基于单片机的汽车门窗玻璃升降控制硬件平台搭建毕业论文

编号： 毕业设计(论文)说明书题 目：基于单片机的汽车门窗玻 璃升降控制硬件平台搭建学院： 机电工程学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2013年6月2日桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸摘 要本课题是设计一款基于PIC单片机的汽车玻璃窗升降控制器，里面包括：电源模块、信号输入模块、驱动控制模块以及测量模块。为了提高改进东风柳州汽车有限公司现有的玻璃窗升降控制器，我通过对公司现有的商用车门窗玻璃升降器的分析，发现原有产品主要的工作原理是由两边各4个MOS管组成两路H桥电路来驱动控制电机，以实现对窗玻璃升降的控制。但是这个方案有所欠缺，根据返修回来的电路板来看主要有两个点：一是H桥电路失效，造成对电机的失控；二是电路中电源的干扰，车载发电机抛负载产生的反向电流冲击以及瞬时高压。为了解决这些问题，我根据原有的电路设计出了一个继电器联合MOS管驱动控制电机的电路，这样的话有效的防止了H桥失效的情况，对电源电路的改进也防止了反向电流的冲击。根据国家的要求这里我利用康铜电阻设计了防夹和防堵转的电路，以实现对驾驶人员和汽车的保护，同时设计的时候还要考虑到汽车所在的环境，不管是在多尘寒冷的北方还是在多雨温热的南方，除此之外还需要考虑到汽车内部的电磁干扰。这里的设计主要是提高产品的可靠性，以及考虑对使用成本的控制。经过测试继电器联合MOS管的电路能够取代原有的产品，但是仍有不足之处，我正在对这个方案进行完善。关键词：PIC单片机；电源模块；继电器；MOS管；康铜丝；MAPLAB-IDE；PICkit3；回流二极管。AbstractAs long as this project is to design a PIC microcontroller-based automotive glass elevator controller, which includes: power supply module, the signal input module, the drive control module and measuring module. In order to improve the existing glazing elevator controller of Dongfeng Liuzhou Motor Company, I passed on analysis the companys existing commercial vehicle window glass lifter, we found the original product key works by both sides of the four MOS tubes two H-bridge circuit to drive and control the motor, in order to achieve the control of windows down. However, this program has been lacking, according to the back of the circuit board rework view there are two main points: First, H-bridge circuit failure, resulting in loss of control of the motor; Second, the interference of the power circuit, the motor load dump is generated by reverse current impact. To solve these problems, in accordance with the original design of the circuit of a relay joint MOS transistor to control the motor drive circuit, in this case to effectively prevent the H-bridge failure situation, improvement of the power supply circuit also prevents reverse current impact. Here I am in accordance with national requirements designed to take advantage of constantan resistance and attempts to prevent the transfer of anti-trap