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汽车尾灯控制电路设计
西北民族大学
(论文)
汽车尾灯控制电路设计
摘要
如今,科学技术在全面发展,汽车工艺制造已经获得了很大的进步。
人们从中不仅体会到了它所带来的方便,但也意识到了它所带来的安全隐患,所以,对汽车尾灯的研究是尤为重要的。
此次设计的汽车尾灯电路控制只要是有两个开关来控制并且实现汽车刹车时、左转弯、右转弯和正常运行是尾灯的变化情况。
汽车尾灯由六个灯泡组成,左右各3各。
此次汽车尾灯控制电路的设计,是根据汽车在运行时尾灯的显示状态来分析并且设计电路。
汽车尾灯的设计和实现在本文中都做了详细的介绍与说明,整个电路设计流程都包括在其中。
通过上面介绍的电路设计来实现汽车刹车时左右两边的灯同时闪烁,左转弯时左边的三个灯按顺序点亮,右转弯时右边的三个灯顺序点亮,从而完成汽车尾灯控制电路的整个设计流程。
经过了一系列的查找资料,设计电路,仿真模拟等工作,本次课题设计基本实现了本次课题设计全部的设计要求,最终完成汽车尾灯实物的制作。
关键字:
汽车尾灯;循环闪烁;单片机
Abstract
Withthedevelopmentofscienceand technology inallaspectsofdevelopment,automobilemanufacturing technology hasmadegreatprogress, which hasbecomethemainmeansoftransport ofmodernpeople. Peopleunderstandthatthey moreconvenient, fast, alsorealizedthe potential riskofthecar, itisnecessaryto study onthesituationofcar has so prompt car taillight.
Thepurposeofthisdesign:
Designofautomobile taillightcontrolcircuit, controlledbytwoswitches toachieve thenormaloperationof automobile, turnright, turnleft andbrake taillight. Thetaillights arecomposedof about threelightbulbs, the lightemittingdiodedisplay. Thismakesthe taillights moreclearly significantlymore humane. Thisdesign isaboutthedesignof cartaillightscontrolcircuit, accordingtoautomotivetaillightdisplay relationshipstatusand theoperationofthevehicle, theanalysisanddesignof circuit. Thispaperintroducesthe design andRealizationof circuit, includingtheentire designprocess. The circuit makesthe normaldrivingofthecar taillightsQuanmie left, turn leftatthethreelight litintheorder, turnright at therightsideofthethree lights litintheorder, whentheemergencybrake ontheleftandrightsidesof lights flashingatthesametime, inordertocomplete thewhole cartaillightscontrolcircuit design. After aseriesofanalysis, simulation andotherpreparatorywork, thispaper realizethebasic requirementsof theoveralldesign, andcompletedtheproduction ofautomobiletaillight prototype.
Keywords:
automobiletaillight;flashing;SCM
目录
摘要II
AbstractIII
第1章绪论1
1.1课题设计研究的背景1
1.2课题设计研究的目的和意义1
1.3课题设计研究的主要内容2
第2章设计功能指标要求3
第3章设计方案4
3.1基本设计思路4
3.2整体方案概述4
3.3关键硬件及电路设计方案介绍4
3.3.1电源模块的选择4
3.3.2主控制器部分5
3.3.3键盘部分5
3.4软件流程设计方案6
本章小结6
第4章设计的具体电路、程序7
4.1硬件电路设计7
4.2元器件选择10
4.3详细的程序流程图11
4.4相关程序清单11
本章小结13
第5章设计调试及遇到的问题处理14
5.1设计调试的方案14
5.2按功能测试过程说明14
5.3遇到问题及处理14
