车用一键式后视镜系统设计--毕业论文.docx

存档编号 华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power毕 业 设 计 题目 车用一键式后视镜系统设计学 院 华北水利水电大学 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 学 号 指导教师 完成时间 2016.05.27 教务处制独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计作者签名： 指导导师签名： 签字日期： 签字日期：毕业设计版权使用授权书本人完全了解华北水利水电大学有关保管、使用毕业设计的规定。特授权华北水利水电大学可以将毕业设计的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定）。毕业设计作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：目 录摘 要IIIAbstractIV第1章 绪论11.1 车用后视镜的由来11.2 车用后视镜的作用及结构11.2.1 后视镜的作用11.2.2 后视镜的结构21.3 课题设计的目的和意义21.4 国内外后视镜现状与发展31.4.1 国内后视镜现状与发展31.4.2 国外后视镜现状与发展3第2章 车用后视镜系统方案与结构设计52.1 系统设计思想52.2 系统整体方案设计52.3 系统组成6第3 章 车用后视镜系统核心元件的选择73.1 单片机73.2 晶振103.3 电机驱动芯片11第4章 车用后视镜系统硬件设计154.1 车用后视镜系统部分模块设计154.1.1 电源154.1.2 晶振电路154.1.3 复位电路164.2 电机驱动电路174.2.1 H桥电机驱动电路174.2.2 L298N驱动电路19第5章 车用后视镜系统软件设计215.1 C语言215.2 按键防抖程序215.3 电机正反转程序225.4 定时/计数和中断服务23第6章 车用后视镜系统调试256.1 硬件的测试256.2 软件的调试276.2.1 Keil uVision集成开发环境简介276.2.2 调试过程286.3 系统调试32第7章 总结与展望357.1总结357.2 展望35参考文献37致 谢39外文原文41外文译文51任务书60硬件连接图62系统电路图63程序64（车用一键式后视镜系统设计）摘 要后视镜是汽车上的重要部件，虽然体积不大，但作用很大。汽车行进和倒退过程中，驾驶者需要通过它来观察周围的情况。为了使驾驶者更方便地调节后视镜，本文设计了车用一键式后视镜系统。本文设计的后视镜系统主要功能是驾驶者可以在车内通过开关按钮对左、右后视镜进行电动调节。为了实现后视镜的电动调节功能，设计系统中加入了单片机。后视镜系统的控制单元为单片机，单片机的品牌和种类有很多，综合考虑它们的价格、性能以及系统设计的需求，本文选择使用STC89C52单片机。市场上电机的驱动芯片类型也很多，经过它们之间的比较，本设计最终选择的是L298N驱动芯片。经过分析，确定了本文设计的后视镜系统的整体结构。系统主要由5部分组成：开关、单片机、驱动板、电机和传动装置。本文对系统进行了硬件设计和软件设计。硬件设计包括对系统电源模块的设计、开关模块的设计、驱动电路的设计及复位电路的设计等；软件设计包括绘制模块的程序流程图、编写模块程序等。然后是系统的调试，包括硬件调试、软件调试和系统整体调试。调试的最后结果为：后视镜切换开关能对左、右后视镜进行切换，当按住方向键时，后视镜能向对应的方向转动，且当后视镜转过的角度超出设定值时，停止转动，只能向相反方向转动。关键词：车用后视镜；单片机；驱动芯片；控制程序中图分类号：U463（System Design of One Key Type Rear View Mirror System for Vehicle）AbstractThe rear view mirror is an important part of the car, although the volume is small, but the role is not small. Drivers need to observe the situation around by them. In order to make it easier for the driver to adjust the rear view mirror, this paper designed the electric rear view mirror system.In this paper, the main function of the design of the rear mirror system is that the driver can adjust the