-
摘要
进入
90
年代,电子技术取得了巨大的进步,电子元器件的体积变得很小,
重量
减轻,电能的消耗进一步降低。
由于微处理器功能的增强,
计算
速度提高了
几倍,价格也变得非常便宜,
特别是可靠性得到了极
大的提高,
为用电子技术改
造传统的汽车创造了条件。
汽车在驾驶时有左转弯、右转弯刹车合紧开关停靠
等基本操作。
传统的手动控制系统存在一个致命漏洞:
车灯
完成上述动作后司机
还需要进行复位操作才能使其恢复到初始状态。
通常情况下,
司机很容易忘记关
闭转向灯
< br>,
这就成为发生交通事故的一大隐患。为解决此问题,运用车灯智能控
制系统对汽车转向灯进行控制,取到很好的效果。
完成此功能可以有三种设计方案:
第一种是利用数字逻辑电路来实现,
但这
种方案所需硬件设备较多、造价高、电路复杂、难以维护;第二种方案是利
用模
拟电路来实现,此种方案虽然电路不是很复杂,
硬件要求也
不是很高,
但它利用
的是开关的机械传动理论,很容易引起机械
误差,也很难维护;
第三种是利用单
片微机,
< br>通过软件控制来完成的装置,
利用单片微型计算机来控制汽车前灯和尾
灯的点亮和闪烁,能让汽车的前灯和尾灯根据需要自动点亮和熄灭。实践表明,
该系统不仅从根本上解决了传统的手动控制汽车尾灯的诟病,
完成了汽车转向灯
p>
的自动化控制,而且电路简单,对硬件设备的要求不是很高,且造价低,便于维
护。
关键词
:
单片机
,
转向灯
,
程序
,
自动控制<
/p>
I
Abstract
Entering the 1990s, having made
enormous progress in electronic technology, the
volume of the electronic devices and
components became very small, weight lightens,
the consumption of the electric energy
is reduced further. Because of the enhancement
of
the
function
of
the
microprocessor,
the
computational
speed
has
raised
several
times,
the
price
becomes
very
cheap
too,
especially
dependability
has
got
great
improvement, for transforming the
traditional automobile and creating the condition
with
electronic
technology.
The
automobile
has
left
that
turns
,
turns
and
brakes
to
shut
the
tight
switch
to
stop
etc.
and
operate
basically
in
right
while
driving.
The
traditional
manual
control
system
has
a
deadly
loophole:
The
driver
needs
to
be
restored to the throne
and operated enabling it’s resuming the initial
state after the car
light finishes
above-mentioned movements. Generally, the driver
is very apt to forget
to close the
steering light, this becomes a great hidden danger
of the traffic accident.
In order to
solve this problem , use the intelligent control
system of the car light to
control the
steering light of the automobile, fetch to very
good result.
There can be three kinds
of design plans in this function to finish: The
first kind
makes
use
of
digital
logical
circuit
to
realize,
but
this
kind
of
scheme
necessary
hardware equipment is more, the
fabrication cost is high, the circuit is
complicated ,
difficult to maintain;
The second kind of scheme is to make use of
simulation circuit
to be realized,
though the circuit is not very complicated for
this kind of scheme, the
hardware
requires
it
is
not
very
high,
but
what
it
utilized
is
the
mechanical
drive
theory
of
the
switch,
it
is
very
apt
to
cause
the
mechanical
error,
very
difficult
to
safeguard;
The
third
kind
utilizes
the
single
slice
of
computers,
control
the
device
finished through the software, make use
of single slice of microcomputers to control
the lighting and glimmering of
automobile headlight and taillight , make the
headlight
and taillight of the
automobile light and go out automatically
according to the need.
Practice
indicates , should not merely solve traditional
controlling the condemning of
the
automobile
taillight
systematically
manually
fundamentally
,
the
automation
of
finishing the steering light of the
automobile is controlled, and the circuit is
simple,
the
requisition
for
hardware
equipment
is
not
very
high,
and
the
fabrication
cost
is
low ,
easy to safeguard.
Keyword:
MCU, Steering light, program ,
automaticallies control
II
目录
摘要
.
..
..................................................
..................................................
......................... I
Abstract
p>
.........................................
..................................................
..............................
I
I
1
绪言
1.1
选题背景
.
....................................
..................................................
......................... 1
1.2
课题研究的目的
.
.................................
..................................................
................ 1
1.3
国内外概况
< br>.
...................................
..................................................
...................... 1
1.4
课题研究的主要工作
.
...............................
..................................................
.......... 8
2
系统设计方案的研究
2.1
设计任务
............
..................................................
.................................................
9
2.2
系统实现方案分析
........
..................................................
..................................... 9
3
总体设计
3.1
具体电路设计
..........
..................................................
......................................... 12
3.1.1
芯片简介
.
.................................
..................................................