本章小结15
第6章结果分析16
6.1测试方案16
6.2测试数据16
本章小结17
结论18
参考文献18
第1章绪论
1.1课题设计研究的背景
在当前国际市场上,汽车电子化的竞争尤为激烈。
统计数据表明,在国内外很多著名制造商中,电子产品所需的费用占每辆车的30%左右,越是高档汽车电子化程度越高[1]。
汽车将不断向电子化控制方面推进。
很多电子元器件也不断受到市场的欢迎。
汽车尾灯的发展动向
作为理想的尾灯应具有如下特点:
(1)较高的发光强度和合理的光强分布;
(2)快速的发光上升前沿时间;
(3)长寿命,免维修,低能耗;
(4)开关耐久性强;
(5)抗振动冲击性好。
白炽灯成为汽车尾灯的主要光源,另外也出现了一些新光源如发光二机管(LED)和霓虹灯等。
汽车尾灯光源的分类
(1)白炽灯光源
传统的以白炽灯为光源的汽车尾灯主要由4部分组成:
白炽光源,赔光镜,滤光镜和反射镜。
白炽灯结构简单,使用方便,是最常用的光源,且输出稳定,随环境温度的变化小[2]。
(2)发光二极管(LED)
发光二极管的原理是结型二极管在正偏态下,N区电子与P区空穴相互穿过PN结。
(3)霓虹灯光源
在充有惰性气体的放电管两端加以电场,使霓虹灯连续放电。
当充如不同的惰性气体使其产生不同颜色的光。
1.2课题设计研究的目的和意义
通过本次课程的设计可以更全面的掌握实验的操作,步骤及原理,以便正确使用各类仪器,学生的各方面能力也得到了更好的磨练。
通过此次毕业设计,更有利为社会提供有创新能力和动手能力的有用人才。
1.3课题设计研究的主要内容
设计中将用到6个发光二极管来模拟汽车尾灯,汽车的刹车、左转弯、右转弯分别有一个开关来进行控制。
第2章设计功能指标要求
1.汽车正常运行时尾灯全部熄灭;
2.汽车左转弯时左边的三个发光二极管按左循环顺序点亮;
3.汽车右转弯时右边的三个发光二极管按右循环顺序点亮;
4.汽车刹车时所有的指示灯同时闪烁。
第3章设计方案
3.1基本设计思路
本系统采用简单明了的设计方案。
由STC89C51通过IO口控制发光管轮流点亮[3]。
(1)根据设计要求,确定控制方案。
(2)利用Protel99se设计合理的硬件原理图。
(3)画出程序流程图,使用C语言进行编程,运用KEIL进行模拟调试。
(4)将各元件焊接在PCB板上,并将程序烧录到单片机内。
(5)进行调试以实现控制功能。
3.2整体方案概述
根据系统的设计指标,整体方案采用单片机最小系统,晶振电路,上电复位和手动复位电路,采用单片机的IO口来驱动左右各3个LED发光管工作。
通过软件的合理编程,实现课题指标。
硬件框图如图3-1所示:
图3-1汽车尾灯硬件框图
3.3关键硬件及电路设计方案介绍
3.3.1电源模块的选择
多个电源组成系统,使用4-5.5V电压的单片机,电压是3.0-5.5V的集成电路。
综合可知电源设置5V即可[4]。
方案一:
采用稳压电路升压型。
将3V的电池电压用两片MC34063芯片调压,得到输出为5V的稳压[5]。
方案二:
供电电池。
尽锂离子电池虽然能为大多数装置提供很好的性能,但NiMH(镍氢)电池在负载要求严格时,其电压不能够持续提供整个体统所需要的工作电压,影响体统工作。
方案三:
稳压供电电源[6]。
稳压器、整流器、变压器组成稳压电源。
将其滤波过后,采用三端稳压器得到稳定的直流电压输出。
对比上面几个方案,三端稳压器有更多优越的特点。
故采用方案三。
3.3.2主控制器部分
控制模块是系统的核心部分,系统的其他操作例如:
温度采集[7]、温度显示、报警等都是在其控制下完成的。
常用的控制方法有单片机控制、PLC控制。
本系统中采用单片机控制方式,可供选择的单片机控制方案有:
方案一:
AVR单片机。
AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻[8]、可单独设定为输入/输出、可设定(初始)高阻输入、驱动能力强(可省去功率驱动器件)等特性,使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。
超功能精简指令集(RISC),具有32个通用工作寄存器,克服了如8051MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象。
方案二:
AT89S51单片机。
AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,片内含4kBytesISP(In-systemprogrammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元。
方案三:
STC89C51单片机。
我们在学习单片机教材的时候,都是以美国AT单片机为代表。
STC单片机是近几年出现于中国的本土单片机[9]。
是在AT系列单片机的基础上,强化了若干功能,抗干扰能力优于AT89S51。
且市场供货量更为充足,价格优势更加明显。
而且是中国本土产品。
出于支持国货角度,和性价比角度考虑,设计以STC单片机做为实际芯片。
故采用方案三。
3.3.3键盘部分
键盘在本系统中的作用是,进行数据的输入。
方案一:
采用独立键盘[10]。
独立键盘的特点是,结构简单,每一个按键对应一个IO口。
当按下按键时,IO口产生低电平。