left and right rear mirrors with the button. In order to realize the electric regulating function of the rear view mirror, the microcomputer is added in the system. The control unit of the rear view mirror system is a single chip microcomputer, the single chip microcomputer has a lot of brands and types, considering their price, performance and the requirement of system design, this paper choose to use STC89C52 microcontroller. There are many types of motor driver chips on the market. After comparing them, the L298N driver chip is selected in this paper. After analysis, the overall structure of the system of the rear view mirror designed in this paper is determined. The system is mainly composed of 5 parts: switch, single chip microcomputer, driving board, motor and driving device. In this paper, the hardware design and software design of the system are carried out. Hardware design includes the design of system power supply module, switch module design, drive circuit design and reset circuit design; software design including drawing module program flow chart, module programming and so on. Then it is the system debugging, including hardware debugging, software debugging and system debugging. Debugging in the final results: switch can control the left and right rearview mirror, when the press down the direction key, the rearview mirror can rotate to the direction of the corresponding, and the mirror turn angle exceeds the set value, to stop the rotation, only in the opposite direction rotation.Key words: Automobile rear view mirror; microcontroller; driver chip; control programCLC: U46369华北水利水电大学毕业设计第1章 绪论1.1 车用后视镜的由来在19世纪80年代，卡尔本茨发明了世界上第一辆内燃机汽车。当时的汽车并不像今天的汽车这么成熟，当时注重的只是汽车的代步功能，汽车上也没有后视镜。1905年，年轻的女赛车手多萝西莱维（Dorothy Levitt）创造了当时女车手的最高连续里程记录。随后，她出版了一本书女人与汽车。她于这本书中提到：“女性驾驶者在路况相对拥挤的街道上，应该在车头正确的地方摆放一个小镜子，以便可以看到车后方的情况。”这是最早出现的对后视镜的描述，但很遗憾，她的这一想法并没有引起当时汽车厂商的注意，所以也就没有产生真正意义上的汽车后视镜。1911年，在印第安纳波利斯500英里拉力汽车大赛上，美国工程师兼车手瑞哈罗恩（Ray Harroun）在他的Marmon赛车上，安装了一个后视装置，并赢得了大赛的冠军。虽然有人注意到了瑞哈罗恩汽车上的后视装置，但是在之后很长一段时间里，后视镜仍未被广泛使用。 到了20世纪20年代初期，一个发明家，ElmerBerger获取了一个后视镜的汽车专利，他把自己发明的设备称为“COP-SPOTTER”,并让自己的公司批量生产。