汽车雨刮自动测试系统的设计与实现.doc

编 号： 审定成绩： 重庆邮电大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：汽车雨刮自动测试系统的设计与实现学 院 名 称 ：自动化学 生 姓 名 ：专 业 ：自动化班 级 ：学 号 ：指 导 教 师 ：程安宇答辩组 负责人 ：唐贤伦填表时间： 年 月重庆邮电大学教务处制重庆邮电大学本科毕业设计（论文）摘 要随着汽车电子技术的快速发展，汽车电器的性能要求和可靠性的要求也越来越高，如何测试汽车电器各部分性能成为汽车电子设备发展中的一项重要内容。其中，汽车雨刮性能的好坏不仅是汽车整体性能好坏的体现，影响到驾驶员的正确判断，更关系到人身安全等重要内容。因此，汽车雨刮测试系统的设计是汽车电子产品检测的需要，同时也是汽车电器各部分性能测试的重要组成部分。本文设计了基于51单片机的汽车雨刮自动测试系统，自动测试汽车雨刮系统耐久性、可靠性的好坏。该系统由硬件部分和软件部分组成，硬件部分完成了雨刮测试系统的硬件平台的设计和实现，由电源模块、51单片机最小系统、串口通信模块、USB通信模块、雨刮电机控制模块、电流检测模块以及按键模块等组成。软件部分在硬件平台的基础上实现汽车雨刮系统性能的测试工作，包括雨刮电机控制程序、电流检测程序、USB数据传输程序、串口数据传输程序、数码管显示程序以及按键扫描程序等。本系统在软硬件设计的基础上，搭建了雨刮测试台架。通过台架调试，该系统可以实现对雨刮电机控制、电流检测等功能，并能动态监测雨刮工作状况，记录雨刮的测试时间，整个系统具有较强的实用性。【关键词】雨刮电机 电流检测 控制策略ABSTRACTWith the development of automotive electronic technology, automotive security requirements have become more sophisticated and how to test the performance of the various parts of the car has become an important element in the development of automotive electronics.Among them, good or bad performance of wiper of the car is not only a manifestation, but also is an important aspect of life safety. Therefore, the designe of testing system of wiper motor is an inevitable trends of the development of automotive electronics, but also an important part of Automotive Test System.Based on the microcontroller STC89C52RC,a test system of wiper is designed in the paper to test the performance of automotive wiper. The system consists of both hardware and software components.The components of hardware has completed the design and realization of the platform of test system by the composition of the power supply module, the smallest systems of 51 SOC, serial communication module, USB communication modules, wiper motor control module, wiper current detection module as well as the key component and so on. The components of software is designed to achieve the test of the system