circuit, in order to achieve the protection of the driver and the car, but also take into account when designing the car where the environment is dusty cold North or south in the warm and rainy, in addition to the car need to be considered within the electromagnetic interference. Here are designed primarily to improve product reliability, and consider the use of cost control. After testing the relay combined MOS transistor circuit can replace the original product, but there are still shortcomings of this program which I still want to perfect.Key words: PIC microcontroller; power module; relay; MOS tube; Kang copper; MAPLAB-IDE; PICkit3; wheeling diode。目 录引言11 绪论21.1 课题研究目的及意义21.2 课题相关技术的现状和前景21.3 课题完成的任务22 总体方案32.1 设计思路32.2 方案的设计33 电路的设计63.1 单片机的类型和应用63.1.1单片机的类型63.1.2单片机的应用73.2 PIC单片机的特点和型号73.2.1PIC单片机的特点73.2.2PIC单片机的型号83.3 单片机的选择93.4 单片机资源的分配143.5 电源模块的设计153.6 信号输入模块183.7 控制电路203.7.1继电器的使用203.7.2选用MOS管IRF3205213.7.3三极管的使用223.7.4达林顿管ULQ2003A的使用233.7.5测量电路原理253.7.6驱动控制电路274 控制驱动电路的测试和改进304.1 MATLAB-IDE的安装和使用304.2 程序烧写器PICkit3的使用314.3 续流回路及电路的测试334.4 各个功能模块的测试364.5 演示部分385 汽车玻璃窗的构架415.1 汽车玻璃窗的机械构造415.2 电机的使用42总结44谢 辞46参考文献47附录48桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 50 页 共 49 页引言经过多年的研究和开发，汽车在各个方面都有了日新月异的发展，科技在不断的更新，汽车也是一样，随着电子行业的不断发展，人们将其应用到了各个领域当中，如今的汽车行业电子技术的应用也是随处可见的。就汽车车窗控制来说，它是从无到有，从有到原始，从原始到先进发展。现在许多轿车门窗玻璃的升降已经抛弃了摇把式的手动升降方式，一般都改用按钮式的电动升降方式，即使用电动玻璃升降器来控制，也就是常说的“电动门窗”。相比于原始的摇把式的控制方式，电动控制不仅使汽车本身更加美观，而且能够实现自动化。近年来电动门窗升降器得到了很快的发展，市场需求量越来越大。如今的市场上有着各种各样的玻璃升降控制器，有着各种车型的控制器，产品种类很多，但是随着使用者的要求的不断的提高，相应的新产品也不断被研发出来，防夹和堵转是目前考虑得比较多的方面，新型的产品一般都有着这样或者那样的安全设置。本课题研究的是基于单片机的汽车窗玻璃升降控制的硬件平台。经过接手柳州汽车有限公司的项目，发现公司的控制器有一些不足，容易失效而需要进行返修，当返修率达到公司的阀值的时候，对公司来说这是不可接受的，而产生的些问题都是由于产品的可靠性不够，不管是电路失效还是电流冲击还是一些其他问题。解决的方法不外乎对电路从硬件和软件上来改进，如果只是做出单方面的改进的话效果应该不大，往往都是双向的改进这样产品性能上升的空间才会比较大。经过对原有硬件电路的分析，由我来改进硬件电路的设计，希望能够解决柳州汽车有限公司汽车玻璃窗控制器的问题，完成这个项目。1 绪论1.1 课题研究目的及意义本次课题主要是对汽车门窗玻璃升降控制器的研究，搭建一个硬件平台，希望能够根据要求来对汽车门玻璃窗升降进行控制。随着汽车的普及，人们对汽车的安全性方面也越来越重视，这也就使我们这些产品的设计者需要考虑更多，满足人们日益增长的要求。对某汽车企业生产的重型卡车的调研表明，电动门窗的主要故障是控制器受到误操作或信号干扰导致电子器件烧毁使得系统失效。通过这个硬件平台的搭建，能够使这个系统更具有安全性、稳定性和可靠性，同时使人们对这样的电子产品更加放心 ，使用的更加舒心。