.....................
12
3.1.2
MCS-51
系列单片机的指令系统
.
......................................
.............................
15
3.1.3
汇编语言简介
.
................................
..................................................
...............
16
3.1.4
单元电路设计
.
................................................ ................................................
17
3.2
应用软件设计
..........
..................................................
......................................... 18
3.3
系统试运行
...........
..................................................
............................................ 18
4
数据计算及仿真
4.1
闪烁信号的产生
.
.................................
..................................................
.............. 20
4.2
仿真及结果分析
.........
..................................................
...................................... 20
总结与展望
.
.................................................
..................................................
............. 22
致谢
< br>.
...................................
..................................................
....................................... 23
参考文献
.
..................................................
..................................................
................ 24
附录
.
................................
..................................................
.......................................... 26
1
绪言
1.1
选题背景
进入
90
年代,电子技术取得了巨大的进步,电子元器件的
体积变得很小,
重量减轻,电能的消耗进一步降低。
由于微处理
器功能的增强,
计算速度提高了
几倍,价格也变得非常便宜,<
/p>
特别是可靠性得到了极大的提高,
为用电子技术改
造传统的汽车创造了条件
[1]
。汽车在驾驶时有左转
弯、右转弯、刹车、停靠等基
本操作。
传统的手动控制系统存在
一个致命漏洞:
车灯完成上述动作后司机还需
要进行复位操作才
能使其恢复到初始状态。
通常情况下,
司机很容易忘记关闭转<
/p>
向灯
,
这就成为发生交通事故的一大隐患
。为解决此问题,运用车灯自动控制系
统对汽车转向灯进行控制,取到很好的效果。
p>
1.2
课题研究的目的
通过设计基于
MCS-51
单片机控制的汽车转向灯
,加深对单片机技术和电子
技术的理论学习,并通过实物设计掌握单片机和电子技术的应
用。
1.3
国内外概况
(1)
汽车灯产生的背景
据说第一个汽车前大灯是家用手提灯。
1887
年
,
一个驾驶员在黑暗的旷野
上迷路时
<
/p>
,一位农民用手提灯把他引回家。
1898
年,哥伦比亚号电动汽车把电
用于前灯和尾灯
,这样车灯就诞生了。最初的前大灯不能调光,所以在会车时
有些晃眼,为了
克服这个缺点,后来采用了附加光度调节器。这种前大灯可以在
垂直方向移动,但驾驶员
必须下车搬动夹具装置。
1906
年,世界上第一次用一
个蓄电池供电的电灯照明,汽车转向灯得以快速发展并普及。
1909
年,首次把
乙炔灯作为变光装置。转向信号灯的使用非常有趣,
1916
年,美国一个名叫
C
·
H
·托马斯的人把一带电池的灯泡装在手套上
,这样夜间行车时,对方驾驶员就
能看到他打的手势;同年,美国使用了行车灯。
1920
年,当选用倒档装置时,
开始使用倒
车灯。
1920
年,美国通用汽车公司首先装了内灯。
1925
年,导航公
司推广了双丝灯泡,远光和
近光的调节通过装在转向柱上的开关来控制。
1926
年,通用
汽车公司把大灯变光开关从方向盘移到地板。
1938
年,第一
次采用封
闭的内灯;
同年,别克汽车制造商提供了转向灯作为选
用的附件,但当时只在汽
车尾部安装。到
1940
年以后,汽车前面也装有转向信号灯了,而且信号开关具
有随时调节的功能。
1998
年,美国电气公司将电灯抛物面反射镜推广于大灯,<
/p>
侧灯和尾灯
[2]
。