based on the hardware module including control program of wiper motor, current detection program of wiper motor, data transfer program of USB, data transfer program of Serial,Digital display and key scanning program and so on. According to the testing platform, the system can well complet the work of testing for wiper, including the wiper motor control, the choice of control strategy, current detection for wiper motor as well as USB communication. Through repeated testing, the system has high practicality.【Key words】wiper moto detection of current Control Strategy目 录前 言.1第一章 绪论.2第一节 汽车电子技术现状及发展趋势2一、汽车电子技术现状2二、汽车电子技术发展趋势3第二节 课题研究的目的及意义4第三节 本文研究的主要内容5第四节 本章小结5第二章 雨刮测试系统总体设计.6第一节 系统概述6第二节 硬件总体选型7一、主要元器件选型原则7二、主要元器件选型7第三节 软件总体设计8一、单片机系统资源分配8二、系统软件总体设计9第四节 本章小结.10第三章 雨刮测试系统实现.11第一节 硬件设计.11一、电源电路设计.11二、51单片机最小系统电路设计12三、雨刮电机控制电路设计.12四、电流检测电路设计.13五、通信电路设计.14六、人机交互电路设计.16第二节 软件设计.17一、按键程序设计.17二、数码管显示程序设计.19三、串口通信程序设计.24四、USB通信程序设计.28五、电机控制程序设计.34六、电流检测程序设计.35第三节 本章小结.37第四章 系统测试与分析.38第一节 系统测试平台.38一、系统测试平台结构.38二、系统测试平台功能特点.39第二节 系统测试方案.40第三节 系统测试与分析.40一、系统测试过程.40二、系统分析.42第四节 本章小结.43第五章 总结和展望.44第一节 总结.44一、论文所做的主要工作.44二、系统设计中的不足.44第二节 展望.45一、下一步工作.45二、未来展望.45致 谢.47参考文献.48附 录.50一、英文原文50二、英文翻译54三、系统电路57四、源程序.58- 76 -前 言雨刮器是汽车车身系统的重要组成部分之一，它的好坏关系到汽车雨天行车的安全。据统计，全世界雨天行车7%的交通事故是由于雨刮性能不好引起的1。如何快速有效的测试汽车雨刮器的性能成为汽车电子研究的重点。随着汽车电子技术的迅猛发展，出现了根据雨刮电机的电流、电压、功率等信号进行雨刮器性能测试的系统。这种系统不仅满足汽车电子技术智能化的发展要求，同时也大大提高了雨刮器测试的效率，保证了汽车雨天行车的安全性。汽车雨刮自动测试系统不仅可以按照不同的控制策略对汽车雨刮进行控制，而且可以检测各种信号（电流信号、电压信号、转矩信号、功率信号等），将这些信号传送给上位机进行分析。本文提出了三种控制策略，分别是正常刮雨、耐久刮雨和混合刮雨。其中正常刮包括快速刮雨、慢速刮雨以及间歇刮雨；耐久刮包括快速耐久刮雨、慢速耐久刮雨以及间歇耐久刮雨；混合刮包括快速加慢速混合刮、快速加间歇刮以及慢速加间歇刮。通过调用不同的策略就可以进行不同的控制。本文信号检测部分只对电流信号进行检测，通过8位的AD转换器将电流量的模拟信号转换成数字信号，然后通过USB传送给上位机。信号传送给上位机之后就可以直观的分析出雨刮器当前处于什么状态，通过多次分析就可以知道该雨刮器性能的好坏。第一章 绪论第一节 汽车电子技术现状及发展趋势一、汽车电子技术现状汽车电子技术的应用遍布整个汽车车身，诸如电子点火装置(ESA)、车身控制、仪表盘、照明系统、电子控制喷油装置、电控自动变速器(ECAT)、防抱死制动系统(ABS)、适时调节的自适应悬挂系统、常速巡航自动控制系统(CCS)、无钥进入、以及汽车上的娱乐系统等。