1、計算機(jī)控制技術(shù)畢業(yè)論文 計算機(jī)控制技術(shù)畢業(yè)論文計算機(jī)控制技術(shù)畢業(yè)論文 題目題目 ：基于單片機(jī)的汽車轉(zhuǎn)彎信號燈控制系統(tǒng)設(shè)計 摘要摘要 本設(shè)計在于模擬汽車在駕駛中的左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、閉合緊急開關(guān)、 ?？康炔僮?。在轉(zhuǎn)彎時，通過轉(zhuǎn)彎操作桿使轉(zhuǎn)彎開關(guān)閉合，從而使頭信號燈、 儀表板的轉(zhuǎn)彎燈、尾信號燈閃爍；閉合緊急開關(guān)時以上 6 個信號燈全部閃爍； 汽車剎車時，左右兩個尾信號燈點亮；若正當(dāng)轉(zhuǎn)彎時剎車，則轉(zhuǎn)彎時原閃爍的 信號燈繼續(xù)閃爍，同時另一個尾信號燈點亮。 基于上述的設(shè)計思想，本設(shè)計采用單片機(jī)控制，在控制系統(tǒng)中，選擇了五 個開關(guān)（K1-K5） 、5 個電壓跟隨器、1 個 AT90S8535單片機(jī)、7

2、只發(fā)光二極管 （用來模擬信號燈發(fā)光） 、2 片 8255 接口芯片、1 個 ADC0809A/D 轉(zhuǎn)換器、3 個 DAC0832D/A 轉(zhuǎn)換器、1 片 74LS138 芯片。其中 AT90S8535單片機(jī)做為控 制核心，當(dāng)5 個開關(guān)的狀態(tài)發(fā)生改變后，單片機(jī)檢測到開關(guān)信號后就通過軟件 輸出相關(guān)信號，來驅(qū)動 6 個汽車信號燈和 1 個錯誤指示燈根據(jù)開關(guān)的相應(yīng)狀態(tài) 閃爍或長亮。信號燈及錯誤指示燈由發(fā)光二極管模擬替代。 通過這些， 本控制系統(tǒng)能夠很好的達(dá)到控制汽車轉(zhuǎn)彎信號燈的目的， 同時， 所采用的單片機(jī)及其他元件的成本不高，還能很好的達(dá)到控制要求，不會增加 汽車的制造成本。對生產(chǎn)廠家和消費者來說是非

3、常好的選擇。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)汽車轉(zhuǎn)彎信號燈AT90S8535 1 目錄目錄 1設(shè)計背景.3 2總體方案.4 2.1控制器的選擇.4 2.2放大器的選擇.6 2.3可編程并行接口 8255.6 2.4A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇.6 2.5D/A 轉(zhuǎn)換器的選擇.7 2.6顯示部分.7 3硬件電路設(shè)計.8 3.1AT90S8535的接口電路 .8 3.2開關(guān)量輸入與放大器電路.9 3.38255 的接口電路.10 3.4ADC0809 轉(zhuǎn)換電路.11 3.5DAC0832 的轉(zhuǎn)換電路.11 3.674LS138 轉(zhuǎn)換電路與顯示電路 .12 4系統(tǒng)軟件設(shè)計.13 4.1系統(tǒng)總體軟件設(shè)計.13 4.2單片機(jī)程

4、序設(shè)計.14 4.38255 程序設(shè)計.14 4.4A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 程序設(shè)計.15 4.5D/A 轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計.15 5總結(jié).16 6參考文獻(xiàn).17 7附錄系統(tǒng)總體電路圖.18 2 1 1設(shè)計背景設(shè)計背景 汽車信號燈的作用是大家所熟知的，汽車通過顯示不同的信號燈來告訴前 后左右的行車者本汽車正在進(jìn)行的操作，以達(dá)到安全行駛的目的，汽車信號燈 主要有以下 7 種：左頭燈、右頭燈、左轉(zhuǎn)彎燈、右轉(zhuǎn)彎燈、左尾燈、右尾燈和 錯誤指示燈。 本控制系統(tǒng)模擬汽車在駕駛中的左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎、剎車、閉合緊急開關(guān)、 ?？康炔僮?。在左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎時，通過轉(zhuǎn)彎操作桿使左轉(zhuǎn)彎（或右轉(zhuǎn)彎）開 關(guān)閉合，從而使左

