【正文】 on 金陵科技學院學士學位論文 第 一 章 緒論 1 作者：陳燕 第一章 緒論 引言 仿真是應(yīng)用電子計算機對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為以及參與系統(tǒng)控制的人的思維過程和行為進行動態(tài)性比較逼真的模仿。在智能儀器儀表、工業(yè)測控、家用電器等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。單片機由于控制功能強、可靠性高和體積小、價格低等特點。 軟件設(shè)計是依據(jù) 現(xiàn)代 汽車系統(tǒng) 的特點，通過 Proteus 和 KEIL 聯(lián)調(diào)，使得 系統(tǒng)除具有基本的 緊急，剎車，右轉(zhuǎn)彎，左轉(zhuǎn)彎，?？?功能外，還具有 左轉(zhuǎn)彎時剎車，右轉(zhuǎn)彎時剎車，左轉(zhuǎn)彎時剎車閉合緊急，右轉(zhuǎn)彎時剎車閉合緊急，剎車時緊急等 功能 。如今發(fā)展我國仿真技術(shù)，勇攀世界科技高峰，業(yè)已成為仿真界的行動口號。以前沒有單片機時，這些東西也能做，但是只能使用復雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達不到標準。 MCS51 系列 單片機面世近 30年來，技術(shù)不斷成熟和完善，同時滿足成熟和先進兩個條件 [14]，市場擁有量快速增長，而且在將來相當長一段時間都將受市場歡迎，從而成為各個學校單片機教學的首選和主流機型。閃存的面世和擴張使 8 位器件更具靈活性，單片機可在應(yīng)用產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計和測試過程中被改變，這鼓勵了設(shè)計工程師嘗試不同方法，而無需擔心浪費資源和增加 額外的開發(fā)成本。四是一些消費和工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品十分重視成本，價格較低 8 位單片機就很有優(yōu)勢。目前很多學校的單片機實驗教學都采用專門教學儀器公司生產(chǎn)的單片機實驗平臺。 第一階段（ 19761978）：單片機的控索階段。 第二階段（ 19781982）：單片機的完善階段。 MCS51 設(shè)置了經(jīng)典的 8 位單片機的總線結(jié)構(gòu)，包括 8 位數(shù)據(jù)總線、 16 位地址總線、控制總線及具有很多機通信功能的串行通信接口。 第三階段（ 19821990）： 8 位單片機的鞏固發(fā)展及 16 位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的 8 位 /16 位 /32 位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。如 Rockwell 公司的單片機 R6500/21 和R65C29 采用了雙 CPU 的結(jié)構(gòu)，其中每個 CPU 都是增強型的 R6502。指令以列隊形式出現(xiàn)在 CPU 中，從而具有很快的運算速度。菲利普公司開發(fā)了一種新型總線 — I2C 總線，該總線采用 3 條數(shù)據(jù)線代替現(xiàn)行的 8 位數(shù)據(jù)總線，從而大大減少了單片機的引線，降低了單片機的成本，特別適合于電子儀器的微型化。片內(nèi)存儲器存儲容量的增大有利于外圍擴展電路的簡化，從而提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，降低產(chǎn)品的成本。特別是能在＋ 5V 下讀寫的 E2PROM，既有靜態(tài) RAM 讀寫操作簡單的有點，又有在掉電時數(shù)據(jù)不會丟失這一 ROM 的特點。一般 EPROM 中的程序很容易被復制，為了防止復制，某些公司開始采用 KEPROM 編程寫入，對片內(nèi) EPROM 或 E2PROM 采用加鎖方式。這樣可以減少外圍驅(qū)動芯片。 殊的串行接口功能，位單片機構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供更便利的條件。由于集成工藝在不斷改進和提高，能集成于片內(nèi)的外圍電路也可以是大規(guī)模的。如采用 CHMOS工藝的 MCS－ 51系列單片機 80C31/87C51在正常運行時（ 5V， 12MHZ），工作電流為 16MA；同樣條件下，在空閑方式工作 時，工作電流為 ；而在掉電方式工作時，工作電流僅為 50MA。單片機內(nèi)部有兩種存儲器：程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。設(shè)計擴展系統(tǒng)時，要分別估計程序的長短和隨機數(shù)據(jù)的多少，從而確定片外需擴展的數(shù)據(jù)存儲器容量的大小。這種開發(fā)工具叫單片機開發(fā)系統(tǒng)。 目前， Intel 公司的 MCS51 系列單片機或者兼容機在 8 位單片機市場上占 50%以上，配套的開發(fā)系統(tǒng)完備、可靠。 