目前一辆汽车上采用电子设备的情况己成为世界上衡量这部汽车水平高低的主要标志。未来汽车市场的竞争也转变为汽车电子化的竞争。在此前提下，中国快速发展的汽车产业给汽车电子带来了难得的机遇，汽车电子正在快速形成一个庞大的新兴市场，并将引领汽车产业及电子信息产业发展的新方向。在20世纪90年代以前，除了汽车收音机等直接从家用电器移植过来的产品以外，几乎没有自己的汽车电子工业。在20世纪90年代以后，随着中国汽车工业的较快发展和国外越来越强的汽车电子化潮流，中国的汽车厂家如雨后春笋般涌现。中国汽车电子企业和涉及汽车电子生产的企业虽然数量众多，但绝大部分企业规模偏小，产品结构单一且技术含量低。图1.1为2003年到2007年中国汽车电子产品销售及增长率2。 图1.1 2003-2007年中国汽车电子产品销售及增长率伴随汽车工业与电子信息产业加速融合，汽车开始向电子化、多媒体化和智能化方向发展。由传统的以机械产品为主向高级机电一体化产品方向演变，电子装置占汽车整车(特别是轿车)的价值比例逐步提高。据专家估计，电子产品占中档汽车成本的20以上，占高档汽车整车成本的50甚至60。由于第三代移动通信、高清数字电视、卫星导航、移动网络等越来越多的IT技术被逐步移植到汽车上，电子装置占整车的价值比显著提高，汽车电子在中国的市场前景广阔。二、汽车电子技术发展趋势随着汽车和汽车电子技术的发展，数字技术、信息网络技术在汽车上逐步得到应用，从而使传统的汽车电子扩展延伸至全新的概念层面。汽车电子技术未来将继续朝着以下几个方面发展： 功能逐步多样化：在功能的发展上已经从最初的电子点火、电控燃油喷射发展到如今各种控制功能； 技术一体化：例如：动力传动一体化，把发动机、变速器等综合集成为动力传动一体化控制，达到最优的动力性和燃油经济性；动力、转向、悬架、制动等综合集成控制技术；被动、主动安全集成技术； 系统集成化：从最初的单一控制发展到如今的多目标、多变量综合协调控制，使之更经济有效； 通讯网络化：从最初的多子系统分别工作到如今的分布式模块化控制器局部网络，如以CAN总线为基础的整车信息共享的车载分布式控制系统，以D2B（Domestic Digital Bus）无线通信为基础的远程高频网络通信系统。汽车动力系统、底盘系统、车体以及安全系统等逐渐从传统的机械、液压结构向电子结构以及智能化控制演变。在制动、驾驶、悬挂、助力、车身控制方面都借助电子化的手段提高性能。GPS全球卫星定位导航、行驶稳定管理、电制动、自动驾驶以及防撞车、语言识别等系统都在积极的开发应用中。另外，通过内部网络将各个独立功能的子系统连接成实时的资源共享网络系统，使系统集成化、智能化。其中，先进传感器、ECU(电子控制模块)、执行器、控制策略、总线技术、新型42V电源等都将是今后发展的重点技术领域。传感器将朝着多功能化、集成化、智能化、微型化方向发展。有关专家预测，在未来5l0年内，以TTP/C和FlexRay为代表的下一代高速容错总线将取代高速CAN，从而改变当前以LIN、低速CAN和高速CAN三分天下的格局。此外，现有的12V电源系统供电能力已无法满足下一代汽车设计中新增电子设备的需求，采用新型42V电源将成为必然趋势。汽车安全始终是汽车市场关注的焦点之一，自动避撞系统、可监视司机(驾驶员)行为的安全系统、轮胎综合检测系统、自适应自动驾驶系统、驾驶员身份识别系统、车身动态控制系统等也将是新一代汽车安全技术的发展方向3。第二节 课题研究的目的及意义 在汽车电子技术快速发展过程中，汽车电器各部分性能测试成为其发展的重点。其中，影响汽车雨天行车安全的汽车雨刮测试成为了汽车电器测试中的重要组成部分。良好的汽车雨刮系统不仅可以提高汽车整体性能，而且可以大大提高汽车雨天行车的安全性。一个好的雨刮系统具有以下特点： 可以长期不间断的使用，具有耐久性好的特点，从而保证在长期大雨的天气中行车的安全； 雨刷片具备耐热、耐寒、耐酸碱、抗腐蚀、能贴合挡风玻璃、减轻马达负担、低噪音、拨水性强、质软不刮伤挡风玻璃等特点； 随着汽车电子技术的快速发展，雨刮系统应该可以传送各种信号（电流、电压、功率等）给上位机，方便操作者操作，因此，要求雨刮系统具有智能化的特点； 雨刮系统应该可以在不同的恶劣环境中稳定的运行，保证雨天行车的安全。基于以上雨刮系统特性的分析，可以从雨刮器的耐久性、雨刮系统适应环境的稳定性以及智能化等等这些方面对雨刮系统性能进行测试。