机电一体化毕业设计（论文）-汽车尾灯电路设计.doc

江西机电职业技术学院汽车尾灯电路设计题 目： 汽车尾灯控制电路专 业： 机电一体化班 级： 09大专机电10班学 号： 47号姓 名： 指导老师： 2011年 9月 20日目录一：引言1.1 调研1.2 本次设计的要求及其内容1.3 为什么要设计该产品二：各类在本次设计中用到的软件发展以及单片机的使用方法2.1 单片机的发展2.2 protel dxp的发展2.3 c语言的发展2.4 单片机的使用方法三：本次设计的详细内容3.1 硬件设计3.2 软件设计四：设计的优缺点以及创新、不足五：结束语六：致谢参考文献一：引言汽车尾灯在汽车信号灯灯具中占据重要的地位，因为它们发出信号显示汽车行驶状态和行驶轨迹即将发生变化，对汽车安全行驶肩负重要使命在eda工具软件平台上，对以软件描述语言hdl(hardware description lan-guage)为系统逻辑描述手段的设计文件，自动进行逻辑编译，逻辑分析，逻辑综合，结构综合（分局布线），以及逻辑优化和仿真测试，直到现实既定的电子线路系统功能，还能直接进行pcb制版，eda工程采用高级语言描述，具体系统级仿真和综合能力。它主要采用并行工程和“自顶向下”的设计方法，使开发者从一开始就开始就要考虑到产品生成周期的诸多方面，包括质量，成本，开发时间以及用户的需求等。然后从系统设计入手，在顶层进行功能方框图一级进行仿真，纠错，并用vhdl、veriloghdl等硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述。而且对应的物理现实级可以是印刷电路板或专用集成电路，所以越来越受到各大汽车厂商尾灯电路控制设计工程师们的青睐。1.1调研中国汽车业的高速增长也带动的汽车服务业的发展，通过分析国内外汽车的发展环境，探讨汽车服务业应该如何发展，目标客户，服务重点在那里。国内汽车业的兴起：据工信数据显示，2009年上半年，中国汽车销售完成608.81万辆，同比增长17.66，创中国汽车业年销量历史新高，跃居全球之首。2009年以来，为应对国际金融危机，确保经济平稳较快增长，国务院及有关部门相继出台了一系列促进汽车消费政策，有效刺激了激动机车的消费市场国外汽车服务行业的发展：根据欧美国家的统计，在一个完全成熟的国际化的汽车市场中，汽车的销售利润构成中仅占20%，零部件供应的利润占20%，而50%60%的利润，是从服务中产生的。美国的汽车服务业的营业额已经超过了汽车整车的销售额，其中，单单一个汽车美容业年产值已经超过2500亿美元根据对汽车需求市场的调查，我们可以看到，汽车的需求量，对于一系列交通事故，我们无法阻止，但我们可以去避免，可以通过对尾灯的设计，来避免，尾灯不仅仅只用于照明，也可以作为一种隐藏的暗号1.2 本次设计的具体要求及其内容在汽车行驶过程中，汽车的尾灯会根据汽车行驶状态相应的发生状态的变化。假设汽车尾灯左右两侧各有三个指示灯，设计一个用于控制汽车尾灯的电路，要求当汽车正常运行时指示灯全灭；汽车左拐时，左侧三个指示灯按做循环顺序点亮；汽车右拐时，右侧三个指示灯按右循环顺序点亮；汽车临时刹车时所有指示灯同时。简单而言，可以分为以下5点。1、 汽车正常行驶，指示灯都不亮。2、 汽车右拐时，右侧指示灯亮。3、 汽车左拐时，左侧指示灯亮。4、 汽车刹车时，指示灯全亮。5、 汽车在夜间行驶时，左右两侧最边上的指示灯一直亮，工照明使用。1.3 我们为什么要设计该产品经过一年对机电一体化的学习，尤其是上一学年对proter dxp的学习，我觉得我有一定具备电子设计的知识，正所谓打铁须趁热，在2011学年收尾之际，我开始了我的毕业课程设计。那为什么要设计这个产品？第一：此举有助于对我加深对已学知识的理解，扩展对为学知识的接触，增强对电子科学知识的兴趣，也有温故而知新的功效。第二：对社会也有用，在这个社会上，最大的真理就是“变”，巨变，我们要在这里生存，就必须要有自己的一技之长。增强学生的动手能力，是每个国家，每个地区，每个学校对每个学子的责任，也是其办学要有的理念。课程设计是对这一理念的响应，是培养学生动手能力的重要途径，可以较好地让学生将理论用于实际增强学生的动手能力，使学生具备今后进入企业所应具备的基本能力，初步满足社会对学生的要求。这是本次设计的具体目的及其意义。二：各类在本次设计中用到的软件发展以及单片机的使用方法2.1 单片机的发展单片机自问世以来，以极高的性能价格比，越来越受到人们的重视和关注。目前，单片机被广泛应用于智能仪表、机电设备、过程控制、数据处理、自动检测和家用电器等方面。2.1.1单片机名称的由来 无论规模的大小、性能的高低，计算机的硬件系统都是由运算器、储存器、输入设备、输出设备以及控制器等原件组成。在通用计算机中，这些单元被分为若干块独立的芯片，通过电路连接而构成一台完整的计算机系统。