(2)
单片机的发展历程
1
微型
计算机的出现是电子数字计算机广泛应用到人们日常工作、
生活领域中
< br>去的一个重大转折点。它已深入应用到非微型计算机所无法应用的领域
,
对社会
产生了极大的影响。单片微型计算机是微型计算机发展中的一个重
要分支
,
它以
其独特的结构和性能
p>
,
越来越普及地应用到国民经济的各个领域
[3]
。
单片微型计算机简称为单片
机,
它在一块芯片上集成了中央处理部件
(CPU)
、
存储器
(RAM
、
p>
ROM)
、定时器
/
计数器和各种输入
/
输出接口,
可见
单片机就是一台
计算机。
由于单片机原来就是为了实时控制应用
而设计制造的
,
因此
,
又称微控制
器
[4]
。
1974
年
,<
/p>
美国仙童
(Fairchild)
公司研
制的世界第一台单片微型机
F8
,该机
由两块集成电路芯片组成
,
结构奇特
,
具有与众不同的指令系统
,
深受民用电
器和
仪器仪表领域的欢迎和重视。从此
,
单片机开始迅速发展
,
应用领域也在不断扩
< br>大,
现已成为微型计算机的重要分支
[5]
。
单片机的发展经历了以下几个发展过程:
①第一代单片机
(1974-1976):
这
是单片机发展的起步阶段,
在这个时期生产
的单片机特点是:制
造工艺落后和集成度低
,
而且采用了双片形式。典型的代表
p>
产品有
Fairchild
公司的
F8
和
Mostek387
公司的
3870
等。
②第二代单片机
(1976-1978):
这是单
片机的第二发展阶段,
这个时代生产的
单片机随之已能在单块芯
片内集成
CPU
、并行口、定时器、
R
AM
和
ROM
等功能部
件
,
但性能低、
品种少、
p>
应用范围也不是很广
,
典型的产品有
Intel
公司的
MCS-48
系列机。
1976
年
9
p>
月
Intel
公司推出
MCS-48
单片机后,单片机就受到了大用户
的欢迎。由
于其应用广泛,因此使各有关公司都争相推出各自的单片机。如
GI
公司推出
PIC1650
系列单片机,
ROCKWELL
公司也推出了与
6502
微处理器兼容的
R6500
系列单片机,他们都是
p>
8
位单片机,片内有
8
位中央处理器
(CPU)
、并行
I
/O
口、
8
位定时器
< br>/
计数器和容量有限的存储器
(RAM
< br>,
ROM)
以及简单的中断功能。
1978
年下半年
MOTOTOL
A
公司也推出
M6800
系列单片机,
ZILOG
公司相继推
出
Z8
单片机系列。
1980
年
INTEL
公司在
MCS-48
p>
系列基础上又推出了高性能的
MCS-51
系列单片机。这类单片机均带有串行
I/O
口,定时器
/
计数器为
16
位,<
/p>
片内存储容量
(RAM
、
ROM)
都相应增大,并有多优先级中断处理功能。
③第三代单片机
(1979-1982):
这是八位单片机成熟的阶段,
这一代单片机和
前两代相比<
/p>
,
不仅存储容量和寻址范围大
,
而且中断源、并行
I/O
口和定时器
/
计
数器个数都有了不同程度的增加
,
更有甚者是新集成了全双工穿行通信接口电
路。在
指令系统方面
,
普遍增设了乘除法和比较指令。这一时期生产的
单片机品
种齐全
,
可以满足各种不同领
域的需要。代表产品有
Intel
公司的
MCS-51
系列
机
,Motoro
la
公司的
MC6801
系列机
,TI
公司的
TMS7000
系列机,
此外
,Rockwell
、
NS
、
GI
和日本松下等公司也先后生产了自己的单片机系列。
2
19
82
年
MOSTEK
公司和
Intel
公司先后推出了性能更高的
16
位单片机
MK68200
和
< br>MCS-96
系列,
NS
公司和
NEC
公司也分别在原来的
8
位单片机的基础
上推出了
16
< br>位单片机
HPC16040
和
μ
PD783
××系列。
1987
年
Intel
公司又宣布
了性能比
8096
高两倍的
CMO
S
型
80C196
,
< br>1988
年推出带
EPROM
的
87C196
单片机。
由于
16
位单片机的推出时间较迟,价格昂贵,开发设备有限等多种原因,至今
还未得到广泛的应用。而
8
位单片机已
能满足大部分应用的需要,因此,
在推出
16
< br>位单片机的同时,高性能的新型
8
位单片机也不断问世。
如
MOTOROLA
公司推
出了带
p>
A/D
转换和多功能
I/O
的
68MC11
系列,
ZIL
OG
公司推出了带有
DMA
功能
的
SUPER8
,
I
ntel
公司在
1987
年也推出了带
DMA
和
FIFO
的
UPI-452
等。
④第四代单片机
(1983
年以后
):
这是十六位单片机和八位高性能单片机并行
发展
的时代
,
十六位机的特点是
,
工艺先进
,
集成度高和内部功能强
,
加法运算速
度可达到
1u
s
以上
,
而且允许用户采用面向工业控
制的专用语言
,
如
PL/MPLUS
C
和
Forth
语言等
.
代表产品有
Intel
公司
的
MCS-96
系列
,TI
公司的
TMS9900,NEC
公司的
783××系列和
NS
公司的
HPC16040
等。
目前国际
市场上
8
位,
16
位单片机系列已有很多,但是,在国内使用较多
的系列是
I
ntel
公司的产品,其中又以
MCS-51
< br>系列单片机应用尤为广泛。
然而
,
由于十六位单片机价格比较贵
,
销售量不大
,
大量应用领域需要的是
高
性能
,
大容量和多功能新型八位单片机
.
