基于STC的智能车灯参数测试仪的开发与设计毕业论文.doc

基于STC的智能车灯参数测试仪的开发与设计毕业论文目录摘 要1ABSTRACT1目录I第1章 课题概述11.1 引言11.1.1 国外汽车车灯检测技术发展概况11.1.2 国内汽车车灯检测技术发展概况21.1.3存在的不足与发展方向31.2 课题来源及现状31.3设计要求以及目标41.4 本章小结4第2章 设计方案52.1 总体方案设计52.2 方案论证62.2.1主控单片机的选择62.2.2光感应器的选用82.2.3显示屏的选用112.3本章小结15第3章 系统硬件设计163.1系统硬件设计163.1.1单片机最小系统设计173.1.2 电流检测电路设计193.1.3电压检测电路设计193.1.4 液晶显示电路设计203.1.5调理电路的设计213.1.6 A/D转换电路的设计213.1.7 报警电路的设计223.1.8 按键电路的设计223.2 焊接电路板233.3本章小结23第4章 系统软件设计244.1主程序设计244.2按键子程序设计254.3报警子程序的设计264.4获取AD值子程序设计274.5转换子程序设计284.6显示子程序的设计284.7本章小结29第5章 系统调试305.1 软件调试305.2 硬件调试315.2本章小结32结束语331 主要工作332 设计体会33参考文献35致 谢37附录A38附录B39附录C402第1章 课题概述第1章 课题概述 1.1 引言汽车从发明到今天已经一个多世纪了。在现代社会，汽车已成为人们工作生活中不可缺少的一种交通工具。汽车在为人们造福的同时，也带来大气污染、噪声和交通安全等一系列问题。汽车本身又是一个复杂的系统，随着行驶里程的增加和使用时间的延续，其技术状况将不断恶化。因此，一方面要不断研制性能优良的汽车；另一方面要借助维护和修理，恢复其技术状况。汽车检测技术是伴随着汽车技术的发展而发展的。在汽车发展的早期，人们主要是通过有经验的维修人员发现汽车的故障并作有针对性的修理。即过去人们常讲的“望（眼看）”、“闻（耳听）”、“切（手摸）”方式。随着现代科学技术的进步，特别是计算机技术的进步，汽车检测技术也飞速发展。目前人们能依靠各种先进的仪器设备，对汽车进行不解体检测，而且安全、迅速、可靠。汽车综合性能检测就是在汽车使用、维护和修理中对汽车的技术状况进行测试和检验的一门技术。1.1.1 国外汽车车灯检测技术发展概况任何一个国家的汽车检测技术都是从无到有发展起来的，尤其是西方发达国家发展较早也较快。据了解早在50年代在一些西方发达国家就形成了以故障诊断和性能调试为主的单项检测技术和单项检测设备。在60年代后期，西方发达国家汽车检测诊断技术发展很快，并且大量应用电子、光学、理化与机械相结合的光机电、理化机电一体化检测技术。如：非接触式车速仪、前照灯检测仪、车轮定位仪、排气分析仪等都是光机电、理化机电一体化的检测设备。之后进入70年代，这时电子计算机技术发展迅速，在此带动下汽车检测设备向智能化方面发展，出现了汽车检测诊断、控制自动化、数据采集自动化、检测结果直接打印等功能的现代综合性能检测技术和设备，它们能对设备本身和汽车技术状况进行检测。例如：国外生产的汽车制动检测仪、全自动前照灯检测仪、发动机分析仪、发动机诊断仪、计算机四轮定位仪等检测设备，都具有较先进的全自动功能。与此同时，各工业发达国家为了加强汽车管理，相继建立汽车检测站和检测线，定期或不定期地对汽车实施检测，实行严格的车辆检测制度，规定新生产车在批量生产前须由企业将新车的技术性能参数和国家认可授权的新车检测机构出具的检测报告送到交通部主管部门进行审查，并由主管部门组织有关官员和技术专家进行评审，审查、评审合格后才会允许生产和投入市场。对于其在用车，则规定须到国家认可的在用车检测机构进行定期检测。从而使汽车检测实现了制度化。同时发达国家的汽车检测也逐渐产生了一整套的标准。判断受检汽车技术状况是否良好，是以标准中规定的数据为准则，检查结果是以数字显示，有量化指标，以避免主观上的误差。除对检测结果有严格完整的标准以外，国外对检测设备也有标准规定，如常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书检测设备的检测性能、具体结构、检测精度等都有响应标准。对检测设备的使用周期、技术更新等也有具体要求。由于检测制度、技术的标准化，不仅提高了检测效率，也保证了检测的质量。