汽车照明控制系统的毕业设计.doc

xx：汽车照明控制系统的设计XXXX学院毕业设计（论文）汽车照明控制系统的毕业设计目录摘 要IABSTRACTII第1章 引 言11.1 汽车照明系统的发展11.2 能源危机与LED21.3 汽车产业与LED3第2章 照明系统的总体设计52.1 系统的功能及构成52.2 照明系统工作原理6第3章 照明系统硬件设计73.1 照明系统硬件总体设计73.2 系统供电模块73.3 光照强度传感器93.4 主控芯片设计103.5 LED及其驱动器设计123.5.1 LED简介123.5.2 LED驱动方案143.6 LED灯的选型19第4章 系统程序设计224.1 系统主程序设计224.2 软件介绍234.2.1 Proteus软件介绍234.2.2 MPLAB IDE简介244.2.3 PIC 单片机C 语言编程简介244.2.4 Hi-Tech PICC的C语言开发工具简介254.2.5 MPLAB-IDE 内挂接PICC264.2.6 LTspice IV简介264.3 基于PICC的C语言源程序编写27第5章 系统仿真与调试285.1 微控制器仿真设计285.2 驱动电路仿真设计29第6章 结束语32致 谢33参考文献34附录A35附录B39第1章 引 言 1.1 汽车照明系统的发展汽车前照灯系统的发展经历了多个阶段:从最初的煤油灯发展到白炽灯;然后发展到抛物面卤钨前照灯、自由曲面卤钨前照灯和投射系统前照灯;上世纪九十年代中期出现了以气体放电灯为光源的投影系统前照灯和自由曲面前照灯系统。汽车前照灯系统的每一个发展阶段都蕴含着对行车安全的不断追求(行车安全涉及的要素主要包括驾驶员、行人对面方向道路使用者、甚至交通信号标志等)。提高行车安全的方式为:(1)规定车辆前照灯照明根据道路状况使用近光和远光灯。近光为非对称光,在正常行车时使用;远光在不影响其它道路使用者时使用,即灯光的使用不能造成光污染。(2)提高光的利用率。例如:使用相同的光源,自由曲面系统前照灯将光的利用率从抛物面自由曲面系统的25%左右提高到了40%以上(投影系统前照灯的光利用率比自由曲面系统稍低,但使光型处于更加可控的状态)。(3)提高光源的光通量,例如气体放电灯光源的光通量比卤钨灯提高了3倍,且光色更接近日光。此外放电灯比传统的卤钨灯节能2/3以上。(4)在使用气体放电灯的同时,必须装备自动调光系统(该系统保证近光灯在车加速减速、上坡下坡等各种变化的轴载荷条件下,灯光一直保证在设定的同一高度)和大灯清洗系统(该系统保证对大灯随时清洁,避免其对驾驶员和其它道路使用者造成眩光,即光污染)。然而,这还远远不够,众所周知,作为行车灯的近光,只能工作在一种模式,即一种固定的光型下,但是,实际的道路使用状况、环境状况、气候状况等等情况非常复杂。比如:岔路口很多的乡间小路、弯道状况、路口转弯状况、在高速路上驾驶、在国道上驾驶雨雾天气、红绿灯和交通指示牌的识别等等。也正是这种复杂的道路环境和天气状况,使得交通安全仍然存在巨大的隐患。统计表明,在欧洲那些车辆使用规范、车辆安全要求和驾驶员素质最高的国度,由于照明引起的交通事故(即如果在白天或者照明条件好则完全可以避免的交通事故)达到30%以上,造成的损失可想而知。再加上在路上行驶的车辆日益增多、老年驾驶员的增多以及允许驾驶员驾驶年龄的延长(欧洲允许驾驶到70岁,老年人的视力和反应速度明显下降)等等诸多因素使得行车安全问题更加突出。在这种条件下,智能型前照灯系统的诞生显得尤为重要。1.2 能源危机与LED近年来，随着能源形势的急剧变化，全球能源安全问题越来越受到国际社会的广泛关注。尽管各国对能源安全的理解和各自的战略目标不尽一致，但随着全球化的深入和能源相互依赖的加深，全球能源安全问题已成为影响未来国际能源形势发展的重要趋势。我国是能源生产和消费大国，我国今后的能源供求关系将对世界能源格局产生较大影响。必须从宏观的、长远的观点来研究和把握我国的能源问题，以确保现代化建设有长期足够的能源供应1。目前我国单位产值能耗是世界平均水平的3.8倍，如果把单位产值能耗降低到日本当今的水平，就可能在今后40至50年内不增加能源消耗量。我国著名能源学科专家、中国科学院院士徐建中从战略高度提出了解决我国能源问题的长效机制。他认为，靠单一措施不可能长效解决我国能源问题。他提出了“一个中心，两个基本点”的观点，即以努力推进节能和科学用能为指导思想和核心;抓紧石化燃料的洁净技术和煤炭的多联产技术以及石油、天然气的勘探、开采与利用;大力开发可再生能源和新能源2。在照明节能方面，徐建中特别强调了LED(被誉为“半导体照明工程”)的重要作用。他断言，LED必将是未来照明光源的发展趋势。美国2000年制定的“下一代照明计划”被列入了能源法案，计划从2000-2010年，投资5亿美元，用LED取代55%的白炽灯和荧光灯，预计到2025年，固态照明光源的使用将使照明用电减少一半，每年节电额达350亿美元，形成一个每年产值超过500亿美元的半导体照明产业市场3。