这成为当时这一类芯片的典型特征，因此，就以single chip microcomputer 来称呼这一类芯片，中文译为“单片机”，这在当时是一个准确地表达。但随着单片机技术的不断发展，“单片机”已无法确切的表达其内涵，国际上逐渐采用mcu(microcomputer unit)，来称呼这一类计算机，并成为单片机单片机界公认的，最终统一的名词。但国内由于多年来一直使用“单片机”的称呼，以约定俗成，所以目前仍采用“单片机”这一名词。2.1.2单片机技术的发展历史20世纪70年代，美国仙童公司首先推出了第一款单片机f-8，随后inter公司推出了mcs-48单片机系列，其他一些公司如motorola、zilog等也先后推出了逐渐的单片机，取得了一定的发展，这是单片机起步与探索阶段。总体来说，这一阶段的单片机性能较弱，属于低、中档的产品。随着集成技术的提高以及cmos技术的发展，单片机的性能也随之改变，高性能的8位单片机相继问世，1980年inter公司推出了8位高档mcs-51系列单片机，性能得到了很大的提高，应用领域大为扩展。这是单片机的完善阶段。1983年inter公司推出16位mcs-96系列系列单片机，加入了更多的外围接口。例如，模/数转换器（adc）、看门狗（wdt）、脉宽调调制器（pwm）等，其他公司也相继推出了各自的高性能单片机系统，随后许多用在高端单片机上的技术被下移到8位单片机上，这些单片机内容一般都有非常丰富的外围接口，强化了智能控制器的特征，这是8位单片机与16单片机的推出阶段。近年来，inter、motorla等公司先后推出了性能更为优异的32位单片机，单片机的应用达到了一个更新的层次。随着技术的进步，早期的8位中，低档单片机被淘汰，但8位单片机并没有完全消失，尤其是以80c51为核的单片机，不仅没有消失，还呈现快速发展的趋势。目前，单片机的发展有如下特点： cmos化 低电压、低功耗化 大容量化 高性能化 小容量、低价格化 串行扩展技术 isp技术 iap技术在单片机中，80c51是系列的佼佼者。目前inter公司将80c51单片机的内核以专利互换或出售的方式转让给其他公司。因此，目前有很多公司在生产以80c51为内核的单片机，这些单片机在保持与80c51单片机的兼容性的基础上，改善了80c51的许多特性。这样，80c51就成为有众多制造商支持的，在cmos工艺基础上发展出上百品种的大家族，现统称为80c51系列。这一系列，单片机包括很多种，其中89s51就是近年来我国流行的单片机。它由美国atmel公司开发生产，最大的特点就是内部有可以多次重复编程的flash rom，而且89s51内部的flash rom可以直接用编程器来擦写，使用简捷2.2 protel dxp的发展 protel dxp在前版本的基础上增加了许多新的功能。新的可定制设计环境功能包括双显示器支持，可固定、浮动以及弹出面板，强大的过滤和对象定位功能及增强的用户界面等。protel dxp是第一个将所有设计工具集于一身的板级设计系统，电子设计者从最初的项目模块规划到最终形成生产数据都可以按照自己的设计方式实现。2.2.1 protel dxp的由来1998年，美国的accel technologies inc公司推出了世界第一个电子线路自动化设计软件tango软件包进入20世纪90年代，protel tecchnology公司及时推出了基于windows的protel软件protel for windows 1.0版1994年推出了protel for windows 2.0版1997年推出了protel for windows 3.0版1998年protel公司推出了protel 98，它是32位的eda软件它提供一套完全集成的设计工具这些工具让设计者很容易的符合自己的设计由概念形成最终的电路板设计1999年推出了protel 992000年推出了protel 99se2002年下半年推出了令人期待的最新产品protel dxp2.2.2 protel dxp的特点人性化得设计环境 设计环境高度集中 操作环境自行设置 强大的过滤功能 多种查询驱动的筛选系统protel dxp提供了丰富和全面的集成输入系统 更强大的层次原理设计 集成元器件库的使用 全面支持fpga的设计 真正的多通道设计工程分析与验证 强大的数模混合仿真 设计前后的信号完整性分析 方便快捷的pcb设计 先进的situs布线技术方便的pcb设计输出设置和生成报表2.3 c语言的发展c语言的发展颇为有趣。它的原型algol 60语言。（也成为a语言） 1963年，剑桥大学将algol 60语言发展成为cpl(combined programming language)语言。 1967年，剑桥大学的matin richards 对cpl语言进行了简化，于是产生了bcpl语言。 1970年，美国贝尔实验室的ken thompson将bcpl进行了修改，并为它起了一个有趣的名字“b语言”。