进入80年代后，计算机技术在汽车检测技术领域的应用得到进一步深化，出现集检测工艺、操作、数据采集和打印、存储、显示等功能于一体的系统软件，自此西方国家汽车检测线实现了全自动化，这样避免了人为的判断错误，大大提高了检测的准确性；同时也可把受检汽车的技术状况储存在计算机里，这样可为下次检验提供参考或作为处理交通事故的参考数据。目前，美国凯迪拉克轿车系列，日本丰田、本田轿车系列等均已出现了车载自诊断系统和汽车故障诊断专家系统。车载自诊断系统是汽车结构的组成部分，传感器分布在汽车内各个部位。传感器将汽车的主要技术状况经常地、自动地向驾驶员显示。我们相信随着车载自诊断系统和汽车故障诊断专家系统的进一步发展，会有更多的汽车性能参数在这些系统中被检测出来。1.1.2 国内汽车车灯检测技术发展概况我国从60年代开始研究汽车检测技术。 70年代，我国大力发展了汽车检测技术，汽车不解体检测技术及设备被列为国家科委的开发应用项目。由交通部主持研制开发了反力式汽车制动试验台；惯性式汽车制动试验台；发动机综合检测仪；汽车性能综合检验台（具有制动性检测、底盘测功、速度测试等功能）。 80年代，随着国民经济的发展，科学技术的各个领域都有了较快的发展，汽车检测及诊断技术也随之得到快速发展。如何保证车辆快速、经济、灵活，并尽可能不造成社会公害等问题，已逐渐被提到政府有关部门的议事曰程，因而促进了汽车诊断和检测技术的发展。 在单台检测设备研制成功的基础上，为了保证汽车技术状况良好，加强在用汽车的技术管理，充分发挥汽车检测设备的使用，交通部1980年开始有计划的在全国公路运输和车辆管理系统（交通部当时负责汽车监理）筹建汽车检测站，检测内容以汽车安全性检测为主。 80年代初，交通部在大连市建立了国内第一个汽车检测站。从工艺上提出将各种单台检测设备安装联线，构成功能齐全的汽车检测线，其检测纲领为30000辆次/年。 为了配合汽车检测工作，国内已发布实施了有关汽车检测的国家标准、行业标准、计量检定规程等100多项。从汽车综合性能检测站建站到汽车检测的具体检测项目，都基本作到了有法可依。车灯的发光强度不足或照射方向不合适，汽车前方的情况就不能清晰易见。而发光强度过强或照射方向过高，会使迎面驶来的汽车里的驾驶员造成眩目，妨碍驾驶员做出第1章 课题概述正确的判断，这些都是导致交通事故的重要原因。为了降低行车事故，确保行车安全，汽车在出厂前其车灯必须调整正确。车灯的检验必须经常化和制度化。为此，国家公布了机动车前照灯使用和光束调整技术规划（GB7454-87）和汽车前照灯配光性能（GB4599-84），对机动车的远光照明和近光照明的发光强度和照射方向提出了明确的要求。特别是在进WTO后，这一要求会逐渐强化，以便和国际接轨。目前国家对前照灯的检查日益严格，并且将由原先以远光为重点的检测要求向近光过渡，各个车辆检测站和汽车生产厂家急切需要装备能够进行远近光检测的仪器。由于国家法规的逐步完善，前照灯检测仪经过了一个从远光测量到远近光测量的过程。在早期的单远光测量仪中，普遍利用远光的对称性，采用了对称光电池排布，测量远光的光轴中心。随着国家标准开始强调近光检测的重要性，目前出现了很多具有近光检测功能的仪器。 1.1.3存在的不足与发展方向随着我国汽车工业的不断发展壮大，人们对车型和汽车装饰多样化的要求发生了日新月异的变化。尤其汽车照明因功能的提升，款式和品种出现了多样化的趋势，特别是前车灯在结构和外型由原来规格统一，光源不可更换，向着具有个性化、品种多样和光源可更换的方向发展，使得汽车灯具与车身更加协调统一。由于车型的变化较快，使得汽车灯具的质量跟不上汽车发展的要求，特别是中小型企业生产检测设备落后，生产的灯具合格率较低，具2004年6月14日国家质量监督检验检疫总局最新公布的抽查结果显示，汽车灯具产品的抽样合格率仅为781。质检总局近期对汽车灯具产品质量进行了国家监督抽查，抽查了上海、江苏、浙江等地32家企业的32种产品，合格的只有25种，其中汽车前照灯的抽样合格率为722，汽车后雾灯的抽样合格率为714。据质检总局有关负责人介绍，汽车灯具产品是关系到车辆行驶安全的重要零部件，在我国目前的汽车产品强制性检验项目中，关于汽车灯具的检验项目约占四分之一。在这次抽查中，7种不合格产品全部是配光性能检验项目不符合要求，而配光性能是国家强制性标准中非常重要的项目，其作用在于能够照亮路面状况且不影响对面开来车辆司机的眼睛，同时也起到提示其他行驶车辆的作用。鉴于江、浙两省生产汽车灯具的中小企业较多，设计了一种即能检测车灯光性能，又能检测车灯电性能的智能型车灯测试仪，并在江苏常州某车灯生产企业试用，达到了设计要求。我国汽车检测技术要赶超世界先进水平，应该在汽车检测技术基础、汽车检测设备智能化和汽车检测管理网络化等方面进行研究和发展。