1.2 课题相关技术的现状和前景汽车门窗玻璃升降控制器硬件平台的搭建，它是基于PIC单片机的设计，目前来看很多的电子产品都是通过单片机来进行控制的，很多都是采用工业级的芯片（单片机），这也成为了电子行业应用发展趋势，毕竟它有着很大的优势。这里的设计是通过研究柳州汽车有限公司现行的产品，开发出一款新的更可靠的产品，能够解决一些可靠性上的问题以及控制成本，希望能够利用它的物美价廉的优点打动更多的消费者，让更多的人认识并接受这个新产品，从而使公司产生更高的效益。汽车门窗玻璃升降控制器具有比较广泛的市场前景，很多的公司都需要这样的控制器，市场是比较广阔的，同时控制器的技术的发展也是比较有前景的，能不断的进行改进，随着电子行业的发展，我相信以后的产品将会更加智能化、微型化、舒适化。1.3 课题完成的任务主要工作内容如下：1、课题的调研、资料的获取、有关知识的准备、总体技术方案的酝酿。2、控制器硬件系统设计，绘制并制作电路板。3、硬件系统基本功能调试和测试。2 总体方案2.1 设计思路这个硬件平台的搭建，必须满足用户的需求：首先，要能够按照使用者的意愿来控制窗玻璃的随意升降，也就是说首先要做的是能够实现窗玻璃的升降控制。同时还要满足主驾驶座具有控制优先权的要求（这里必须注意其中的逻辑控制），这里需要单片机来设置优先权并结合硬件电路顺利的驱动电机的正反转来控制车窗玻璃的升和降；其次，设计必须能够满足一系列的安全设置要求，防堵转和防夹，由于电机上是带有一定的负载的（玻璃有一定的重量并且玻璃的升和降是有不同的负载的）。当玻璃窗处于堵转和夹住肢体时，电机上的负载会明显的增加，负载的增加也就意味着电机转矩（T）的增加，根据直流电机的特性有转矩公式：，我们可以知道通过电机的电流也会明显的增加，我们可以使用单片机来监测电机电路的电流来知道是否堵转和夹住；再次，就是保证电路的可靠性和控制电路及元件的使用寿命，保证电路的安全可靠性。2.2 方案的设计方案的设计：主要是对单片机的使用和电机的驱动。单片机是核心控制部分，他通过软件来控制各个模块功能的实现。方案采用单片机控制继电器的吸合，来控制电机的转动，通过继电器和MOS的联合来实现电机的正方转从而达到对窗玻璃升降的控制。单片机的上电是通过电压模块来实现的，它将+24V的直流电压转换为+5V的单片机电源。信号的输入采用的是外部按键式的（由于汽车门内有按钮的信号输入端，按钮通过接通和断开来传递信号）。通过两个康铜精密电阻，来测量电路中康铜电阻两端的电压，经过计算得出电路中的电流，经过单片的A/D模块，经过电流阀值的比较（这里的阀值指的是一个梯度值，这里假设是6A6.5A7A，每一个梯度检测确认一次，经过多次比较得出是否是堵转和夹住了肢体）从而实现对电路的保护。整体方案是通过将各个模块进行整合后最终得出的。结构如下图2-1：集成功放 PIC单片机继电器信号输入MOS管直流电源三极管电机转动康铜电阻电压值（反馈）图2-1 基本方案方案的比较：市面上现有的基于单片机的车窗玻璃升降控制器大多都采用的是通过单片机的软件来控制电机的正方转（采用的一般是MOS管联合H桥来驱动电机），从而实现所需的功能，H桥的使用是比较常用的电机驱动电路，但是很多驱动电路中也有着比较复杂的信号处理电路。相比于这个方案（图2-2），继电器与MOS管结合来控制电机的正方转的方案大大的简化了软件的设计，对编程人员来说工作量有所降低，但是这个方案的稳定性和可靠性还需要提高，特别是继电器的使用，由于驱动电流是比较大的，很容易就会出现继电器烧坏的情况，而且也是比较容易出现信道干扰的。这里需要对电路进行一些改进，完善它的性能。PIC单片机MOS管信号输入康铜电阻电压值直流电源信号放大电机转动H桥电路图2-2 已有方案H桥电路如下图2-3：图2-3 MOS管H桥电路原理如下：单电机需要正传时，单片机通过软件（单片机信号需要放大）来控制MOS管Q1和MOS管Q4导通（MOS管2和MOS管3必须断开），从而形成电机正传回路，实现电机正传。当电机需要反转的时候，单片机通过软件来控制MOS管Q2和MOS管Q3导通（MOS管1和MOS管4必须断开），从而形成电机反转回路，实现电机的反转。但是这个方案的稳定性还有所欠缺，当由于司机的误操作，而同时按下两个按钮是，单片机容易将两个MOS管（MOS管1和MOS管2或者MOS管3和MOS管4）同时打开，这样的话两个MOS管之间会短路，会造成一定的危险，也不够稳定，特别是在北方比较恶劣的天气条件和环境下（北方的风雪和沙尘容易造成堵转等一些问题）。我们所说的H桥电路不一定就是需要MOS管来控制的，还有一些事通过三极管来控制的，通过控制三极管的导通与否，来控制电机的正反转，原理基本上和上面的MOS管控制的H桥相似。市场上现在的玻璃窗升降控制一有比较成熟的产品，但是总的来说总会有那么一些优缺点，MOS管H桥的电路中，MOS管耐流不耐压，容易被干扰产生误操作，我也相信我设计的产品也是有缺陷的，但是也是比较有特色的。