这些单片机有
Intel
公司的
p>
88044(
双
CPU
工作
),Zilog
公司的
Sup
er8(
含
DMA
通道
),Motorola
公司的
MC68CH11(
p>
内含
E2prom
及
A/D
电路
)
和
WDC
公司的
65C124(
内含
网络接口电路
)
等等
[6]
。
目前
,
八位高性能单片机已成为主流
,
单片机发展具体体现在以下几个方
面
:CPU
p>
功能增强;内部资源增多;引脚的多功能化;低电压低功耗化。
<
/p>
现在单片机可以说是百花齐放、
百家争鸣的时期,
世界上各大芯片制造公司
都推出了自己的单片机,从
8
位、
16
位到
32
位,数不胜数,应有尽有,有与主
流
C51
系列兼容的,也有不兼容的,但它们各具特色,互成互补,为单片机的应
用提供广阔的天地
[7]
。
< br>
纵观单片机的发展过程,可以预示单片机的发展趋势,大致有:
①
CPU
的发展
增加
CPU
的字长或提高时钟频率
均可提高
CPU
的数据处理能力和运算速度。
< br>CPU
的字长已有
8
位,
16
位和
32
位。时
钟频率高达
20MHZ
的单片机也已出现。
还有的
8
位单片机其算术逻辑运算部件
(ALU)
却是
16
位内部采用<
/p>
16
位数据总线。
如
NEC
公司的
μ
PD7800
p>
系列的
8
位单片机,
MITSUBISI
公司的
M37700
系列单片
机。他们的数据处理能力和速度比一般
8
位单片机强,如
μ
PD7800
系列单片机
作一次
16
位乘以
16
位的乘法用
3.2?S。
16
位除以
8
位的除法
用
3.0?S。
32
位除
以
16
位的除法用
8.3?
S。另外,单片机内部采用双
CPU
结构也能大大提高处理
p>
3
能力
,如
ROCKWELL
公司的
R650
0/21
和
R65C29
单片机。由于
片内有两个
CPU
能
同时工作,
可以更好地处理外围设备的中断请求,
克服了单
CPU
在多重高速中断
响应时的实效问题。如
INTEL
公司的
8044
,
它的内部实际上是由
8051
和
SIU
通
信处理鸡组成,由
SIU
来管理
SDLC
的通信。这样既加快了通信处理的
速度,同
时,还减轻了
8051
的处理
负担。
②片内存储器的发展
ⅰ
>
早期单片机的片内存储器,一般
RAM
为
64
—
128
字节,
ROM
为
1K-2K
字
节,寻址范围为
4K
字节。新型单片机片内
RAM
为
256
字节,
ROM<
/p>
多达
16K
字节。
如
INTEL
公司的
8052
,
片内
ROM
p>
为
8K
字节。
通用
仪器公司的
70120
片内
ROM
p>
容量为
12K
字节。
片内
ROM
容量最大的是日立公司的
MC6301Y
为
16K
字节。
新型
单片机的寻址范围可扩大到
64K
字节,
甚至
128K
字节
(
其中随机存储器
RAM
容量
为
64K
字节,<
/p>
只读存储器
ROM
容量
< br>64K
字节
)
。
这类单片机有
INTEL
公司的
MCS-51
系列和
ZILOG
公司
的
Z8601
,
Z8603
,
Z8611
,
Z868
1
等。
ⅱ
>
片内
EPROM
开始
< br>E2PROM
化
早期单片机内
ROM
有的采用可擦式的只读存储器
E
PROM
,然而
EPROM
必须要
p>
高压编程,紫外线擦除,给使用带来不便。近年来,推出的电擦除可编程只读存
储器
E2PROM
。可在正常工作电压下进行改写,
并能在断电的情况下,保持信息
不丢失。
因此,
有些厂家开始用
EEPROM
替代原来的片内
EPROM
。
如
TI<
/p>
公司和
SEEQ
公司的
< br>72710(1K
字节
E2PROM)
< br>,
72720(2K
字节
E2P
ROM)
,
MOTOROLA
公司的<
/p>
68HC11A2(2K
字节
E2PRO
M)
,
68HC805C4(2K
字节
E2PROM)
,
TEXAS
仪器公司的
77C82(8K
字节
E2PROM)
。由于写入
E2PROM
的数据能永久保存,因此,有些厂家
已开始将
E2
PROM
用作片内
RAM
,甚至用作片
内通用存储器。这样就可省去备用
电池了。
< br>ⅲ
>
片内程序的保密措施
p>
为了使片内
EPROM(
或
EP2ROM)
内容不被复制,因此,一些厂家对片内
EPROM(
或
E2PROM)
采用加
锁技术,如
INTEL
公司
8
×
252,
加锁后的
E
PROM(
或
E2PROM)
的程序只
能供片内
CPU
读取,不能从片外读取。否则必须先开锁,开锁
时,
CPU
先自动擦除
EPROM(
或
E2PROM)
中的信息,达到了程序保密的目的。
③加强片内输入输出接口的功能