到了这里，真正意义上的后视镜诞生了。车内后视镜也是慢慢的加入到汽车系统中的，它的形状也在不断的变化。有一种长方形车内后视镜，有些人也称它为“白天/夜间镜”，这类手动调整的后视镜最先出现的时间是20世纪30年代，直到70年代早期，才正式把它确认为汽车的标准配件1。1.2 车用后视镜的作用及结构1.2.1 后视镜的作用车用后视镜就是通常所说的倒车镜，大体上可分为车外后视镜和车内后视镜两种。车外后视镜的作用：主要是给驾驶者提供左侧方、右侧方和后方的视野，供驾驶者观察汽车周围的行人、车辆及某些障碍物，确保行车和倒车安全。车内后视镜的作用：主要供驾驶者观察车内人员、物品以及车后路面状况 。车内后视镜还具有防止夜间车后跟随车辆前照灯灯光引起炫目的功能。本文主要研究的是车用外后视镜的系统设计。1.2.2 后视镜的结构目前汽车上广泛使用的是电动后视镜，这种后视镜主要以枢轴为中心，由两个能使后视镜进行上下左右灵活变换位置的微型电机、减速齿轮、轮齿等组成。电动后视镜由一个键盘开关控制，开关能使两个微电机工作进而使后视镜位置变动。图1-1 后视镜结构简图1.3 课题设计的目的和意义随着中国汽车工业的发展，国民经济的提高，国内汽车需求量变得越来越大。汽车后视镜作为汽车的安全部件和外观装饰部件，其发展速度和市场销量也在逐年增长。目前，电动后视镜的使用已相当普遍。国内乘用车几乎全部配备了电动调节后视镜。中国乘用车市场，像可折叠式后视镜、记忆式后视镜，它们的市场占有率也在逐年攀升。此外，防炫目式汽车后视镜也受到越来越多人的青睐。可见，汽车电子化是大势所趋，汽车后视镜也将越来越多样化。本文研究的课题是车用一键式后视镜系统的设计，即实现后视镜的电子化。当然，本文提到的“电子化”并不是多么的高深的设计，由于能力有限，本文所说的后视镜“电子化”特指利用电子技术实现对后视镜的位置调节，即上下、左右翻转。此课题设计的目的在于运用自己所学的知识完成一个给定目标的设计。通过自己的动手实验和理论分析，加深对汽车后视镜系统的认识，加强自己对单片机知识的应用，体验工程人员在设计过程中的乐趣。意义是通过课题设计展示自己的设计想法，培养自己对电子学的兴趣，锻炼自己的工作能力，为将来步入社会，走向工作岗位预热。我也希望我的论文能使阅读者看明白，能够让他们理解后视镜系统的构成，或者给研究此方面内容的人提供一点点参考的价值和帮助，这样我就很满足了。1.4 国内外后视镜现状与发展1.4.1 国内后视镜现状与发展目前，国内调节后视镜的方式有：手动调节后视镜、拉索调节式后视镜、电动后视镜、记忆存储式电动后视镜等。手动调节后视镜需要驾驶员把手伸到车窗外调节或下车调节，很是不便。拉索调节式后视镜是在车内通过调节杆作用于转向盘的活动部件来调节后视镜角度，这种方法的优点在于在车内就能对后视镜进行调节。电动后视镜是通过车内按钮开关控制微型电机的转动，进而通过传动机构带动镜子翻转，驾驶者能够轻松、快速、方便地调节后视镜。记忆存储式电动后视镜是电动后视镜的改良版，它将后视镜调节角度和座椅、转向盘、车内后视镜等组成一个调节系统，能记住并存储不同驾驶者对后视镜调节的结果，当车子后视镜被他人调过时，驾驶者可根据记忆模式一键恢复自己当初的设置，很是方便。国内汽车后视镜折叠技术现状：后视镜折叠作用有两个，其一是驾驶者停车的时候，通过折叠后视镜，可以给其他车辆让出更大的空间，这一点在狭窄的街道上显得尤为重要；其二是当车子发生意外与其他物体产生摩擦碰撞时，后视镜的折叠作用能起到缓冲的作用，这样在一定程度上能减少对人或物的伤害。后视镜折叠方式有两种，手动折叠和电动折叠。显然，电动折叠比手动折叠要方便许多。国内汽车后视镜技术还包括后视镜转向灯技术和后视镜镜、壳分体技术。前者设计的目的在于使驾驶者在超车变道时能给前后车辆和左右行人提供提示信，让驾驶者和驾驶者之间、驾驶者和行人之间多一份安全保障；后者设计的目的在于使后视镜的维修和更换变得简单。近些年来，我国的后视镜技术取得了长足的进步，但与国外相比，还存在一定差距，不过，我国的汽车工业发展如此之快，未来，汽车后视镜技术也将有新的突破！1.4.2 国外后视镜现状与发展国外后视镜的设计技术和工艺装备及生产制造、检测技术都是非常先进的，像德国、美国、日本、荷兰等。随着电子技术的发展，很多电子技术应用于汽车领域。目前国外的后视镜电子技术主要为可视监控电子屏后视镜技术、智能测距倒车雷达技术、红外夜视技术等。可视监控电子屏后视镜技术指的是在后视镜外壳和车尾部上装上摄像头，采集车身周围影像供驾驶者查看的技术，实时的影像传输让驾驶者轻松驾车。美国麦格那唐纳利公司是较早将这项技术应用于车上的公司之一。利用雷达测距原理制成的雷达系统以广泛地应用于汽车上。它能较准确地测量出障碍物与波源之间的距离，进而提醒车内的驾驶者注意避让。