本次设计的产品的它有几个特点：首先是采用了继电器和MOS管联合来控制电机，与H桥和其他芯片驱动电路有很大的差别；其次是续流二极管的使用，它将电机产生的反电动势消除了，防止继电器动作的时候烧坏触点；再次是康铜丝的使用和电源电路的改进。3 电路的设计3.1 单片机的类型和应用单片机又称单片微控制器，它诞生于20世纪70年代末，是一种集成电路芯片。它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随即存储器RAM、制度存储器ROM、多种I/O和中断系统、定时/计数器等功能（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转换等电路）集成到一块硅片上，构成一个小而完善的计算机系统。单片机不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，相当于一个微型的计算机。和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括地讲：一块芯片就成了一台计算机。它体积小、质量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利的条件。3.1.1单片机的类型1975年，德克萨斯仪器公司生产的世界第一个4位单片机TM1000诞生后，一些大型的电子公司研制开发了各种单片机系列产品。从字长可分为4位、8位、16位、32位4大类型，从用途上可分为通用性和专用型单片机两大类。通常我们所说的是通用型的单片机。美国Inter公司是最早的单片机生产商之一，8051单片机是其最早最典型的产品，由8051发展起来的MCS-51系列单片机有8031、8051、8751等，这一系列的单片机都是在8051的基础上进行功能扩展而来的，从而使8051为的内核的单片机在世界上产量最大使用最广。Motorola是世界上最大的单片机生产商，其特点是瓶中齐全、选择余地大、新产品多，多年来一直是单片机销量的冠军。它的单片机的特点之一是在同样的速度下所用的时钟频率低，相当于提高了单片机的速度，使得高频噪音低，抗干扰能力强，更适合于工控领域恶劣的环境。ATMEL公司是全球著名的半导体公司之一，他生产基于8051内核的AT89X系列单片机和基于精简指令集（RISC）的AVR系列单片机。Microchip单片机是市场份额增长最快的单片机。它的主要产品是PIC16C/F系列、17C/F系列和18F系列8位单片机。Microchip单片机强调节约成本的最优化设计，适合用于大量、档次低、价格敏感的产品。在办公自动化设备、电子产品、电信通信、智能仪器仪表、汽车电子等领域都有广泛的应用。3.1.2单片机的应用单片机的应用范围十分广泛，其中的一些典型的应用如下：1电信：电信领域应用包括：电话机、手机、对讲机等。2家用电器：家电领域的应用有：遥控电视机，摄像机、DVD、CD、空调等等。3计算机外围设备：计算机外围方面的应用包括：键盘、打印机、扫描仪等。4办公自动化：办公自动化方面的应用有：复印机、智能打字机、传真机等。5工业控制：工业控制领域的应用有：数控机床、智能机器人、PLC、智能传感器等。6商用电子：商用电子领域的应用有：自动售货机、自动取款机、IC卡读写器等。7玩具：玩具方面的应用有：电子宠物、智能玩具、遥控玩具等。8仪器仪表：单片机还用于预料、化工、电子计量的领域的各种智能仪器仪表。9汽车电子：汽车电子方面的应用有：变速控制、计价器、各种控制器等10军用电子：军用电子领域的应用：智能武器、雷达系统、电子战设备等。单片机应用的意义不仅在于它的广阔范围和带来的积极效益，更重要的是在于它从根本上改变了传统的控制系统设计的思想和设计方法。3.2 PIC单片机的特点和型号3.2.1PIC单片机的特点1精简指令集技术 传统的单片机生产商采用的是复杂的指令集（CISC）结构，再设计上多带有PC和CPU机构的痕迹，这样的指令集通常有50到100条指令并多为多周期指令。而PIC的指令系统则专门根据小型机的特点而设计，力求每条指令的高效，减少指令功能的重复。高中低PIC单片机指令数分别为58条、35条、33条.2哈佛总线结构所谓的哈佛总线结构是指程序存储器和数据存储器独立编址，即两者位于不同的物理空间的结构。相对应的是冯诺依曼结构（普林斯顿机构），其程序存储器和数据存储器位于同一物理空间，这样的结构限制了工作的宽度，同时数据的读取的可靠性也有所欠缺，而哈佛总线结构则没有这样的瓶颈。MCS-51系列中也采用了哈佛结构，但是数据和程序共用一条总线，在总线上仍有瓶颈效应。PIC单片机不仅采用了哈佛体系结构，还采用了哈佛总线结构，相对来说具有比较明显的优势。3寻址方式简单PIC系列单片机只有4种寻址方式：寄存器间接寻址、立即数寻址、直接寻址以及位寻址，容易掌握。