智能汽车是未来汽车的发展方向，由于传统机械结构装置与技术在汽车领域已趋于成熟，有些甚至达到其物理极限，要进一步发展存在成本等方面的局限，使得汽车电子技术在整车和零部件上的应用越来越广泛。汽车雨刮自动测试系统可以自动的测试雨刮器性能的好坏，体现了未来智能汽车的发展要求，大大提高了汽车雨刮测试的效率。 本课题研究有如下的重要意义： 有助于提高汽车整体性能； 可以提高汽车雨天行车的安全性； 大大提高了汽车雨刮测试的效率； 体现了汽车智能化的发展方向。第三节 本文研究的主要内容通过对各方面资料整理、分析、总结，结合汽车雨刮电机控制原理，本论文提出了一种汽车雨刮自动测试系统的设计方案。其内容分为以下几个方面：第一章、结合当前汽车电子技术的现状和发展趋势，介绍了汽车雨刮测试系统研究的目的及意义。第二章、总体介绍了汽车雨刮自动测试系统软件和硬件知识，包括系统模块框图、主要元器件选型以及主程序流程图等。第三章、分别从硬件和软件两个方面详细介绍了汽车雨刮自动测试系统的实现。第四章、通过搭建的测试平台，按照提出的测试方案对系统进行了测试和分析。第五章、总结了本次毕业设计所做的主要工作和系统设计中的不足，阐述了下一步的工作内容以及对未来的展望。第四节 本章小结本章首先介绍了汽车电子技术现状，尤其是中国汽车电子技术的现状，接着又介绍了未来汽车电子技术的发展趋势，然后又提出了课题研究的目的和意义，最后总体介绍了本论文研究的主要内容。第二章 雨刮测试系统总体设计第一节 系统概述汽车雨刮自动测试系统（以下简称系统）用于控制雨刮电机的运转、检测流过雨刮电机的电流并且将检测到的电流信号测量值通过USB接口传送到上位机，实现汽车雨刮的自动测试功能。系统模块框图如图2.1所示，包括电源模块、52单片机最小系统模块、通信模块、人机交互模块、电机控制模块以及电流检测模块等六个模块。其中，电源模块为系统提供+12V和+5V电源；52单片机最小系统模块是整个系统的核心控制部分，用于完成系统的控制功能；通信模块负责单片机和上位机之间的数据通信，包括串口通信模块和USB通信模块；人机交互模块实现单片机和外部的信息传递，包括按键模块和数码管显示模块，通过这两个模块进行系统测试策略的选择；电机控制模块用于控制雨刮电机的运转，雨刮电机的工作方式主要有三种，分别是快速挂雨、慢速刮雨以及间歇刮雨，通过该模块可以控制雨刮器的这三种工作方式；电流检测模块负责雨刮电机电流信号的检测工作，该系统电流采集部分采用精密电阻检测方法。52单片机最小系统电源模块通信模块上位机电机控制模块雨刮电机电流检测模块人机交互图2.1系统模块框图本系统采用52单片机为核心控制器对整个系统进行控制，其控制过程如下：首先通过人机交互模块设定系统的控制策略，然后通过电机控制模块对雨刮电机进行控制，同时通过电流检测模块检测流过雨刮电机的电流，并通过通信模块将电流信号测量值发送给上位机显示。最后通过分析确定雨刮器性能的好坏。第二节 硬件总体选型一、主要元器件选型原则元器件选择必须要紧密结合功能需求和应用对象。主要元器件的选择在考虑满足功能需求的同时，还必须要保证在特定环境下的稳定性能，同时还必须要尽量降低成本。CPU的选择具备以下特点：存储器空间至少大于4K；可以扩展USB接口；具有至少一个外部中断源；可扩展I/O口；具有串口通信接口。继电器选择除了保证线圈电压较低之外，还要满足触点电压和功率的要求。AD转换芯片要求具有较短的转换时间之外还要求数据为串行方式以节约单片机端口资源。USB控制器要求满足USB1.1及以上协议就可以。数码管驱动芯片要求具有锁存功能并可以同时操作多个数码管以方便编程处理。二、主要元器件选型根据以上选型原则、现有资源、开发难度等因素，最终确定了具体的芯片选型。 STC89C52RC:该芯片是ST公司生产的8位微处理器，片内有8K的Flash,五个中断源，两个定时器，一个串口通信模块等资源，可以满足本系统CPU的要求； JQC-16F:该继电器具有单继电器和双继电器可选模式，触点负载为20A14VDC,线圈电压额定值为12V,满足本系统负载要求； ADC0832:该芯片为8位串行AD转换器，当时钟信号为250KHZ的时候转换时间为32us。该芯片只需要三根线来控制，操作简单，满足系统要求； PDIUSBD12:该芯片是PHILIPS生产的面向USB1.1协议的USB控制器，满足系统要求； MAX7219:该数码管芯片片内具有锁存功能，可以同时操作8个共阴数码管，只需要三根线对其进行控制，操作方便，满足系统要求。