利用红外线可改善汽车夜间行驶的视野情况，戴姆勒-克莱斯勒公司就利用激光与红外线光单色性好、相干性好、方向性好、亮度高的特点，去照射汽车前方事物，然后由车顶的红外摄像机录像，再把录像转播到前车窗与仪表板之间安置的荧光屏上，供驾驶者查看，这就是红外夜视技术2。国外后视镜技术如此先进，与其严格的制度分不开。国外汽车公司所有的后视镜标准多是由后视镜配套企业所提供。汽车厂采用先进的企业标准，企业标准的高低也是一个汽车厂能否进入优秀企业行列的一个重要条件。反观国内的汽车企业，往往在产品成本上较在意，而在技术标准上不够敏感，也许，这就是国产车性能与外国车的差异所在。第2章 车用后视镜系统方案与结构设计2.1 系统设计思想后视镜的主要功能是为驾驶者提供汽车后方的视野，保证驾驶者行车的安全，以及帮助驾驶者更好的倒车和停车。但是后视镜能很好工作的前提是后视镜的位置调整适当，而后视镜的调整一般是比较麻烦的。传统的电动后视镜，它是利用连杆机构，通过机械传动方式对后视镜进行调节的，这种调节方式调节的精度以及稳定性都不太高。本文设计的汽车后视镜系统，旨在提高后视镜调节的灵便性和稳定性。具体实现方案是利用单片机的微机处理功能以及电机驱动板的驱动能力实现对与后视镜翻转相关的电机的控制。这种方法设计思路清晰，操作过程简单，实现起来较容易。2.2 系统整体方案设计国内后视镜按照调节方式分为两种：车外调节和车内调节。车外调节是在停车的状态下进行的，驾驶者往往需要下车进行此操作。这种方式不方便不说，驾驶者一次性调好的几率不大，因此上车后还需要反复的调整，浪费了驾驶者的体力和精力。在遇到雨天或其他恶劣天气时，带给驾驶者很大的困扰。因此，考虑到生产成本，一般大型汽车、载货汽车或者低档次的客车上的后视镜大多需要车外调节。车内调节主要针对的是乘用车，下面介绍一下后视镜的车内调节方式。车内调节后视镜的方式可分为以下两种：1.手动调节。手动调节具体表现为拉索调节（也称手柄调节），其调节主要是依靠连杆传动机构带动后视镜，来改变镜面的角度。就算恶劣天气下行车，像雨天、雪天，驾驶者也无需下车调镜，甚至连手都不用伸出窗外。一些年代较久的和一些廉价的轿车的后视镜一般都这样调节。2.电动调节。目前，市场上主流的后视镜调节方式为电动调节。电动调节后视镜方便、高效，是整车更显自动化，进口车和大多数新型国产车上都配备的是电动后视镜。了解了各种调节后视镜的方式，综合考虑了各种方式的利弊，最终确定了设计的主题，即后视镜的电动调节及该功能的实现。围绕该主题确定了后视镜系统的整体设计方案3。该系统主要的功能为用按键开关对后视镜进行调整，使其满足驾驶者的视野需求。后视镜的转动是由机械传动系统中的电机带动的，所以该系统设计的重点是确定电机的驱动方式以及控制电机的正反转和转速。电机的种类很多，本文选择的是直流微型电机。利用直流电机的工作原理，控制电机的正反转，间接地达到调整后视镜角度的目的。开关包含六个按键，即左侧与右侧后视镜切换按键和四个方向调整按键。每个按键都与单片机的一个I/O口连接，电机驱动模块也与单片机上相应的I/O口连接，这样，在单片机和电机驱动芯片的共同作用下，通过按键开关很方便地调节后视镜。2.3 系统组成整个系统由按键开关、单片机控制系统、电机驱动模块、电动机和传动装置等5部分组成，系统框图如图2所示。后视镜动作传动装置电机驱动芯片按键开关单片机图2-1 后视镜电控系统框图单片机具有低功耗、I/O口丰富、内置闪存、可在线进行编程等优点，所以作为主控制硬件。单片机是一种微型处理器，其上有多个引脚，每个引脚都有特定的功能。通过编程定义引脚，并将引脚与相应的硬件连接，单片机便可成为系统的“大脑”，对收到的信号进行及时、正确的处理。单片机所具有的中断、定时、存储等功能在本文设计的后视镜系统中都有用到。作为后视镜系统的核心硬件之一，驱动模块与电机相连，直接决定着后视镜系统中电机的转动状态。驱动模块一端与单片机的I/O口相连，一端与电机的端子相连，能接收单片机发送过来的电信号，并根据信号的变化控制电机的转向和其他运动。调节后视镜时，后视镜的转动实质上是镜子内部电机的转动的外在表现。通常，带动后视镜转动的电机为直流微型电机。直流电机具有便于调速，且能频繁的启动与制停，负载能力强等优点，因此很适合作后视镜的调节器件。为了使后视镜调节速度适中且调节过程平稳，电机与枢轴之间往往通过传动装置连接。传动装置中含有减速器，通过设置合适的传动比，后视镜就能在单片机的控制下，电机的带动下，进行稳定、精准地翻转。第3 章 车用后视镜系统核心元件的选择3.1 单片机单片机就是单芯片微型计算机，上面集成有微处理器、I/O接口电路和存储器。随着电子技术的不断发展，单片机市场上呈现出百花齐放的局面。单片机按照品牌分为Intel公司的8051系列、Atmel公司的AT89、AVR系列、Philips公司的80C51系列、华邦公司的单片机、STC公司的STC89系列、SST公司的SST89系列、Micro Chip公司的PIC系列等。每个公司生产的单片机都有优点及缺点，各系列单片机功能之间有交叉也有区别。