最初
的单片机,
片内只有并行输入
/
输出接
口,定时器
/
计数器,
他们的功能
p>
也较差,
在实际应用中往往还要通过特殊的接口扩展功能,
增加应用系统结构的
复杂性。
近几年来,
新型单片机内的接口,无论从类型和数量上都很大的发展。这不
p>
仅大大提高了单片机的功能,
并使系统的总体结构也大大简化了,例
如,有些单
片机的平行
I/O
口,能直
接输出大电流和高电压,可直接用以驱动荧光显示管
4
(VFD)
,液晶显示管
(LCD)
和七段数码显示管
(LED)
等。这样就减少了应用系统中
的驱动器。
再如有
些单片机,
片内含有
A/D
转换器则在
实时控制系统中可省掉外
部
A/D
转换
器。
目前,在单片机中已出现的各类新颖接口有数十种:如<
/p>
A/D
转换器。
LED
< br>驱
动器,
VFD
驱动器,正弦波
发生器,声音发生器,字符发生器,波特率发生器,
锁相环,频率合成器,脉宽调制器等
,虽然一个单片机内只含有若干接口,但其
功能却比初期的单片机强得多。如
INTEL
公司的
UPI-452
,它含有两个
DMA
控制
器和
128
字节的
FIFO
缓冲器。
因此,
用它可作高速主机
(80286/80386)
的通用外
设接口。例如以
p>
UPI-452
中的
128
字节的
FIFO
作为高速主机与慢速传送数据的
缓冲器,然后通过
UPI-452
中的
DMA
控制器进行快速数据传送。
④单片机在工艺上的提高
单片机的制
造工艺直接影响其性能。早期的单片机采用
PMOS
工艺。目前
8
位单片机中有二分之一产品已
CMO
S
化,
16
位单片机也已开始推出
p>
CMOS
产品。
如
68HC200
,
80C196
等。为
了进一步降低功耗,
日立公司的
HD63705
和
RCA
公司
的
CDP6805E2
还设有等待和停止两种工作方式。等待方式时,震荡器工
作,
CPU
停止,存储器和寄存器的内容不变。停止方式时,震
荡器和
CPU
都停止工作,存
储器和寄
存器内容也不变。等待方式时,
由于
CPU
停止工作,
使单片机的总功耗
大为下降。停止方式时,则单
片机的功耗最小,例如
RCA
公司的
C
DP8605E2
,在
5V
工作电压下
,正常功耗为
35MW
,等待方式和停止方式时的功耗分别仅为
5MW
和
5?W。
此外,
采用
CMOS
工艺的单片机,其工作电源范围较宽。
如用
NMO
S
工业的单
片机,工作电源一般为
4.
5-5.5V
。采用
COMS
工艺的单
片机,如
RCA
公司的
CDP1804
AC
为
4-6.5V
。
功耗大小与电源电压成正比,
所以降低电源电压即可降低
功耗,但是降低电压会降低指令执行速度,
也即降低单片机的运算速度。
故一般
希望在一定速度的前提下,尽量降低工作电压以减小功耗。
随着新型单片机片内接口电路的增多,
外引脚也
增多。为减少外引脚线,目
前主要采用两种方法,
其一是采用新
颖的通信总线以减少外引线。
另外是改进外
封装。如采用扁平引
脚封装,
方形引脚封装和叠背式封装,
它们的引脚都比双列
p>
直插式封装要多得多。
⑤片内
ROM
中固化应用软件和系统软件
将一些应用软件和系统软件固化于片内
ROM
中,以
便简化用户编制用户程
序,为用户开发和应用提供方便。
如
p>
RUPI-44
系列单片机,
把通信控制软
件固化
在片内,使用户的通信程序大大简化。又如
INTEL<
/p>
公司在有的
MCS-51
单片机内
固化
PL/M51
语言,
在
8052BH
中固化了
BASI
C
解释程序,
用户不仅可以用汇编语
言
编程,
还可以
BASIC
语言编程等。
而且还允许
BASIC
语言和汇编语言
相互调用。
5
<
/p>
需要快速控制时,可以用汇编语言,如采样,
A/D
转换等。在做复杂的数据运算
时,
则又可以用汇编语
言来调用
BASIC
中现成的运算子程序。
可见它既能满足速
度方面的要求,又能简化用户编程。再如
RCA
公司的
68HCO5D2
在片内
固化了键
盘管理程序,甚至在
CDP1804P
内固化了
PASCAL
语言等
[8]
。
单片机的技术还在不断发展
,
新型单片机还将不断涌现。
当前单片机的产量
占整个微机产量的
80%
以上。在我国低档
8
位单片机于
80
年代初
就开始应用,
目前已转向高档
8
位单片
机的应用,也有不少单位已转向
16
位弹片机的开发和
应用。
①
MCS-5
1
系列的
8031
推出时的功耗达
p>
630mW
,而现在的单片机普遍都在
10
0mW
左右,随着对单片机功耗要求越来越低,现在的各个单片机制造商基本都
采用了
CMOS(
互补金属氧化物半导体工艺<
/p>
)
。
像
80C5
1
就采用了
HMOS(
即高密度金
p>
属氧化物半导体工艺
)
和