第三节 软件总体设计本系统软件部分实现对汽车雨刮系统的测试工作，包括控制策略的选择、雨刮电机的控制、电流检测以及数据传送等功能。一、单片机系统资源分配单片机系统资源分配如表2.1所示，列出了本系统使用51单片机的所有的I/O资源。表2.1 单片机系统资源分配编号模块名称系统I/O资源占用表接口功能定义51单片机接口1USB模块数据线P0.0-P0.7控制线P1.6、P1.7、P3.2、P3.6、P3.72电机控制控制线P0.0、P0.1状态检测P2.33按键扫描P1.2-P1.54数码管显示P2.0-P2.25电流检测P2.5-P2.76串口通信P3.0-P3.1在系统主要元器件选型确定之后，对单片机端口资源进行了定义，本系统中单片机端口主要用于六个模块，其中USB模块定义了数据线和控制线；电机控制模块中定义了雨刮电机控制线和状态反馈线；按键扫描模块需要四个按键，采用独立按键方法设计电路，因此需要四个端口；数码管显示模块定义了片选信号线、时钟信号线以及数据线；电流检测模块也定义了三根线，分别是时钟线、片选线以及数据线；串口通信模块接到了单片机内部自带的串口通信端口，需要两根线。在完成以上端口资源定义之后就确定了核心控制器和外围设备的连接方式，下一步的工作就是进行外围电路的设计。二、系统软件总体设计系统软件部分主要实现对雨刮器的测试工作，由电机控制程序、电流检测程序、数码管显示程序、按键扫描程序、USB通信程序和串口通信程序等六个部分组成。其中，电机控制程序控制雨刮电机的运转；电流检测程序检测流过雨刮器的电流；数码管显示程序显示测试策略；按键程序用于设置测试策略；通信程序进行单片机和上位机之间的数据传输。图2.2是系统软件部分主程序流程图。YESNO上电初始化是否按键电机控制程序数码管显示程序电流检测程序USB数据传输YES按键处理程序NO功能按键是否按下图2.2 系统软件部分主程序流程图系统软件部分主程序的执行过程是：首先系统上电。然后对硬件相关的端口进行初始化。接着扫描设置按键是否按下，如果按下则进行控制策略的选择；如果没有按下则继续等待按键按下，接下来执行电机控制程序并且检测电流信号，最后将电流信号测量值传送给上位机，执行下一次循环。第四节 本章小结本章首先总体对雨刮测试系统进行了描述，接着详细的介绍了系统硬件部分主要元器件的选型，最后对系统软件部分进行了总体说明并对软件部分主程序流程图进行了详细说明。第三章 雨刮测试系统实现第一节 硬件设计本系统硬件部分包括电源电路、STC89C52单片机最小系统电路、雨刮电机控制电路、电流检测电路、通信电路以及人机交互电路等六部分。电源电路为系统提供+12V和+5V电源；雨刮电机控制电路控制雨刮器的云装；电流检测电路负责检测流过雨刮电机的电流；通信电路用来进行单片机和上位机之间的数据通信；人机交互电路负责单片机和外界信息的交流。硬件设计部分主要完成以上电路的设计，包括各个电路的连接以及稳定性的分析等等。一、电源电路设计本系统需要两种电源，分别是+5V和+12V。+5V用于51单片机、数码管显示电路、按键扫描电路、电流检测电路等；+12V用于雨刮电机控制部分继电器线圈和雨刮电机。本系统+12V电源直接通过外接12V的车载电源得到；+5V电源采用双电源可选供电，使用方便。第一种通过上位机的USB接口得到，第二种通过LM7805稳压芯片将+12V电压变成+5V。图3.1是这两种电源的原理图。图中C40-C43起电源滤波作用，使电源更加稳定。两个发光二极管起到指示灯的作用5。图3.1 12V转5V电源电路图二、STC89C52RC单片机最小系统电路设计STC89C52RC单片机最小系统包括52单片机芯片、时钟电路和复位电路。本系统52单片机芯片采用STC89C52RC，该芯片内部有2个16位向上计数定时/计数器，有四种工作方式；5个中断源；一个串口通信接口；32个I/O口；内部RAM有256字节；内部ROM有8K字节。时钟电路通过内部时钟源提供时钟，外部只需要接一个振荡电路，振荡电路中晶振是12MHZ。复位电路电路采用按键复位方式，当单片机复位引脚检测到至少24个时钟周期的高电平的时候会自动复位系统，系统会重新启动6。STC89C52单片机最小系统设计原理图如图3.2所示。图3.2 STC89C52单片机最小系统电路图三、雨刮电机控制电路设计本系统雨刮电机采用继电器控制方式，操作方便。其中雨刮电机参数是12V45W，由外部12V电源直接给雨刮电机提供电压。