5、頭信號燈、儀表板的左轉(zhuǎn)彎燈、左尾信號燈（或右頭信號燈、 儀表板的右轉(zhuǎn)彎燈、右尾信號燈）閃爍；閉合緊急開關(guān)時以上6 個信號燈全部 閃爍；汽車剎車時，左右兩個尾信號燈點亮；若正當(dāng)轉(zhuǎn)彎時剎車，則轉(zhuǎn)彎時原 閃爍的信號燈繼續(xù)閃爍，同時另一個尾信號燈點亮，以上閃爍的信號燈以 1HZ 頻率慢速閃爍，其組合見表 1-1，在表中未出現(xiàn)的組合，都將出現(xiàn)故障指示燈 閃爍，閃爍頻率為10HZ。通過在實驗箱上分別按K1、K2、K3、K4 和 K5 鍵來顯 示汽車剎車、緊急、?？?、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)等狀態(tài)。 操作輸出信號 左轉(zhuǎn)彎燈右轉(zhuǎn)彎燈左頭燈右頭燈左尾燈右尾燈 左轉(zhuǎn)彎（閉合左轉(zhuǎn)彎開關(guān)）閃爍 右轉(zhuǎn)彎（閉合右轉(zhuǎn)彎開關(guān)）滅 閉合緊急

6、開關(guān) 剎車（閉合剎車開關(guān)） 左轉(zhuǎn)彎時剎車 右轉(zhuǎn)彎時剎車 剎車時緊急開關(guān) 閃爍 滅 閃爍 滅 閃爍 滅 閃爍 閃爍 滅 滅 閃爍 閃爍 閃爍 滅 閃爍 滅 閃爍 滅 閃爍 滅 閃爍 閃爍 滅 滅 閃爍 閃爍 閃爍 滅 閃爍 亮 閃爍 亮 亮 滅 閃爍 閃爍 亮 亮 閃爍 亮 3 左轉(zhuǎn)彎時剎車閉合緊急開關(guān)閃爍 右轉(zhuǎn)彎時剎車閉合緊急開關(guān)閃爍 ?？浚ㄩ]合停靠開關(guān)）滅 閃爍 閃爍 滅 閃爍 閃爍 閃爍 閃爍 閃爍 閃爍 閃爍 亮 閃爍 亮 閃爍 閃爍 表 1-1各種操作對應(yīng)的信號燈輸出 2 2總體方案總體方案 基于上述的設(shè)計思想以及所學(xué)單片機(jī)知識， 并且設(shè)計環(huán)境。所以我們在設(shè)計 時，選擇了五個開關(guān)（K1

7、-K5） 、5 個電壓跟隨器、1 個 AT90S8535單片機(jī)、7 只 發(fā)光二極管、2 個 8255 接口芯片、1 個 ADC0809A/D 轉(zhuǎn)換器、3 個 DAC0832D/A 轉(zhuǎn)換器、1 片 74LS138 芯片。其中 AT90S8535 單片機(jī)做為控制核心，當(dāng) 5 個開 關(guān)的狀態(tài)發(fā)生改變后，單片機(jī)檢測到開關(guān)信號后就通過軟件輸出相關(guān)信號，來驅(qū) 動 6 個汽車信號燈和 1 個錯誤指示燈根據(jù)開關(guān)的相應(yīng)狀態(tài)閃爍或長亮。 信號燈及 錯誤指示燈由發(fā)光二極管模擬替代。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 1-1信號燈控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 2.12.1控制器的選擇控制器的選擇 方案一:采用繼電器控制 采用繼電器控制