當前，單片機被廣泛的應(yīng)用于人們生活的各個領(lǐng)域 [6]，社會需要大量掌握單片機的人才 [15]，而單片機性能不斷提高、價格不斷下降、技術(shù)也已成熟，用戶可以很容易自行搭建開發(fā)環(huán)境，任何有志者都可以通過自身努力掌握單片機開發(fā)技術(shù)。電子技術(shù)在汽車上的應(yīng)用將使汽車很容易滿足日益嚴格的各項法規(guī)、人們對駕駛舒適性和方便性的要求。 近年來，隨著電子計算機、無線通信、人工智能控制等技術(shù)的不斷發(fā)展，各種智能自動化設(shè)備已經(jīng)進入了生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域之中。 目前，國際上每年利用單片機設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值己超過 10000 億美元。車輛的增加反映出了國家的整體進步，但是也給人民帶來了其他的一些負面的影響。我們用仿真來解決這個現(xiàn)實的問題。如今，發(fā)展我國仿真技術(shù)，勇攀世界科技高峰，業(yè)已成為仿真界的行動口號。 本論文是以現(xiàn)代家庭生活對生活的日益提升要求為背景，買車的人越來越多。 第三章完成了嵌入式汽車燈的軟件設(shè)計，主要介紹了 Proteus 簡介，以及系統(tǒng)的整體設(shè)計 ，系統(tǒng)中存在的子模塊以及各個子模塊是怎樣運作的?？梢越鹆昕萍紝W院學士學位論文 第 一 章 緒論 7 作者：陳燕 按照設(shè)計的要求選擇不同生產(chǎn)廠家的元器件。對汽車轉(zhuǎn)變信號燈進行了簡單介紹，并應(yīng)用于各種汽車，對簡單的汽車轉(zhuǎn)變信號燈進行了仿真，為以后的研究提供了可供參考的依據(jù)。 汽車轉(zhuǎn)換信號燈仿真是目前研究的方向，也已經(jīng)取得不少成果 ，但汽車轉(zhuǎn)換信號燈仿真仍然在一些地方廣泛應(yīng)用，那是車流量不大，而且交通道路相對好的地方，汽車轉(zhuǎn)換信號燈仿真還是起到了一定的作用。硬件設(shè)計的任務(wù)就是根據(jù)總體設(shè)計的要求，在我們在所選的機型上，確定了要選擇的元器件，設(shè)計出系統(tǒng)的電路原理圖，印制電路板設(shè)計加工、樣機的組裝調(diào)試等。同時，單片機的不同封裝形式也會影響到系統(tǒng)的物理尺寸。外圍設(shè)備的硬件部分是保證系統(tǒng)實現(xiàn)指定任務(wù)的最底層的部件。其內(nèi) 部具有 128 字節(jié) RAM，而且內(nèi)部含有 4KB 的 flash ROM 不需要外擴展存儲器，可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單、實用。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造 技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 MCS51 單片機的復位是靠外部電 路實現(xiàn)的。 51 單片機的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，分別為：內(nèi)部時鐘方式和外部始終方式。晶振的頻率可以在 1MHz24MHz 內(nèi)選擇。當復位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為 ROM 的 00H 處開始運行程序。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不 會有脈沖輸出。輸出時可驅(qū)動 4 個 TTL。輸出時可驅(qū)動4 個 TTL。 P3 引腳 兼用功能 串行通訊輸入（ RXD） 串行通訊輸出（ TXD） 外部中斷 0（ INT0） 外部中斷 1（ INT1） 定時器 0 輸入 (T0) 表 P3 引腳圖 本設(shè)計只用到了 , 作為 RXD 端口的接收端， 口引腳通過 5 個開關(guān)接地，通 過判斷引腳電平的高低，用來讀取開關(guān)狀態(tài)。 p1p3 口內(nèi)部自帶上拉電阻可以直接接負載。 UNL2020A 的7C,6C,5C,4C,3C,2C,1C 口分別接了 7 個發(fā)光二極管。我們本次使用的是發(fā)光二極管簡稱為 LED，在電路及儀器中作為指示燈，當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短?？梢则?qū)動電流型的器件，比如驅(qū)動繼電器、驅(qū)動步進電機、直流電機等 。 圖 ULN20203A 原圖 用 AT89C51 單片機應(yīng)用設(shè)計，顯示采用發(fā)光二極管， P1 口做輸出口， ， ， ， ， 接 5 個開關(guān)以實現(xiàn)燈亮與滅的轉(zhuǎn)換。功能最強的 Proteus 專業(yè)版也非常便宜，人人用得起，對高校還有更多優(yōu)惠。用戶甚至可以實時采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。