< br>CHMOS(
互补高密度金属氧化物半导体工艺
)
。
CMOS
虽然
功耗
较低,
但由于其物理特征决定其工作速度不够高,
而
CHMOS
则具备了高速和
低功耗的特点,这些特
征,
更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场合。
所以
这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。
②微型单片化。现在常规的单片机普遍都是将中央处理器
(CPU)
、随机存取
数据存储
(RAM)
< br>、只读程序存储器
(ROM)
、并行和串行通信接口,中
断系统、定时
电路、
时钟电路集成在一块单一的芯片上,
增强型的单片机集成了如
A/D
转换器、
p>
PMW(
脉宽调制电路
)
< br>、
WDT(
看门狗
)
、有些单片机将
LCD(
液晶
)
驱动电路都集成在
单一的芯片上,这样单片机包含的单元
电路就更多,功能就越强大。
甚至单片机
厂商还可以根据用户的
要求量身定做,制造出具有自己特色的单片机芯片。
此外,
现在的产品普遍要求体积小、重量轻,这就要求单片机除
了功能强和
功耗低外,还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式,其中
SMD(
表面封装
)
< br>越来越受欢迎,使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。
③主流与多品种共存
现在虽然单片机的品种繁多,
各具特色,
但仍以
80C51
为核心的
单片机占主
流,兼容其结构和指令系统的有
PHILIPS
p>
公司的产品,
ATMEL
公司的产品和中国
台湾的
Winbond
系列单片机。所
以
C8051
为核心的单片机占据了半壁江山。而
Microchip
公司的
PIC
< br>精简指令集
(RISC)
也有着强劲的发展势头,中国台
湾的
HOLTEK
公司近年的单片机产量与日俱增,与其低价质
优的优势,占据一定的市
场分额。此外还有
MOTOROLA<
/p>
公司的产品,日本几大公司的专用单片机。在一定
的时期内,这种
情形将得以延续,
将不存在某个单片机一统天下的垄断局面,
走
的是依存互补,相辅相成、共同发展的道路
[9]
。
当今
,
计算机技术带来了科研和生产的许多重大飞跃
,
微型计
算机的应用已
经渗透到生产
,
生活的各
个方面。其中单片机虽然问世不久
,
然而体积小、廉价、
6
功能
强
,
其销售额以每年近
80%
的速率增长。它的性能不断提高
,
适用范围越来
越
宽
,
在计算机应用领域已经占有日益
重要的地位
[10]
。
单片微型计算机简称单片微机或单片机
,
又称微控制
器。它是在一块半导体
芯片上
,
集成了
CPU
、
ROM
、
I/O
接口、定时器
/
计数器、中断系统等功能部件
,
构
成了一台完整的数字电子计算机。由于集成电路技术的进步
,
< br>片内甚至还可包含
HSO
、
HI
S
、
A/D
转换器、
< br>PWM
等称为“片内外设”的特殊功能部件。随着单片机
功能的增强
,
由单片机构成的计算机应用系统的功能也日益增强
。它一样可以配
用打印机、绘图仪、
CRT
等外围设备
,
一样可以联网。特别是
1987
年
Intel
公司
在
MCS-96
的基础上继续推出了
MCS-196,
又陆续出现了许多新趋向
,
p>
例如
HSO
、
HI
S
发展为
EPA
;数据传送有了
PTS
;配合大功率晶体管的应用
,
有了波形发生器
,
拓
展
了在电气传动领域的突出地位
,
并使它不断拓宽应用范围
,
增添了新的活力。
单片机的应用结束了计算机专业人员“垄断”计算机系统开发与应用时代
,
它既给各种专业人员
,
特别是许多工程技术人员带
来了学习和掌握计算机技术
(
不单操作使用
)
的紧迫性
,
同时也带来了可能性
,
因为组成计算机应用系统变得
容易<
/p>
,
平凡
,
增强了
人们进入这一领域的自信心。
单片机的特点:
单片机芯片集成度很
高
,
它将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上
,
具有下列特点:
①体
积小
,
重量轻
,
价格便宜
,
耗电少;
②根据工控环境要求设计
,
且许多功能部件集成在芯
片内部
,
其信号通道受
外界影响小
p>
,
故可靠性高
,
抗
干扰性能优于采用一般的
CPU
;
<
/p>
③控制功能强
,
运行速度快
.
其结构组成与指令系统都着重满足工控要求
.
p>
有
极其丰富的条件分支转移指令
,
有很强的位处理功能和
I/O
口逻辑操作功能;
④片内存储器的容量不可能很大
,<
/p>
引脚常不够用
,
且兼第二功能以至第三功
能
.