8、也可以控制汽車轉(zhuǎn)彎信號燈系統(tǒng)， 但對于現(xiàn)在對汽車安全要 求比較高，實時響應(yīng)快來說，繼電器控制就顯得有些不足，由于其斷開吸合的狀 態(tài)，使得其響應(yīng)具有延時性，并且繼電器不斷地斷開吸合，使繼電器的使用壽命 變短，需經(jīng)常更換繼電器，并且斷開吸合會產(chǎn)生噪聲，嚴(yán)重影響汽車的性能，因 此繼電器不適合用來控制汽車轉(zhuǎn)彎信號燈。 4 方案二：PLC 作為控制器 用 PLC 控制汽車轉(zhuǎn)彎信號燈系統(tǒng)， 由于 PLC 對開關(guān)量信號的控制精確度高， 控制系統(tǒng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)于各種惡劣的環(huán)境，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的 繼電器控制系統(tǒng)和一般的計算機(jī)控制系統(tǒng)。并且 PLC 的體積小、質(zhì)量輕、功耗 低，集成度非常高。但同時，

9、 PLC 的成本非常高，對于一般的汽車轉(zhuǎn)彎信號燈控 制系統(tǒng)來說無疑是增加了成本，而且對只有單純的開關(guān)量控制而無計數(shù)、定時、 算術(shù)運(yùn)算等運(yùn)算的信號燈控制系統(tǒng)來說更是大材小用，浪費資源。 方案三：單片機(jī)作為控制器 單片機(jī)控制系統(tǒng)同樣具有 PLC 的各種優(yōu)點，與 PLC 的不同之處就是其集成 度沒有 PLC 高，但對于汽車轉(zhuǎn)彎信號燈的控制系統(tǒng)來說，單片機(jī)的功能已足夠 用，而且與 PLC 相比，其成本夠低，不會大幅度增加汽車的成本，非常適合來 控制汽車的轉(zhuǎn)彎信號燈。 綜上所述，本控制系統(tǒng)將采用單片機(jī)來作為本設(shè)計的控制器。 單片機(jī)的選型： AVR 單片機(jī)是目前市場上頗受歡迎的高性價比的單片機(jī)系列,AT9

10、0S8535單 片機(jī)是 AVR 系列單片機(jī)中內(nèi)部接口豐富 ,功能齊全且性價比高的一個品種 ,其 CPU 由 32 個 8 位可單期訪問的通用寄存器，寄存器堆中 6 個可以組成 3 個 16 位用于數(shù)據(jù)尋址的間接尋址寄存器指針，ALU 支持兩個寄存器之間、寄存器和 常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，以及單寄存器的操作。同時還有64 個 I/O 寄存器， 內(nèi)部 512 個 8 位 SRAM 等，其主要特點有: a. AT90S8535單片機(jī)內(nèi)有 8KB 的 Flash 程序存儲器，可反復(fù)擦寫便于新產(chǎn) 品開發(fā)。 b.高速度。 每個時鐘周期執(zhí)行一條指令,當(dāng)主頻為 8MHZ 時,大多數(shù)指令僅需 約 125ns。

11、 c.有 32 個 I/O口， 輸出口的驅(qū)動能力強(qiáng),灌電流可達(dá) 40mA,能直接驅(qū)動 LED、 繼電器等器件;輸入口可三態(tài)輸入,也可帶內(nèi)部上拉電阻。 d.設(shè)有看門狗定時器,便于程序抗干擾。 e低功耗，具有空閑、省電、掉電三種低功耗方式，掉電模式下工作電流 小于 1 微安。 5 f有 UART異步串行接口，便于實現(xiàn) RS232C 和 RS485 通信接口。 g超功能精簡指令。 2.22.2放大器的選擇放大器的選擇 根據(jù)設(shè)計需要， 采用同相放大電路構(gòu)成的電壓跟隨器。電壓跟隨器的放大倍 數(shù)為 1，即輸出電壓與輸入電壓大小相等，相位相同，它的輸入電阻為無窮大， 輸出電阻為零， 在電路中常用作阻抗變換器

