单片机控制汽车信号灯模拟系统的设计与实现

摘 要：随着集成电路技术的发展，可以将计算机的功能集成在一个芯片上，这样的芯片具有计算机的全部或大部分功能。汽车信号灯系统是应用单片机知识，从设计、开发到调试完成一个应用系统的整个过程。

关键词：单片机；89C51；汽车信号灯；模拟系统

Single chip microcomputer to control the vehicle signal lamp simulation system design and implementation

Chen Chuyun

Shantou lin baixin science and technology secondary school, Shantou, 515041, China

Abstract: SCM is a single chip micro computer referred to, with the development of integrated circuit technology can complete computer functional components integrated on a chip, such a chip on the computer with all or most of the functions, known as the single chip microcomputer, referred to as SCM. The automobile signal lamp system is the application of knowledge of SCM, from design, development to complete the commissioning of an application system of the whole process.

Key words: single chip microcomputer; automobile signal lamp; design; development; debugging; realization

汽车信号灯控制系统是汽车必不可少的一个装置，市面上的汽车信号灯大多采用纯电路的设计模式，电路复杂，可靠性低。笔者设计的汽车信号灯模拟系统，采用89C51单片机进行控制，较其他控制系统具有廉价、电路简单、可靠性高的优势。

1 从实际问题中抽象出控制模型

1.1 找出研究问题的功能、技术指标

汽车信号灯模拟控制系统是用一组开关模拟汽车运行状态，通过检测开关的状态判断汽车的运行状态，然后控制相应的指示灯亮、灭或者闪烁。

汽车信号指示灯有6个：左右头灯、左右尾灯、仪表板上的左右指示灯。5个开关表示5种状态：刹车、应急、停靠、左转、右转。具体功能要求为：

(1)汽车直行，6个指示灯全灭。

(2)刹车时，2个尾灯亮。如刹车时正在转弯，相应的转弯信号灯不受影响。

(3)应急开关合上时，6个灯全闪烁。

(4)汽车停靠时，2个头灯和2个尾灯均闪烁。

(5)汽车左转时，左头灯、左尾灯和左仪表灯闪烁。

(6)汽车右转时，右头灯、右尾灯和右仪表灯闪烁。

(7)出故障时，2个仪表灯闪烁。

开关和信号灯的闪烁关系见表1。

表1

1.2 闪烁频率的处理

在程序中，以延时子程序延时的长短来调整闪烁频率。应急和停靠时的闪烁频率应较高，其余情况下的闪烁频率应较低。汽车灯闪烁原理如图1所示，当P1.0为低电平时，灯亮；当P1.0为高电平时，灯灭。通过控制灯的亮、灭时间形成闪烁效果。

图1 汽车灯闪烁原理图

2 系统总体设计

2.1 可行性讨论

目前，单片机的功能已经十分强大，程序存储器、AD转换电路、驱动电路等都集中到一个芯片上，可做到价格与普通数字芯片相当而功能却十分强大[2]。用单片机控制一个检测报警系统，与以往用数字逻辑电路组成的控制系统相比，具有更大的灵活性，功能也更强，并具有智能性，在实际工作中是一种行之有效的方法。因此，从科学原理上分析是可行的。

2.2 初步方案设计(如图2所示)

图2 初步方案设计流程图

3 硬件设计

(1)89C51系统：用于控制整个系统及存储程序等。

(2)开关输入电路：开关输入使用P3.0，P3.1，P3.3和P3.5，分别为刹车、应急、停靠、左转和右转开关。原理如图3所示，当开关合上时，P3.0输入低电平；开关断开时，P3.0输入高电平。电阻选用5 k，电源5 V，开关合上时电流I=U/R=0.001(A)=1(mA)，功率P=UI=0.005(W)，实际选用1/8 W即可。

图3 开关输入电路图

(3)输出驱动电路。输出驱动电路使用P1口的P1.0～P1.5驱动6个发光二极管，分别表示左前灯、右前灯、左仪表灯、右仪表灯、左尾灯和右尾灯。发光二极管通过5～15 mA的电流时发光，选择10 mA。本身的电压降2 V。电阻阻值：R=U/I=(5－2)/0.01=300(Ω)，功率：P=UI=0.03(W)，实际选用1/8 W的就能符合要求。

(4)系统硬件电路设计如图4所示。

图4 系统硬件电路设计

4 软件设计

软件设计的工作是利用89C51指令系统提供的指令，根据功能要求编制程序。编制程序前应先对工作寄存器进行分配，再根据功能要求编制出250 mS和500 mS的延时子程序，选择开关输入代码和信号控制代码。

(1)工作寄存器的分配：主程序使用工作寄存器R0，R1，R2和R3，延时250 mS子程序使用寄存器R4和R5，延时500 mS子程序使用寄存器R6和R7。

(2)延时子程序：应急和停靠的闪烁频率较高，取亮和灭各250 mS，其他情况的闪烁频率较低，取亮和灭各500 mS，因此需要延时250 mS和延时500 mS两个子程序。

(3)开关输入代码：开关输入使用P3口(没用到的设为1)。例：刹车开关D0为0，其余为1，则16进制代码为FEH。

(4)信号控制代码：使用P1口(没用到的设为1)。输出驱动电路使用P1口的P1.0～P1.5驱动6个发光二极管，分别表示6个灯，对应关系是：P1.0左前灯、P1.1右前灯、P1.2左仪表灯、P1.3右仪表灯、P1.4左尾灯、P1.5右尾灯。当P1口的相应位为0时灯亮，为1时灯灭。例：刹车时，两个尾灯亮，D5和D4为0，其余为1，则16进制代码为CFH。

(5)主程序设计、编制：如图5所示，根据程序流程图，利用89C51单片机指令系统编制程序。根据输入P3口的开关状态，检测是否有开关合上，若没有则继续检测；若有则分析是哪个开关合上，然后控制相应的信号灯。

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图5 主程序设计流程图

5 元件表

根据系统设计要求，需要用到的元件见表2。

表2 元件表

6 结束语

本系统能按预想实现功能，但在实际汽车中的应用仍未尝试。汽车在行驶过程中的振动可能对系统的稳性造成影响，需继续研究、探索。本系统也可应用于摩托车、电动自行车等交通工具，特别是近几年来随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，具有高效、节能、低噪声、无污染等优点的代步工具―电动车[3]得到了快速发展，但绝大多数电动车没有安装信号灯，若能为电动车安装这种价格低廉且安装简单、可靠性高的信号灯，将进一步提高电动车的安全性。

参考文献

[1] 姚凯学,孟传良.单片机原理及应用[M].重庆:重庆大学出版社,1998.

[2] .单片机原理与实用技术[M].北京:清华大学出版社/北方交通大学出版社,2004.

[3] 马汝星,廖任秀.单片机应用系统设计与制作[M].北京:人民邮电出版社,2010.