4低功耗PIC系列单片机是目前世界上功耗最低的单片机品种之一。 5驱动能力强I/O端口驱动负载的能力较强，每个I/O引脚输入和输出的电流最大值可分别达到25mA和20Ma,能够直接驱动发光二级管、光电耦合器、微型继电器等。6IIC和SPI串行总线端口PIC系列单片机的一些型号具备IIC和SPI串行总线端口。 7其他特点片内看门狗（WDT）、片上ADC、PWM模块、外围电路简洁、开发方便。C言语编程、中断丰富、品种齐全等。3.2.2PIC单片机的型号Microchip可提供的PIC单片机系列，按其指令的位数可分为3类：初级产品、中级产品和高级产品。1初级产品8位指令系列（PIC16C5XX/PIC12C5XX）在8位指令系列中，PIC16C5X是最早发展的系列。适用于各种对成本要求严格的嵌入式控制。2中级产品12位指令字系列(PIC12C6XX/PIC16C/FXXX)12位指令字系列是品种最丰富的系列。它在PIC16C5X的基础上进行了很多改进，并保持很高的兼容性。保持低价的同时具有很高的性能，如带有A/D、双时钟工作、比较输出、PWM输出、IIC和SPI接口、异步串行通信（USART）、模拟电压比较器及LCD驱动等。3高级产品16位指令字系列(PIC17CXXX和PIC18CXXX/FXXX)16为指令字系列的单片机是8为单片机中运行速度最快，功能最为强大的单片机。性能比较高，可在某些场合取代DSP（数字信号处理器）。PIC18CXXX系列是一款高性能、全静态设计、内带A/D转换器的CMOS16位单片机，采用高性能增强型的RISC结构，具有32级硬件堆栈和多种内外部中断。另外片内寄存器组大大的提高了运行速度，可达每秒百万条指令。PIC系列单片机还具有非常优秀的微处理特性，比如多种复位方式、多种中断功能、低功耗睡眠功能、掉电复位锁定等。PIC单片机内部还集成有上电复位电路（POR）、看门狗电路、I/O口弱上拉等，大大减少了外围器件，节约成本。PIC16F87X系列单片机是一种具有FLASH程序存储器的8为CMOS单片机，在PIC单片机中，各方面的功能都具有代表性，刚开始学习的话一般都是从PIC16F877入手。个人觉得PIC单片机的学习是要比51难些，很多人说应该在51单片机的基础上学习PIC单片机比较好，主要是编程这块会比较难学习，虽然我们有了一定的C语言基础，但是投入到实际项目当中去的话，差距还是比较大的，这就是我们所说的实践经验和能力，毕竟PIC单片的寄存器还是比较多的，对寄存器的使用相对来说也是比较复杂的，对于像我这样的新手来说的话最主要的是多学习、多动手，前辈们给的建议也是如此！3.3 单片机的选择简单来说单片机可以分为几个等级：51单片机，也就是我们学习是使用的单片机，也就是我们所说的家电型单片机，它不需要考虑自己的运行环境，而且速度也比较慢，PIC单片机的话不仅运行速度是比较快的，而且价格也比51便宜很多，也是我们所说的工业级单片机，目前来看，很多地方还是要用到PIC系列单片机的，现在很多公司都在使用。其他特殊用途（专用）的单片机（芯片），比如：飞思卡尔芯片，它是目前汽车行业使用得最多的单片机，是FREESCALE半导体公司的产品，还有目前的AVR系列，还有一些数据处理芯片如：DSP、FPGA等很多先进的单片机。单片机的发展也是非常迅速的，而嵌入式系统的学习和开发也在不停的发展。这里选用的是PIC系列的单片机：PIC16F1508，它采用nanoWatt XLP 技术的20 引脚8 位闪存单片机如下图3-1所示，相比于8051系列单片机它的优势是非常明显的。考虑是自己做电路板的话一般都是使用DIP封装的，公司的话都是采用的贴装的，主要是因为贴装的芯片较插装的来说便宜太多了。图3-1 DIP20封装的16F1508它具有高性能RISC CPU：拥有优化的C编译器架构，仅有49 条指令，可寻址最大14KB的线性程序存储空间，可寻址最大512字节的线性数据存储空间，工作速度快：DC-20 MHz时钟输入、DC-200ns 指令周期，带有自动现场保护的中断功能，带有可选上溢/下溢复位的16级深硬件堆栈，直接、间接和相对寻址模式：两个完全16位文件选择寄存器、可以读取程序和数据存储器。同时具有灵活的振荡器结构：有16MHz内部振荡器模块：出厂时精度已校准到达1%，同时可通过软件选择频率范围：31kHz至16MHz，31kHz低功耗内部振荡器，三种外部时钟模式，频率最高为20MHz。PIC16F1508单片机的特性：工作电压范围：1.8V至3.6V、2.3V至5.5V，可在软件控制下自动编程，上电复位，上电延时定时器，可编程低功耗欠压复位。拥有扩展型看门狗定时器：可编程周期从1ms至256s，可编程代码保护，通过两个引脚进行在线串行编程，增强型低电压编程，通过两个引脚进行在线调试。具备节能休眠模式：低功耗休眠模式、低功耗，集成温度指示器。128字节高耐用性闪存：闪存耐写次数达100000 次（最小值）。