基于单片机的汽车信号灯控制系统的设计文稿.docx

基于单片机汽车信号灯控制系统的设计

摘 要
汽车信号灯,作为汽车的必备装置之一,各式各样的汽车都离不开它｡传统的汽车信号灯控制系统有很多类型,但使用寿命短,采用纯电路设计模式,线路复杂,容易产生故障,可靠性低｡针对汽车信号灯控制系统存在的问题,本文设计了一个以单片机为核心的控制系统,该系统采用C51单片机为控制核心,具有手动和自动两种模式可供驾驶员选择,设计相对人性化｡设计具有界面友好,可靠性高,线路简单,成本低廉,使用方便的优点,通过软件升级很容易实现功能扩展｡
关键词:汽车信号灯;单片机;手动控制;自动控制
ABSTRACT
Automobile signal lamp, as a necessary device of automobile, every kind of car can not be separated from it. The traditional automobile signal lamp control system has many types, but the service life is short, using pure circuit design mode, complex lines, and prone to failure, low reliability. Aiming at the automobile signal lamp control system, this paper describes the design of a single chip microcomputer as the core of the control system, the system uses the C51MCU as the control core, with two types of manual and automatic mode for the driver to select, design relative humanity. The design has a friendly specific, high reliability, simple circuit, low cost, convenient to use, through software upgrades are easy to achieve functional expansion.

Key words: ;Single chip microcomputer;
Manual control;Auto control;

目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 引言 1
1.1 绪论 1
1.2汽车信号灯简介 2
1.2.1 汽车信号灯的作用 2
1.2.2 汽车信号灯发展历史 2
1.3 8051单片机简介 4
1.3.1 中断系统 7
1.3.2 时钟系统 7
1.4 章节规划 10
第2章 设计方案讨论 11
2.1设计的要求 11
2.2方案讨论 11
2.2.1继电器作为控制器 11
2.2.2 PLC作为控制器 12
2.2.3利用单片机作为控制核心 12
第3章 硬件设计方案 13
3.1工作原理图 13
3.2硬件连接图 14
3.2.1手动原理硬件连接图 14
3.2.2自动报警原理硬件连接图 15
3.3各电气原件选择思路 16
3.3.1ULN2003A电路介绍 16
3.3.2 各个开关功能介绍 16
3.3.3 LED信号灯 17
3.3.4 数码显示器 18
3.3.5 自动报警系统 19
3.4 芯片及其他硬件介绍 20
3.4.1ULN2003A 20
3.4.2光敏电阻简介 21
3.4.3 LED灯简介及其优点 23
3.4.4 74LS164简介 24
第4章 软件设计方案 27
4.1程序设计思想 27
4.2程序流程图 27
4.2.1 手动模式 27
4.2.2 自动模式 29
4.3调试与仿真 29
第5章 结束语 31
参考文献 32
附件1 PCB 33
附件2 原理图 34
附件3程序清单 35