继美国的“下一代照明计划”，日本的“21世纪照明计划”，欧盟的“彩虹计划”和韩国的“固态照明计划”后，2003年我国成立国家半导体照明工程小组，旨在整合资源、快速推进LED进入照明市场。据中国工程院院士陈良惠预测，我国在2005-2015年间，半导体照明可累计节能4000亿度电，为用户节约2600亿元的电费支出，创造1500亿元产值，解决100万人口的就业。我国照明用电每年在3000亿度以上，用LED取代全部白炽灯或部分取代荧光灯，可以节省1/3的照明用电，就意味着可以节约1000亿度，相当于三峡工程全年的发量。在能源日益短缺的背景下，利用LED的节能特点，开发LED照明正是对政府提出的建设节约型社会的积极响应。半导体照明由于技术的先进性和产品使用的广泛性，己经被广泛认为是最具发展潜力的高技术领域之一。半导体照明产业具有明显的节能和环保的效果，被认为是一个战略性的高技术产业。近年来我国在发光二极管(LED)技术方面不断取得突破，应用越来越广泛，特别是“国家半导体照明工程”的正式启动，标志着中国高亮度LED产业进入加速发展的新阶段，为LED产业发展提供了良好契机。1.3 汽车产业与LED随着我国经济的迅速增长，人民收入的增加和生活水平的提高，对汽车需求量在迅速增加。中国汽车工业协会发布了2010年汽车产销整体状况，全年汽车产销量分别达到1826.47万辆和1806.19万辆，同比增长22.3%和17.9%。汽车产销双双超过1800万辆，创新高，稳居全球产销第一。2011年，汽车产销1841.89万辆和1850.51万辆，同比增长0.84%和2.45%。中国汽车工业将像20世纪90年代以来中国电讯工业一样高速发展，成为中国工业的强大支柱。汽车产业将成为带领中国经济迈入新阶段的最有影响的产业之一。汽车产业的蓬勃兴起，带动了汽车零部件技术的快速发展，各种新技术层出不穷。随着现代汽车的外形越来越流线、简洁和轻盈，要求汽车前照灯体积越来越小:同时车速的进一步提高，也使汽车灯具朝着更高的照明效率、更广泛的照明适应性、更节能、环保和安全的方向发展。采用LED作为汽车前照灯的光源有不少独特的优势，除了几乎无启动时间(即点即亮，而氨气灯需要4秒钟达80%的全光通输出)和低电压带来的电气安全、寿命长外，特别是它由若干个LED组成一个灯具，使灯具的外形具有极大的可塑性，它可以融合到更新的现代汽车设计理念中，为创造新的车型，满足用户个性化需求提供更好的技术基础与物质保证。LED以其体积小、寿命长、能耗低、耐震动、启动时间快等优势已经成为新一代汽车光源技术的首选。从1985年LED被应用于汽车信号灯上以来，LED已经陆续被应用在汽车内外车灯等领域。2005年全球汽车照明用LED市场规模达5.3亿美元。到2006年，LED己经可以应用到前照灯外的汽车所有照明器件上，超过50%的新车款将LED应用到汽车照明系统中，市场规模则超过了6.5亿美元至2011年我国LED产业产值达1540亿元，同比增长22%，产量同比增长50%。预计2012年在照明产品的带动下，行业产值有望达到2000亿元，同比增长30%。为拓展LED在汽车领域的应用市场以及在未来车灯市场上抢占先机，近年来全球各大灯具公司都对大功率白光LED在汽车前照灯上的应用研究投入了大量人力、物力、财力，并陆续推出以白光LED为前照灯光源的车型。其中全新奥迪A6L便采用LED前照灯与尾灯设计。大功率白光LED在汽车前照灯上的应用将成为车用LED市场增长的重中之重。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度LED的极好时机，开发LED汽车前照灯对于推动我国汽车工业的发展意义重大。第2章 照明系统的总体设计2.1 系统的功能及构成自上世纪90年代白色LED的出现开始,其亮度增大趋势是如此之快,以至于我们都把它们视为21世纪的光源。现在我们使用白色LED作为汽车前照灯的光源,这样它们的优越性就可以得到充分的展示。这种新系统比通常使用的卤钨灯要明亮,与HID头灯的亮度差不多。但是考虑到LED光源特有的优越性,比如重量轻、安装深度小、耗能低、寿命更长、没有环境污染等,它们的确更适合作为下一代汽车前照灯系统的光源4。基于此，使用LED作为汽车照明控制系统的一部分更符合绿色环保的观念,此系统有以下功能：在手动开启照明系统后，系统通过获取光照强度传感器的输出信号，判断当前行驶状态下的外界光照环境，并对汽车LED前照灯进行亮度调节，使系统能够在外界光量不足的时，自动提升前照灯亮度，外界光量充足时自动降低前照灯亮度以节约能源。基于单片机的LED照明控制系统主要由获取必要汽车照明亮度的传感器模块、微控制器模块、驱动模块、LED模块以及电源模块等部分组成。系统结构示意图如下：图2.1系统结构示意图2.2 照明系统工作原理打开系统后，安装在汽车前部的亮度传感器采集到外部的光照亮度，通过其中的转换电路和调理电路把采集到的亮度信号转换成4-20mA的标准电流信号。当AN1或AN2输入为高电平，即开启远光灯或近光灯时，开启A/D转换。传感器输出端与微控制器的AN0端相连，即接入到模拟信号输入端，微控制器内置的A/D能够把标准的模拟信号转换为数字信号，以便于微控制器处理。