汽车尾灯电路.doc

武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书目 录摘要1绪论12 设计方案分析及比较23 设计方案规划及设计33.1 系统设计框架图33.1.1 设计任务33.1.2 总体设计思想43.2 整体电路工作原理43.2.1 单元电路设计43.2.2 其他部分的设计63.3 单片机73.4 程序流程图94 电路的制作与调试114.1 电路114.2 仿真114.2.1 使用的仿真软件114.2.2 在仿真软件中画的完整电路图114.3 调试134.3.1 软件上仿真134.3.2 硬件调试144.3.3 设计中遇到的问题及不足155结论16参考文献17附录一 元件清单18附录二 开始程序19摘 要本课题介绍了一种新型简便的基于单片机的汽车尾灯控制电路的设计方法, 本设计主要解决如何更加灵活的汽车尾灯控制器进行控制，左转，右转和急刹车信息等。通过设计汽车尾灯显示控制电路，能很好的综合运用我们所学到的单片机,C语言,模拟电路知识,熟悉电子电路设计的基本方法。有多种方法来设计汽车尾灯控制电路，主要是运用单片机的相关知识用硬件来设计制作一个16位汽车尾灯显示控制电路的。它的特点是电路简单，制作方便，容易操作，可反复擦写，性能可靠。本设计主要由四部分组成，包括按键电路，LED灯电路，驱动电路，复位电路。本文介绍了一种以AT89S52为核心的控制电路。该电路以发光二极管LED灯为显示电路。汽车的尾灯是其运行方式的最直接表示方式，令行人或其他车辆清晰明白它将要发生的动态变化。从而避免交通事故的发生。设计此电路要求严格符合交通规则，尾灯闪亮或熄灭准确，才不会让行人或其他车辆产生误解。 目前在国内外，整个社会的趋势都是低能耗，环保，高效为主题的。所以LED尾灯是发展的趋势，而且现在部分高档车已经开始配置。关键词：发光二极管 单片机 设计程序AbstractThis issue introduces a new type of simple microcontroller-based automotive tail lamp control circuit design, the design of the main solution to a more flexible controller to control the car taillights, turn left, turn right and brake hard information. Through the design of automobile tail lights display control circuit, the use of well integrated single chip we have learned, C language, analog circuit, become familiar with the basic methods of electronic circuit design. There are many ways to design a car taillight control circuit, primarily with the use of microcomputer hardware design knowledge to produce a 16-bit automotive taillight display control circuit. It is characterized by simple circuit, made easy to operate, can be repeatedly erased and reliable performance. The design mainly consists of four parts, including the key circuit, LED light circuit, driver circuit, reset circuit. This paper describes a microcontroller core with STC89C52 control circuit. The circuit with LED LED lights for the display circuit. Automobile tail lights are the most direct way of its run