第1章 引言
1.1 绪论
随着改革开放的深入发展,国民综合收入不断提高,越来越多的家庭选择了汽车作为交通工具｡大量的汽车行驶在道路上,照成了交通拥挤,所以一套操作方便,性能可靠,界面友好,容易升级的信号灯控制系统是现代汽车必不可少配件之一｡
以往的汽车信号灯控制系统都是纯电路设计的,不仅设计麻烦,而且故障率高,已经不能适应现代汽车所要发出的信号的任务｡而基于单片机的电路设计模式则能很好的胜任这一任务,这是以后所有汽车信号灯控制系统的一个发展趋势｡
单片微型计算机简称为单片机,又称为微型控制器,是微型计算机的一个重要分支｡单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片,是CPU､RAM､ROM､I/O接口和中断系统于同一硅片的器件｡80年代以来,单片机发展迅速,各类新产品不断涌现,出现了许多高性能新型机种｡目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹｡导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机､摄像机､全自动洗衣机的控制,以及程控玩具､电子宠物等等,这些都离不开单片机｡更不用说自动控制领域的机器人､智能仪表､医疗器械以及各种智能机械了｡
Altium designer软件是澳大利亚的公司制作并发行的,支持多种语言格式,是绘制各种电路图的不二选择｡ ,完全替代了Protel 99｡
本次设计以8051单片机核心,通过1.2汽车信号灯简介
1.2.1 汽车信号灯的作用
汽车信号灯对汽车有着十分重要的作用,第一是为汽车行驶起照明的作用;第二是表明汽车正在或者即将要做出的动作,如刹车灯和转弯的;第三是在汽车处于紧急状态时提醒､警示过往车辆的目的;
第四是汽车司机与司机之间交流的作用｡还有一些其他方面的作用,如装饰､阅读｡
1.2.2 汽车信号灯发展历史
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｡从早期乙炔气前照灯发展到当今的自由面反射镜气体放电前照灯,差不多经历了120年,其演变过程如下:
第一代——乙炔气前照灯前照灯具有高的轮廓亮度,乙炔气火焰的亮度比当时的电光源所能达到的亮度高出一倍,因而,在1925 年以前使用的汽{TodayHot}车前照灯几乎全是乙炔前照灯｡
第二代——电光源前照灯1913年带螺旋灯丝的充气白炽灯泡问世,因其具有较高亮度,给电光源前照灯开辟了广阔的前景｡然而由于当时汽车电气设备系统的制约,直到1925年,电气照明才得到广泛的应用｡
第三代——双光灯芯前照灯具备有高轮廓亮度充气灯泡的电前照灯一装在汽车上,就出现了在交会车时因前照灯的强光造成驾驶员炫目而导致发生交通事故和撞车的严重问题｡因而,对前照灯的设计提出了两个互不相容的要求:一个是如何在不小于100m的距离内使道路和高度至少2-2.5m的障碍物得到良好的照明;另一个是如何使迎面车辆驾驶员不炫目｡汽车会车时的这种炫目问题,仍是汽车照明技术中最难以解决的问题｡为解决会车炫目的问题,1924年,欧洲发明了双光灯芯前照灯之后,美国也出现了带双丝灯泡的前照灯｡然而,欧洲和美国具备不炫目近光的前照灯的光学系统结构原理不尽相同｡其灯泡的差异在于灯丝的形状和位置不同:配光镜的差异在于折光单元的图案和计算不同,因而,近光的配光也有所不同｡近光系统分为欧洲系统和美国系统两种,两大系统的协调问题是当今世界汽车灯光发展的重大课题之一｡
第四代——不对称近光前照灯 双光灯芯前照灯系统属于对称近光系统,近光光型的左右两侧完全相同,因而左､右两侧行驶皆适用｡但由于行车光 ( 远光 ) 变到会车光 ( 近光 ) 时,视见距离缩短,迫使车速降低｡为解决在会车过程中,前照灯既不产生炫目,又能保证对道路具有良好的照明,1932年美国发明了不对称前照灯,它是以基准轴为中心,将光束一分为二,靠近来车一侧的落地距离短 ( 即光束压低,从而防炫 ) ,而另一侧光束的落地距离长 ( 即光束抬高,从而增加视见 ) ｡
第五代——h4卤钨前照灯第一批装有卤钨灯泡的汽车前照灯是由法国 “ 斯贝 ” 公司在1964年生产的,其灯丝允许工作温度较普通白炽灯泡高,光效增加约 50% ,寿命也增加一倍｡
第六代——hid前照灯以hid前照灯为代表的现代汽车前照灯在发光原理､结构形式以及制造材料等方面又发生了一系列的重大变化｡hid氙气头灯是以高压击穿惰性气体电离而发光,其产生的光照度强,色温高,穿透力强,而且节约电能,是理想的汽车前照灯光源｡
第七代——led前照灯美国最新的研究结果表明,未来五年内,白光大功率led技术将大幅度代替目前的各种照明产品,而且将适用于汽车的各种照明,包括:前照灯､刹车灯､雾灯､应急灯､车内照明等｡led具有高安全性､运行平稳､节约电力､寿命长等多种优点,是未来车辆照明的一个发展趋势｡