微控制器根据得到的数字信号和编入其中的程序的值相比较，算出需要的PWM占空比的大小。PWM信号输出端连接到LED驱动模块的信号输入端上，驱动模块通过接收到的PWM信号来调节驱动电流的大小。驱动电流直接作用到LED上，以控制LED灯的亮度。LED在工作中会发热，会影响到LED的亮度。为了解决这一问题，在驱动电路中的模拟调光端使用了NTC热敏电阻，将NTC与LED安装到一起，随着LED的温度升高NTC阻值会变大，驱动电路的模拟调光端电流减小，从而使LED的驱动电流减小以降低LED端的温度，使LED处于正常工作状态。第3章 照明系统硬件设计3.1 照明系统硬件总体设计亮度传感器将探测到得信号发送给PIC16f877微控制器，微控制器根据信号判断亮度状况，并发送PWM信号控制LED驱动电路进行相应调整，以实现系统功能。系统的整体控制方案如图3-1所示：图3-1 系统硬件总设计框图3.2 系统供电模块电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能、稳定性等各项的指标也提出了更高的要求。本系统需要为微控制器和传感器提供恒定的电压，才能保证系统的正常工作。其中微控制器使用5V直流电源，传感器使用的是12V直流电源。蓄电池在停车熄火时正常电压为12V左右，而正常工作时充电压为14.3伏，在启动发动机的几秒时间内电压会变的较低，从而影响汽车上其它用电部件的正常工作，因而就需要使用电源稳压模块来使汽车在上述情况时稳定电压。三端稳压集成电路lm7805和lm7812。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78 系列和负电压输出的lm79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。用lm78/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。在汽车发动之后，电源从蓄电池自动切换到发电机电源。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。7805IC封装图如图3-2所示。图3-2 7805IC封装图图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。这样标注便于记忆。引脚为最高电位，脚为最低电位，脚居中。从图中可以看出，不论正压还是负压，脚均为输出端。对于lm78*正压系列，输入是最高电位，自然是脚，地端为最低电位，即脚，如图3-2所示。控制系统中LM7805/LM7812的电路图3-3所示：图3-3 LM7805/LM7812的电路图Input为电压输入端，Output为电压输出端，GND为接地端。电路图中的0.33uF，0.1uF的电容是旁路电容，作用是抑制电路中可能产生的自激振荡，尽量放在管脚根部，其中引脚Input的电容大于引脚Output的电容，是为了防止Input处的电容漏电时，放电速度大于Output处（输出端）的速度，导致稳压器倒置而损坏，二极管是为了当有强电磁干扰使“地线电平”高于输出电平，使稳压器内部晶体管反向偏置而损坏设立的，这样经可以使压差在0.7V左右而不至于损坏。GND端直接接地，输入端接入汽车的12V蓄电池，发动机启动后使用的是汽车的发电机供电电压为14.3V。LM7805输出5V电压，为微控制器供电；LM7812输出12V电压，为传感器供电。3.3 光照强度传感器当外界亮度变化的时候，前照灯需要的亮度也需要跟着变化。外界光照强度低的时候，相应得到的灯光亮度就高；外界光照强度高的时候，相应得到的灯光亮就低，以达到合适的亮度为宜。从而达到节约能源的目的。在采集外界光照强度的时候就需要用到光照强度传感器了，它能够把采集到的信号转换为标准的输出信号，传输给主控芯片以达到自动调整光照强度的目的，传感器在将光照强度转换成标准输出信号的时候，其照度与输出电流几乎是线性关系。光敏二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。光敏二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对，称为光生载流子。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光敏二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。RY-G/N型光照度传感器采用进口硅光电池及先进信号处理技术开发变送器输出，用于实现对环境光照度的测量，针对不同的领域开发出多种量程，输出标准的电流或电压信号，外观美观，安装简单，密封性好。RY-G/N型光照度传感器参数如下：量 程：100-2000 / 20K/ 200Klux供电电压：DC12V输出信号：4-20mA精 度：3%安装方式：标准安装孔RY-G/N型光照度传感器电路图如图3-4所示:图3-4 RY-G/N型光照度传感器电路图3.4 主控芯片设计微控芯片是汽车电控装置的大脑，负责采集传感器的信号、运算并发送指令控制系统的其他部分工作，其性能的高低与否直接影响着整个电控装置的运行结果。