右转向灯向上还是向下

单片机课程设计

题目：汽车转向信号灯

班级：自动化082班

姓名：

学号：200808545

指导教师：张鑫

设计时间：

评语：

成绩

1

1.引言

汽车转向灯控制系统在汽车电气部分中占有相当重要的比重，而一般的控制

系统常常采用TTL逻辑电路加控制杆进行控制，虽然都可以实现转向灯控制功

能，但导线多，设计复杂，稳定性不好，若有某个触点烧毁，就得整体更换，从

而导致可靠性差、检修不方便和维修费用高等问题。而以8051单片机作为控制

器，与软件配合，不但提高系统的可靠性和稳定性，而且大大简化了控制系统电

路结构，还使系统具有一定的智能功能。整个系统方便灵活，安全可靠。

1.1汽车控制信号

表1汽车转向信号灯工作真值表

输入信号输出信号

刹车开关紧急开

关

左转开关右转开

关

左前灯右前灯左尾灯右尾灯

0

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

0

断

断

闪烁

断

闪烁

断

断

断

闪烁

断

闪烁

断

0

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

0

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

1

1

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

断

断

闪烁

断

闪烁

断

通

通

闪烁

通

闪烁

通

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

0

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

闪烁

通

通

闪烁

通

闪烁

通

本设计用一个单刀三掷开关类比汽车转弯控制杆，在中间位置时，无触点接

通，汽车不转弯；向上闭合时，汽车左转弯；向下闭合时，汽车右转弯。汽车转

2

弯时，要求相应的一侧尾灯、前灯和小信号灯（即仪表板上的指示灯）闪烁发光；

当紧急开关闭合时，所有的6个信号灯都要闪烁；汽车刹车时，左右尾灯都要亮，

但在转弯过程中刹车，相应一侧的尾灯仍应闪烁，前信号灯及小信号灯并不受

刹车信号的影响。信号灯功能要求如表1真值表所列。在本系统中，汽车转弯或

紧急状态下，外部信号灯及小信号灯的闪烁频率为1Hz的低频信号。当汽车正常

停车时，外部信号灯以高频30Hz频率闪烁，以适应低亮度背景的使用要求，但

小信号灯在停车时不起作用。

2.软、硬件实现

根据前面所述的理论和中断系统的知识进行具体的软、硬件设计，其中包括

总体设计方案、各种电路图、硬件实现和软件实现。

2.设计方案及原理

以8051单片机作控制器，通过软件实现上述功能，为了保证系统的可靠性，

本系统采用了先进的冗余技术和故障监控技术，使得系统在出现部分故障时，

也能正常工作，在某一个信号灯完全烧毁或线路故障而不能正常工作时，能自动

报警。如图1所示。系统由两个输入输出网络和三个电路构成。振荡电路利用8051

内高增益反向放大器，把石英体和两个电容跨接于18（XTAL2）脚、19（XTAL1）

脚间的组成。系统采用了上电自动复位电路，即通过外部复位电路的电容来实现，

只要电源VCC的上升时间不超过1ms，就可以接通电源完成系统复位初始化。由

8051中断系统5个中断源，分为2个优先级，中断源的优先级由程序排定，中

断请求是否会得到响应，受中断允许寄存器IE中各位控制，当同时收到几个同

一优先级的中断请求时，响应哪个服务，取决于内部程序查询顺序，相当于优先

级内还同时存在另一个辅助优先结构。

3

图1系统设计框图

3.系统硬件部分

3.1硬件控制系统方框图

根据自动控制系统的控制原理，硬件系统有输入模块、控制模块、输出模块、

故障检测模块和一些辅助元件组成，汽车转向灯控制器硬件控制系统方框图如图

3.1所示。

图3.1硬件控制系统方框图

3.2微控制器的选用

传统的MCS51由于性能稳定，工作可靠等优点在工农业生产中应用十分