但存储器和
I/O
接口都易于扩展。
单片机是
在一块芯片上集成了一台计算机所需的
CPU
、存储器、输入<
/p>
/
输出
部件和时钟电路等。因此它具有体
积小、使用灵活、成本低、易于产品化、抗干
扰能力强、可在各种恶劣的环境下,可靠的
工作等特点。
所以说单片机是近来计
算机领域内崛起的一棵新苗
。特别是它的强大的面向控制的能力
,
使它在工业控
制、智能仪表、外设控制、家用电器、机器人、军事装置等方面得到了广泛的应
用。
1983
年
9
月在巴黎召开的第九届世界计算机会议上
,
对单片机的
发展和应用
给予了充分肯定
,
认为
p>
8
位单片机向多功能
,
低功耗
,
低价格的方向发展将逐步取
代模拟控制的趋势
,
整个工业设备和工艺将进行一次以普及应
用微机为特征的技
术改造
[11]
。<
/p>
单片机主要可用于以下几个方面
7
ⅰ<
/p>
>
因为它具有
“小
,
轻
,
兼
,
省”的特点
,
尤其耗电少
,
又可使供电电源的体积
小
,
重量轻
,
所以特别适用于
“电脑型产品”
,
在家用电器
,
玩具
,
游戏机
< br>,
声像设备
,
电子称
,
收银机
,
办公设备
p>
,
厨房设备等许多产品上得到应用;
p>
ⅱ
>
适用于仪器
,
仪表
,
不仅能完成测量
,
还具有处理
(
运算
,
误差修正
,
线性化<
/p>
,
零漂处理
),
监控等功能
,
易于实现数字化和智能化;
ⅲ
>
有利于
“机电一体化”技术的发展
,
多用于数控机械
,
缝纫机械
,
医疗设备
,
汽车等;
ⅳ
p>
>
广泛应用于打印机
,
绘图仪等许多计算机外围设备
,
特别是用于只能终端
,
可大大减轻主机负担;
< br>ⅴ
>
用于各种工业控制
,
如温度控制
,
液面控制
,
生产线顺序控制等;
ⅵ
>
宜于多机应用
.
例如
机床加工中心
,
其各种功能可分散由各个单片机子系
统分别完成
,
上级主机则负责统一管理
,
协调
.
又如要求较高的
数据检测采集系统
,
每一采集通道如是一个单片机子系统
,
可实现多点同时快速采集和预处理
,
然后
再由主机进行集中处理和控制
,
以构成大型的实时测控系统
[12]
。
上面的归纳还不算完整
,
但已可知单片机的应用已渗透到国民经济的各个领
域
,
p>
极大地推动了计算机技术的普及
,
而且可以
预期
,
随着单片机性能的进一步提
高<
/p>
,
它的应用将更趋广泛
.
它对我国许多产品的升级换代
,
工厂企业设备更新将起
着十分巨大的作用。
1.4
课题研究的主要工作
(
1
)系统硬件电路设计、组装、调试;
(
2
)系统应用软
件的编制、调试;
(
3
)系统应用软件的链接调试、固化、脱机
(
脱离开发
装置
)
运行。
8
2
系统设计方案的研究
2.1
设计任务
< br>(
1
)设计内容
在各种操作时信号灯应输出的信号见表
2.1
。
p>
(
2
)设计要求
①根据技术指标要求及实验条件自
选方案设计出原理电路图,分析工作原
理。
②安装调试所设计的电路,使之达到设计要求。
③记录实验结果
④撰写设计报告、调试总结报告及使用说明书。
2.2
系统实现方案分析
实现上述功能,可以有三种设计方案。各个方案具体分析如下:
方案一:用数字逻辑电路来完成
使用
数字逻辑电路完成设计所需要器件如下:本设计可采用、
74LS32
< br>四
2
输入端或门一片、
7545
1
两路二输入与门、
74LS05
反
向器一片、导线若干。
图
2.1
p>
为此方案实现上述功能最简单的接法。由图可见用数字逻辑电路设
计
,所用硬件少、造价低,但电路复杂,难以维护。特别是转向时难以确定、准
确度低,基
本无法达到系统设计要求。
方案二:用模拟电路来实现。
设计图
如图
2.2
所示:
原理:
9
图
2.1
用数字逻辑电路完成的汽车转向灯控制系统
图
2.2
用
模拟电路完成的汽车转向灯控制系统
按本方案设计的汽车转向
灯电路
,
能在
20s
< br>左右自动关闭转向灯电源
,
从而
避免因忘记关闭转向灯使导致交通事故。利用电容器的充放电原理
,
如按一下按
纽开关
AN
1
,
电源
E
对
C
1
充电
,BG
1
导通
J
1
吸合
,
左转向灯亮;当
C
1
两端电压通过
R
1
、
R
2
放电至小于
BG
1
导通电压时
,BG
1
截止
,J
p>
1
释放使转向灯自动关闭
.