因此选择一个合适高效的微控芯片是个至关重要的问题。微控芯片的选择主要考虑两个方面:微控芯片的性能和微控芯片的价格，芯片的性能必须满足系统的要求，而芯片的价格也必须考虑销售市场的因素将芯片价格控制在一定的范围内。在选择微控芯片时首先应对该产品进行市场调查确定该微控芯片的价格范围，然后再在此范围中挑选拥有能够满足系统要求的性能的微控芯片。由于汽车产品的特殊性，其相关电子产品的技术必须成熟可靠且具有高度的安全保证，且目前微控芯片的价格相对较低，所以在考虑微控芯片的选型时通常优先选用高性能的芯片作为系统的主控单元。本系统采用Microchip公司推出的PIC16F87X系列中的PIC16F877作为主控芯片，PIC16F877基于哈弗结构，其指令字节为14位，采用精简指令集(RISC)技术。PIC16F87芯片内部包含3个定时器、8通道10位A/D转换器、2路PWM脉冲输出、看门狗、SPI总线接口等，资源比较丰富，能满足紧凑、稳定的设计要求5。PIC16F877芯片的引脚图如图3-5所示：图3-5 PIC16F877芯片的引脚其外围特征：Time0：带有预分频器的8位定时器/计数器Time1：带有预分频器的16位定时器/计数器，在使用外部晶体振荡时钟时，在Sleep期间仍能工作Time2：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2个捕捉器，比较器，PWM模块其中：捕捉器16位，最大分辨率为12.5ns比较器是16位，最大分辨率为200nsPWM最大分辨率是10位10位多通道模块/数据转换带有SPI和I2C模式的SSP带有9位地址探测的通用同步异步接受/发送器带有RD，WR和CS控制8位字宽的并行从端口带有降压复位的降压检测电路PIC16F877在系统中的接线图如图3-6所示：图3-6 PIC16F877在系统中的接线图在控制系统中主要使用了PIC16F877的以下引脚：OSC1，外部时钟源输入，接入的4.7k电阻和22pF的电容构成一个自激多谐振荡器，震荡频率约为4MHz；MCLR/Vpp是人工复位输入端，低电平有效；RA端口在基本输入/输出的功能基础上，复合了模/数转换器的模拟量输入功能。RA0作为模拟量输入，RA1、RA2、RA3分别为远光灯、近光灯和刹车灯输入信号；VDD为电源输入端，为提高抗干扰能力和可靠性通常在正负电源之间，跨接2只一大一小的电容器；VSS为接地端；RC1和RC2分别为远光灯与近光灯的PWM输出信号；RC3为刹车灯的控制信号。3.5 LED及其驱动器设计3.5.1 LED简介3.5.1.1 LED的发展史1882年，爱迪生发明了电灯（白炽灯），标志了人造光源的诞生。人造光源经历了白炽灯（第一代）、荧光灯（第二代）、气体放电灯（第三代）和20世纪60年代开始出现并在90年代获得突破的第四代照明光源发光二极管。白炽灯工作原理是灯泡中的钨丝通电后受热激发灯泡中的气体而发光，其体积小，成本低，显色性好，色温低（偏暖），启动性能好，工作电压范围宽，便于调节。但其发光效率较低，寿命也较短。气体放电灯的发光原理是利用两电极间的气体受电子激发而发光。荧光灯即属于低压气体放电灯，是目前室内照明的主要光源。它的光效较高，寿命较长，显色性好，色温范围宽。但亮度可调性不如白炽灯方便。高压气体放电灯也叫高强度气体放电灯主要包括高压汞灯、高压钠灯、金属卤化物灯等。这些灯光效高、显色性好、发光集中，广泛应用于大型场所照明和车用照明领域。LED的发展经历了三个阶段。20世纪60年代末，在砷化镓（GaAs）基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED，发光效率仅为0.11lm/W（流明每瓦）。70年代中期，磷化镓（GaP）被使用，LED可发出灰白绿黄光。80年代早期到中期使用砷化镓磷化铝（AlP）制造了第一代高亮度的LED。1993年日本在蓝光LED技术获得突破。1998年白光LED研发成功，它以氮化镓（GaN）蓝光为核心，配合添加三价铈离子(Ce3)的钇铝石榴石（YAG）黄色荧光粉制成。利用这种技术可以制造出任何颜色的可见光甚至纯紫外光等不可见光。4.5.1.2 LED的结构发光二极管的基木结构是一块电致发光的半导体材料，由引线导电，采用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，并形成透镜，进行聚光6。LED结构图如图3-7所示：图3-7 LED结构图LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体接触部位形成PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能7。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极，半导体晶体就会发出紫外到红外不同颜色的光。