1.3 8051单片机简介
单片机是一种集成在电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM､只读存储器ROM､多种I/O口和中断系统､定时器/计时器等功能(可能还包括显示驱动电路､脉宽调制电路､模拟多路转换器､A/D转换器等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统｡
单片机具有体积小,集成度高,性能稳定,可靠性高等特点,而且具有较高的性价比｡
单片机的种类繁多,一般按单片机数据总线的位数进行分类,主要分为4位､8位､16位和32位单片机｡
根据应用领域､总线类型来分:
(1)工控型/家电型｡工控型的单片机主要是面向测控,要求寻址范围大,运算能力强｡家电型的单片机要求体积小､价格低,外围器件少,使用方便｡
(2)总线型/非总线型｡总线型单片机是指单片机设有并行总线,用以扩展并行外围器件｡非总线型单片机是指单片机通过串行口与外围器件连接,或直接把外围器件､外设接口集成在片内｡
(3)通用型/专用型｡通用型单片机,它的应用范围宽,如Intel公司的MCS—5l系列产品8031､80C51等通过不同的外围扩展就可以用在不同的设备中｡专用型单片机是专门为某一产品设计生产的如电子体温计､计费电度表等｡
单片机广泛应用于仪器仪表､家用电器､医用设备､航空航天､专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:
在智能仪器仪表上的应用;
在工业控制中的应用;
在家用电器中的应用;
在计算机网络和通信领域中的应用;
单片机在医用设备领域中的应用;
在各种大型电器中的模块化应用;
单片机在汽车设备领域中的应用｡
8051单片机是ATMEL公司生产的低电压,高性能的CMOS 8位单片机,片内含4K bytes的可反复擦写和只读程序存储器(PEROM)和128 bytes的随机存取数据存储器,器件采用ATMEL公司的高密度､非易失性存储技术,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元｡
其主要性能参数为:
l 与MCS-51产品指令系统完全兼容
l 4k字节可重擦写Flash闪速存储器
l 1000次擦写周期
l 全静态操作:0Hz-24MHz
l 三级加密程序存储器
l 128 X 8字节内部RAM
l 32个可编程I/O口线
l 2个16位定时/计数器
l 6个中断源
l 可编程串行UART通道
l 低功耗空闲和掉电模式
其内部结构图如下:

图1-1 51单片机内部结构图

单片机的硬件主要包括中央处理器(CPU)､ 中央处理器是单片机的核心,主要功能是产生各种控制信号,根据程序中每一条指令的具体功能,控制寄存器和输入/输出端口的数据传送,进行数据的算术运算､逻辑运算以及位操作等处理｡MCS-51系列单片机的CPU字长是8位,能处理8位二进制数或代码,也可处理一位二进制数据｡单片机的CPU从功能上一般可以分为运算器和控制器两部分｡2.储存器
单片机内部包含随机存取存储器RAM和程序存储器ROM,RAM用于保存单片机运行的中间数据; 单片机的ROM不只是用来装载程序,增强51系列也可以在单片机运行过程中利用程序把数据存贮在ROM的部分空间内｡51系列单片机在系统结构上采用哈佛结构(Harvard architecture),即程序存储器和数据存储器的寻址空间是分开管理的｡它共有4个物理上独立的存储器空间,即内部和外部程序存储器及内部和外部数据存储器｡从用户的角度看,单片机的存储器逻辑上分为三个存储空间,即统一编址的64KB的程序存储器地址空间(包括片内ROM和外部扩展ROM),地址从0000H—FFFFH;256B的片内数据存储地址空间(包括128B的片内RAM和特殊功能寄存器的地址空间);64KB的外部扩展的数据存储器地址空间｡
1.3.1 中断系统
51单片机的中断功能较强｡51单片机共有5个中断源,即外部中断两个,定时/计数中断两个,串行口中断一个｡全部中断分为高级和低级两个优先级别｡
1.3.2 时钟系统
时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列｡51单片机芯片的内部有时钟电路,但石英晶体和微调电容需外接,系统常用的晶振频率一般为6 MHz或12 MHz｡
由此可见,单片机虽然只是一个芯片,但是它集成了一台计算机应该有的重要硬件,所以它是一个微型的计算机系统｡
8051单片机外部结果如下图所示

图1-2 51单片机外部结构图

它的引脚功能如下:
VCC:供电电压｡
GND:接地｡
P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流｡当P0口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入｡P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位｡在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高｡
P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流｡P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故｡在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收｡
P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入｡并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流｡这是由于内部上拉的缘故｡P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位｡在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容｡P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号｡
P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流｡当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入｡作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故｡
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
口管脚 备选功能
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 /INT0(外部中断0)
P3.3 /INT1(外部中断1)
P3.4 T0(记时器0外部输入)
P3.5 T1(记时器1外部输入)
P3.6 /WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 /RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号｡
RST:复位输入｡当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间｡
ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节｡在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲｡在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6｡因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的｡然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲｡如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0｡此时, ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用｡另外,该引脚被略微拉高｡如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效｡
/PSEN:外部程序存储器的选通信号｡在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效｡但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现｡
/EA/VPP:当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器｡注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器｡在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)｡
XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入｡
XTAL2:来自反向振荡器的输出｡
振荡器特性:
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出｡该反向放大器可以配置为片内振荡器｡石晶振荡和陶瓷振荡均可采用｡如采用外部时钟源驱动器件,XTAL2应不接｡有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器,因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求,但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度｡
1.4 章节规划
第一章:介绍单片机的发展情况､背景,以及单片机的基础特性;
第二章:本章节介绍了设计方案的构思与讨论,并最终确定设计方案;
第三章:硬件设计｡本章节重点介绍了总体硬件框图,硬件原理图,并分别介绍了各个分支系统的功能与构成,如开光系统､ULN2003A芯片系统,LED信号灯,数码显示器,自动报警系统｡
第四章:本章节介绍了软解设计思想,程序流程图以及设计系统仿真;
第五章:结束语;
参考文献;
其他:本设计中需要用到的附件｡