1.2 课题来源及现状车灯测试装置是车灯生产厂家生产过程必备的测试设备。本课题是常州某车灯生产厂为提高产品质量和提升测试手段提出来的，要求该装置能够存储所测车灯的型号，以及相关各参数，如各灯的电流，电压值，照度情况等；并要求具有自学习的功能，即可50常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书对新型号的车灯进行检测，所测参数可修改，作为今后的测试标准。课题涉及控制、检测、显示等技术。车灯测试仪就是专为测试车灯照度和车灯灯泡电流，电压是否符合设计标准，为汽车灯具生产线提供检测仪器而设计的。 1.3设计要求以及目标（1）选择合适的传感器检测车灯各灯的电流值，对所测数值与该型号车灯的标准值进行比较，不在误差范围内的给予明确显示。（最大电流为5A）（2）选择合适的传感器检测车灯各灯的电压值，对所测数值与该型号车灯的标准值进行比较，不在误差范围内的给予明确显示。（最大电压为24V）（3）选择合适的传感器检测车灯各灯的照度，对达不到要求的给予明确显示。（4）具有参数设定功能。（5）具有灯光报警提示功能。1.4 本章小结到此为止，本章主要介绍了本课题的选题背景，国内外现状和论文的内容。车灯参数测试仪在现代测量中的工作现状，人们提出了智能化车灯参数测试仪。智能车灯参数测试仪出现开创了测量仪器的新时代，使得测量仪器与计算机之间的界限消失。智能化车灯参数测试仪将高速发展的电子技术、测试技术、计算机技术和通信技术结合起来，开创了个人计算机仪器时代，是测试仪器工业发展的里程碑。第2章 设计方案第2章 设计方案2.1 总体方案设计车灯主要由三部分组成，配光镜、反光镜、汽车灯泡，而配光镜、反光镜的设计及两者和灯泡灯丝位置配合的合理性，以及灯泡的好坏是直接影响车灯产品质量的关键因素。本车灯测试仪就是为测试车灯照度，电流，电压是否符合设计标准，为汽车灯具生产线提供检测仪器而设计的。根据生产要求，测试仪应具有以下功能： 能够设定电流，电压，照度参数；并在超出范围时，灯光提示；具有电流，照度，电压显示。车灯测试仪就是专为测试车灯照度，电流，电压是否符合设计标准，为汽车灯具生产线提供检测仪器而设计的。 图2-1 系统框图 本设计主要采用单片机控制，单片机主要涉及前项通道，后项通道以及软件设计。单片机要实现小电流控制大电压和小电压控制大电压还必须考虑过电路的设计，比如功率放大器的设计等等。本课题选择单片机控制方案。原因如下：1、 单片机体积小，集成度高。2、 单片机性能稳定，可靠性高，抗干扰性强。3、单片机有较高的性价比。4、品种多样，型号繁多。品种型号逐年扩充以适应各种需要。使系统开发者有很大的选择自由。CPU从4、8、16、32到64位，有些还采用RISC技术；5、提高性能，扩大容量。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书6、增加控制功能，向外部接口延伸。把原属外围芯片的功能集成到本芯片内。现今的单片机已发展到在一块含有CPU的芯片上，除嵌入RAM、ROM存储器和IO接口外，还有AD、PWM、U ART、TimerCounter、DMA、Watchdog、Serial Port、Sensor、driver、还有显示驱动、键盘控制、函数发生器、比较器等，构成一个完整的功能强的计算机应用系统；7、低功耗。供电电压从5V降到3V、2V甚至1V左右。工作电流从mA级降到A级。在生产工艺上以CMOS代替NMOS，并向HCMOS过渡；8、系统扩展与配置。有供扩展外部电路用的三总线结构DB、AB、CB，以方便构成各种应用系统。根据单片机网络系统、多机系统的特点专门开发出单片机串行总线。此外，还特别配置有传感器，人机对话 、网络多通道等接口，以便构成网络和多机系统。综上所述，此次毕业设计采用单片机控制方式。2.2 方案论证本系统中为什么要采用光敏电阻器、STC89C52RC系列单片机和1602液晶显示屏呢？以下我将详细介绍。2.2.1主控单片机的选择整个测量系统都以主控单片机为控制核心，因此主控芯片的选择和应用非常重要。 本系统选用STC89C52RC单片机。本设计采用STC89C系列的STC89C52RC作为主控芯片是根据方案论证的结果。本系统的监控参数较少，计算不是特别复杂，选择宏晶科技公司的STC89C52RC单片机完全可以满足系统的要求，并且STC89C系列的单片机价格便宜，开发简单，从开发周期和研发费用上来说是合理的选择。主要特性如下：1.