3.5.2 LED驱动方案为了确保最佳的性能和长久的工作寿命，LED需要一个有效的驱动电路。这些驱动电路必须能够从相当苛刻的汽车电源总线获取工作电源，而且还应兼具成本和空间效益性.为了维持其长久的工作寿命，一定不得超过LED的电流和温度限值。LED驱动用恒流源主要是保证LED在发光的工作时间段光线亮度一致、不闪烁. LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括市电、低压直流、高压直流、低压高频交流等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑的内容包括：可靠性、效率、驱动方式、浪涌保护以及功率因数、驱动电源的寿命、安装规格和电磁兼容要求等方面8。3.5.2.1 驱动芯片简介针对汽车电源的波动性，以及LED对电流恒定的需求，选用LT3755 恒流LED驱动芯片。LT3755是凌力尔特公司(Linear Technology Corporation)推出的60V、高压侧电流检测DC/DC转换器，该器件为驱动大电流LED而设计。4.5V至40V的输入电压范围使其适用于多种应用，如汽车、工业和建筑照明。LT3755使用外部N沟道MOSFET，可以用标称12V的输入驱动多达14个1A的白光LED，提供超过50W的功率。该器件具高压侧电流检测，能够用在升压、降压、降压-升压或SEPIC和反激式拓扑中。LT3755在升压模式可以实现高于94%的效率，从而无需任何外部散热措施。频率调节引脚允许用户在100kHz至1MHz范围内对频率编程，从而优化了效率，同时最大限度地减小外部组件的尺寸并降低成本。LT3755采用3mm3mm C，可组成非常紧凑的50W LED驱动器解决方案。 LT3755采用True Color PWMTM调光，以高达3000:1的调光范围实现恒定LED色彩。就要求不那么苛刻的调光需求而言，CTRL引脚可以用来提供10:1的模拟调光范围。其固定频率、电流模式架构允许在宽电源和输出电压范围内稳定工作。FB引脚上以地为基准的电压，用作LED保护功能的输入，使该转换器可以作为恒定电压源工作。 LT3755性能概要： 3000:1 True Color PWM调光；宽输入电压范围：4.5V至40V；输出电压高达60V；恒定电流和恒定电压调节；100mV高压侧电流检测；以升压、降压、降压-升压模式、SEPIC或反激式拓扑驱动LED；可调频率：100kHz至1MHz； 具迟滞的可编程欠压闭锁；开路LED状态引脚(LT3755)；频率同步(LT3755-1)；PWM断接开关驱动器；CTRL引脚提供模拟调光；低停机电流：1uA；可编程软启动；耐热增强型16引线QFN(3mm3mm)封装3.5.2.2 驱动芯片结构LT3755-2芯片如图3-8所示：图3-8 LT3755驱动芯片LT3755的各引脚功能：VREF：参考电压输出引脚，通常为2V。这个引脚可以通过一个电阻分压器驱动CTRL引脚。可以提供高达100A的电流。PWM：开关使能、模拟和PWM调光端。 PWMOUT引脚连接着PWM引脚。 PWM有一个内部下拉电阻。如果不使用，则连接到INTVCC引脚。OPENLED ：该引脚需要一个外部上拉电阻。当PWM输入为低电平、DC/DC转换器处于空闲状态时，OPENLED 引脚锁存上一次PWM输入为高电平时的有效状态。当PWM输入再次为高电平时， OPENLED 引脚将被更新。该引脚可用于报告LED的开路故障。SS：软启动引脚。该引脚用于调节振荡器频率和补偿引脚VC的电压。软启动间隔由一个外部电容器设置。该引脚有一个10A（典型）的上拉电流源。在欠压条件（检测SHDN/UVLO 引脚）或限热条件下，SS引脚复位到GND。 RT：开关频率调节引脚。使用接地电阻设置频率。不能让RT引脚开路。SHDN/UVLO ：关闭和欠压检测引脚。INTVCC：为内部负载、栅极驱动和PWMOUT驱动提供稳压电源由VIN供应，调节至7V（典型值）必须连接一个4.7F的旁路电容。如果VIN总是小于或等于7V， INTVCC 直接与VIN 相连。VIN：输入电源引脚。必须连接一个0.22F（或更大）的旁路电容。 SENSE：控制回路的电流检测引脚。此引脚与开关电流检测电阻，RSENSE的一端与 NFET的源极相连。检测电阻另一端连接到GND。GATE：N沟道FET的栅极驱动输出引脚。PWMOUT： PWM信号的缓冲输出。该引脚还具有FB过压条件下的保护功能。 FB：电压回路反馈引脚。 FB用于恒定电压调节和LED开路检测。通过DC/DC转换器，内部跨导放大器调节FB至1.25V（额定）ISN：与电流反馈电阻负端连接。输入偏置电流典型值为20A。3V以下时，ISN通过置GATE为0V来达到短路电流保护。ISP：与电流反馈电阻正端连接。该管脚输入偏置电流典型值为30A。小于3.1V时， ISP具有短路电流保护功能。VC：跨导误差放大输出引脚，用于稳定与一个带有RC网络的电压回路。