that way, so that pedestrians or other vehicles, it will clearly understand the dynamic changes to occur. In order to avoid traffic accidents. The circuit design of strict rules of the road, tail lights flash or go out accurately, it will not allow pedestrians or other vehicles misleading. CurrentlyAt home and abroad, the trend of the whole community are low energy consumption, environmental protection, and efficient as the theme. Therefore, the development trend of LED taillights, and now part of the high-end cars already configured.Key words：Light-emitting diode MCU Circuit design221绪论汽车作为现代交通工具已大量进入人们的生活，随着电子技术的发展，对于汽车的控制电路，也已从过去的全人工开关控制发展到了智能化控制。在夜晚或因天气原因能见度不高的时候，人们对汽车安全行驶要求很高汽车尾灯控制系统给大家带来了方便。汽车尾灯控制器是随汽车智能化技术的发展而迅速发展起来的，汽车尾灯一般是用基于微处器的硬件电路结构构成，正因为硬件电路的局限性，不能随意的更改电路的功能和性能，且可靠性得不到保证，因此对汽车尾灯控制系统的发展带来一定的局限性。难以满足现代汽车的智能化发展8。 随着(EDA)仿真技术的发展，数字系统的设计技术和设计工具发生了深刻的变化。利用硬件描述语言对数字系统的硬件电路进行描述是EDA的关键技术之一。C语言是目前主流的硬件描述语言，它具有很强的电路描述和建模能力，且有与具体硬件电路无关和与设计平台无关的特性在语言易读性和层次化结构设计方面表现出强大的生命力和应用潜力。 本文采用先进的EDA技术，利用MAX+PLUSII工作平台和VHDL语言，设计了一种基于FPGA的汽车尾灯控制系统并对系统进行了仿真及验证。用一片FPGA芯片实现从而大大简化了系统结构，降低了成本。提高了系统的先进性和可靠性，能实现控制器的在系统编程。采用这种器件开发的数字系统其升级与改进极为方便。LED(1ight emitting diode，发光二极管)由于其具备体积小、寿命长、低能耗、耐震动、无频闪及反应速度快等优点已成为备受瞩目的新一代车灯光源技术。目前通用的汽车尾灯光源仍然是白炽灯和节能灯占主导地位，加上红、黄等配光透镜实现配光要求，缺点是易损坏、耗电量大、寿命短、激励响应时间长，给道路交通带来安全隐患等。现有的LED汽车尾灯主要有两种：一种是用多个LED密布于灯壳内直接经配光透镜配光，其缺点是用了多颗LED或者用大功率LED，成本高；另外一种是将LED排布成平面或者柱状置于灯壳内，经自由曲面反射腔配光或自由曲面反射腔和配光透镜联台配光，其缺点是自由曲面反射腔制作工艺复杂。现针对目前LED汽车尾灯配光困难、体积大等缺陷，有效利用LED光源体积小、亮度高等特点，设计出一种节能、高效的新型组合式LED汽车尾灯。2 设计方案分析及比较在设计本电路时，一共考虑过两种方案。下面简单的介绍一下这两种方案：第一种方案：通过把脉冲电路、开关控制电路、三进制电路、译码与显示驱动电路等模块组合来实现。首先，通过555定时器构成的多谐振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，该脉冲信号用于提供给双J-K触发器构成的三进制计数器和开关控制电路中的三输入与非门的输入信号。其次，双J-K触发器构成的三进制计数器用于产生00、01、10的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。最后，左转、右转的原始信号通过6个与非门以及7410提供的高低电位信号，将原始信号分别输出到左、右的3个汽车尾灯上。得到的信号即可输出到发光二极管上，实现所需功能11。这种方案的实现复杂，成本高，调试起来不容易成功，太过繁琐。