增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.2.工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机）3.工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz4.用户应用程序空间为8K字节5.片上集成512字节RAM6.通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，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），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。第2章 设计方案8.具有EEPROM功能9.具有看门狗功能10.共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T211.外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒12.通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART13.工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）STC89C52RC单片机的工作模式：掉电模式：典型功耗0.1A,可由外部中断唤醒，中断返回后，继续执行原程序。空闲模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma7mA掉电模式可由外部中断唤醒，适用于水表、气表等电池供电系统及便携设备。 图2-2 STC89C52RC引脚图STC89C52RC引脚功能说明VCC（40引脚）：电源电压VSS（20引脚）：接地P0端口（P0.0P0.7，3932引脚）：P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。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。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0P1.7，18引脚）：P1口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或者输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这是可用作输入口。P1口作输入口使用时，因为有内部上拉电阻，那些被外部拉低的引脚会输出一个电流（）。此外，P1.0和P1.1还可以作为定时器/计数器2的外部技术输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）P2端口（P2.0P2.7，2128引脚）：P2口是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可以驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，这时可用作输入口。P2作为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX DPTR”指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行“MOVX R1”指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中的P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash ROM编程和程序校验期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3端口（P3.0P3.7，1017引脚）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写入1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3做输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输入一个电流（）。