新型汽车电子单元电路（实验）设计报告-自动化车灯控制器设计

新型汽车电子单元电路（实验）设计报告前 言随着经济的发展，越来越多的家庭拥自己的汽车，汽车开始走进每家每户，成为这个时代特别的风景线，作为21世纪的我们，对汽车领域也有强烈的好奇心和探究欲。本次单片机新型汽车单元电路设计我们便是围绕汽车电路为主题，对汽车的重要的部件-车灯，运用单片机技术做了一个有特色功能，具体的功能原理操作说明在此设计报告的内容中有详细说明。本次设计尝试经过了参考大量的技术资料和经过专业老师的悉心指导。但是不免有些错误和疏漏，希望老师在审查过程中给予指出和帮助，我们将虚心听取，积极改进，并希望我们的设计在以后能够真正走进千家万户。单片机亦称单片机微控制器，它的诞生是计算机发展史上的一个里程碑，标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统的两大分支。它是在一块芯片内集成了计算机的各种功能部件，构成一种单片式的微型计算机。1.单片机控制车灯系统方案本设计总体方案流程，是从单片机复位、按键控制、时钟控制把信号发给单片机（AT89C52），再由单片机控制发光二极管显示，主控制器是采用单片机AT89C52。单片机及复位系统采用上电/手动复位电路。按键控制采用独立键盘结构，用5个开关分别控制汽车的5中状态（刹车，紧急，停车，左转，右转）。发光二极管用来答题表示汽车上的转向灯。单片机控制总体方案图如图1所示。单片机复位按键控制时钟控制主控制器发光二极管显示图1 单片机控制总体方案图2.系统硬件原理设计图2.1 系统硬件原理设计2.1.1 雾灯设计汽车的雾灯是在出现大雾天气时开启运用的，它的射程一般都比较远，可以防止在五天行驶时因看不清前方物体而发生的交通事故。在雾天或雨天等能见度较低的天气中让行人和其他车辆能看见此车，避免发生安全事故。现在雾灯通常使用低耗电，高亮度的LED灯。它的电路设计一般是由两个放大器及一个三极管和其他的一些电子元器件连接而成的。雾灯电路如图2所示。图2 雾灯电路图2.1.2 前照灯设计前照灯是在黑夜时开启或者是在光线不足时开启的。有远光灯和近光灯之分。它是由两个三极管和两个逻辑非门连接而成。显示电路是在驾驶室内，当开启前照灯时，相应的指示灯会给予提示。前照灯控制电路图如图3所示，前照灯显示电路图如图4所示。图3 前照灯控制电路图图4 前照灯显示电路图2.1.3 主控制器设计 主要控制器是由AT89C52单片机控制，利用单片机的时钟控制，来控制汽车上所有车灯的亮和灭，以实现它的自动化。单片机控制灯电路图如图5所示，主控系统电路图如图6所示。图5单片机控制灯电路图图6主控系统电路图2.1.4 系统硬件PCB设计 当系统电路要制成印制板或者雕刻板时，要把电路导入PCB设计中，并改正其封装。在专用的计算机软件和制版器材中，制成该设计的电路板。主控制电路PCB设计图如图7所示，车灯电路PCB设计图如图8所示。图7 主控制电路PCB设计图图8 车灯电路PCB设计图2.2 单片机AT89C52功能介绍 描述：AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C52单片机能够被应用到控制领域中。 功能特性：AT89C52提供以下的功能标准：4K字节闪烁存储器，128字节随机存取数据存储器，32个I/O口，2个16位定时/计数器，1个5向量两级中断结构，1个串行通信口，片内震荡器和时钟电路。另外，AT89C52还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。引脚描述： VCC：电源电压，GND：地 P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口时，每一个管脚都能够驱动8个TTL电路。当“1”被写入P0口时，每个管脚都能够作为高阻抗输入端。P0口还能够在访问外部数据存储器或程序存储器时，转换地址和数据总线复用，并在这时激活内部的上拉电阻。P0口在闪烁编程时，P0口接收指令，在程序校验时，输出指令，需要接电阻。 P1口：P1口一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时输出一个电流。闪烁编程时和程序校验时，P1口接收低8位地址。 P2口：P2口是一个内部带有上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动4个TTL电路。对端口写“1”，通过内部的电阻把端口拉到高电平，此时，可作为输入口。因为内部有电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器时，P2口线上的内容在整个运行期间不变。闪烁编程或校验时，P2口接收高位地址和其它控制信号。 P3口：P3口是一组带有内部电阻的8位双向I/O口，P3口输出缓冲故可驱动4个TTL电路。对P3口写如“1”时，它们被内部电阻拉到高电平并可作为输入端时，被外部拉低的P3口将用电阻输出电流。P3口除了作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，P3口还接收一些用于闪烁存储器编程和程序校验的控制信号。如下表所示：表1 引脚功能表端口引脚第二功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RD RST：复位输入。当震荡器工作时，RET引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。 ALE/：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE以时钟震荡频率的1/16输出固定的正脉冲信号，因此它可对输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲时，闪烁存储器编程时，这个引脚还用于输入编程脉冲。如果必要，可对特殊寄存器区中的8EH单元的D0位置禁止ALE操作。这个位置后只有一条MOVX和MOVC指令ALE才会被应用。此外，这个引脚会微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。 PSEN：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52由外部程序存储器读取指令时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN 信号不出现。 EA/VPP：外部访问允许。欲使中央处理器仅访问外部程序存储器，EA端必须保持低电平。需要注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平，CPU则执行内部程序存储器中的指令。闪烁存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电压VPP，当然这必须是该器件是使用12V编程电压VPP。 