當然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型，用開發(fā)板和仿真器當然是最好選擇，可是對于單片機愛好者，或者簡單的開發(fā)應(yīng)該是比較好的選擇。 Proteus 軟件是一種低投資的電子設(shè)計自動化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達 30 多個元件庫 [8]。金陵科技學院學士學位論文 第 三 章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈軟件設(shè)計 13 作者：陳燕 這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。以虛代實、以軟代硬，就建立一個完善的虛擬實驗室。 Proteus 特點具有很多優(yōu)點。支持大量的存儲器和外圍芯片。系統(tǒng)硬件的配置和軟件的設(shè)計是密不可分的，而且在某些場合，硬件和軟件具有一定的交互性。圖 為軟硬程序流程圖。軟件設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，將軟件劃分成若干個獨立的部分，設(shè)計合理的總體設(shè)計使得軟件部分簡潔，清晰，流程合理。軟件結(jié) 構(gòu)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)化功能，實行模塊化子程序化。圖 為系統(tǒng)框架流程圖。在執(zhí)行過程中，根據(jù)運行流程分別調(diào)用各個功能模塊完成 并將 結(jié)果顯示 出來。系統(tǒng)設(shè)計的時候共有五種不同的狀態(tài)，分別是剎車，緊急，?？浚筠D(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)。本次設(shè)計根據(jù)的是 P3 口的低五位，根據(jù)讀出的數(shù)據(jù)來觀察發(fā)光二極管的反映。嵌入式軟件的編寫和開發(fā)調(diào)試主要流程：編寫一次交叉編譯－交叉鏈接－下載和調(diào)試。 金陵科技學院學士學位論文 第 四 章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈仿真實現(xiàn) 19 作者：陳燕 第四章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈仿真實現(xiàn) 系統(tǒng)仿真過程 本例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)、停靠等操作。表 為汽車轉(zhuǎn)換信號燈狀態(tài)表。表 為系統(tǒng)原件表。采用分支結(jié)構(gòu)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)。也是我們此次設(shè)計的主要的工具之一 [16]。 Keil 是用來寫 C 代碼的 .在 KEIL 里面寫好的 C 代碼 ,可以直接與 PROTEUS 聯(lián)機進行調(diào)試 [10],而不必管匯編代碼是怎么樣的 。 在控制系統(tǒng)硬件，軟件分別通過調(diào)試以后，進行了汽車轉(zhuǎn)換信號燈仿真的軟、硬件聯(lián)機調(diào)試和試驗。最后調(diào)試主程序，并將各個部分進行聯(lián)條。圖 為剎車狀態(tài)圖。左轉(zhuǎn)彎燈，右轉(zhuǎn)彎燈滅。右頭燈、右轉(zhuǎn)彎燈、右尾燈滅。左頭燈、左轉(zhuǎn)彎燈、左尾燈滅。右尾燈常亮，左頭 燈， 左轉(zhuǎn)彎燈，左尾燈一直閃爍。右頭燈、右轉(zhuǎn)彎燈、右尾燈一直閃爍。圖 為緊急剎車狀態(tài)圖。圖 為緊急剎車左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)圖 。 金陵科技學院學士學位論文 第 四 章 汽車轉(zhuǎn)變信號燈仿真實現(xiàn) 28 作者：陳燕 圖 緊急剎車左轉(zhuǎn)彎狀態(tài)圖 金陵科技學院學士學位論文 第 五 章 結(jié)論與展望 29 作者：陳燕 第五章 結(jié)論與展望 我國是世界上最大的發(fā)展中國家，社會發(fā)展整體水平不高，以單片機應(yīng)用為主的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用前景十分廣闊。本課題對基于 Proteus的汽車轉(zhuǎn)換信號燈仿真進行研究，實現(xiàn)了各類不同系統(tǒng)的仿真，獲得了較好的準確性能，為以后的交通狀況作出了貢獻，完成了一項有意義的工作。 (3)由于條件所限，本設(shè)計并未測試多個嵌入式系統(tǒng)與主機同時連時的情況，在此情況下的可靠性還需進一步的驗證。最后，筆者認為自己還需在諸多方面繼續(xù)學習和鉆研，同時，通過這業(yè)設(shè)計，使得筆者在分析問題、解 決問題的能力得到了很大的提高，將對筆者將來的學習和生活產(chǎn)生重要而深遠