采用nano Watt XLP 的超低功耗管理：待机电流：25nA。看门狗定时器电流：300nA。工作电流：30A/MHz。Timer1振荡器电流：- 600nA。它的外设特性：模数转换器：10位分辨率、12路外部通道、3路内部通道、固定参考电压、数模转换器、温度指示器通道、自动采集功能、可在休眠模式下进行转换。两个个比较器：轨到轨输入、功耗模式控制、可通过软件控制滞后。参考电压模块：具有1.024V、2.048V和4.096V输出的固定，参考电压，最多1个带有正参考电压选择的5位轨到轨电阻式DAC。18个I/O 引脚：高灌/ 拉电流：25 mA/25mA，可单独编程弱上拉，可单独编程的电平变化中断引脚。Timer0：带有8 位可编程预分频器的8 位定时器/计数器。增强型Timer1：带有预分频器的16 位定时器/ 计数器，外部门控输入模式。Timer2：带有8 位周期寄存器、预分频器和后分频器的8 位定时器/ 计数器。4个10 位PWM 模块。带有SPI和IIC的主同步串行口7位地址掩码，增强型通用同步/异步收发器，兼容RS-232、RS-485和LIN，自动波特率检测，接收到启动位时自动唤醒。4个可配置逻辑单元模块：16个可选输入源信号，每个模块具有4个输入，可通过软件控制组合/顺序逻辑/状态/时钟功能，AND/OR/XOR/D 型触发器/D 型锁存器/SR/JK，外部或内部输入/ 输出，可在休眠模式下工作。数控振荡器：20位累加器，16位递增，真正线性频率控制，高速时钟输入，可选输出模式，固定占空比模式，脉冲频率模式。互补波形发生器：8个可选信号源，可选择下降沿和上升沿死区控制，极性控制，4个自动关断源，多个输入源：PWM、CLC和NCO。PIC16F1508的内部结构如下图3-2：图3-2 PIC16f1508的内部结构PIC16F1508的引脚及功能如表1：表1引脚名称功能说明19RA0/AN0/C1IN+/DACOUT1/ ICSPDAT/ICDDAT RA0通用I/O。AN0A/D 通道输入。C1IN+比较器的正输入。DACOUT1数模转换器输出。ICSPDATICSP 数据I/O。ICDDAT在线调试数据。18RA1/AN1/CLC4IN1/VREF+/C1IN0-/C2IN0-/ICSPCLK/ICDCLKRA1通用I/O。AN1A/D 通道输入。CLC4IN1可配置逻辑单元源输入。VREF+A/D 正参考电压输入。C1IN0-比较器的负输入。C2IN0-比较器的负输入。ICSPCLKICSP 编程时钟。ICDCLK在线调试时钟。17RA2/AN2/C1OUT/DACOUT2/T0CKI/INT/PWM3/CLC1(1)/RA2通用I/O。AN2A/D 通道输入。C1OUT比较器输出。DACOUT2数模转换器输出。T0CKITimer0 时钟输入。INT外部中断。PWM3PWM 输出。CLC1(1)可配置逻辑单元源输出。互补波形发生器故障输入。4RA3/CLC1IN0/VPP/T1G(2)/SS(2)/MCLRRA3带IOC和WPU 的通用输入。CLC1IN0可配置逻辑单元源输入。VPP编程电压。/T1G(2)Timer1 门控输入。SS(2)从选择输入。MCLR带内部上拉的主复位。3RA4/AN3/SOSCO/CLKOUT/T1GRA4通用I/O。AN3A/D 通道输入。SOSCO辅助振荡器连接。CLKOUTFOSC/4 输出。T1GTimer1 门控输入。2RA5/CLKIN/T1CKI/NCO1CLK/SOSCIRA5通用I/O。CLKIN外部时钟输入（EC 模式）。T1CKITimer1 时钟输入。NCO1CLK数控振荡器时钟源输入。SOSCI辅助振荡器连接。13RB4/AN10/CLC3IN0/SDA/SDIRB4通用I/O。AN10A/D 通道输入。CLC3IN0可配置逻辑单元源输入。SDAIC 数据输入/输出。SDISPI 数据输入。12RB5/AN11/CLC4IN0/RX/DTRB5通用I/O。AN11A/D 通道输入。CLC4IN0可配置逻辑单元源输入。RXUSART 异步输入。DTUSART 同步数据。11RB6/SCL/SCKRB6通用I/O。SCLIC 时钟。SCKSPI 时钟。10RB7/CLC3/TX/CKRB7通用I/O。CLC3可配置逻辑单元源输出。TXUSART 异步发送。CKUSART 同步时钟。16RC0/AN4/CLC2/C2IN+RC0通用I/O。AN4A/D 通道输入。CLC2可配置逻辑单元源输出。C2IN+比较器的正输入。15RC1/AN5/C1IN1-/C2IN1-/PWM4/NCO1(1)RC1通用I/O。AN5A/D 通道输入。C1IN1-比较器的负输入。C2IN1-比较器的负输入。PWM4PWM 输出。NCO1数控振荡器源输出。14RC2/AN6/C1IN2-/C2IN2-RC2通用I/O。AN6A/D 通道输入。