12、或緩沖器，該電路幾乎不從信號源吸 收電流，當(dāng)負(fù)載變化時，輸出電壓幾乎不變，從而消除了負(fù)載變化對輸出電壓的 影響。 2.32.3可編程并行接口可編程并行接口 82558255 8255 由數(shù)據(jù)端口、AB 兩組控制電路、讀寫控制邏輯和數(shù)據(jù)總線緩沖器四 部分組成。有三種基本的工作方式：方式 0、方式 1、方式 2。其中 A 口可以 工作在三種方式下，B 口只能工作在前兩種方式下，C 口在作為數(shù)據(jù)輸入輸出 端口時，只能工作在方式 0，當(dāng) A、B 口工作在方式 1 或 A 口工作在方式 2 時， C 口的某些位被用作連接相應(yīng)的選通控制信號?？梢酝ㄟ^ 8255 的初始化來確 定各個端口工作在何方式下。 2

13、.42.4A/DA/D 轉(zhuǎn)換器的選擇轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的器件。 ADC0809 是 8 位逐次逼 近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，芯片內(nèi)包含 8 通道多路開關(guān)及與計算機(jī)兼容的控制邏輯。 在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有一個高阻抗斬波穩(wěn)定比較器， 一個帶有模擬開關(guān)數(shù)組的256R 電阻分壓器，以及一個逐次逼近型寄存器 SAR。 ADC0809 由兩部分組成： 第一部分為輸入通道多路模擬開關(guān)， 控制 A、 B、 C 和地址鎖存允許端子 ALE，可使其中一個通道被選中；第二部分為一個逐次 逼近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，它由比較器、控制邏輯、輸出鎖存緩沖器、逐次逼近型 寄存器及開關(guān)樹組和 256

14、R 電阻分壓器組成， 由開關(guān)樹組和 256R 電阻分壓器組 成 D/A 轉(zhuǎn)換器。 6 應(yīng)用時， 啟動脈沖 START和地址鎖存允許脈沖 ALE 的上升沿將地址鎖存， 經(jīng)譯碼模擬量 A、B、C 選擇開關(guān)所指定的通道信號被送至 A/D 轉(zhuǎn)換器。在 START信號下降沿的作用下，逐次逼近過程開始，在時鐘的控制下，一位一位 地逼近。此時，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EOC 呈低電平狀態(tài)。由于逐次逼近需要一定的 過程，所以在此期間，模擬輸入值應(yīng)維持不變，比較器需要一次一次地進(jìn)行比 較，知道轉(zhuǎn)換結(jié)束。此時，若計算機(jī)發(fā)出一個允許命令，則可讀出數(shù)據(jù)。 2.52.5D/AD/A 轉(zhuǎn)換器的選擇轉(zhuǎn)換器的選擇 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出

15、有多種形式， 許多 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出地模擬信號是以電流 形式體現(xiàn)的，也就是以輸出電流的大小表示輸出數(shù)字量的大小。而電壓輸出型 的又有單極性輸出和雙極性輸出兩種形式。 根據(jù)輸入的二進(jìn)制位數(shù)來分有8位、 10 位、12 位、16 位等。根據(jù)需要，本次設(shè)計選用 8 位的 DAC0832D/A 轉(zhuǎn)換器。 DAC0832 是采用 CMOS 工藝制成的，主要由兩個 8 位寄存器和一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器組成。 2.62.6顯示部分顯示部分 由于此處采用單片機(jī)模擬汽車轉(zhuǎn)彎信號燈的工作原理，所以采用發(fā)光二極 管來作為信號燈。 發(fā)光二極管（LED）是一種由磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成的、能直 接將電能

16、轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光顯示器件。當(dāng)其內(nèi)部有一定電流通過時，它就會發(fā) 光。發(fā)光二極管也與普通二極管一樣由 PN 結(jié)構(gòu)成，也具有單向?qū)щ娦?。它廣 泛應(yīng)用于各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中、作電源指示或電平指示。按發(fā) 光二極管的發(fā)光顏色分為有色光和紅外光。有色光又分為紅色光、黃色光、橙 色光、綠色光等。另外，發(fā)光二極管還可分為普通單色發(fā)光二極管、高亮度發(fā) 光二極管、超高亮度發(fā)光二極管、變色發(fā)光二極管、閃爍發(fā)光二極管、電壓控 制型發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管和負(fù)阻發(fā)光二極管等。 普通單色發(fā)光二極管具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn) 定、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點，可用各種直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動點