灯亮时间
取决于
R
3
、
R
2
、
C
1
。同理,
AN
2
控制右转弯的灯。为了防止刚左转弯后又向右转
弯
,
此时左灯还亮
,AN
2
和
AN
3
连动
,
向右转时短路
C
p>
1
,
反之依然。注意不能同时按
下
AN1
、
AN2,
p>
以免电源短路。
方案三:用单片机系统实现。
使用单片机系统完成设计所需器件如下
: 8051
一片
,
发光二级管七个
,
74LS32
2
输入端或门一片、
75451
p>
两路二输入与门、
74LS05
反向器一片
、
7427
三
3
输入或非门一片、
七个三极管
,
五
个电阻
,
一个
5V
的直流电源,五个单刀单执
开关,导线若干。
开始时,
先初始化
P1
口
,
使它的发光二极管处于全熄灭的状态。
然后从
P1.0
、
10
P1.1
口输入两个开关量来控制左
右灯的亮和不亮。那么,计算机只需对此开关
量进行识别、判断,它判断的逻辑过程如下
:如果发现
P1.0
不为高电平,则再
判断
P1.1
是否为高电平,
若
P1.1
也不为高电平,
则说明左右灯都不亮
。
若
P1.1
为高电平,则说明左转灯
亮。延时置标志位。然后返回程序,进入下一次结果的
判断。如果发现
< br>P1.0
为高电平,而且
P1.1
不为高电平,则又灯亮。延时,置标
志位返回主程序;若
P1
.1
为高电平,则灯都不亮。延时清标志位,返回主程序,
进行
下一次的结果的识别和判断。
方案比较:
第一种方案电路简单,<
/p>
但无法达到设计要求;
第二种方案在一定条件下可满
足实际要求,
但在道路复杂需频繁转向时,无法准确显示汽车当前行驶状况,
故
也不满足设计要求;第三种方案相对完善,
可准确的反映汽车
当前行驶状况。
所
以这里采用第三种设计方案。
11
3
总体设计
3.1
具体电路设计
3.1.1
芯片简介
80C51
8051
单片机是美
Intel
公司在
1980
年推出
MCS-5
1
单片机
,
的第一个成
员
,MCS
是
Intel
p>
公司的注册商标。凡
Intel
公司生产的
以
8051
为核心单元的其
他派生单片
机却不能称为
8051
系列。也就是说
,MCS-51
系列是专指
Intel
公司
生产的以
8051
为核心单元的单
片机
,
而
8051
系列泛指所有公司的所有单片机。
80C51
系列单片机包括
Intel
公司的
MCS-51
单片机
,
又包括
了以
8051
为核
心单元的世界许多公
司生产的单片机
,
比如
PHILIPS
的
83C552
及
51LPC
系列等、
SIEMENS
的
SAB80512
等、
AMD
p>
的
8053
等、
O
KI
的
MSM80C154
等、
ATMEL
公司的
FLASH
单片机
89C51
等、
DAL
LAS
公司的
DS5001
等、
华邦公司的
W78C51
及
< br>W77C51
等
[13]
。
p>
从
MCS-48
单片机发展到今天的新一代单片机
,
大致经历了三代
.
如以
Intel8
位单
片机为例
,
这三代的划分大致如下
:
第一代
:
以
M
CS-48
系列单片机为代表
,
属于低
性能单片机阶段;
第二代
:
以
MCS-51
系列的
8051
、
8052
单片机为代表。<
/p>
扩大了片内存储容量和外部寻址空间;
增强了并行口
,
增设了全双工串行口<
/p>
1/O
;
增加
了定时器
/
计数器的个数并扩张了长度;
增强了中断系统;
具备较强的指令寻址和运算等功能;
增设了很有特色的布尔处理机。
可以
看出
,
这一代单片机主要的技术特征是为单片机设置了完善的外
部并行
总线和具有多机识别功能的串行通信接口。
规范了功能单
元的特殊功能寄存器控
制模式及适应控制器特点的布尔处理系统和指令系统
,
为发展具有良好兼容性的
新一代单片机奠定了良好
的基础。
第三代
:
< br>以
80C51
系列单片机为代表。
80C51
系列单片机保留了
MC
S-51
单片机的所有特性
,
内部组成
基本相同。
80C51
系列单片机增设了两种可以用软件进行选
择的低功耗工作方式
:
空闲方式
和掉电
方式。
内部带有程序存储器的为
80
C51
,不带的为
80C31
。本设计
采用
80C51
单片
机完成所需功能<
/p>
[14]
。
8
0C51
的基本结构包括
:
中央处理器
,
数据存储器
,
并行
I/O
口
,
串行
I/O
口
,
< br>
12
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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