在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号。2.2.2光感应器的选用选择光传感器时，最重要的一点是理解哪项规格参数是最为关键的。一般来说，在选择一个光传感器时，需要着重考虑的因素包括光谱响应/IR抑制、最大勒克斯数、光敏度、集成的信号调节功能、功耗以及封装大小等6个重要规格。这6个规格的具体描述如下： 1、光谱响应/IR抑制：环境光传感器应该仅对400nm至700nm光谱的范围有感应。2、最大勒克斯数：大多数应用为1万勒克斯。3、光敏度：根据光传感器的镜片类别，光线通过镜片后，光衰减可以在25%-50%之间。低光敏度非常关键(1万勒克斯)的光传感器来说，最好采用非线性模拟输出或数字输出。6、封装大小：对于大多数应用来说，封装都是越小越好。现在可提供的较小封装尺寸约为2.0mm2.1mm。而尺寸为1.3mm1.5mm的4引脚封装则是下一代封装。采用小型封装的光传感器多种多样，而且价格合理。数十年来，无源器件一直活跃市场，随着光敏电阻、光电二极管及光电晶体管等变得越来越普通和便宜，它们被从夜间照明灯到数码相机的众多消费产品广泛采用。而登场不久的集成器件把一个光电晶体管或光电二极管与电流放大器集成起来，以实现片上校准、过滤和更高的分辨率。当分辨率较高时，低光能力、电源抑制等功能发挥作用，这类器件正在扩大环境光传感器的应用范围和有效性。 最简单的光传感器是光敏电阻，可以通过两个终端之间的通道来对其鉴别。低端版本使用CdS(硫化镉)制造，而比较昂贵的类型则使用GaAs制造。GaAs 的能带隙较小，使其能够吸收红外光中的低能光子，使电子跃迁到传导带。参考元件的数据显示，其照度范围是1100lux，但具有各种阻值。综合考虑，这里选用光敏电阻测照度，它具有灵敏度高，工作电流大，光谱响应范围宽与所测光强范围宽，无极性使用方便的优点。下面介绍以硫化镉制成的光敏电阻器：光敏电阻CDS符号如图2-3所示 图2-3光敏电阻CDS之符号光敏电阻器以硫化隔制成，所以简称为CDS，通常使用热压结晶体之光电传导零件，其特性有： 1.光传导零件之特性: CDS之相对灵敏度与照射光线之灵敏度有关，波长从5500至6500A(1A=110-8cm)之间有最大的灵敏度。 2.照度特性： 在同样之电压下，照度愈强，光电流愈大，亦即是电阻愈小，适当的添加杂质，便能使照度在小11000 lux范围内保持与光电时间的直线关系。 3.时间响应特性: 光照射到度件，光电流达到正常值之63%的时间，称为上升时间，反之一，将光遮断，而光电流减少为原来的63%之时间，则叫做 衰弱时间。一般其值为10毫秒至数秒，若置于黑暗的时间较短而有照度愈强，向应时间就有愈短之倾向，此外，负载电阻增大，则上升时间就变短而衰弱时间就变长。4. 温度特性: CDS之禁带宽度高达2.4eV(eV为电子伏特)，故可以在-2070 之范围内工作，当温度上升，光灵敏度减少，在低照度时特别显著。几种不同材料光敏电阻的光谱图，如图2-4所示 图2-4光敏电阻光谱图照度与光敏电阻阻值的特性曲线如图2-5所示 图2-5光敏电阻特性曲线第2章 设计方案表2-6几种CdS光敏电阻的参数 型号 参数 光谱响 应范围 m峰值 波长 m允许 功耗 mW最高工 作电压 V响应时间 光电特性 电阻温度系数/%/ （-2060）T/mStf/mS暗电阻值 M亮电阻值 K（100IX）UR-74A0.4 0.80.5450100403010.7 1.2- 0.2UR-74B0.4 0.80.5430502015101.2 4- 0.2UR-74C0.5 0.90.5750100641000.5 2- 0.5本次设计选用UR-74A完全能符合设计要求，所以选用UR-74A。2.2.3显示屏的选用方案一：采用8端数码管，这种显示器有共阳极和共阴极两种。共阴极LED显示器的发光二极管的阴极连接在一起，通常此共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示器的工作原理也一样。显示方式可分静态显示和动态显示两种。静态显示方式：在这种方式下，各位LED显示器的共阳极连接在一起并接地，每位的短选线分别与一个8位的锁存器输出相连，各个LED的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另外字符为止，正因为如此，静态显示器的亮度较高。若用I/O口，这需要占用N8位I/O口。这样的话，如果显示器的个数较多，那么用的I/O接口就更多，因此显示位数较多的情况下，一般都不用静态显示。