雨刮电机控制电路如图3.3所示，其中继电器选用JQC-16F，线圈电压为12V，触点部分可以承受14V20A的直流电，该继电器提供单继电器和双继电器可选工作模式，本系统中选用双继电器模式，用于控制雨刮电机的三种基本工作模式。图中的Qy1和Qy2是达林顿管，型号是TIP122，进行强弱电的隔离实现继电器的控制，其中Dy3和Dy4是二极管起续流保护作用。该电路的工作过程如下，当Conctrl1端口为低电平的时候继电器不工作，当为高电平的时候继电器线圈上电导通，高速触点吸附形成通路，从而雨刮电机高速运动。Conctrl2端口同理7。在该部分电路执行过程中，如果某一常开触点吸附，对应的指示灯会变亮，方便调试和分析。比如当Conctrl2端口输出高电平的时候，对应哪个的Dy2会变亮，这时候就可以知道雨刮器运行在高速模式；当Dy1亮的时候说明雨刮器处于低速或者间歇工作模式。图3.3 雨刮电机控制电路图四、电流检测电路设计电流检测的方法基本有两种，一种是利用霍尔传感器进行电流检测；一种是通过精密电阻来测量电流。1、霍尔传感器电流检测金属或半导体薄片置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向垂直于薄片，当有电流流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称霍尔效应。霍尔传感器是利用霍尔效应制作的磁场传感器，当有电流流过霍尔传感器的时候会有霍尔电动势产生，其大小与流过的电流和磁场的乘积成正比，因此当磁场确定的时候电动势的大小与流过的电流大小成正比。通过AD可以检测到电动势的大小，从而可以确定流过的电流大小。通过这种方式可以检测电流14。2、精密电阻电流检测 精密电阻电流检测原理图如图3.4所示。当电流流过精密电阻Rsense的时候会有一定的压降，有很小的电流流过RG1和RG2,在IN+和IN-端输入运放进行差分放大，将输出接到另一个运放进行信号跟随，然后通过Rout接到AD芯片的信号入口进行AD转换，最后通过单片机读取转换后的值就可以得到检测到的电流的大小。图中运放选用LM358，AD芯片选用8位串行数据ADC0832。通过实验第二种电流检测方法比较简单，检测结果也比较准确，因此本系统选用第二种电流检测方法15。图3.4 雨刮电机电流检测电路图五、通信电路设计本系统通信电路有两种，分别是串口通信电路和USB通信电路。1、串口通信电路设计图3.5是串口通信电路原理图，图中通过MAX232进行TTL电平和232电平转换，从而单片机和上位机之间通信提供通道19。图3.5 串口通信电路图通信电路的目的就是让通信双发的电平匹配，单片机用的是TTL电平，上位机的串口用的是232电平。TTL电平的逻辑1的电压范围是+3.3V到+5V，逻辑0的电压范围是0到+3.3V；232电平的逻辑1的电压范围是-15V到-5V,逻辑0的电压范围是+5V到+15V。因此设计串口通信电路就是让这两种电平统一。2、USB通信电路设计USB通信电路包括USB数据传输控制电路和USB接口电路，图3.6是USB数据传输控制电路，该电路采用PDIUSBD12芯片作为USB通信数据控制芯片。PDIUSBD12（以下简称D12）是PHILIPS在USB1.1协议设备终端使用最多的芯片之一，此芯片是带有并行总线和局部DMA传输能力的全速USB接口器件20。片内集成了高性能USB接口器件、SIE、FIFO存储器、收发器以及电压调整器等，可以与任何外部微控制器/微处理器实现高速并行接口（2MB/s）。 图中D0D7分别与MCU的P0.0P0.7相连。D12的A0引脚通过10K电阻到地。D12的ALE引脚与MCU的ALE引脚相连。振荡电路采用6MHZ，经过D12内部倍频电路以后，实际D12内部时钟为24MHZ。GOODLINK通过一个电阻和绿色LED串联到VCC。当USB设备枚举成功后，该LED常亮，当上位机与D12有数据通信时，该LED闪烁。D12_DMACK和D12_EOT必须接上拉。SUSPEND和INT_N也要通过电阻上拉到VCC，因为这两个引脚都是开漏的21。 图3.6 USB数据传输控制电路图图3.7是USB通信的接口电路，其中D12DM和D12DP分别连接到PDIUSBD12芯片的D-和D+引脚。D+和D-线上必须串接18R+/-1%的电阻。D+和D-线必须用1M欧的下拉电阻21。图3.7 USB通信接口电路图六、人机交互电路设计1、 数码管显示电路图3.8是MAX7219控制电路。