单片机通过读取IO口的电平,一旦读取到低电平,就认为对应的按键被按下,并进行相应的工作。
但是独立键盘的特点是,比较浪费单片机的IO口线。
方案二:
采用矩阵键盘[11]。
矩阵键盘的特点是,结构复杂,通常采用的四行四列矩阵键盘,占用了单片机的一组总线口。
当按键被按下时,软件首先监测是哪一行构成的低电平。
当确定了行扫描键值后,再监测是哪一列构成的低电平。
根据行列扫描构成的组合来确定键值。
矩阵键盘比较节约IO口线,但是特点是,软件编程比较复杂。
3.4软件流程设计方案
根据课题指标,进行软件流程设计。
系统的功能比较简单,单片机判断按下了哪个按键,执行对应的LED闪烁程序。
本章小结
本章节完成了系统的设计方案的讨论与软硬件设计方案的简介。
具体的电路和程序将在第四章做出介绍。
第4章设计的具体电路、程序
4.1硬件电路设计
电路采用PROTEL99SE进行绘制。
如图4-1所示。
图4-1汽车尾灯硬件图
图4-2汽车尾灯PCB图
1单片机电路的设计
单片机的硬件电路设计应用系统包括两方面:
一方面是系统扩展,即单片机内部的功能单元,如定时器/计数器、RAM、ROM、I/O、中断系统等满足不了应用系统的要求时,在进行扩展时必须在片外,设计出电路;二方面是系统的配置,即配置外围设备按照系统功能要求,如键盘、D/A转换器、显示器、A/D、等[12-15]。
单片微控制器也是单片机的另一个名字,它不是完成逻辑功能的芯片,而是集成一个计算机系统到一个芯片上。
概括的讲:
一台计算机就有一个芯片组成。
它的价格便宜、体积小、质量轻等。
单电脑功能类似的模块在单片机的内部也有。
单片机是一种集成电路芯片,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/计时器等功能采用超大规模集成电路技术集成到一块硅片上,最终构成的一个小而完善的计算机系统。
本课题选择了STC89C52单片机。
STC89C52既是一种低功耗控制器,也就有很高的性能,是可檫除的可编程得的带8K字节闪烁的只读存储器。
拥有8位CPU每个芯片上,并且可编程Flash在系统中。
STC89C52为很多嵌入式系统提供了更加灵活、有效的解决方案。
STC89C52同时也具有很多标准功能:
8k字节Flash,512字节RAM,32位I/O口线,看门狗定时器,全双工串行口,内置4KBEEPROM,两个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构。
此外,在空闲模式下,CPU停止工作并允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
表4-1STC89C52单片机和AT89S52单片机的对比
STC89C52单片机
AT89S52单片机
序存储空间
8K字节
8K字节
数据存储空间
512字节
256字节
EEPROM存储空间
内带4K字节
无
是否可以直接使用串口下载
可以
不可以
2晶振电路设计
输入端和输出端分别是引脚XTAL1和XTAL2的STC89S52单片机上内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器。
外部方式和内部方式都可以产生时钟。
外接定时元件在1和XTAL2引脚上,此时内部振荡器将产生自激振荡[16-18]。
从XTAL1接入,如图3-2所示。
本设计选用的是12MHZ无源晶振、2个30pF电容,使得一个机器周期是1μs。
晶振在系统中起了很大的作用,它可以提供基本的时钟信号,起到并联谐振的作用是由两个电平提供的,若没了电容,就没有回路而停振,这样,电路则没法正常工作。
图4-3单片机晶振电路图
3复位电路设计
上电或复位过程中控制CPU的复位状态是复位电路的作用:
CPU将保持复位状态在这段时间内,而不是一开始复位完毕就开始工作,CPU防止发出错误的指令、执行错误操作,电磁兼容性能也将会提高。
RST引脚[19-24]输入到芯片内的施密特触发器中的89系列单片机的复位信号。
本设计采用的电容值为10μF的电容和电阻采用1.5KΩ和200Ω的电阻。
如图3.3所示,RST持续一段高电平时间是因为电容充电。
当单片机运行时,为使RST持续高电平一段时间,此时,需要按下复位键实现开关复位的操作。
图4-4单片机复位电路图
4.2元器件选择
元器件列表如表4-2所示。
表4-2汽车尾灯控制器元器件清单
4.3详细的程序流程图
图4-5汽车尾灯工作软件流程图
4.4相关程序清单
#include
sbitL7=P0^0;//左侧灯1定义
sbitL6=P0^1;//左侧灯2定义
sbitL5=P0^2;//左侧灯3定义
sbitL3=P1^1;//右侧灯1定义
sbitL2=P1^2;//右侧灯2定义
sbitL1=P1^3;//右侧灯3定义
sbitK1=P3^4;//左转按键定义
sbitK2=P2^6;//右转按键定义
sbitK3=P2^0;//急停按键定义
voiddelay(unsignedintz)//1毫秒延时子函数
{
unsignedintx,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
voidmain()//主程序
{
while
(1)//大循环
{
if(!