像STC89系列、SST89系列、AT89系列中都有支持ISP的单片机，差别也有，像STC89系列单片机内就含有3个定时/计数器。市场上，不同型号的单片机，价位从几毛到几百不等，从某网上查询可知，DIP-40封装的普通STC89C52芯片的单价在35元，AT89C52芯片的单价在46元，PIC芯片的单价低则几块，高则几百元。从单片机的成本、性能、知名度、生产厂家和可开发度这几方面考虑，本设计选择使用STC89C52单片机。STC89C52芯片说明：STC89C52单片机由STC公司生产，是一种低功耗、抗干扰、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用的是改进后的MCS-51内核，因此具备更多功能。在单芯片上，拥有8位CPU和在系统可编程Flash，使STC89C52能够为多种嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。图3-1 STC89C52单片机实物图STC89C52单片机具有的标准功能有：内置8K字节Flash、512字节RAM，拥有32位I/O口，含有看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路、3个16位定时器/计数器、4个外部中断，一个7向量4级中断结构，全双工串行口。STC89C52单片机的参数：1. 为8051单片机的增强版，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，且指令代码完全兼容传统的8051。2. 5V单片机工作电压为3.3V5.5V；3V单片机的工作电压为2.0V3.8V。3. 工作频率为040MHz，相当于普通8051的工作频率080MHz，实际工作频率可以达到48MHz。4. 具有看门狗功能。5. 用户应用程序空间为8K字节。6. 32个通用I/O口，复位后，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，而作为I/O口用时，需加上拉电阻。7. ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），不需要专用编程器，也不需要专用仿真器，可通过串口直接下载用户程序，几秒就可完成一片。8. 具有EEPROM（电可擦除只读存储器）功能。9. 内置3 个16 位定时器/计数器，即定时器T0、T1、T2。10. 具有4 路外部中断，下降沿中断或低电平触发电路，掉电保护模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。11. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART。12. 工作温度范围：工业级的工作温度为-40+85，商业级的工作温度为075。13. PDIP封装。STC89C52单片机各引脚功能说明：VCC（40引脚）电源接入引脚，VSS（20引脚）接地引脚。P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）一般I/O口引脚或数据/低位地址总线复用引脚。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）一般的附带内部上拉电阻的8位双向I/O口引脚。P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）一般的附带内部上拉电阻的8位双向I/O口引脚或高位地址总线引脚。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）一般的附带内部上拉电阻的8位双向I/O图3-2 STC8C52单片机引脚图口引脚或第二功能引脚。P3口除作为一般I/O口外，还具有一些复用功能：P3.0引脚的复用功能为RXD（串行输入口）；P3.1引脚的复用功能为TXD（串行输出口）；P3.2引脚的复用功能为 (外部中断0)；P3.3引脚的复用功能为 (外部中断1)；P3.4引脚的复用功能为T0 (定时器0的外部输入)；P3.5引脚的复用功能为T1（定时器1的外部输入）；P3.6引脚的复用功能为（外部数据存储器写选通）；P3.7引脚的复用功能为（外部数据存储器读选通）。RST（9引脚）复位输入引脚。当输入连续两个机器周期以上高电平时为有效，用来完成单片机的复位初始化操作。ALE/（30引脚）ALE为地址锁存允许信号输出引脚，为编程脉冲输入引脚。（29引脚）外部程序存储器选通信号输出引脚。/VPP (31引脚)为内部存储器选择引脚，VPP为片内EPROM编程电压输入引脚。XTAL1(19引脚)晶体振荡器反向放大器和内部时钟发生电路接入的一个引脚。XTAL2 (18引脚)振荡器反向放大器的输入端。