閃 閃 亮 亮 斷 斷 通 斷 閃 閃 閃 閃 閃 閃 斷 斷 斷 通 滅 滅 滅 滅 亮 亮 這樣看似乎有些不明顯，讓我們來加工一下，使它清楚一些。思考一下，一盞燈怎樣才能閃爍呢？ 對了，讓它一會兒亮，一會兒滅，不就“閃”起來了嗎？這 問題很簡單對嗎？我們的整個系統(tǒng)就是建立在這個認識之上。 我們設(shè)想在那盞“閃爍”的燈“亮”的時候和“滅”的時候分別制一張像上表一樣的表，并 將 各個控制開關(guān)的“通”和“斷”分別用“ 0”和“ 1”代替，將 制表的那一瞬間各燈的“亮”和“滅”分別用“ 0”和“ 1”表示，這表會是個什么樣子呢？ 9 表 3-2 閃爍的信號燈“亮”時的駕駛操作與信號燈的關(guān)系 左轉(zhuǎn)彎 右轉(zhuǎn)彎 緊急 剎車 儀表板 頭燈 尾燈 左 右 左 右 左 右 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 表 3-3 閃爍的信號燈“ 滅 ”時的駕駛操作與信號燈的關(guān)系 左轉(zhuǎn)彎 右轉(zhuǎn)彎 緊急 剎車 儀表板 頭燈 尾燈 左 右 左 右 左 右 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 10 我們按照表 3-2與表 3-3中各行的數(shù)字看作是兩個相關(guān)聯(lián)的二進制編碼 駕駛操作 4 位；信號燈響應(yīng) 8 位 （ 上表中的 6 位 作為低 6 位， 一 盞 始終“閃爍”的系統(tǒng)工作指示燈 作為最高位 ， 第七位沒用，置“ 1” ）。 那么我們就得到了一個具 有信號燈控制作用的表格，如表 3-4 所示。 表 3-4 信號燈控制表格 控制字 “ 亮 ” 數(shù)據(jù) “暗” 數(shù)據(jù) 04H 40H EFH 06H 40H FEH 07H 55H FFH 08H 40H DFH 0AH 40H FDH 0BH 6AH FFH 0CH 40H FCH 0DH 40H FFH 0EH 7CH FCH 有了上面這張表，我們就可以直接從駕駛操作的按鍵中讀取“控制字”，再通過“控制字”查表得到相應(yīng)的信號燈亮暗數(shù)據(jù)，直接送信號燈顯示就可以了。簡單吧？ 我們現(xiàn)在就可 以很輕松地定義駕駛操作的按鍵掃描模塊與信號燈響應(yīng)模塊之間的接口了。 設(shè) 置一個“亮”數(shù)據(jù)和一個“暗”數(shù)據(jù)的緩存，駕駛操作的按鍵掃描模塊根據(jù)按鍵組合查表，得到與之對應(yīng)的“亮”數(shù)據(jù)和“暗”數(shù)據(jù)， 存入各自的緩存中。 信號燈響應(yīng)模塊 按照一定的時間間隔分別取出“亮”數(shù)據(jù)和“暗”數(shù)據(jù) 送 P1 口驅(qū)動信號燈顯示。 第三節(jié) 駕駛操作掃描模塊的設(shè)計 11 駕駛操作掃描模塊的 程序 流程圖如下圖 3-2 所示。 圖 3-2 駕駛操作掃描程序流程圖 第四節(jié) 信號燈響應(yīng)模塊的設(shè)計 因為信號 燈響應(yīng)模塊需要按一定的時間間隔來輪流顯示“亮”數(shù) 據(jù)和“暗”數(shù)據(jù)，所以我們把它放在定時器 T0 的中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)。 在系統(tǒng)緩沖區(qū)中設(shè)置 一個顯示次數(shù)的數(shù)據(jù) ，初始時設(shè)置一個合適的值 ， T0 定時 10ms，每次 T0 中斷該數(shù)據(jù)都減一。直到該數(shù)據(jù)為零時，重新設(shè)置合適的值，同時更換“亮”“暗”數(shù)據(jù)的顯示。 信號燈響應(yīng)模塊的程序流程圖如下圖 3-3 所示。 12 圖 3-3 信號燈響應(yīng)程序流程圖 13 第 五 節(jié) 主程序的設(shè)計 系 統(tǒng)開機以后，先進行整個系統(tǒng)的初始化工作，包括對各個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的初始化工作，對定時器 T0、 T1 的初始化工作等。然后打開系統(tǒng)用到的兩個定時器中斷和總中斷開關(guān) ， 起動 T0 和 T1。 接下來只要循環(huán)調(diào)用駕駛操作掃描程序、時鐘調(diào)節(jié)程序和時鐘顯示程序就可以了。主程序的流程圖如下圖 3-7 所示。 圖 3-7 主程序流程圖 14 第 四 章 系統(tǒng)調(diào)試 先下載程序到單片機中，然后開 機 運行 。 