图3.8 数码管显示电路图数码管显示电路采用MAX7219作为数码管驱动芯片，实现静态控制8路数码管的目的。该电路中MAX7219只需要引出3根线即可控制8位共阴数码管，这3根线分别是片选信号线、时钟线以及数据线。其中发光二极管起到指示的作用23。2、按键电路本系统有4个独立的按键，用于用户向控制器发送数据。这四个按键的功能分别是功能选择按键、加1按键、减1按键和确认按键。按键电路原理图如图3.9所示。图3.9 按键电路图第二节 软件设计一、按键程序设计按键程序包括两部分，分别是按键扫描程序和案件处理程序。1、按键扫描程序设计按键扫描程序完成按键键值的获取，按键键值的定义是这样的：功能选择键为1、加1键为2、减1键为3、确认键为4。按键扫描程序流程图如图3.10所示。该程序的执行过程如下：首先扫描某一按键是否按下，然后延时20ms进行消抖，消抖过后又进行安检扫描判断该按键是否任然按下，如果任然按下就返回该按键的键值，如果没有按下就不返回键值。在实际应用中，为了减少CPU不必要的等待时间，提高程序的执行效率，可以通过定时器定时20ms实现按键的消抖工作。NOYESNO初始化按键位是否为0YES返回键值该位是否为0延时20ms子程序结束按键扫描程序入口图3.10 按键扫描程序流程图按键扫描程序源代码如下：unsigned char key_disp(void)if(key_func=0)/功能按键是否按下delay_ms(10);if(key_func=0) return(0x01);else if(key_add=0)/加1按键是否按下delay_ms(10);if(key_add=0) return(0x02);else if(key_sub=0)/减1按键是否按下delay_ms(10);if(key_sub=0) return(0x03);else if(key_sure=0)/确认按键是否按下delay_ms(10);if(key_sure=0) return(0x04);else return(0);2、按键处理程序设计按键处理程序根据返回的键值来确定出不同的控制策略，返回相应的代码给电机控制程序进行控制。表3.1是控制策略和代码对应表。表3.1 雨刮电机控制策略和代码对应表代码控制策略名称0X01低速正常刮0X02高速正常刮0X03间歇正常刮0X04低速耐久性刮0X05高速耐久性刮0X06间歇耐久性刮0X07高速低速混合刮0X08高速间隙混合刮0X09低速间隙混合刮二、数码管显示程序设计数码管显示程序包括向MAX7219发送数据、初始化MAX7219以及显示数据这三个子程序。1、MAX7219介绍1、 MAX7219概述MAX7219是一种集成化的串行输入/输出共阴极数码管驱动芯片，可以驱动8个独立的7段数码管显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路，段字驱动器，而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。整个设备包含一个150A的低功耗关闭模式，模拟和数字亮度控制，一个扫描限制寄存器允许用户显示1-8位数据，还有一个让所有LED发光的检测模式23。芯片特点如下：有助于提高汽车整体性能； 10MHZ串行接口； 独立的LED段控制； 可选的译码/非译码编码方式； 150uA的低功耗关闭模式； 数字和模拟的亮度控制； 上电显示空白； 驱动共阴数码管显示。2、 MAX7219串行数据格式图3.11是MAX7219串行数据格式图，从图中可以知道该16位数据格式的定义是高四位不用，接下来四位是地址位，用于访问芯片内部的8*8静态RAM,低8位为8位的数据位，用于传送8位的串行数据。图3.11 MAX7219串行数据格式3、 MAX7219工作时序图图3.12是MAX7219工作时序图，从图可以知道当片选信号CS为低电平的时候芯片工作，然后数据在时钟信号CLK的上升沿送入数据总线。当16位数据发送完毕后将CS拉高，表明数据传送完毕。图3.12 MAX7219工作时序图4、 MAX7219地址分配表表3.2 MAX7219地址分配表寄存器名称地址16进制代码D11D10D9D8No-Op00000x00Digit000010x01Digit100100x02Digit200110x03Digit301000x04Digit401010x05Digit501100x06Digit601110x07Digit710000x08Decode Mode10010x09Intensity10100x0aScan Limit10110x0bShutdown10110x0cDisplayTest11110x0f2、数码管显示程序设计1、 向MAX7219发送数据程序设计该子程序用于将16位数据发送至MAX7219片内，图3.13是该程序流程图。