STC89C52单片机除了有定时器/计数器0和定时器/计数器1外，还增加了一个定时器/计数器2。该定时/计数器是一个16位定时/计数器，可通过设置特殊功能寄存器T2CON中的C/T2位，可将其作为定时器或计数器。定时器2有3种操作模式，分别为捕获、自动重新装载（递增过递减计数）和波特率发生器，这3种模式由T2CON中的位进行选择4。3.2 晶振晶振全称为晶体振荡器，在单片机系统中，晶振的作用很大，它结合单片机内部的电路，产生单片机所必须的时钟频率，单片机一切指令的执行都建立在此基础上。晶振的时钟频率越高，系统的运行速度越快。STC89C52单片机的工作频率为040MHz，所以，理论上来讲，可在这个范围内挑选晶振。51系列单片机上常用的晶振有11.0592MHz、12MHz和24MHz。11.0592MHz晶振：是用来做串口通信的,容易设置波特率，对应的机器周期为1.085us。12MHz晶振：对应的机器周期为1us，便于计算指令时间。24MHz晶振：对应的机器周期为0.5us，晶振频率高，系统运行速度快。三种晶振的市场价格相差不大，单价均在2元左右。如果对通信串口有要求，则选用11.0592MHz晶振。当要用定时器作为波特率发生器时，该晶振就比较合适。根据公式计算出来的定时器的值为整数。用它能得到较大的波特率，且误差较小。如果只是单纯利用定时器的定时功能，选择12MHz晶振较为合适。它对应的机器周期为1us，计算指令周期很方便。本设计选择使用12MHz晶振。图3-3 12MHz晶振实物图3.3 电机驱动芯片本设计参考了三种电机驱动芯片，分别为马达专用控制芯片LG9110、恒压恒流桥式1A驱动芯片L293和恒压恒流桥式2A驱动芯片L298N。LG9110驱动芯片特点：1. 低静态工作电流； 2. 宽电源电压范围：2.5V12V ； 3. 每通道连续输出的电流值最大为800mA； 4. 较低的饱和电压降； 5. 兼容TTL/CMOS 输出电平，可直接连接CPU ； 6. 控制和驱动集成于单片集成电路芯片之中； 7. 具备管脚高电压保护功能； 8. 工作温度范围：0 80 。LG9110 被广泛应用于玩具汽车电机驱动、步进电机驱动和开关功率管等电路上，网上参考单价：1.5元。L293驱动芯片内部包含4通道逻辑驱动电路，其后缀有B、D、E等，除E系列为20引脚外，其它系列均为16引脚。其额定工作电流为1A，最大可达1.5A，逻辑部分端子电压最小4.5V，最大可达36V；驱动部分端子电压最大值也是36V。下表是其使能端、输入引脚和输出引脚的逻辑关系： 表3-1 逻辑关系表ENA(B)IN1(3)IN2(4)电机运行情况HHL正转HLH反转H同IN2(4)同IN1(3)快速停止LXX停止L293驱动芯片的网上参考单价：3元。L298N驱动芯片与L293驱动芯片功能类似，属于L293的增强版，内部同样包含4通道逻辑驱动电路。L298N网上参考单价：4元。L298N与LG9110相比，其内部包含4通道逻辑驱动电路，可以驱动两路直流电机和一个步进电机；与L293相比，其允许通过的峰值电流更大。L298N的价格属于可接受范围内，所以，本设计选用的驱动芯片为L298N。L298N驱动芯片说明：L298芯片是SGS公司的产品，市面上常见的是L298N驱动芯片（15脚Multiwatt封装），内部含有4通道逻辑驱动电路，能驱动两个直流电机或者驱动一个步进电机。该芯片的特点是：1.工作电压高（最高可达46V）；2.输出电流大（峰值电流可达3A），基本工作电流为2A；3.内含两个H桥驱动器，可驱动直流电机、步进电机、继电器和线圈等感性负载；4.具有两个使能端；5.采用标准TTL逻辑电平信号控制；6.含有一个逻辑电源输入端，使内部部分逻辑电路能工作在低电压下；7.可外接检测电阻，能把变化量反馈给控制电路。L298N驱动芯片的引脚图如图3-5所示。L298N电机驱动芯片引脚功能说明：电流传感器B（15引脚）和电流传感器A（1引脚）这两个引脚功能相同，分别与图3-4 L298N驱动芯片实物图地之间连接电流检测电阻，并将信号反馈给驱动芯片；输出引脚1（2引脚）和输出引脚2（3引脚）此两个引脚是H桥驱动器A的两个输出端，用来连接电机A；输入引脚1（5引脚）和输入引脚2（7引脚）逻辑电平输入端，用来控制驱动器A的开关；使能端A（6引脚）和使能端B（11引脚）使能控制端，可输入逻辑电平信号；逻辑地（8引脚）接地端；逻辑电源（9引脚）逻辑电路的电源接入口；输入引脚3（10引脚）和输入引脚4（12引脚）逻辑电平输入端，用来控制驱动器B的开关；输出引脚3（13引脚）和输出引脚4（14引脚）此两个引脚是H桥驱动器B的两个输出端，用来连接电机B。L298N驱动模块基本参数：1. 驱动部分端子的供电范围是+5V+35V，如果是板内取电，则供电范围是+7V+35V。2. 驱动部分的峰值电流为2A。3. 逻辑部分端子供电范围是+5V+7V(板内可提供5V电压)。4. 逻辑部分工作电流范围是036mA。5. 