广泛，在自动控制领域得到充分利用，但MCS51芯片不具有A/D转换功能，须

另加芯片方可实现A/D转换，而飞思卡尔（FreeScale）半导体公司（原Motorola

公司半导体产品部）的MC68HC08系列单片机[2,3]由于性能稳定，耐温度变化，

提供了多种内部集成模块，具有A/D转换功能等特点在很多领域得到广泛应用，

它的体系结构为产品开发节省了大量时间和成本，近年来MC68HC08多种型号

输入网络

振荡网络

复位电路

输出网络

故障监控电路

8051

4

的单片机在汽车、消费、工业、网络和无线市场等各个领域发挥了越来越大的用

途，飞思卡尔在许多领域居市场领先地位,汽车半导体产品市场位居第一。

MC68HC08系列单片机种类众多，其中的MC68HC08QY4性价比高、引脚少，

内部集成了各种I/O模块以及A/D转换模块，本设计采用16个引脚的

MC68HC08QY4芯片，该芯片是本设计的最佳选择，如图3.2所示：

图3.2MC68HC08QY4引脚分配图

中断产生脉冲信号如图3.3所示：

图3.3中断产生脉冲信号

关于分频因子p及预置寄存器的设定值的确定方法如下：设fbus

=3.2MHz=3200000Hz，定时1s时，TMOD=n，分频因子为p，则n=t×（fbus/p）,

若p<64，比如p=25=32，则有n=100000=$186A0,超出16位，入法装入预置寄存

器。因此p必须取64，此时n=50000=$C350,可以装入预置寄存器，满足要求。

本设计中要求低频40次/min，高频80次/min，产生占空比为50%的矩形脉冲。

低频时闪烁周期为1.5s，高频时闪烁周期为0.75s，根据上述方法分别设置定时时

间，产生脉冲信号。

定时器通道和状态寄存器可以调节脉冲信号的占空比。

5

3.3功率驱动、短路、断路等检测技术

BTS6143D是英飞凌公司设计的N沟道FET功率管，内部集成充电泵，电

流驱动，并具有负载电流检测的故障反馈功能(包括过载、过温和短路检测等)，

是一款集成了SIPMOS片上技术的高边智能功率开关芯片。BTS6143D适用于汽

车电子苛刻的工作环境，其工作的温度范围可从-40℃至+150℃。采用12V或24

V负载控制，适用于各种阻性负载、感性负载或容性负载，尤其适用于具有高

浪涌电流的负载，如车灯等，可以作为继电器、保险丝等控制方法的替代方法。

电源电压为12V时，BTS6143D（最高可以驱动55W）可以驱动21W功率的车

灯且可以通过对其输入、输出和故障诊断引脚的电平进行测量达到故障诊断的目

的。车灯的功率和所采用的功率开关类型如表3.1所示：

表3.1车灯的功率和所采用的功率开关类型

车灯功能描述开关类型功率∕瓦

左侧转向灯（前、后）

右侧转向灯（前、后）

紧急报警灯

拨动开关

拨动开关

按钮

21×2

21×2

21×4

此外，BTS6143D还具有多项保护功能：短路保护、过载保护、过压保护、

过温关断、掉地和掉电保护、静电放电保护和电源反接保护等。

对信息中相关的位进行车灯控制，在发出控制信号以后采集相应车灯驱动芯

片输入、输出和故障诊断引脚的电位,通过对电位的分析看是否发生故障，若发

生故障则发送一个故障信息。图2-4中的负载RL，即为转向灯。通过RIS反馈

回来的信号经过A/D转换传送给微控制器，从而判断转向灯的状态是否良好。

6

图3.4BTS6143D结构图

当转向灯出现故障（发生短路或断路）时，根据反馈回来的数据判断自动检

测车灯故障，如果在正常范围内则低频闪烁，在正常范围之外的则高频闪烁。

如果出现断路的情况（以图3.4为例），左侧灯的电阻增大，电流减小，反馈电

流也减小，反馈电阻RIS接地作为下拉电阻，反馈电压减小，端口PTA0的电压

减小；如果出现短路的情况则恰恰相反，反馈电流增大，端口PTA0电压也增大。

如果左侧两个转向灯都断路，IL为0，反馈电压为0；有一个断路时，IL为

P/VOUT（P为21瓦）。

如果左侧两个转向灯都短路，IL非常大，反馈电压也非常大；有一个短路

时，IL也很大，反馈电压也很大。

如果左侧两个转向灯都正常工作时，IL为2P/VOUT为7.5A（P为21瓦）。