意思是将cpl语言煮干，提炼出它的精华。并且他用b语言写了第一个unix操作系统。 而在1973年，b语言也给人“煮”了一下，美国贝尔实验室的d.m.ritchie在b语言的基础上最终设计出了一种新的语言，他取了bcpl的第二个字母作为这种语言的名字，这就是c语言。 为了使unix操作系统推广，1977年dennis m.ritchie 发表了不依赖于具体机器系统的c语言编译文本可移植的c语言编译程序。 1978年brian w.kernighian和dennis m.ritchie出版了名著the c programming language，从而使c语言成为目前世界上流行最广泛的高级程序设计语言。 1988年，随着微型计算机的日益普及, 出现了许多c语言版本。由于没有统一的标准,使得这些c语言之间出现了一些不一致的地方。为了改变这种情况,美国国家标准研究所(ansi)为c语言制定了一套ansi标准, 成为现行的c语言标准 3.c语言的主要特点 。c语言发展迅速, 而且成为最受欢迎的语言之一, 主要因为它具有强大的功能。许多著名的系统软件, 如dbase plus、dbase 都是由c 语言编写的。用c语言加上一些汇编语言子程序, 就更能显示c语言的优势了,象pc- dos 、wordstar等就是用这种方法编写的。2.4 单片机的使用方法单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器pc（包含在cpu中），在开始执行程序时，给pc赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，pc在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。 三： 本次设计的详细内容3.1 系统硬件设计按照系统设计功能的要求，初步确定设计系统控模板、键盘接口模块、显示模块共3个组成，电路系统构成框图如下，主控芯片使用51系列at89s51单片机。（89c51）主控模板键扫描电路晶体管显示电源电路时钟电路储存电路3.1.1系统的核心部分储存器at89s51at89s51是一个低功耗，高性能cmos 8位单片机，片内含4k bytes isp(in-system programmable)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isp flash存储单元，at89s51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。3.1.1.1 at89s51具体有下列性能这是at89c51的引脚图8031cpu与mcs-51兼容4k字节可编程flash存储器(寿命：1000写/擦循环)全静态工作：0hz-24khz三级程序存储器保密锁定128*8位内部ram32条可编程i/o线两个16位定时器/计数器6个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路3.1.1.2 管脚说明：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p1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p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2/int0（外部中断0）p3.3/int1（外部中断1）p3.4t0（记时器0外部输入）p3.5t1（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。 i/o口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器cpu将根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的不需要我们操心1然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端口置1端口锁存器原来的状态有可能为0q端为0q为1加到场效应管栅极的信号为1该场效应管就导通对地呈现低阻抗,此时即使引脚上输入的信号为1也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的1信号读入后不一定是1若先执行置1操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类i/o口被称为准双向口89c51的p0/p1/p2/p3口作为输入时都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了p1口外p0p2p3口都还有其他的功能 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。 