当PWM为低电平时，该引脚为高阻抗，为下一个PWM电平状态储存需要的电流。该引脚与GND之 间通过一个电容相连，一个电阻与电容串联提供快速瞬态响应。CTRL：电流检测门限调整引脚。调节VISP - VISN阈值。CTRL线性范围从GND到 1.1V。不要让这个引脚开路。3.5.2.3 驱动芯片工作原理LT3755是一个恒定频率、电流模式控制器。由INTVCC提供的内部调节的7V电源来驱动一个低压侧外部N沟道MOSFET、GATE引脚以及PWMOUT引脚。正常工作条件下，PWM引脚为低电平时，GATE和PWMOUT引脚输出电压为0V，VC引脚输出高阻抗，通过外部补偿电容来存储先前的开关状态，ISP和ISN引脚偏置电流降低到泄漏电流水平以下。当PWM引脚变为高电平时， PWMOUT经过短暂的延迟后输出高电平。同时内部振荡器开始工作，打开外部功率MOSFET开关（栅极变高）。和开关电流成比例的采样电压（通过检测外部SENSE和GND输入引脚之间的电流检测电阻），与一个稳定的斜率补偿电压之和，作为“开关电流检测”信号反馈到PWM比较器的正极。在开关打开的时间内外部电感上的电流稳定增加。当开关电流检测电压超过了误差放大器的输入（VC）时，锁存器复位并且开关关闭。在关闭阶段，电感电流下降。在每个振荡周期结束时，诸如斜率补偿等内部信号返回他们的初始值，然后等待新的周期。通过这种周期循环，控制开关的导通时间，以调节负载的电流或电压。是ISP和ISN、VC 之间的电压的放大信号，而基准差异电压由CTRL引脚设置。在这种方式下，误差放大器通过设置基准的峰值开关电流大小来调节LED电流。如果误差放大器输出增加，开关需要更大的电流，如果减少，需要的电流将减少。在导通阶段SENSE引脚监测开关电流，并且该引脚电压不能超过100mV的电流限制阈值（典型值）。如果SENSE引脚超过电流限制阈值时，无论PWM比较器输出状态如何，SR锁存器复位。同样，ISP /ISN共模电压低于3V时，监测ISP和ISN之间的差异，以确定是否输出短路。如果ISP和ISN之间的电压差大于150mV（典型值），SR锁存器被复位。这些功能是为了保护电源开关以及DC/DC 转换器电源路径中的各种外部元件。电压反馈模式工作原理与上述电流模式类似，除了VC引脚的电压（此处为内部基准电 压源1.25V（额定）和FB引脚的电压差放大值）。如果FB引脚电压比内部基准电压低，开关电流将增加，反之，如果FB引脚电压比基准电压高，开关电流将减少。LED电流检测 反馈与FB电压反馈共同作用，FB引脚电压不超过内部电压阈值，使并且ISP和ISN引脚之间的电压不会超过CTRL引脚设置的电压阈值。若要完全关闭电压回路，可将FB连接到GND。若要完全关闭LED电流回路，则将ISP和ISN引脚连接在一起，并且CTRL引脚连接到VREL。LT3755的电路效率曲线如图3-11所示：图3-11 LT3755的电路效率曲线上图中描绘了LT3755的效率 （可高达93%）。这一点极其重要，因为它免除了对任何功率元件进行散热的需要，从而实现了非常紧凑的占板面积。LT3755运用了独特的高压侧电流检测设计，因而使其还能够根据应用的特殊要求而被配置成升压、降压式、降压-升压模式或反激式拓扑结构。固定频率、电流模式架构在一个很宽的电源和输出电压范围内实现了稳定和精准的运作。LT3755提供了一个恒定电流源，LED驱动器IC要想在输入电压不稳定的情况下实现恒定的LED亮度，这是必不可少的。在汽车应用中，这一点特别重要，原因是输入电压会由于在诸如冷车发动和负载突降等过程中遇到的瞬变而发生巨大的摆动。LT3755的最大输入电压为40V,这令其即使在主汽车总线承受40V瞬态电压的情况下（这在负载突降条件下是很常见的）也能够调节LED电流和电压。LT3755的True Color TM PWM调光功能实现了高达3000:1的调光比，而发射光的色彩无变化，从而使得能够利用PWM的占空比来对LED车前灯进行经常性的调节，以适应各种环境条件。由于凌力尔特的高电流LED驱动器是电流模式稳压器，因此它们并非直接调节电源开关的占空比，而是由反馈环路负责在每个周期中控制开关中的峰值电流。与电压模式控制相比，电流模式控制改善了环路动态特性，并提供了逐周期电流限制。LT3755在系统中的电路接线图如图3-10所示：图3-10 LT3755在系统中的电路接线图3.6 LED灯的选型LED灯的种类繁多，要找到一个适合汽车使用的LED灯并不容易。常见的外部车灯有：前照灯、雾灯、牌照灯、倒车灯、制动灯、转向灯、示位灯、示廓灯、驻车灯和警示灯和日行灯。外部灯具光色一般采用白色、橙黄色和红色；执行特殊任务的车辆，如消防车、警车、救护车、抢修车，则采用具有优先通过权的红色、黄色或蓝色闪光警示灯。机动车应按时参加安全检测和综合检测，确保外部灯具齐全有效10。依据汽车照明亮度的需求选用科锐公司生产的 XLamp XT-E LED灯， XLamp XT-E 基于 Cree 性能最高的碳化硅LED技术构建，采用Cree的行业标准XP/XT封装提供。