同侧两个转向灯正常工作时(工作环境为25°C)根据实际线路情况有一定的误差，

正常的IL为7.5A，反馈比例（kILIS=IL:IIS）kILIS正常为9700，最低为8000，

最高为10800，端口PTA0为A/D口，所采集的模拟量电压为6.944V～9.375V，将

测得的反馈电压模拟量转化成数字量（二进制）为0110.1111~1001.0110，十六进

制为0x06.F1A9～0x09.6并将转换来的数据与正常范围进行比较，如果在正常范

围内则单片机发出相应的信号使转向灯低频闪烁，否则高频闪烁。（正常工作闪

烁频率为40次/Min,故障时闪烁频率为80次/Min）向驾驶员报警。

为保证车灯功率满足的要求，对左侧转向灯(前、后)用一块BTS6143D芯片

控制，将BTS6143D芯片接在MCU（微控制器）上，右侧转向灯同理。

7

3.4硬件设计电路图

现以8051单片机作为控制器，如图3.5，是采用单片机的汽车转弯信号灯控

制系统的基本电路。电源采用+12V电源，因汽车中常用12伏的蓄电池供电，

闪烁频率信号由单片机内部定时器产生。在微电脑系统中，采用了冗余技术和故

障监控技术来提高系统的可靠性，但是，信号灯也难免偶然会完全烧毁，或线路

上有故障而不能正常工作，因此本系统设计了故障监控功能，一旦发现故障，能

自动报警。故障监控功能电路设计简单，如图3.6，它利用T0作检测输入，只增

加1个晶体管和几个电阻，通过测试T0的高低电平，就可以说明相应的线路出

了故障。

图3.5硬件设计电路图（以左侧转向灯为例）

8

图3.6汽车转弯信号灯控制系统的基本电路

4.系统软件部分

4.1系统软件介绍

系统软件采用MCS-51汇编语言编写，程序清单分为三部分：第一部分是输

入、输出口线说明和变量定义；第二部分是主程序；第三部分是中断服务程序。

系统中利用定时器/计数器0和一个软件计数器SUB-DIV来产生为时一秒的定时

信号，以实现低频（1Hz）闪烁功能。在初始化程序中，定时器0被赋予定时功

能，采用操作方式1，其TL0初始值为0，如果用12MHz晶体振荡器，则每过256us，

TH0即行加1，对TH0置初值F0H，因此，其溢出周期等于256us×16=4.096ms。

使定时器0每隔4096微秒溢出中断一次，每次中断后，重置TH0，并使软件计数

器SUB-DIV的值减1，SUB-DIV用作中断次数记录，初始值为244，当此值减为0

时，历经的时间为244×4.096ms=999ms。主程序和中断服务程序框图如下图

4.1。

9

图4.1主程序与中断程序流程图

4.2软件结构设计

一个系统工作性能的好坏很大程度上取决于程序结构的合理性。合理地安排程序

结构有

助于提高程序的运行速度和可靠性。

软件控制流程图如图4.2所示：

中断响应

对TH0重制16

PSW入栈

1s是否？

对软件计数

SUB-DIV重244

故障监控测试

有故障吗？

故障告警处理

形成占空比62.5%20Hz信号

计算并输出给左移表板指示灯、

左转弯头和尾灯

计算并输出给右移表板指示灯、

右转弯头和尾灯

PSW出栈

返回

Y

N

开始

设定定时器0初值

设定定时器0为模式1

置软件计数器初值

允许定时器0中断

总允许中断

启动定时器0

等待

10

图4.2软件控制流程图

在转向灯控制系统设计中，主要完成实现对转向灯的控制功能，即对前左转

向灯、前右转向灯、后左转向灯、后右转向灯等信号灯的控制。

此程序需用到定时器模块产生占空比为50%的不同频率的脉冲信号，A/D

转换模块将BTS6143D反馈来的电压信号转换成数字信号。以此来实现等的闪烁

而形成。

开始

系统初始化

AD初始化

左转向灯指

示灯低频闪

检测开

关动作

紧急按

钮

左灯正

常

左转

向信号

又转向信号i

右转向灯指

示灯高频闪

左转向灯指

示灯高频闪

右转向灯指

示灯低频闪

右灯

正常

结束

N

Y

Y

N

Y

N

N

Y

11

5.总结：

汽车转向灯设计结果，连接硬件电路，执行程序，按键左右转、刹车等共

10种情况时，LED按照预先设定的状态亮灭，证明设计结果符合题目要求。