低电平时，控制信号输入电压范围是-0.3V1.5V；高电平时，控制信号输入电压范围是2.3V5V。6. 低电平时，使能信号输入电压范围是-0.3V1.5V（控制信号无效）；高电平时，使能信号输入电压范围是2.3V5V（控制信号有效）。7. 温度为75时，测得最大功耗为25W。8. 存储温度范围是-20+130。图3-5 L298N电机驱动芯片引脚图9. 驱动板尺寸为43mm * 43mm * 27mm(包含固定铜柱和散热片高度)。10. 驱动板重量为33g。11. 其他扩展组成部件有控制方向指示灯和逻辑部分板内取电接口。L298N驱动板驱动直流电机时，控制方式及直流电机状态如表3.1所示：表3-2 逻辑关系表使能端(ENA)输入引脚（IN1）输入引脚（IN2）直流电机状态0XX停止100制动101正转110反转111制动L298N驱动模块的特点：1.具有信号指示功能。 2.转速可调节。 3.抗干扰能力强。4.具有过压保护和过电保护。 5.可独自驱动两个直流电机。 6.可独自驱动一个步进电机。 7.可以进行PWM脉宽平滑调速。 8.可实现电机的正反转 。 9.采用光电隔离装置。第4章 车用后视镜系统硬件设计4.1 车用后视镜系统部分模块设计4.1.1 电源汽车的供电系统由蓄电池和发电机并联组成，发动机工作时会带动发电机工作，并向蓄电池充电。蓄电池的电压为12V，可向车上的电子控制系统供电5。本文设计的车用后视镜系统就由蓄电池供电。蓄电池的电压为12V，STC89C52的工作电压为3.3V5.5V，驱动芯片的工作电压为535V，所以，设计采用78M05稳压芯片组成简单直流稳压电路，VCC端输出电压为5V。电路原理图如下所示：图4-1 电源原理图电路中加入了三个电容C3、C4、C5，这样处理的目的是抑制电路中产生的振荡，滤除杂波。电容的大小与电路输出的电流有关，一般取大点的值来满足电路需要6。4.1.2 晶振电路XTAL1 引脚为振荡器反向放大器和内部时钟发生电路的输入端， XTAL2引脚为振荡器反向放大器的输入端。C1、C2为两个起振电容，其值的大小与晶振的频率有关。晶振的频率越快，起振电容的值越小。本设计选用的是晶振的振荡频率为12MHZ，匹配的电容为两个30pf的瓷片电容。单片机现在所能接收的晶振频率相对较低，但对于本设计系统的控制电路来说已经足够了。图4-2 STC89C52单片机输入信号及晶振电路简单来说，单片机访问一次存储器的时间即为一个机器周期，1个机器周期等于12个时钟周期（晶振周期）。时钟周期为最小的时序单位。 晶振的时间周期的设置：当作为定时器时，定时器数值加1就是内部机器周期数加1。定时时间t就等于计数值N乘以机器周期Tcy，即t=NTcy。当作为计数器时，一次计数，即是一次负跳变，需要两个机器周期（24个时钟周期或振荡周期7。4.1.3 复位电路复位电路，顾名思义，就是一种能把系统电路恢复到起始状态的电路。复位电路由电容和电阻串联而成。当电路导通后,单片机的RST引脚将会出现高电平,而这个高电平持续的时间，则由电路的电容C和电阻R的值来决定。典型的51单片机最小系统，当单片机的RST引脚上高电平复位信号持续的时间为两个机器周期以上时，单片机内部将执行复位操作。当复位信号变低电平时，单片机开始执行程序。所以,选择合适的电容值和电阻值，就可以保证系统可靠的复位.大多数教材推荐的电容值C和电阻R的值为：晶振为12MHz时，C=10uf,R=8.2K；晶振为6MHz时，C=22uf,R=1K。电容、电阻图4-3 复位电路图值不是固定的，可以选择其他值,只要电容和电阻的值可以让RST脚上产生不少于2个机器周期的高电平即可。本设计采用的电容值为10uF，电阻值为8.2K。实际应用中，复位操作有两种方式：一种是上电复位，另一种是上电和按键都有效的复位。上电与按键均有效的复位：在单片机系统中，给系统上电，启动系统的时候，系统复位一次，当按键按下的时候，由于复位电路中电容与电阻两端的电压有变化，系统再复位一次，如果按键松开后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位8。4.2 电机驱动电路4.2.1 H桥电机驱动电路H桥电路是典型的电机驱动电路，因电路形状看起来像大写英文字母“H”，而电动机所在支路像“桥”一样，故被称为H桥电路9,10，如图4-4所示。图4-4、图4-5和图4-6都不是完整的驱动电路图，图中Q1、Q2、Q3、Q4是四个三极管，而M是电动机。导通Q1MQ4这条线路时，电流从电源正极流经Q1，通过电机M，然后流到Q4，再到电源负极，电机M就可以顺时针转动，如图4-5所示；导通Q2MQ3这条线路时，同理，电机M也会转动，差别在于此时电机M逆时针转动，如图4-6所示。 