第二种方案：通过AT89S52单片机编写程序，来控制LED的亮灭。这种方案中单片机编程较直接，用硬件电路搭建方便，通过STC89C52单片机编写程序，来控制LED的亮灭。这样可以大大简化系统结构，降低材料的成本。提高系统的先进性和可靠性，能实现控制器的系统编程。采用这种器件开发的数字系统其升级与改进极为方便。经过小组商量，我们选择了使用第二种方法。一、由于现在单片机技术普及，加上用单片机实现起来很方便也很简单，所以我决定使用单片机来驱动整个电路的运行。二、单片机的运行都是要有晶振驱动的，有的单片机是内部晶振驱动单片机，有的单片机是外部设计含有晶振的驱动电路来驱动单片机的运行。所以要设计一个驱动电路去驱动单片机。三、需要往单片机中下载编好的程序，一是用在线下载，二是用下载器下载到单片机中。在没有下载器的情况下，使用在线下载很方便。 3 设计方案规划及设计（具体设计）3.1 系统设计框架图如图3.1所示。方案确定（单片机）KEIL软件编程PROTEUS软件仿真测试元器件选择与电路板焊接调试及问题解决图3.1 框架图3.1.1 设计任务设计一个汽车尾灯控制电路，用6个发光二极管模拟汽车尾灯，即左尾灯（L1-L3）3个发光二极管；右尾灯（D1-D3）3个发光二极管。用两个开关分别控制左转弯尾灯显示和右转弯尾灯显示。当右转弯开关被打开时，右转弯尾灯显示的3个发光二极管按右循环显示。当左转弯开关被打开时，左转弯尾灯显示的3个发光二极管按左循环显示。当急刹车时，6个发光二极管闪烁1。图3.2 右转弯显示规律图图3.3 左转弯显示规律图图3.4 急刹车显示规律图根据以上要求，要实现当右转弯开关打开时，右转弯尾灯显示的3个发光二极管按右循环规律显示，如图3.2；当左转弯开关打开时如图3.3；急刹车时如图3.4。根据不同的状态，绘制汽车尾灯和汽车运行状态表如表3.1所示。设左转弯按键为key1，正常行驶按键为key2，右转弯按键为key3，急刹车按键为key4。表3.1 汽车尾灯和汽车运行状态表开关控制汽车运行状态右转尾灯左转尾灯key1 key2 key3key4D1D2D3L1L2L3 0 1 0 0正常运行灯灭灯灭 1 0 0 0左转弯灯灭L3L2L1L3 0 0 1 0右转弯D1D2D3D1灯灭 0 0 0 1急刹车闪烁闪烁3.1.2 总体设计思想经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路分为以下几部分：1、单片机扫描与4个按键相连的IO口的高低电平来确定是那个按键按下去了；2，根据不同的按键按下去的情况，控制与6个LED相接的IO口的高低电平来控制LED亮灭情况。3.2 整体电路工作原理经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以将电路分为以下几部分：按键电路、LED显示电路、含有晶振的驱动的电路、复位电路。单片机在不停的扫描4个按键相连的IO口的高低电平，当4个按键中的一个按键按下去后，单片机会确定是那个按键按下去了；当没有按键按下去的时候，这4个IO口管脚都是高电平；当某一个按键按下去后，与该按键想连接的IO口管脚变成低电平；根据不同的按键按下去的情况，控制与6个LED相接的IO口的高低电平来控制LED亮灭情况。3.2.1 单元电路设计仿真原理图如图3.5所示。图3.5 仿真原理图1）按键电路：最左边为急刹车按键，中间为右刹车按键，最右边为左刹车按键。单片机在不停的扫描3个按键相连的IO口的高低电平，当3个按键中的一个按键按下去后，单片机会确定是那个按键按下去了；当没有按键按下去的时候，这3个IO口管脚都是高电平；当某一个按键按下去后，与该按键想连接的IO口管脚变成低电平8。如图3.6所示。图3.6 按键电路图2）LED电路：要在左转向的时候，左边的3个灯左循环点亮，右转向的时候，右边的3个灯右循环循环点亮，急刹车的时候全部的LED闪烁，如图3.7所示。图3.7 LED电路图3.2.2 其他部分的设计1)含有晶振的驱动的电路：没有驱动电路的话，也就是晶振不起振，那单片机就不能工作。如图3.8所示。图3.8 含驱动电路图使用的是12M的晶振，两个电容一般很小（小于30PF）。2)复位电路的设计：如图3.9所示。 图3.9 复位电路电路图 3.3 单片机 单片机是一种集成在电路芯片，是靠程序运行的，并且可以修改。只因为单片机可以通过你编写的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！