设计过程中出现的主要问题有：

1、汽车转向灯数码管亮灭混乱。可能是由于键盘抖动或不灵敏、74LS373损坏、

多个子程序类似而混编等引起。

2、计数器不工作。通过外部中断0计数，中断一次TCON的IE0即置1。在循

环程序中应每次循环都为TCON赋值。

3、程序进入踏步无法跳出。按键按下时可能不是低电平，可用万用表检测按键

和单片机/INT0引脚的电压值。

4、静态显示驱动程序中，可用码重为1的8位二进制数测试七段数码管的编码。

6.参考文献

[1]马家辰孙玉德张颖,CS-51单片及原理及接口技术，哈尔滨工业大学出版

社。

[2]赫建国、郑燕、薛延侠,单片机在电子电路设计中的应用，清华大学出版社。

[3]严天峰,单片机应用系统设计与仿真调试，北京航空航天大学出版社。

[4]孙余凯、田其贵等，新型汽车电子电器原理与故障检修方法,人民邮电出版社。

[5]张友德，MC68HC08系列单片机原理与应用—嵌入式系统初步，复旦大学出

版社。

12

附录

ORG0000H

LJMPBEGAIN

BEGAIN:MOVP3,0FFH;P3口置“1”，为输入做准备

MOVA,P3

ANLA,#1Fh;读如开关状态

MOVDPTR,#TABLE

RLA;累加器乘2

JMP@A+DPTR

TABLE:AJMPGO0;同时打开

AJMPGO1;K1合上,K2打开

AJMPGO2;K2合上K1打开

AJMPGO3;K1K2同时合上

AJMPGO4;K3合上

AJMPGO5;K1,K3和尚

AJMPGO6;k2k3合上

AJMPGO7;K1K2K3合上

AJMPGO8;K4合上

AJMPGO9;K1K4合上

AJMPGO10;K2K4合上

AJMPGO11;K1,K2,K4合上

AJMPGO12;k3,k4合上

AJMPGO13;K1，K3，K4合上

AJMPGO14;k2,k3,k4合上

AJMPGO15;k1,k2,k3,k4合上

AJMPGO16;K5合上

GO0:MOVP1,#00;所有开关同时打开，所有灯都熄灭

LJMPBEGAIN

GO1:MOVP1,#00000101B;K1合上，其余打开，L1、L3亮，表示左边转弯

LOOP:LCALLDELAY;延时1S

MOVP1,#00H

LCALLDELAY;延时1S

LJMPBEGAIN

GO2:MOVP1,#00001010B;k2合上，其余打开，表示右边转弯

LJMPLOOP;调用延时程序

GO3:LJMPGO0;K1K2同时合上，所有灯熄灭

GO4:MOVP1,#00111111B;K4合上，刹车，所有灯闪烁

LJMPLOOP

LJMPBEGAIN

GO5:LJMPGO0;所有灯熄灭

GO6:LJMPGO0；所有灯熄灭

GO7:LJMPGO0;所有灯熄灭

GO8:MOVp1,#00110000b;K5合上，停靠，L5L6闪烁

13

LJMPLOOP

GO9:MOVP1,#00001101B;K1K4合上，左转弯并刹车

CPLP1.0;L1闪烁

CPLP1.2;L3闪烁

LCALLDELAY;调用延时程序

CPLP1.3;L4长亮

LJMPBEGAIN

GO10:CPLP1.1;L2闪烁

CPLP1.3;L4闪烁

LCALLDELAY

CPLP1.5;L6长亮

LJMPBEGAIN

GO11:LJMPGO0；所有灯熄灭

GO12:CPLP1.0;L1—L4闪烁

CPLP1.1

CPLP1.2

CPLP1.3

LCALLDELAY

SETBP1.4;L5长亮

SETBP1.5;L6长亮

LJMPBEGAIN

GO13:MOVP1,#00001111B;L1—L4闪烁

LJMPLOOP

LJMPBEGAIN

GO14:LJMPGO13

GO15:LJMPGO0

GO16:MOVP1,#00111100B;L3、L4、L5、L6闪烁

LJMPLOOP

LJMPBEGAIN

DELAY:MOVR5,#2;延时子程序

DEL0:MOVR6,#255

DEL1:MOVR7,#98

DEL2:DJNZR7,DEL2

DJNZR6,DEL1

DJNZR5,DEL0

RET

END