图4-4 H桥电机驱动示意图 图4-5 电机M顺时针转动示意图图4-6 电机M逆时针转动示意图4.2.2 L298N驱动电路图4-7 L298N驱动电路原理图L298N驱动模块的特点：本驱动模块采用的是全新原装L298N双H桥直流电机驱动芯片，可以驱动两路直流电机或一路两相步进电机；驱动部分端子供电范围为+5V+35V，板内置78M05稳压芯片，可以板内取+5V电压，直接给L298N驱动芯片供电；散热量低、抗干扰能力强；使用大容量滤波电容，续流保护二极管，可以提高可靠性。双H桥电机驱动模块基本参数：工作模式H桥驱动（双路）；主控芯片L298N；逻辑电压5V； 驱动电压5V35V；逻辑电流0mA36mA；驱动电流2A(MAX单桥)；存储温度-20+135；最大功率25W；外围尺寸43*43*27mmL298N驱动模块实物及板上接口简介，见图4-8。.图4-8 L298N驱动板实物图及板上接口介绍第5章 车用后视镜系统软件设计5.1 C语言单片机作为一种微处理器，其本身不具开发功能，只有将正确无误的程序固化到单片机内部，它才能在系统中起到调控作用。程序的开发环境一般分三类：机器语言、汇编语言、高级语言。高级语言编写的程序便于修改和移植，应用广泛。C语言是高级语言的一种，具有编译方式简单，编程效率高等优点。对于低级处理器来说，它更接近硬件，通用性强，所以本设计需要的程序均由C语言编写11。5.2 按键防抖程序与单片机内部的信号相比，外部的输入信号不如内部的信号稳定，且常常受到干扰。为了提高按键输入的可靠性，设计中要解决按键的抖动问题。消除按键抖动的方法一般有两种：硬件消抖法和软件消抖法。硬件消抖法有电容滤波法、RS触发器法、中断法；软件消抖法一般用延时程序对按键进行消抖。本设计用到的按键相对较少，软件消抖法又比较方便，所以本设计中选择使用软件消抖。单片机在获得P口电位为低的信号后，不是立即认为是按键开关已按下，而是先延时510ms（或更长时间），然后再检测P口电位，再次确定为低后，在执行按键按下操作。510ms，正好是按键按下后抖动的时间，延时510ms，刚好避开按键抖动，这就是软件消抖的原理。本设计中设置的按键延时判断时间为10ms，消抖程序为： while(1) if(Key1=0) 按键按下 DelayMS(5);简易除抖 if(Key1=0) 再次判断按键是否按下 图5-1 按键消抖程序流程图5.3 电机正反转程序本文选用的驱动芯片为L298N，第四章的图4-7上标明了该驱动板上有四个逻辑输入端（IN1、IN2、IN3、IN4）和两个使能端（ENA、ENB）。其中，使能端ENA、ENB相当于电机A、电机B的开关，它们控制着两个电机的启动与制停；IN1、IN2为电机A的逻辑端口，通过各自端口电平的变化来控制电机A的正反转；IN3、IN4为电机B的逻辑端口，同理，控制着电机B的正反转。表5-1 芯片控制方式及电机状态 使能端(ENA)输入引脚（IN1）输入引脚（IN2）直流电机状态0XX停止100制动101正转110反转111制动程序设计内容：当驱动板使能端为低电平时，电机无法启动，当使能端为高电平时，电机处于待机状态。所以，按键开关按下之前，先给使能端ENA（ENB）置高电平，然后，按下方向键后，逻辑端将接受来自单片机的电信号（1或0，1代表高电平，0代表低电平）。程序设定是当方向键给出的电位是0时,逻辑端IN1电位为0，逻辑端IN2电位为1，电机A正转；反之，当方向键给出的电位是1时,逻辑端IN1电位为1，逻辑端IN2电位为0，电机反转；逻辑端IN1、IN2的电位同为0或同为1时，电机处于制动状态。5.4 定时/计数和中断服务在对系统编程的过程中，由于需要对电机进行限位，所以需要用到单片机的定时/计数功能，80C51系列单片机都内置两个可编程定时/计数器，即T0和T1， 定时/计数器的实质为加1计数器，由高8位和低8位两个寄存器组成。T0的高8位、低8位寄存器分别为TH0和TL0；T1的高8位、低8位寄存器分别为TH1和TL1。单片机中定时计数器的工作由特殊功能寄存器TMOD和TCON控制。TMOD决定了定时/计数器的工作方式，TCON则控制着定时/计数器的启动与中断申请。TO的工作方式有四种：方式0、方式1、方式2、方式3；T1的工作方式有三种：方式0、方式1、方式2。前三种工作方式，TO和T1除了所用的标志位、有关控制位、寄存器不同外，其他操作完全相同12。本文所用单片机的定时/计数器是可以编程的，所以，在利用单片机的定时/计数器进行计数或定时之前，需要通过软件对T0/T1进行初始化，程序流程图如下所示：图5-2 T0初始化流程图后视镜系统的参数为：后视镜允许转动角度20，所用时间为10s。 一个机器周期大约为1us，设计的系统需要定时10s，按照一次定时50ms，则需要计数200次。定时/计数器初始化程序如下：TMOD=0x01； /* 设定T0的工作模式为1 */ TH0=0x3C； /* 装入定时器的初值 */ TLO=0xB0； EA=1； /* CPU开中断 */ ET0=1； /* 定时器T0允许中断 */ TR0=1； /* 启动定时器T0 */ 200次后，启动中断