用手指按住作為左轉(zhuǎn)彎開關(guān)的按鍵不放（在實際應(yīng)用中此信號就是電平信號）， 儀表板左轉(zhuǎn)彎燈、左頭燈、左尾燈閃爍； 用手指按住作為右轉(zhuǎn)彎開關(guān)的按鍵不放， 儀表板右轉(zhuǎn)彎燈、右頭燈、右尾燈閃爍； 用手指按住緊急開關(guān)不放，所有燈閃爍；用手指按住剎車按鍵不放，左右尾燈亮；用手指按住 左轉(zhuǎn)彎按鍵和剎車按鍵， 儀表板左轉(zhuǎn)彎 燈、左頭燈、左尾燈閃爍，右尾燈亮； 用手指按住右轉(zhuǎn)彎按鍵和剎車按鍵， 儀表板右轉(zhuǎn)彎燈、右頭燈、右尾燈閃爍，左尾燈亮；用手指按住剎車按鍵和緊急按鍵， 尾燈亮、儀表板燈、頭燈閃爍； 用手指按住左轉(zhuǎn)彎按鍵，剎車按鍵和緊急按鍵， 右尾燈亮，其余燈閃爍； 用手指按住右轉(zhuǎn)彎按鍵，剎車按鍵和緊急按鍵， 左尾燈亮，其余燈閃爍； 至此整個系統(tǒng)調(diào)試完畢。 15 總結(jié) 在這兩周的學(xué)習(xí)和設(shè)計中，使我充分認識到理論聯(lián)系實際的重要。安裝和調(diào)試自始至終要有嚴謹?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，不能抱有僥幸心理。理論固然重要，但是在實際應(yīng)用中遇到的很多問題是不容忽視的。 在 第一周，我們通過找大量的資料和同學(xué)們一起研究和討論，認識設(shè)計的內(nèi)容，將其分為兩大部分（硬件設(shè)計部分和軟件設(shè)計部分），終于設(shè)計出一套完整的方案。但是將這些具體的方案落實到實際設(shè)計中，出現(xiàn)很多錯誤，而那些錯誤在原則上是 可以避免的 ，這就需要我們在調(diào)試過程中利用所掌握的知識認真檢查，發(fā)現(xiàn)不足。然后在討論如何解決不足之 處，如此 一次次的改，一次次的查，直到完全符合我們的功能要求。 無數(shù)次的嘗試總算是把設(shè)計搞好了，電路調(diào)試成功。真是難以去形容那種愉悅的心情。自己的付出總算是有了回報。我也得到了自己知識不足的教訓(xùn)。感覺在知 識不牢固的時候是多么無助。自己要反復(fù)的去查閱以前的課本和書籍是多煩瑣的事情。這也就堅定了我在以后的學(xué)習(xí)中要認真學(xué)好基礎(chǔ)知識的決心。 總體來說，這次實習(xí)使我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實際操作能力。在讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。 通過這次課程設(shè)計，我認識到單片機設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題 ： （ 1）采用模塊化、子程序化的優(yōu)點是便于連接和移植，特別是重復(fù)使用時尤為方便。但使用者必須預(yù)先明確各子程序的入口參數(shù)、出口參數(shù)和 所占用的資源，合理利用堆棧，避免主程序與子程序之間、子程序與子程序之間 16 所占用的資源發(fā)生沖突。 （ 2）在調(diào)試程序前，一定要預(yù)先將源程序分析透徹，在此基礎(chǔ)上訓(xùn)練如何通過實驗現(xiàn)象分析和判斷產(chǎn)生故障的原因及故障可能存在的大致范圍；靈活運用開發(fā)系統(tǒng)所提供的各種調(diào)試方法，快速有效地排查和縮小故障范圍。通過反復(fù)調(diào)試，不斷地分析和排除故障，調(diào)試軟件和硬件的能力及速度。 （ 3）調(diào)試程序時，要結(jié)合能反映故障存在與否的參數(shù)變化、運行路徑變化、顯示內(nèi)容變化等，選擇合適的觀測點和觀測對象，再運用適當(dāng)?shù)恼{(diào)試方法，快速地檢驗調(diào)試結(jié)果，由 此分析和判斷故障點。 致 謝 兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，在此我想對我的指導(dǎo)老師 王迎旭 老師表達我衷心的謝意。在 她 耐心的指導(dǎo)下， 使這次 課程設(shè)計 取得了較滿意的結(jié)果 。 這次設(shè)計過程中得到了 其他 老師的指導(dǎo)和幫助 ，在此一并表示衷心的感謝。 在設(shè)計中，我查了不少參考資料，在此向其作者表示敬意！ 參考文獻 1 王迎旭編單片機原理與應(yīng)用 M機械工業(yè)出版社 2004.7 2 樓然苗編 51 系列單片機設(shè)計實例 M北京航空航天大學(xué)出版社 3 陳光東編 單片微型計算機原理及接口技術(shù) M 華中科技大學(xué)出版社 17 附錄 A 元器件清單 LK-51 系列單片機學(xué)習(xí)機 （ 印制電路板一塊， STC89C52 單片機一塊， 發(fā)光二極管七只，輕觸按鍵 6 個， 1K 電阻 13 個， 102 排阻一個， 30pF 電容 2 個，22 F 電容 一個 ， 4 位 7 段數(shù)碼管一個， 三極管 9015 四只， 12MH