XT-E白光产品设定了高性能的新标准，可显著降低系统成本。Cree XLamp LED 将高性能和高品质光源引入到广泛的照明应用，包括非接触式荧光粉照明、变色灯光照明、便携式和个人照明、室外照明、室内定向照明、运输照明、舞台和演播室照明、商业照明以及应急车辆照明。产品特点：有白光、最小显色指数 80 白光、最小显色指数 70 白光以及深蓝光规格可选在 85C 温度下测试分档冷白款光效可达 148 lm/W (在 85C，350 mA 条件下) 视角宽： 115-140 热阻：5C/W 最大驱动电流：1.5 A 散热部分不带电 (热电分离) XT-E 白光和深蓝光支持 Vf 正向 电压分档XT-E 深蓝光按 2.5 nm 波长范围分档在不超过 30C/85% 相对湿度 条件下，车间寿命不受限制可回流焊 - 符合 JEDEC J-STD- 020C 标准符合 RoHS 和 REACH 要求LED连接电路图如图3-12所示：图3-12 LED接线图XLamp XT-E相对光通量与电流曲线图 (TJ = 85 C) 如图3-13所示图3-13 XLamp XT-E相对光通量与电流曲线图由上图可以看出当驱动电流在350mA时LED的光通量为148lm，在驱动电流增加的情况下LED的使用并不会影响到LED等的性能，而且在不超过限定的电流值时还能提供更高的照明亮度，使LED的利用率更高。在使用时，350mA电流时光通量为148lm，当驱动电流为1000mA时，单颗LED灯的相对光通量为230%即340lm。远光灯的亮度要求较高，用12颗LED灯，光通量总共高达4085lm，完全能够符合前照灯的亮度需求。安装时左右大灯各安装6颗。近光灯的亮度要求低于远光灯，用10颗LED灯，左右各5颗。刹车灯亮度需求较低，6颗足够，左右各3颗。第4章 系统程序设计在系统的硬件设计完成后，需要编写源代码程序来控制硬件电路完成系统的设计功能。系统性能的高效与否，不仅取决于合理的硬件电路设计，同时也需要优秀的软件程序编写。通常的编程语言有汇编语言和高级语言两种，但是由于使用汇编语言会遇到很多问题，首先它的可读性和可维护性不强，特别是当程序没有很好标注的时候;其次是代码的可重用性不强。为提高程序的可移植性与开效率，现在很多单片机的开发应用都使用高级语言进行。本系统所使用的PICC语言就是高级语言中的一种。应用PICC语言进行编写具有以下优点:不需要了解系统的硬件结构;编程时寄存器的分配和寻址由编译器自动完成而不需再考虑存储的寻址;所使用的操作函数与汇编语言相比更接近人的思维;可直接调用PICC语言中库文件的标注函数;通过C语言的模块化编程技术，可直接将己编制好的运用到新的程序之中。4.1 系统主程序设计主程序是整个汽车照明控制系统功能的骨架，它体现了整个系统的逻辑关系。在本系统中，主程序包括系统初始化子程序、A/D转换子程序、PWM脉宽调制子程序3个功能模块。系统初始化模块对之后系统所使用的各变量进行定义，同时将内存清零、设置计数器等。主程序不断的进行循环扫描检测判断并调用各个功能处理子程序来完成系统的各个功能。系统的主程序流程图如图4-1所示。图4-1 主程序流程图4.2 软件介绍4.2.1 Proteus软件介绍Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。 该软件的特点： 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS-232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。 目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真51、AVR、PIC。 Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。对于这样的仿真实验，从某种意义上讲，是弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。 4.2.2 MPLAB IDE简介MPLAB集成开发环境（IDE）是综合的编辑器、项目管理器和设计平台，适用于使用Microchip的PICmicro系列单片机进行嵌入式设计的应用开发MPLAB IDE 是适用于PICmicro 系列单片机和dsPICTM 数字信号控制器，基于Windows 操作系统的集成开发环境。MPLAB IDE提供以下功能：使用内置编辑器创建和编辑源代码。汇编、编译和链接源代码。通过使用内置模拟器观察程序流程调试可执行逻辑；或者使用MPLAB ICE 2000和 MPLAB ICE 4000仿真器或MPLAB ICD 2 在线调试器实时调试可执行逻辑。用模拟器或仿真器测量时间。在观察窗口中查看变量。使用 MPLAB ICD 2、PICSTART Plus或PRO MATE II 器件编程器烧写固件。使用MPLAB IDE 丰富的在线帮助快速找出问题的答案。