K1)//如果按下了左转按键
{
L1=1;L2=1;L3=0;
delay(200);
L1=1;L2=0;L3=1;
delay(200);
L1=0;L2=1;L3=1;
delay(200);
L1=1;L2=1;L3=1;
}
if(!
K2)//如果按下了右转按键
{
L5=1;L6=1;L7=0;
delay(200);
L5=1;L6=0;L7=1;
delay(200);
L5=0;L6=1;L7=1;
delay(200);
L5=1;L6=1;L7=1;
}
if(!
K3)//如果按下了急停按键
{
L1=0;L2=0;L3=0;L5=0;L6=0;L7=0;
delay(200);
L1=1;L2=1;L3=1;L5=1;L6=1;L7=1;
delay(200);
}
}
}
本章小结
本章对设计的具体电路、程序进行了详细的阐述。
设计调试及遇到的问题处理将在第五章进行介绍。
第5章设计调试及遇到的问题处理
5.1设计调试的方案
1硬件的测试
(1)晶振电路的测试
系统的时钟稳定正常则单片机能够正常运行。
实际中,系统没法正常工作的情况经常会出现,这是因为系统时钟没能正常工作,因此通电检查的首要环节是系统时钟是否正常运行。
在系统通电的状况下,用20V直流电压在系统通电的状况下分别检测引脚为XTAL1和XTAL2的电压[25-27],看其是否正常,在调试的时候,测得电压XTAL1引脚应为2.05V,XTAT2应为2.15V。
(2)复位电路的测试
系统不能工作也有可能是复位不正常所导致的。
如果系统将始终处于复位状态则复位引脚始终为高电平;如果不能复位高电平脉冲信号则始终为低电平,所以系统可能没法正常工作。
5.2按功能测试过程说明
Protues软件的EDA工具软件是英国Labcenterelectronics公司出版的[28-32]。
它的仿真功EDA工具软件,单片机及外围器件都能实现仿真功能。
目前它是最好的单片机仿真及外围器件的工具。
目前国内虽然刚起步推广,但单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者已经开始青睐于它。
1)提供软件调试功能
2)提供丰富的外围接口器件及其仿真
3)提供丰富的虚拟仪器
4)具有强大的原理图绘制功能
5.3遇到问题及处理
仿真过程中主要遇到两个问题。
一是在仿真过程中,金额加减的时间间隙要把握好,太慢了就浪费时间,不实用;太快就不能很好的控制金额的加减,所以在仿真到达效果之时,也要适当的考虑现实因素,将数据现实变换的间隙适当调整,从源程序中改变变换时间。
二是连线比较复杂,不可急躁,而且要一一对应,否则在仿真过程中就会发现现实的数值可能就不对或者现实错误。
三是按键的功能效果要与程序对应,虽然本次实验只有3个按键,在设计编程中,很容易混乱按键功能。
导致最后在编译运行中发现数码管现实数值的增减与原本设定不符。
虽然错误明显,若在复杂的按键设计中就不容易找出错误。
因此设计编程中连线要端口一一对应。
本章小结
本章节完成了系统的设计调试。
经过反复测试,达到了课题的要求。
第6章结果分析
6.1测试方案
采用PROTEUS进行仿真,采用C语言进行编程序。
6.2测试数据
经过反复测试,得到的仿真图界面如图6-1-6-3所示:
图6-1汽车右转仿真图
图6-2汽车左转仿真图
图6-3汽车刹车仿真图
本章小结
通过PROTUES仿真和C编程,达到了实际的效果。
完成了课题的所有要求。
结论
本设计实现单片机尾灯控制系统,系统采用单片机作为主控芯片,外接按键,LED指示电路,以及晶振和复位电路,实现了汽车尾灯的自动控制。
另外,单片机的许多端口还没有使用,可扩展一些存储器件,增加系统存储能力。
或者可外扩时间芯片,可以记录汽车尾灯的历史情况,这样整个系统具有更实用的意义和更强大的功能。
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