动态显示方式：当多位LED显示时，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，由一个8位I/O口控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别有相应的I/O口线控制，实现各位分时选通。其中段选线占用一个8位I/O口，而位选线占用N个I/O口。由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位选线都处于选通状态的话，那LED显示器将显示相同的字符。若要各位LED能显示出与本位相应的字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的段码。这种显示方式占用的I/O口个数为8N，相对静态显示少了很多，但需占用大量的CPU资源，当CPU处理别的事情时，显示可能出现闪烁或者不显示的情况。在本设计中，CPU需要测温，同时也需要PWM调制，根本上不可能实现。方案二:采用1602模块液晶，模块内部集成显示屏（LCDpanel）、控制器（controller）、列驱动器（segmentdriver）和偏压产生电路。使用时只要将数据总线和控制总线与单片机IO口相连，即可实现显示。内部集成192个字符，使用时只需指明地址调用，无需自建字库。内部集成显示缓冲区，显示时无需扫描，暂用CPU资源较小。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书综合考虑数码管和液晶显示器，从它们的分辨率、视角、可视面积、亮度与对比度、反应速度和色彩等多方面看，液晶屏都比数码管要好很多，只是在价格上液晶屏要比数码管贵点。所以我选择LCD。以下是对1602LCD的功能、特点、管脚和如何使用的介绍：l 主要特性在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有显示质量高、数字式接口、体积小、质量轻、功耗低等优点。l 液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。l 1602LCD的基本参数及引脚功能1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。1、1602LCD主要技术参数：显示容量:162个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm2、引脚功能说明1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表2-7所示:表2-7 引脚接口说明表编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据 第2章 设计方案5R/W读/写选择13D6数据 6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极四、1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2-8所示：表2-8控制命令序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）与HD44780相兼容的芯片时序表如下：常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书表2-9 基本操作时序表读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无读写操作时序如图2-10和2-11所示： 图2-10 读操作时序 图2-11写操作时序五、1602LCD的ARM地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图2-12是1602的内部显示地址。图2-121602LCD内部显示地址在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图2-8所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。六、1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置2.3本章小结 本章讲述的是系统总体的方案设计，首先用一个系统的总体框图来说明本系统的总体方案。