17、亮。 它屬于電流控制型半導(dǎo)體器件，使用時需串接合適的限流電阻。因此選用單色 7 發(fā)光二極管作為顯示器件。 3 3硬件電路設(shè)計硬件電路設(shè)計 3.13.1AT90S8535AT90S8535的接口電路的接口電路 AT90S8535的引腳及接口電路如下： 圖 3-1 AT90S8535 單片機(jī)接口電路 AT90S8535 的 AVCC 引腳應(yīng)通過一個低通濾波器與 VCC 相連，低通濾波器及 其與 AVCC 的連接電路如下： 8 圖 3-2單片機(jī)的低通濾波電路 3.23.2開關(guān)量輸入與放大器電路開關(guān)量輸入與放大器電路 開關(guān)按鍵與電壓跟隨器連接的電路圖如下： 圖 3-3開關(guān)量輸入與放大電路 9 3.33

18、.382558255 的接口電路的接口電路 3.3.13.3.182558255 作為單片機(jī)的輸入作為單片機(jī)的輸入 I/OI/O 口接口電路口接口電路 8255 在信號輸入時的接口電路如下: 圖 3-4單片機(jī)的 I/O 輸入接口電路 3.3.23.3.282558255 作為單片機(jī)的輸出作為單片機(jī)的輸出 I/OI/O 接口電路接口電路 8255 在信號輸出時的接口電路如下: 圖 3-5單片機(jī)的 I/O 輸出接口電路 10 3.43.4ADC0809ADC0809 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 A/D 轉(zhuǎn)換電路采用 ADC0809 的接口電路如下： 圖 3-6 A/D 轉(zhuǎn)換的 ADC0809 轉(zhuǎn)換電路圖 3

19、.53.5DAC0832DAC0832 的轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換電路 D/A 轉(zhuǎn)換電路采用 DAC0832 的接口電路如下： 圖 3-7D/A 轉(zhuǎn)換的 DAC0832 轉(zhuǎn)換電路圖 11 3.63.674LS13874LS138 轉(zhuǎn)換電路與顯示電路轉(zhuǎn)換電路與顯示電路 經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng) 74LS138 譯碼后與顯示部分的電路連接圖如下： 圖 3-874LS138 轉(zhuǎn)換電路與顯示電路 12 4 4系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.14.1系統(tǒng)總體軟件設(shè)計系統(tǒng)總體軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)流程圖如下： 圖 4-1 系統(tǒng)軟件設(shè)計主流程圖 13 4.24.2單片機(jī)程序設(shè)計單片機(jī)程序設(shè)計 采用分支結(jié)構(gòu)

20、編寫程序，對于不同的開關(guān)狀態(tài)，為其分配相應(yīng)的入口，從而 對不同的開關(guān)狀態(tài)作出響應(yīng)。單片機(jī)軟件設(shè)計流程圖如下： 圖 4-2單片機(jī)程序設(shè)計流程圖 4.34.382558255 程序設(shè)計程序設(shè)計 82255 芯片的軟件設(shè)計電路流程圖如下： 圖 4-38255 程序設(shè)計流程圖 14 4.44.4A/DA/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 ADC0809ADC0809 程序設(shè)計程序設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換部分采用 ADC0809 的軟件設(shè)計流程圖如下： 4-4ADC0809 程序設(shè)計流程圖 4.54.5D/AD/A 轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計 D/A 轉(zhuǎn)換部分采用 DAC0832 的軟件設(shè)計流程圖如下： 15 圖 4-5D/A 轉(zhuǎn)換器程序設(shè)計流程圖 5 5總結(jié)總結(jié) 通過一周的計算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計， 在自己的努力下，最終完成汽車轉(zhuǎn)彎 信號燈控制系統(tǒng)的設(shè)計。本控制系統(tǒng)就是充分利用了單片機(jī)、接口電路芯片以及 D/A 和 A/D 轉(zhuǎn)換器。實現(xiàn)了對汽車轉(zhuǎn)彎信號燈的控制，達(dá)到了設(shè)計的目的。 在設(shè)計中綜合運(yùn)用所學(xué)的知識，理論與實際相結(jié)