我选用的是AT89S52型号单片机11，AT的优点是：加密性强，很难解密或破解，解密费用很高、国内能解密的人少，一般的仿制者望而退步；超强抗干扰，高抗静电，宽电压，不怕电源抖动，而且单片机内部的电源供电系统、复位电路等经过特殊处理等；通过编写的程序可以实现高可靠性；超低功耗；在系统可编程，无需编程器，可远程升级等。我们选用的是at89s52型单片机，at89s52的内核系列单片机引脚功能：如图3.10所示。图3.10 内核系列单片机引脚Vcc（40脚），GND（20脚）单片机电源引脚，不同型号单片机接入对应电压电源，常压为+5V，低压为+3.3V。XTAL1（19脚），XTAL2（18脚）外接时钟引脚。XTAL1为片内振荡电路的输入端，XTAL2为片内振荡电路的输出端。RST（9脚）单片机的复位脚。PSEN（29脚）全称是程序存储器允许控制端。ALE/PROG(30脚)在单片机扩展外部RAM时，ALE用于控制把P0口的输出低8位地址送锁存器锁存起来，以实现地位地址和数据的隔离。 EA/Vpp（31脚）EA接高电平时，单片机读取内部程序存储器6。I/O口引脚P0口，P1口，P2口，P3口。1、 P0口（39脚32脚）双向8位三态I/O口，每个口可独立控制。2、 P1口（1脚8脚）准双向8位I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻，这种接口输入没有高阻状态，输入也不能锁存。3、 P2口（21脚28脚）准双向8位I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻，与P1口相似。4、 P3口（10脚17脚）准双向8位I/O口，每个口可独立控制，内带上拉电阻，并且具有第二功能。3.4 程序流程图如图3.11所示。键盘扫描，判断是不是有按键按下去了如果有按键按下去了，判断是哪个按键按下去的如果没有按键按下去控制右循环的按键按下去了控制左循环的按键按下去了控制急刹车的按键按下去了右边的3个LED有循环依次点亮右边的3个LED有循环依次点亮所有的6个LED闪烁没有LED点亮图3.11 程序流程图程序流程：1、 初始化，让单片机的P2口的所有IO管脚全部为高电平2、 进行键盘扫描：A、 判断P1口的低三位哪一个管脚为低电平B、 如果全是高电平，说明没有按键按下C、 如果不是全为高电平，说明有一个按键按下去D、 根据P1口低三位哪一位的电平为低电平来判断是哪个按键按下去的E、 如果是右循环按键按下去了，通过赋值与计算后的再赋值，让P2口对应的右边的3个LED灯按右循环依次点亮。F、 如果是左循环按键按下去了，通过赋值与计算后的再赋值，让P2口对应的左边的3个LED灯按左循环依次点亮。G、 如果是急刹车按键按下去了，通过赋值与计算后的再赋值，让P2口对应6个LED灯闪烁。4 电路的制作与调试4.1 电路根据上面分析的单元电路设计，将整个电路图连接器来。先在软件上仿真，然后再焊接。4.2 仿真4.2.1 使用的仿真软件本次课程设计应用的是Proteus 软件。Proteus 软件是由英国 Labcenter Electronics 公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史，在全球得到了广泛应用。Proteus 软件的功能强大，它集电路设计、制版及仿真等多种功能于一身，不仅能够对电工、电子技术学科涉及的电路进行设计与分析，还能够对微处理器进行设计和仿真，并且功能齐全，界面多彩，是近年来备受电子设计爱好者青睐的一款新型电子线路设计与仿真软件9。4.2.2 在仿真软件中画的完整电路图如图4.1所示。图4.1 仿真完整电路图4.3 调试4.3.1 软件上仿真1、 当左转向按键按下去时的仿真图，如图4.2所示。 图4.2 按下左转向按键时仿真图（a）二、当右转向按键按下去时的仿真图，如图4.3所示。图4.3 按下右转向按键时仿真图（a）三、当急刹车时的仿真图，如图4.4所示。图4.4 急刹车时的仿真图所有灯一起点亮 4.3.2 硬件调试电路焊接完之后，经过硬件调试，发现电路很不稳定，按下按键发现电路不按设计要求工作，有时候全亮，有时候不亮。经过检查和上网询问，发现是复位电路的问题，原来复位电路没有焊接好，导致电路很不稳定，不能正常工作。后来经过重新检查电路连接，把复位电路焊接好后，再接通电源，电路正常工作，所有的实物制作工作完成。