然后各个介绍分析各主控芯片的选型，其中包括温湿度传感器的选择，控制器的选择和显示屏的选择。通过本章，我们可以很清晰的了解本次设计的目的，设计目标。第3章 系统硬件设计第3章 系统硬件设计3.1系统硬件设计启动开关闭合，电路导通，开始测量车灯。测车灯电流，单片机只能认识用二进制数表示的电压信号，采样电流也要转换成电压。基于如此思路，在需要测量的回路中串接一分流器将采样到的信号调理放大适当幅度。送入ADC芯片的输入脚或者是单片机的ADC输入脚通过内部的比较器等将电压值转换为二进制数。这样单片机就测到电流了。还有一个是电压信号，电压信号通过A/D转换送入单片机读取，不过一般只有5V的量程，要想扩大量程，就要用电阻分压，然后根据倍数来计算，不过，倍数越大，精度就越小，毕竟A/D的位数有限！还有一个照度信号，经光传感器将检测到的照度送入A/D转换送入单片机读取。根据上述功能可知测试仪应由主控制器、显示屏、电源、按钮等组成。硬件设计要解决的有以下三个主要问题：1.主控制器采用的形式；2.参数如何显示；3.信号的读取。本次选用的单片机，根据设计过程中用到的输入输出点决定；选用其他的各硬件设备时分别从经济、方便、耐用、安全问题等方面考虑。（1）主控制器选择，主控制器可采用以单片机为控制核心控制板，这里选用STC系列单片机控制。（2）在主控制器确定后，需要选择的就是显示屏，考虑到要显示电流参数、照度信号，这里选用1602LCD液晶显示屏。（3）测试仪读入的信号有三个，一个是照度信号，照度信号由受光器将反映照度的光信号经A/D转换为电信号（数字信号）送入单片机，一个是车灯灯泡的电流信号，由于单片机只能认识用二进制数表示的电压信号。采样电流也要转换成电压。基于如此思路，在需要测量的回路中串接一分流器将采样到的信号调理放大适当幅度。送入ADC芯片的输入脚或者是单片机的ADC输入脚通过内部的比较器等将电压值转换为二进制数。这样单片机就测到电流了。还有一个是电压信号，电压信号通过A/D转换送入单片机读取。电气控制系统的核心原件主要是STC系列单片机。光敏电阻的测量信号经转换电路变为工业标准信号后输入单片机，经过单片机处理后供液晶屏显示。同时单片机根据实测电流，电压判断安装是否正确和车灯电流，电压是否正确。在这一过程中，我充分利用了PROTUES 7所提供的各种仿真图绘图工具、各种编辑功能，来实现目的，即得到一张正确、精美的仿真图。用protues软件画系统的硬件电路原理图如下图3-1所示。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 图3-1仿真图3.1.1单片机最小系统设计 图3-2单片机最小系统图第3章 系统硬件设计单片机的最小系统是由组成单片机系统必需的一些元件构成的，除了单片机之外，还需要包括电源供电电路、时钟电路、复位电路。单片机最小系统电路（单片机电源和地没有标出）如图3-2所示。一 复位电路 图3-3复位电路图无论是在单片机刚开始接上电源时，还是运行过程中发生故障都需要复位。复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到一个确定的初始值，并从这个状态开始工作。单片机的复位条件：必须使其RST引脚上持续出现两个（或以上）机器周期的高电平。单片机的复位形式：上电复位、按键复位。二 晶振电路 图3-4晶振电路图在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，也就是晶振电路。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书3.1.2 电流检测电路设计 图3-5电流检测电路图在电流检测的过程中，电流检测器件与负载串联。因为单片机不能读取电流，所以需要将电流转换为电压，然后送入单片机。所以我在电路中串接了一个0.1欧姆的采样电阻，由于是对电流采样，所以电阻的阻值较小。这里采样电阻阻值越小，精度越高。3.1.3电压检测电路设计图3-6电压检测电路图在电压检测的过程中，电压检测器件与负载并联，将检测到的电压模拟量送入A/D转换成数字量，送入单片机读取。第3章 系统硬件设计3.1.4 液晶显示电路设计图3-7显示电路图显示电路采用1602LCD显示，第1脚VSS为地电源。第2脚VDD接5V正电源。第3脚接地，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以串联一个3K的电阻。