4.2.3 PIC 单片机C 语言编程简介用 C 语言来开发单片机系统软件最大的好处是编写代码效率高、软件调试直观、维护、升级方便、代码的重复利用率高、便于跨平台的代码移植等等，因此C 语言编程在单片机系统设计中已得到越来越广泛的运用。针对PIC 单片机的软件开发，同样可以用C 语言实现。但在单片机上用 C 语言写程序和在PC 机上写程序绝对不能简单等同。现在的PC 机资源十分丰富，运算能力强大，因此程序员在写PC 机的应用程序时几乎不用关心编译后的可执行代码在运行过程中需要占用多少系统资源，也基本不用担心运行效率有多高。写单片机的C 程序最关键的一点是单片机内的资源非常有限，控制的实时性要求又很高，因此，如果没有对单片机体系结构和硬件资源作详尽的了解，是无法写出高质量实用的C 语言程序。Microchip 公司自己没有针对中低档系列PIC单片机的C 语言编译器，但很多专业的第三方公司有众多支持PIC 单片机的C 语言编译器提供，常见的有Hitech、CCS、IAR、Bytecraft 等公司。其中笔者最常用的是Hitech 公司的PICC 编译器，它稳定可靠，编译生成的代码效率高，在用PIC 单片机进行系统设计和开发的工程师群体中得到广泛认可。另外，Hitech 公司针对广大PIC 的业余爱好者和初学者还提供了完全免费的学习版PICC-Lite 编译器套件，它的使用方式和完全版相同，只是支持的PIC 单片机型号限制在PIC16F84、PIC16F877 和PIC16F628 等几款。4.2.4 Hi-Tech PICC的C语言开发工具简介PICC的C语言按ANSI C来定义,并进行了C语言的扩展。PICC和ANSI C有一个根本的区别就是,PICC不支持函数的递归调用。这是因为PIC单片机的堆栈大小是由硬件决定的,资源有限,所以不支持递归调用。它的数据也遵从标准C的数据结构,PICC的数据结构是以数据类型的形式出现的。PICC编译器支持的数据类型有位类型（bit）、无符号字符（unsigned char）、有符号字符（signed char）、无符号整型（unsigned int）、有符号整形（signed int）、无符号长整型（unsigned long）、有符号长整型（signed long）、浮点（float）和指针类型等。需要注意的是,PICC支持的多字节数据都采用低字节在前,高字节在后的原则。即一个多字节数,比如int型,在内存单元中存储顺序为低位字节存储在地址低的存储单元。高位字节存储在地址高的存储单元中,程序员在用union定义变量时一定要注意这一特点。4.2.5 MPLAB-IDE 内挂接PICCPICC 编译器可以直接挂接在MPLAB-IDE 集成开发平台下，实现一体化的编译连接和原代码调试。使用MPLAB-IDE 内的调试工具ICE2000、ICD2 和软件模拟器都可以实现原代码级的程序调试，非常方便。首先必须在你的计算机中安装PICC 编译器，无论是完全版还是学习版都可以和MPLAB-IDE 挂接。安装成功后可以进入IDE，选择菜单项Project Set Language ToolLocations，打开语言工具挂接设置对话框， 在对话框中选择“HI-TECH PICC Toolsuite”栏，展开可执行文件组“Executable”后，列出了将被MPLAB-IDE 后台调用的编译器所用到的所有可执行文件，其中有汇编编译器“PICC Assembler”、C 原程序编译器“PICC Compiler”和连接定位程序“PICC Linker”。同时在此列表中还显示了对应的可执行程序名，请注意在这里都是“PICC.EXE”。用鼠标分别点击选中这三项可执行文件，观察对话框下面“Location”一栏中显示的文件路径，用“Browse”按纽，从计算机中已经安装的PICC 编译器文件夹中选择PICC.EXE 文件。实际上PICC.EXE 只是一个调度管理程序，它会按照所输入的文件扩展名自动调用对应的编译器和连接器，用户要注意的是C 语言原程序扩展名用“.c”，汇编原程序用“.as”即可。工具挂接完成后，在建立项目时可以选择语言工具为“HI-TECH PICC”。项目建立完成后可以加入C 或汇编原程序，也可以加入已有的库文件或已经编译的目标文件。最常见的是只加入C 原程序。用C 语言编程的好处是可以实现模块化编程。程序编写者应尽量把相互独立的控制任务用多个独立的C 原程序文件实现，如果程序量较大，一般不要把所有的代码写在一个文件内。4.2.6 LTspice IV简介 这个软件是由LINEAR公司提供的免费模拟软件 LTspice IV 操作简单、入门容易许多设计公司都喜欢用它。凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出 LTspice IV ，这是其免费 SPICE 电路仿真软件 LTspice/SwitcherCADIII所做的一次重大更新。LTspice IV 具有专为提升现有多内核处理器的利用率而设计的多线程求解器。另外，该软件还内置了新型 SPARSE 矩阵求解器，这种求解器采用汇编语言，旨在