C1IN2-比较器的负输入。C2IN2-比较器的负输入。7RC3/AN7/C1IN3-/PWM2/CLC2IN0RC3通用I/O。AN7A/D 通道输入。C1IN3-PWM 输出。PWM2比较器的负输入。CLC2IN0可配置逻辑单元源输出。6RC4/C2OUT/CLC2IN1/CLC4/CWG1BRC4通用I/O。C2OUT比较器输出。CLC2IN1可配置逻辑单元源输入。CLC4可配置逻辑单元源输出。CWG1BCWG 互补输出。5RC5/PWM1/CLC1(2)/CWG1ARC5通用I/O。PWM1PWM 输出。CLC1(2)可配置逻辑单元源输出。CWG1ACWG 主输出。8RC6/AN8/NCO1(2)/CLC3IN1/SS(1)RC6通用I/O。AN8A/D 通道输入。NCO1(2)数控振荡器源输出。CLC3IN1可配置逻辑单元源输入。SS(1)从选择输入。9RC7/AN9/CLC1IN1/SDORC7通用I/O。AN9A/D 通道输入。CLC1IN1可配置逻辑单元源输入。SDOSPI 数据输出。1VDDVDD正电源。20VSSVSS参考地。对于单片机编程时各个寄存器的使用需要查找数据手册，1508这款PIC单片机由于引脚比较少，相对来说的话引脚功能复用的情况会比较多，这样的话对寄存器的设置会比较麻烦，当然我们没有必要将所有的寄存器的使用都记下来，只是但我们需要用到某些引脚的某些功能的时候，查阅数据手册上或者直接翻阅书籍来设置寄存器，对于一个初学者来说的话这样的方法是比较合适的。3.4 单片机资源的分配本次玻璃升降控制系统设计中PIC16F1508单片机仅仅具有20引脚，大多都是复用引脚，所以在配置端口的时候，一定要知道每个功能怎样设置才能实现的。而本设计需要处理开关信号的采集输入、上升下降命令的输出、AD模数转换模块的输入处理、继电器与MOS管的控制处理，所以PIC单片机的IO资源配置至关重要，需要经过慎重考虑决定，充分利用而且能保证功能的完全正常实现。本设计中的PIC16F1508单片机引脚资源配置如表2及图3-3：表2模块引脚分配电源模块VDD、VSSPIC电源供应口继电器控制模块RA0右窗上升命令（右窗继电器控制信号）输出口RA1右窗下降命令（右窗继电器控制信号）输出口RA2左窗下降命令（左窗继电器控制信号）输出口RC0左窗上升命令（左窗继电器控制信号）输出口MOS控制模块RC7左窗MOS管控制信号输出口RB7右窗MOS管控制信号输出口AD采集模块RB4左窗AD采样信号采集输入口RB5右窗AD采样信号采集输入口组合开关采集模块RA4左窗下降命令采集输入口RA5左窗上升命令采集输入口RC4右窗下降命令采集输入口RC5右窗上升命令采集输入口这里的设计中是没有开放串口的，两个串口分别被T-Right和T-Test2占用，如果开放串口的话，布线上面会比较麻烦，而且这里我的设计并用不到串口，但是串口的使用确实值得开发的一块。首先电路板可以通过串口同上位机进行通信，一个很简单的例子：现在的汽车都有遥控器，对汽车进行上锁。但是有些司机比较粗心的话下车的时候忘了关车窗，这里如果用到了串口的话我们就可以与汽车其他部分进行通信，通过遥控器在上锁的时候查询玻璃窗的状态，如果没有关上玻璃窗的话，它自动会关上。这也是现在研究设计的方向，就是通常所说的智能化的提高。同时电路中还设计了程序下载口，这样的话下载程序方便了很多。图3-3 单片机的引脚使用3.5 电源模块的设计通过调研我们知道：通常的货车都采用的是+24V的直流电平来供电。然而单片机的供电电压一般都是+5V，这里我们需要设计一个电源模块，将+24V的电源电压在一定的情况下能够转换成+5V的电压以便方便我们使用，而且能够满足汽车的需要。这里我们使用的是能够提供+24V的航模锂电池，放电倍率为20C到45C之间，容量为3300mAh。之所以用它，是因为它能够提供很大的电流，相对直流稳压电源来说，它能够提供更大的电流，实验室所用的TPR300XT型号的直流稳压电源额定电流只有3A，而这里电机需要比较大的电流，容易烧坏电源。经过多番查找和学习，选用了MCP1790这款70mA高电压稳压器，采用的是3 引脚 DD-PAK 和SOT-223 封装，这里选用SOT-223的封装。它由Microchip Technology Inc(美国微芯科技公司)推出，可连续输出70mA电流，并能在高达30V的连续输入电压下工作，同时还具备高达43.5V的甩负载保护功能，是切合汽车及工业应用所需的理想LDO。其静态电流和关断电流很低，陶瓷电容也极具稳定性，有助于用户以更低的成本实现体积更小、效率更高的设计。MCP179X系列LDO是特别针对需要在高输入电压下持续工作的应用而设计。MCP1790常用于低电压 A/C 供电（24VAC）的火警报警器、 CO2 传感器和 HVAC 控制、汽车电子、汽车配件电源适配器、电子温度控制、单片机电源。其特点如下：1、发电机抛负载保护，能够承受较大的反向电压冲击 。