第2章 设计方案讨论
2.1设计的要求
汽车在驾驶时有左转弯､右转弯､刹车､合紧急开关等操作｡在左转弯或右转弯时,通过转弯操作杆应使左转开关或右转开关合上,从而使左头信号灯､仪表板的左转弯灯､左尾信号灯或右头信号灯､仪表板的右转弯信号灯､右尾信号灯闪烁｡刹车时,两个尾灯亮｡闭合紧急开关时,六个灯全部闪烁｡在转弯刹车时在原来闪烁的基础上尾灯再亮｡上述闪烁都是以1HZ的频率闪烁,其余则是以20HZ频率闪烁｡设计要求就是根据上面的分析,设计出相应的电路,以符合实际驾驶的需求｡
表2-1 设计要求分析表
详细分析如下表:

左头
仪左
左尾
右头
仪右
右尾
左转
√(1HZ)
√(1HZ)
√(1HZ)

右转

√(1HZ)
√(1HZ)
√(1HZ)
紧急
√(1HZ)
√(1HZ)
√(1HZ)
√(1HZ)
√(1HZ)
√(1HZ)
刹车

√(亮)

√(亮)
停靠
√(20HZ)

√(20HZ)
√(20HZ)

√(20HZ)
其余
√(20HZ)
√(20HZ)
√(20HZ)
√(20HZ)
√(20HZ)
√(20HZ)
2.2方案讨论
根据以上分析,本文设计出如下几个方案:
2.2.1继电器作为控制器
采用继电器控制也可控制转弯灯信号,但现在对汽车安全要求比较高,实时响应比较快,继电器就晓得有些力不从心｡由于其断开吸合的状态,使得它的反应有些延时性,并且继电器不断的吸合断开,会使继电器寿命变短,严重影响汽车安全性能,因此继电器不适于做汽车信号灯的控制系统｡
2.2.2 PLC作为控制器
由于PLC对开关控制精确度非常的高,控制系统可靠性高,抗干扰能力强,适用于各种恶劣的环境,远远的超过了传统的继电器控制系统和传统的计算机控制系统,并且PLC质量轻,体积小,功耗低,集成度非常高｡但是PLC成本非常高,对于一般的汽车信号灯控制系统而言无疑是增加了制造成本,而且对于只有单纯的开关量控制,而无计时､定时､算数计算的汽车信号灯控制系统而言,无疑是很大的资源浪费,不符合最低成本原则的制造原理｡
2.2.3利用单片机作为控制核心
目前而言,单片机具有PLC的所有特点,唯一不足的是集成度没有PLC高,但是作为汽车控制信号灯系统的核心,单片机足以胜任｡并且单片机体积小,功耗低,便于软件升级,性能稳定可靠,作为汽车信号灯控制系统核心非常合适
综上所述,本文选定单片机作为此次设计的控制核心｡

第3章 硬件设计方案
3.1工作原理图
本次设计的设计思想是利用五个开关模拟左转､右转､刹车､左刹车､右刹车､以及紧急和停靠的动作｡并通过I/O口输入传递给单片机,单片机在收到指令以后通过编号的程序发出相应的信息,输入给ULN2003A芯片,最后驱动相应的LED灯,达到发出信号灯的目的｡这次设计另一个特点是在基于光敏电阻的基础上,通过检测后面车辆的光强度信号将光信号转化成电信号输入单片机,由单片机驱动尾灯和报警系统｡
工作原理图如下:

图3-1 手动原理框图

AT89C51
报警系统报警

后方车辆距离过近
光敏电阻感应

后尾灯点亮

图3-2 自动报警原理框图

3.2硬件连接图
3.2.1手动原理硬件连接图
本次设计的硬件连接图使用ALTIUM DESIGNER软件完成的,详情请看附件1｡
具体方案如下:

图3-3 主要硬件电路图

3.2.2自动报警原理硬件连接图

图3-4 自动报警原理电路图

自动控制原理就是普通的光电传感装置,如上图所示,光敏二极管用来扑捉来自后面车辆的光信号或者后面车辆反光镜的反射光,并将其转化成电信号,再经过放大器和反相器的处理由P3.0传给单片机｡
3.3各电气原件选择思路
3.3.1ULN2003A电路介绍
ULN2003A有16个引脚,其中1~7脚按顺序接单片机P1.0~P1.6,10~15脚按顺序接D1~D6｡
如图所示:

图3-5 ULN2003A电路图

3.3.2 各个开关功能介绍
8051单片机P3的接口与五个开关的连接口如图所以,其中包括刹车,紧急,停靠,左转,右转｡如下图所示:

图3-6 开关连接图

图3-7 开关系统

3.3.3 LED信号灯
图3-8 LED灯电路图

3.3.4 数码显示器

图3-9 数码显示器电路图

数码显示器作为一个信息显示反馈给司机,让司机对操作一目了然｡
司机执行左转,左头灯､左仪表灯､左尾灯亮,数码频显示1;
司机执行右转,右头灯,右仪表灯,右尾灯亮,数码显示2;
司机执行紧急操作,全灯亮,数码显示3;
司机执行刹车操作,左尾灯,右尾灯亮,数码显示4;
司机执行停靠操作,左右头灯,左右尾灯亮,数码显示5
其余操作数码显示6｡
3.3.5 自动报警系统

图3-10 光信号捕捉器电路图

如图所示是利用硫化镉光敏电阻､放大器和反相器构成的一个捕捉光信号的装置,并将光信号装换成电信号输送给单片机P3.0口｡当后面车辆过近,其头灯光强会增加,会造成上图所示电路系统电流增加,当增加到一定值时,单片机便会点亮尾灯,同时由P1.7口发出电信号,驱动警报系统,提醒后面车辆和本车司机｡
根据公式3-1:
(3-1)
其中:
I——光电流,U——外加电压,L——光照度
K=1,a=1.1,V=0.5
设定当L≧1时,根据公式I≧5.87
此时单片机点亮尾灯,驱动警报系统｡

图3-11 报警系统电路图

如图所示,是本次设计的报警系统,该系统是由一个电阻,一个三极管和一个蜂鸣器组成,当光电流大于等于5.87时,单片机驱动蜂鸣器报警,提醒司机｡
3.4 芯片及其他硬件介绍
3.4.1ULN2003A
ULN2003A结构:
ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,可用来驱动继电器｡它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路｡ ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA,饱和压降VCE 约1V左右,耐压BVCEO 约为36V｡用户输出口的外接负载可根据以上参数估算｡采用集电极开路输出,输出电流大,故可直接驱动继电器或固体继电器,也可直接驱动低压灯泡｡通常单片机驱动ULN2003时,上拉2K的电阻较为合适,同时,COM引脚应该悬空或接电源｡
ULN2003A的功能:
ULN2003 是高耐压､大电流､内部由七个硅NPN 达林顿管组成的驱动片｡
经常在以下电路中使用,作为:
1､显示驱动
2､继电器驱动
3､照明灯驱动
4､电磁阀驱动
5､伺服电机､步进电机驱动等电路中｡
ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它 能与TTL 和CMOS 电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来 处理的数据｡ULN2003 工作电压高,工作电流大,灌电流可达500mA,并且能够在关态时承受 50V 的电压,输出还可以在高负载电流并行运行｡ULN2003 的封装采用DIP—16 或SOP—16 ｡ULN2003A在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片,其芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管｡ULN2003的输出端允许通过IC 电流200mA,饱和压降VCE 约1V左右,耐压BVCEO 约为36V｡输出电流大,故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件,也可直接驱动低压灯泡｡
ULN2003可以驱动7个继电器,具有高电压输出特性,并带有共阴极的续流二极管使器件可用于开关型感性负载｡每对达林顿管的额定集电极电流是500mA,达林顿对管还可并联使用以达到更高的输出电流能力｡
  ULN2003A中每对达林顿管的基极都串联有一个2.7kΩ的电阻,可直接与TTL或5V CMOS器件连接｡
3.4.2光敏电阻简介
光敏电阻介绍:

图3-12 光敏电阻
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大｡ 光敏电阻器一般用于光的测量､光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)｡常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器,它是由半导体材料制成的｡光敏电阻器的阻值随入射光线(可见光)的强弱变化而变化,在黑暗条件下,它的阻值(暗阻)可达1~10M欧,在强光条件(100LX)下,它阻值(亮阻)仅有几百至数千欧姆｡光敏电阻器对光的敏感性(即光谱特性)与人眼对可见光(0.4~0.76)μm的响应很接近,只要人眼可感受的光,都会引起它的阻值变化｡设计光控电路时,都用白炽灯泡(小电珠)光线或自然光线作控制光源,使设计大为简化｡
光敏电阻特性:
本次设计采用硫化镉光敏电阻,其伏安特性曲线如下:

图3-13 光敏电阻伏安特性曲线图

图3-14 光敏电阻光照特性图

3.4.3 LED灯简介及其优点
LED(Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管)是一种能够将电能转化为光能的半导体,它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理,而采用电场发光｡据分析,LED的特点非常明显,各种性能也十分优越,可靠性高,低
图3-15 LED灯泡以及灯具图片

功耗,寿命长､光效高､低辐射与低功耗｡白光LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可超过150lm/W(2010年)｡将LED与普通白炽灯､螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比,结果显示:普通白炽灯的光效为12lm/W,寿命小于2000小时,螺旋节能灯的光效为60lm/W,寿命小于8000小时,T5荧光灯则为96lm/W,寿命大约为10000小时,而直径为5毫米的白光LED光效理论上可以超过150lm/W,寿命可大于100000小时｡有人还预测,未来的LED寿命上限将无穷大｡然而,LED灯的工作原理使得在大功率LED照明行业里散热问题变得非常突出,许多LED照明方案不够重视散热,或者是技术水平有限,所以目前量产的大功率LED灯普遍存在实际使用寿命远远不如理论值,性价比低于传统灯具的尴尬情况｡为了提高LED灯具的使用寿命,真正做到适合商业化的量产,LED照明行业正在独立或者和专业的导热材料供应商合作加紧研制新型导热材料,比如导热塑料等等｡大功率LED,一般指大于0.65W,这一点不同公司内部也会有不同的标准,因为目前在大功率LED领域还没有形成大家一致认可的行业标准｡光强与流明比小功率大,但同样散热也很大,现在大功率大多是单颗应用,加上有效散热面积很大的散热片,也出现了集成在一起的LED灯矩阵,但是散热效果不是很好｡小功率一般是0.06W左右的｡现在LED手电一般是用小功率用的,光散不散,取决于LED的发光角度,有大角度小角度之分,小角度不散,大角度才散｡LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的,LED的角度越小它的亮度越高｡
3.4.4 74LS164简介

图3-16 74LS164 内部逻辑图

芯片特性:
门控串行数据输入;
异步中央复位符合 JEDEC 标准 no. 7A;
静电放电 (ESD) 保护;
HBM EIA/JESD22-A114-B 超过 2000 V;
MM EIA/JESD22-A115-A 超过 200 V;
多种封装形式;
额定从 -40 °C 至 +85 °C 和 -40 °C 至 +125 °C ｡
功能图:

图3-17 逻辑符号图
图3-18 IEC 逻辑符号

(5)引脚信息

图3-19 引脚图

第4章 软件设计方案
4.1程序设计思想
软件部分与硬件部分一起构成一个完整的系统,对整个系统来说起着重要的作用｡在本设计中使用了散传程序的设计方法,它根据系统的某种运算结果,分别转向各个处理程序｡该方法利用JMP @A+DPTR,根据运算结果,确定A和DPTR的内容,从而实现转移｡用该方法 设计的程序结构简单､转移表短,但转移表大小加上各个程序长度必须小于256字节｡
4.2程序流程图
4.2.1 手动模式

4.2.2 自动模式

图4-2 自动报警原理程序流程图

4.3调试与仿真

第5章 结束语
与此同时,也加强了我们对问题的分析解决能力,为以后走上工作岗位做足了充分的准备｡
在本次毕业设计中受到詹旭老师的耐心指导,使我们进一步学习到了对问题的分析及解决方法的能力;在此一并表示衷心的感谢!

参考文献
[1]李广弟,朱月秀,王秀山.单片机基础[M].北京:航空航天大学出版社,2000.
[2]康华光,陈大钦.电子技术基础模拟部分[M].武汉:高等教育出版社,1998.
[3]谢自美.电子线路设计·实验·测试(第二版)[M].武汉:华中理工出版社,2000.
[4]戴佳,戴卫恒.51单片机C 语言应用程序设计实例精讲[M].北京:电子工业出版社,