第4脚RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚D0D7为8位双向数据线。第15脚背光源正极。第16脚背光源负极。同时为保证显示质量，各口采用灌电流带阻，加入上拉电阻低电平有效。保证LCD显示器的亮度。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书3.1.5调理电路的设计 图3-8调理电路图本设计要测试车灯灯的电流，由于单片机不能测电流，所以在电路中串联了一个0.1欧姆的采样电阻，经采样电阻将电流转换成电压，由于单片机测得是采样电阻上的电压，采集到的到的电压大约是车灯亮两端电压的1/10,所以要将采集到的电压经调理电路调理放大10倍，而后经A/D转换器送入单片机，这时的电流约为I=Vcc/(R1+0.1)。3.1.6 A/D转换电路的设计图3-9A/D转换电路图第3章 系统硬件设计A/D转换电路由ADC0808支持。ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。因为电流，电压，照度是模拟量，单片机是模拟量，所以要送入A/D转换器进行转换，转换成数字量，送入单片机读取。26,27,28端口，电流电压照度模拟信号输入，23,24,24数字信号输出。3.1.7 报警电路的设计图3-10报警电路图 本设计采用软件处理报警，利用有LED灯进行报警输出，采用直流供电。当所测电流，电压，照度值超过或低于所预设的参数时，数据口相应拉高电平，报警输出。报警电路如图3-4所示。3.1.8 按键电路的设计图3-11按键电路图车等参数测试仪参数设置包括四个按键：（1）模式切换键：进行模式之间的切换，模式包括设置电流，电压，照度参数模式，每次按下该键就在这三种模式间切换。（2）测试键：规定车灯测试与否。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书（3）加减键：增加减少设定车灯电流电压照度的值。3.2 焊接电路板本次焊接当然是纯手工焊接，手工焊接握电烙铁的方法,有正握、反握及握笔式三种。焊接元器件及维修电路板时以握笔式较为方便。 手工焊接一般分四步骤进行。准备焊接:清洁被焊元件处的积尘及油污,再将被焊元器件周围的元器件左右掰一掰,让电烙铁头可以触到被焊元器件的焊锡处,以免烙铁头伸向焊接处时烫坏其他元器件。焊接新的元器件时,应对元器件的引线镀锡。加热焊接:将沾有少许焊锡和松香的电烙铁头接触被焊元器件约几秒钟。若是要拆下印刷板上的元器件,则待烙铁头加热后,用手或镊子轻轻拉动元器件,看是否可以取下。清理焊接面:若所焊部位焊锡过多,可将烙铁头上的焊锡甩掉(注意不要烫伤皮肤,也不要甩到印刷电路板上!),用光烙锡头沾些焊锡出来。若焊点焊锡过少、不圆滑时,可以用电烙铁头蘸些焊锡对焊点进行补焊。检查焊点:看焊点是否圆润、光亮、牢固,是否有与周围元器件连焊的现象。3.3本章小结本章着重讲述了系统硬件设计。先是介绍了是系统的原理图的设计，首先给出了原理图，然后是分别说明原理图的布局中各个子系统的设计问题。再后来讲的是焊接电路板的问题，让我们了解到在焊接过程中要做的准备和要注意的问题以及解决问题的方案。第4章 系统软件设计第4章 系统软件设计本测试仪的软件设计主要围绕实现手动参数设定、报警提示、检测数据上传等功能进行单片机的程序设计。4.1主程序设计 图 4-1 系统软件总流程图 从上面主程序看出，主程序的组成是通过分别调用各子程序组成总体系统功能，能很直观的看出主程序所要完成的功能，首先是初始化各模块，之后K4判别是否测试，如果是的话，直接获取电流，电压，照度AD值。对于超过测量范围的给予报警。如果否的话，直接转入按键程序，修改车等参数，对于不合格的报警提示。主程序流程图如图4-1所示。主程序编程框图如图4-1。常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书4.2按键子程序设计开始K1按下NY flag+1flag=4 N Y LCD清屏 ，flag=3flag=2flag=1 N N YK3K3K2K2K3K2按下 N N N N N Y Y Y Y Y Y电流减0.01照度减50照度加50电压减0.1电压加0.1电流加0.01 返回图 4-2 按键子程序流程图 多功能键盘程序的设计是本设计的难点，也是完成本设计的重点。其中K1键功能最多，本键盘深度为三级，即连续按键4次返回原来的界面。当判断键值为4时，进入参数设定状态，当判断按键为1时是电流设定状态，当判断按键为2时是电压设定状态，当判断按键为3