2、宽稳态电源电压：6.0V到30.0V。3、扩展级结温范围：-40至+125摄氏度。4、固定输出电压：3.0V、3.3V和5.0V。5、低静态电流：70A（典型值）。6、低关断静态电流：10A（典型值）。7、在整个温度范围内输出电压容差为2.5%。8、+125C 结温下最大输出电流为70mA。9、最大连续输入电压为30V。10、内部过载热保护：+157摄氏度（典型值）结温。11、内部短路电流限制：+5V 选项下120mA（典型值）。12、短路电流折回。13、高PSRR：-90dB100 Hz（典型值）。14、稳定工作于1F 至 1000F 钽电容和电解电容。15、稳定工作于 4.7F 至 1000F 陶瓷电容。相对于其他的稳压芯片来说，汽车类的专用稳压芯片具有很大的优势,不仅功能比较稳定，而且价格也比较便宜只需2元左右。通过查阅电子资料其典型应用如图3-4：图3-4 典型电路使用时需要注意的是：1：最小输入电压 VIN（VIN(MIN)必须满足两个条件：VIN 6.0V和VIN VOUT(MAX) + VDROPOUT(MAX)。2：VR是稳压器输出电压的标称值。3：负载稳定性的测量是在器件结温恒定时使用低占空比脉冲进行的。负载稳定性要在从1mA 到最大指定输出电流的整个范围内进行测试。4：最大允许电源功耗是环境温度、最大允许结温和结点到空气的热阻的函数。超过最大允许功耗会使器件结温超过165摄氏度的最大额定值。结温持续超过165摄氏度可能影响器件的可靠性。5：将器件在环境温度等于期望结温的环境中测试而获得近似结温。由于测试时间足够短，因此结温相对于环境温度的升高可以忽略不计。6：电压差定义为输出电压比其标称值降低2%时的输入输出电压差。施加的电压为VIN = VR + VDROPOUT(MAX)。7：结温持续超过 165摄氏度可能影响器件的可靠性。8：短路恢复时间测试是通过将器件置于短路条件，并在器件管芯温度达到125摄氏度前移除短路条件进行测试的。如果器件进入热关断，则短路恢复时间取决于封装和电路板的散热特性。9：TCVOUT = (VOUT-HIGH VOUT-LOW) *106 / (VR * 温度差)， VOUT-HIGH = 在整个温度范围内测得的最高电压。VOUT-LOW = 在整个温度范围内测得的最低电压。原理如下图3-5：图3-5 改进前电路由于只是提供了24V的直流电源，故而需要电源模块。图中电阻主要起到限流作用，二极管D1主要是单向导通来保护电源，TV1是雪崩二极管，主要用于吸收电路中的瞬态高压，C1、C3主要是用来蓄能和滤波作用的，C2、C4主要是滤波的作用和去抖动。电源芯片MCP1790是主要的电源装换器件，电路重要的功能是保证能够按照所需的电压稳定的输出。经过分析发现电路中还有一点缺陷，那就是没有考虑到电压的反向，由于发动机会有抛负载，电磁阀和继电器的动作都有可能造成反向电压，如果是电压反向加载的话，将会反向串流，烧坏电源，也有可能烧坏电路元器件，也因此这里还要做一点改进。并联两个电阻的阻值是100，与原来一样，这里主要是用来增加功率的，D02用于防止电机抛负载以及一些其他原因产生的反电动势。E01和E02的作用也是用来蓄能和滤波作用的。改进后的如图3-6：图3-6 改进后的电路后来由于一些原因我们选用的是NCV4264这块芯片，它的功能和MCP1790的功能是一致的，可以相互替换。具体使用的型号公司必须考虑到进货和成本的问题。3.6 信号输入模块信号的输入是对控制器发出的一系列的命令，电路采用简单的限流滤波去抖动电路以保证输入单片机的信号的有效和稳定。当信号输入端有信号输入时，另一端连接单片机的将信号输入单片机，通过软件来处理输入信号，经过功率放大芯片ULQ2003A放大之后输出，并做出相应的动作，实现它的控制功能。电路如图3-7：图3-7 信号输入信号的输入主要是为了提供信号使单片机控制电机的驱动，考虑到汽车里面很多的命令都是通过按钮来发出的。一般来说，汽车中的操纵端端都是由一些线束连出来进行控制的，线束的一端接的是信号控制端，另一端接的是单片机上的接口，也就是图3-8当中的H18，按钮一端接的+24V的直流电源，另一端接的是信号输入端。通过限流电路之后，信号输入单片机，从而实现人机配合，实现功能，这里的话由于实验条件的限制我们没有汽车里面的按钮，只能用按键来代替。信号输入电路的设计，主要是能够实现信号的传输，但是这里的话由于单片机的引脚最大只能承受5.5V的电压，所以我们这里必须设计一个分压电路，使单片机引脚上的电压保持在3-5V，这样的话才能保证单片机不被烧坏。+24V进来之后，首先是经过电路的两个电阻进行分流（R20、R21），之后再是经过R20与R22进行分压，保证输入是+5V的电压：U=24VR22/(R22+R21)=3V，这样的话就不会烧坏单片机，对于电阻阻值的大小我们不仅要考虑电压的情况，也要考虑到单片机灌电流的情况。R23主