XTAL1：震荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。XTAL2：震荡器反相放大器的输出端。 时钟震荡器：AT89C52中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自然震荡器。 外接石英晶体及电容C1，C2接在放大器的反馈回路中构成并联震荡电路。对外接电容C1，C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响震荡频率的高低、震荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。如果使用石英晶体，我们推荐电容使用30PF10PF，而如果使用陶瓷振荡器建议选择40PF10PF。用户也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路如图示。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。振荡电路如图9所示。 图9 振荡电路 程序存储器的加密：AT89C52可使用对芯片上的三个加密位LB1，LB2，LB3进行编程（P）或不编程（U）得到如下表所示的功能：表2 程序加密类型表程序加密位保护类型1UUU没有程序保护功能2PUU禁止从外部程序存储器中执行MOVC指令读取内部程序存储器的内容3PPU除上表功能外，还禁止程序校验4PPP除以上功能外，同时禁止外部执行当LB1被编程时，在复位期间，EA端的电平被锁存，如果单片机上电后一直没有复位，锁存起来的初始值是一个不确定数，这个不确定数会一直保存到真正复位位置。为了使单片机正常工作，被锁存的EA电平与这个引脚当前辑电平一致。机密位只能通过整片擦除的方法清除。3.系统软件设计3.1 系统软件结构在系统硬件构建了智能车灯的基本功能之后，系统软件所实现的功能主要是针对系统功能的实现及数据的处理和应用。系统软件需要实现信号控制、数据存储、信号处理及数据传输与现实。本设计以单片机AT89C52作为CPU，整个系统软件设计均采用C语言实现。整个系统软件功能的实现可以分为主程序、中断服务程序、按键子程序等几个主要部分。3.2 程序流程图主程序是单片机程序的主体，整个单片机系统软件的功能实现都是在其中完成的，在此过程中主程序调用子程序及中断服务程序。每次发射周期结束都会判断在发射信号后延时等待的过程中是否发生了中断，即是否有回波产生来判断程序的流程。主程序流程图如图13所示。图10 主程序流程图3.3 中断服务流程设计智能车灯时需要对时间补偿，这样才能达到我们所要求的精度，因此要完成此设计要对时间进行测算。中断服务程序流程图如图11所示。图11 中断服务程序流程图3.4 按键处理流程主控系统是通过按键来控制的，按键控制流程图如图12所示：图12 按键控制流程图3.5 主程序源代码#includereg52.hunsigned char jianzhi;unsigned char time; /记录中断次数，time=30时产生1hz的脉冲sbit LF=P00; /左前灯sbit RF=P01; /右前灯sbit LY=P02; /左仪表sbit RY=P03; /右仪表sbit LB=P04; /左后灯sbit RB=P05; /右后灯sbit P3_1=P31;sbit P3_4=P34;sbit DA=P21;unsigned int count=0;void main(void) TMOD=0x01; /定时器0，方式1 TH0=(65536-30000)/256; /置初值，产生30ms定时 TL0=(65536-30000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1; P3_1=0; /置成低电平 while(1) if(jianzhi=0x1f) /检查是否按键，如果没有就关灯 P1=0xff; if(P3_4=1) P3_1=1; else P3_1=0; void time0(void) interrupt 1 TH0=(65536-30000)/256; TL0=(65536-30000)%256; P1=0xff; /P1先送0xff，P1保存时按键的值 jianzhi=P1; /暂存键值到jianzhi jianzhi=jianzhi&0x1f; /因为高三为不用，去掉 switch(jianzhi) case 0xff: LF=1; RF=1; LY=1; RY=1; LB=1; RB=1; break; case 0x1e: /刹车 LB=0;RB=0;break;case 0x1d: /紧急 if(time=15) LF=!LF; RF=!RF; LY=!LY; RY=!RY; LB=!LB; RB=!RB; time=0; else time=time+1; break; case 0x1B: /停靠 LF=!LF; RF=!RF; LB=!LB; RB=!RB;break; case 0x17: /左转弯 if(time=15) LF=!LF; LB=!LB; LY=!LY; time=0; else time=time+1;break; case 0x0f: /右转弯 if(time=15) RF=!RF; RB=!RB; RY=!RY; time=0; else time=time+1; break; case 0x16: /刹车左转弯 RB=0; if(time=15) LB=!LB; LF=!LF; LY=!LY; time=0; else time=time+1; break; case 0x0e: /sha车左转弯 LB=0; if(time=15) RB=!RB; RF=!RF; RY=!RY; time=0; else time=time+1; break; case 0x1c: /刹车紧急 LB=0; RB=0; if(time=15) RF=!RF; LF=!LF; RY=!RY; LY=!LY; time=0; else time=time+1; break; case 0x14: /左刹车刹车紧急 RB=0; if(time=15) LB=!LB; RF=!RF; RY=!RY; LF=!LF; LY=!LY; time=0; else time=time+1; break; case 0x0c: /右刹车刹车紧急 RB=0; if(time=15) RB=!RB; RF=!RF; RY=!RY; LF=!LF; LY=!LY; time=0; else time=time+1; break; default:break; 4.系统软件测试在仿真软件中进行电路仿真测试，能够很清楚的看到电路的显示效果。主要是对左转弯和右转弯方向灯进行仿真，左转弯灯仿真图如图13所示，右转弯灯仿真图如图14所示。图