这是at89c51的引脚说明3.1.2 系统的其他重要部分3.1.3 系统设计方案汽车尾灯的运行状态表，如下图开关的不同输入组合对应的不同运行状态（s1=1，s0=0 表示汽车正常运行；s1=0，s0=1表示汽车左转弯；s1=1，s0=1表示停车），将这些信号输入控制电路，其输出就会得到对应控制显示器件输出状态。同时开关的不同输入组合通过译码电路翻译成不同的输出地输出信号，其输出就可以对应控制字符的输出状态。3.2 软件设计3.2.1 利用c语言编程如下org 00h ajmp atart org 001bh ;定时器t1中断程序口 ljmp timel ；跳至intt1执行 org 0030h start：mov tmod，#10h mov ie,#88h mov th1，#00h mov tl1，#00h mov r7，#03h； setb tr1 turn： jnb p2.0，is_key jnb p2.1，is_key jnb p2.2，is_key jnb p2.3，is_key orl p1,#0c0h; is_key :jb p2.3, no_check; anl pl, #0c0h; jmp turm no_check: jmp turn timel: push acc mov th1, #010h mov th1, #00h jb p2.0, left djnz r7, return mov r7, #3 xrl p1, #3fh left: jb p2.1, right dec r7; cjne r7, #3, #next2; mov p1, #0fbhnext1: cjne r7,#3, next2; mov p1, #0fdh;next2: cjne r7, #0,right; mov p1, #0feh mov r7, #9;right: jb p2.2,return dec r7; cjne r7, #6, next11; mov p1, #0f7h next11: cjne r7, #3, next21; mov p1, #0efh; next21: cjne r7, #0,return; mov pl, #0dfh mov r7, #9; return:pop acc reti end这是本次设计利用c语言编制的程序3.2.2 主程序的调试在本次程序的设计中，错误大概可分为，编译错误运行错误和逻辑错误三种。首先最容易出错的是编译错误，也就是语法引起的错误，语法，对于我们初学者来说，是难学会的。例如，开始的时候，我们总会把这句“ljmp timel ；跳至intt1执行”，给忽略掉总是认为，没有这句也一样，就像汉语一样，偶尔说漏一些词，也能听懂，可是电脑读取的程序，却不能错，也不能漏。其次是运行的错误，这不属于语法错误，在编译时，编译器不会报错，这类错误较难发现，只有在程序运行错误语句是们才会发现，不如说，在写程序是没有错，而在打程序时，却出了小小的词的错误，这样就很容易出错，但也在程序报错时，很容易修改，还有是在程序运行的顺序出错了，这样也很容易出错。最后是逻辑错误，这也是最难发现的错误，这类错误，不同于上面两种错误，这往往是我们这样的设计者，在考虑对现实需要没有全面考虑，从而导致程序运行结果不符合预期，这类错误是“正确”的“错误”，他不会报错，但是得不到想要的结果，而你却不知道从何下手才能得到。为了防止程序的错误出现而使得程序非法关闭，给用户造成意外损失，在发现错误后，要在程序中对错误惊醒正确的处理，以保证程序的正确性。四： 设计的优缺点以及创新、不足设计的优点：基本实现了汽车在运行时尾灯点亮方式的各种情况。在性价比的问题上也可以体现到该设计的优点。模拟中用到的发光二级管、电阻、开关、各类小零件、at89c51，均属于低价产品，在市场上均可以买到。而在实际中应用的发光二级管要考虑选择功率高地产品，这样才能使得亮度提高，已达到醒目的目的，而且电路较为复杂，不便于观察和理解汽车尾灯到底是怎么一回事，所以说，在这个方面，预算可能会加大，而且难度会增大，从整体上来看，造价会很廉价，也很容易懂。设计中的不足：由于行车的时候是用开关控制的，所以每一个开关应该有一个消除机械振动的装置，可以利用基本 rs 触发器来实现，在设计上也可以多用以个at89c51来作，从而简化电路图，使得电路出现很多漏洞。另外汽车尾灯可以适当的增加一些，可以安装在汽车的侧面，是汽车转向提示更加明显，还可以达到很好的灯光和视觉效果；可以选择更多的集成块，是电流更简洁明了；所以在实际情况和条件的允许下，可以对这一系列的不足进行解决，从而整个系统更加可靠；五： 毕业设计总结通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了