其中LOAD是片选信号线，CLK是时钟信号线，DIN是数据输入线，局部变量i用于计数，当计数达到16的时候说明16位数据已发送完毕。add是发送的地址数据，dat是发送的串行数据。该程序的执行过程如下：首先选中MAX7219工作，然后在时钟信号的上升沿将8位数据依次送入MAX7219中在对应的地方进行显示，最后不选中MAX7219，表明对MAX7219的一次显示操作的结束。要MAX7219显示数字需要送入16位的数据信息，其中高8位为地址信号，低8位为数据信号，当把这16位数据送入MAX7219的时候就会在对应的地址上显示对应的数字，实现对MAX7219的操作。NOYESi=0;LOAD=0;CLK=0;发送一位数据;CLK=1;i+;i是否为8LOAD=1子程序结束向7219发数据入口图3.13 向MAX7219发送数据程序流程图向MAX7219发送数据程序源代码如下：void SendChar (unsigned char ch) unsigned char i,temp; _nop_(); for (i=0;i8;i+) temp=ch&0x80; ch=ch1; if(temp) dis_DIN=1; dis_CLK=0; dis_CLK=1; else dis_DIN=0; dis_CLK=0; dis_CLK=1;void WriteWord (unsigned char addr,unsigned char num) dis_LOAD=0; _nop_(); SendChar (addr); _nop_(); SendChar (num); _nop_();dis_LOAD=1;2、 初始化MAX7219程序设计MAX7219初始化包括初始化以下寄存器：关闭模式寄存器、译码模式寄存器、亮度寄存器和扫描限制寄存器。关闭模式寄存器可以设置关闭模式和正常模式；译码模式可以设置是非译码或者是代码B译码方式；亮度调节寄存器可以调节数码管的亮度；扫描限制寄存器可以设置显示的数码管个数。设置关闭模式设置译码模式设置亮度设置扫描限制模式初始化7219入口子程序结束图3.14 MAX7219初始化程序流程图初始化MAX7219程序源代码如下：void Init_MAX7219 (void) WriteWord (ScanLimit,ScanDigit); /*设置扫描界限*/ WriteWord (DecodeMode,DecodeDigit); /*设置译码模式*/ WriteWord (Intensity,IntensityGrade); /*设置亮度*/ WriteWord (ShutDown,NormalOperation); /*设置电源工作模式*/WriteWord(1,0); /初始化8位数码管为全0 WriteWord(2,0); WriteWord(3,0); WriteWord(4,0); WriteWord(5,0); WriteWord(6,0); WriteWord(7,0);WriteWord(8,0); 3、 显示数字程序设计显示数字子程序通过调用发送数据子程序向想要的数码管发送数据进行显示。三、串口通信程序设计1、串口通信协议简介串口通信协议是计算机上一种很常用的通信协议。大多数计算机包含两个基于RS232的串口。串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。它很简单并且能够实现远距离通信。串口通信使用3根线完成：（1）地线，（2）发送，（3）接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。其他线用于握手，但是不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配： 波特率：这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit； 数据位：这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信