4.3.3 设计中遇到的问题及不足在做完这个设计之后，发现还有很多地方存在不足，如按键没有选择好，制版工艺只能用实验板代替，焊接技术不是很熟练。不过经过后期的努力，已经成功调试出硬件，电路正常工作。此方案相比其他方案具有很多优点，用单片机编程较直接，用硬件电路搭建方便，通过AT89S52单片机编写程序，来控制LED的亮灭。这样可以大大简化系统结构，降低材料的成本。提高系统的先进性和可靠性，能实现控制器的系统编程。采用这种器件开发的数字系统其升级与改进极为方便。单片机实现起来容易，如果通过其他的元件，比如用那些三极管、二极管、译码器，与非门等来实现。这样的方案的实现复杂，成本高，调试起来不容易成功，太过繁琐。如果焊接后有问题的，单片机这边硬件方面的调试很方便，只需要修改一下程序而已，硬件搭建的电路也很方便调试。通过这次数字电路课程设计我自己学习了单片机的原理和编程，学到了很多东西，为以后的学习过程打下了基础。首先自己的事情主要还是靠自己，虽然合作也同样重要，有一个好的合作伙伴也是不容忽视的，现在的很多工程、项目或者开发都是一个团体共同努力，每一个成员都要用功，一个项目或课题决定在几个人手里，那是不健康的、没有什么刚好的前途的，从本次课程设计的目的来看，收获也是不少的，它使我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，也让我们知道了，光分开使不够的，从外面学到的知识要把形成一各整体，这也很好的训练了外面对开发一个项目应该有怎样的思路和准备更清晰。来学校两年了，无论是从电子实习到模电设计再到现在的数电课程设计，每一次自己都觉得有一个进步，虽然有些方面自己做不出，但可以从老师和其他同学那里学到更好更多的东西，他们从另一个方面透析了自己的困难，这是很重要的，它让我学会了怎样学习别人的长处并把它变成自己的长处。有这样的机会和收获，要感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让自己有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路，虽然自己走出来的路要崎岖的多，但觉得踏实、放心5 结论通过这次数字电路课程设计我自己学习了单片机的原理和编程，学到了很多东西，为以后的学习过程打下了基础。首先自己的事情主要还是靠自己，虽然合作也同样重要，有一个好的合作伙伴也是不容忽视的，现在的很多工程、项目或者开发都是一个团体共同努力，每一个成员都要用功，一个项目或课题决定在几个人手里，那是不健康的、没有什么刚好的前途的，从本次课程设计的目的来看，收获也是不少的，它使我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，也让我们知道了，光分开使不够的，从外面学到的知识要把形成一各整体，这也很好的训练了外面对开发一个项目应该有怎样的思路和准备更清晰。来学校两年了，无论是从电子实习到模电设计再到现在的数电课程设计，每一次自己都觉得有一个进步，虽然有些方面自己做不出，但可以从老师和其他同学那里学到更好更多的东西，他们从另一个方面透析了自己的困难，这是很重要的，它让我学会了怎样学习别人的长处并把它变成自己的长处。有这样的机会和收获，要感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让自己有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路，虽然自己走出来的路要崎岖的多，但觉得踏实、放心。参考文献1 现代电子技术实践课程知道机械工业出版社2 数字电子技术基础高等教育出版社3 毕满清电子技术实验与课程设计4 彭介华电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社，19975 李振声试验电子技术北京：国防工业出版社，20016 卢结成电子电路试验及应用课题设计中国科学技术大学出版社，7 中国集成电路大全编写委员会编写北京：国防工业出版社，19858 梁宗善电子技术基础课程设计武汉：华中理工大学出版社，19959 高吉祥电子技术基础试验与课程设计第二版国防科技大学10 陈大钦电子技术基础试验电子电路实验，设计仿真第二版11 何希才新型电子电路应用实例科学技术出版社2005第一版12 求是科技8051系列单片机C程序设计完全手册人民邮电出版社附录一 元件清单如表5.1所示。表5.1 主要元器件清单元器件型号数目（个）单片机AT89S521电阻12