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- 内容简介：
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黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要汽车后视镜是与汽车行驶安全相关的主要部件，良好的后视镜视野能保证驾驶员的行车安全。驾驶员座椅是与驾驶员身体健康相关的部件，良好的座椅位置和角度能防止驾驶员长时间驾车后出现过度疲劳而引发其他病症。汽车后视镜和座椅仅仅使用手动调整甚至是电动控制是不够的，还需要在电动的基础上增加位置存储和恢复功能，以使驾驶员操作更为方便，提高后视镜和座椅的可用性。本文设计了一种位置记忆功能后视镜与汽车座椅控制系统。该系统能电动调节后视镜上下转动、左右转动两个角度和座椅前后滑动、前椅面高度、后椅面高度和椅背角度四个位置或角度，并能在调整后记忆存储位置信息，并且可以在需要时调用位置信息。本文在探讨了汽车电子控制系统的基本组成的基础上分析了本设计的位置记忆存储式控制器的工作原理，详细阐述了该控制器的ECU选择和使用、硬件电路设计和软件程序流程，并设计了相应的系统。 关键字：记忆存储；可用性；后视镜控制；座椅控制；汽车电子控制系统ABSTRACTAutomobile rearview mirror is the main part which is related to the safely driving. Good rearview mirror view can make driving safely. Drivers chair is the main part which is related to the health of driver. Good chair position and angle can prevent driver from some diseases which come after long time driving. It is not enough to use hand adjust or electrical control for the rearview mirror and chair. We should add memorial function into the rearview mirror and chair in order to make it easier for drivers to use and improve the usability of rearview mirror and chair.This paper develops a memorial control unit for rearview mirror and chair. This control unit can electrical adjust the up-down and left-right angles of rearview mirror, it also can adjust the forward-back, forward height, back height and chair back angle of drivers chair. The control unit can memorize the positions of rearview mirror and chair after adjustment and we can renew the positions when we need. This paper discusses the working principle of the memorial rearview mirror and chair control unit based on the basic buildup of automobile electrical control system. Then it detailed introduced the choose process and use of ECU, hardware circuit design and software program flow, designs relevant prototype system. Key Words:Memorial;Usability;Rearview Mirror Control;Chair Control;Car Electric Control SystemII 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1课题背景及研究意义11.1.1汽车后视镜11.1.2汽车座椅11.1.3课题研究的背景21.1.4课题研究的意义31.2国内外汽车后视镜和座椅的发展与研究现状41.2.1国内外汽车后视镜的发展与研究现状41.2.2国内外汽车座椅的发展与应用现状51.2.3记忆存储式后视镜和座椅控制系统61.3课题研究的内容6第2章 控制系统及控制方式的选择72.1汽车电子控制系统72.1.1汽车电子控制系统概述72.1.2传感器82.1.3 ECU82.1.4执行器122.2记忆存储式控制器的功能122.3控制方式的选择132.3.1控制方式及其发展132.3.2基于CAN总线的分布式控制系统142.3.3线束问题142.3.4控制方式的对比选择152.4基本工作原理152.5控制器的操作和使用182.6本章小结19第3章 汽车电子控制单元（ECU）的选择与使用203.1ECU选择指标与原则203.1.1ECU的环境指标203.1.2ECU选择的基本技术指标203.1.3ECU的选择213.2ECU主要特性213.3ECU结构模块223.4ECU引脚功能与使用263.5本章小结28第4章 硬件电路设计304.1硬件电路设计概述304.2记忆存储电路314.2.1记忆存储电路概述314.2.2 EEPROM的选择和特性314.2.3 AT93C46的引脚314.2.4 AT93C46的指令324.2.5记忆存储电路334.3后视镜调节电路344.3.1后视镜调节电路概述344.3.2 3-8译码器的选择与使用344.3.3 电机驱动电路设计354.4座椅调节电路354.4.1座椅调节电路概述354.4.2 3-8译码器的选择与使用364.4.3电机驱动电路的设计364.5键盘控制电路374.5.1键盘控制电路概述374.5.2 8-3优先编码器的选择与使用384.6信号采集电路394.6.1后视镜采样电路394.6.2座椅采样电路概述394.7其他电路404.7.1晶振电路404.7.2电源稳压电路404.7.3电源滤波电路414.8系统电路工作过程414.9本章小结43第5章 软件程序流程445.1编程语言介绍445.2软件程序流程简述455.3本章小结46结 论47参考文献48致 谢50附 录51 第1章 绪 论1.1 课题背景及研究意义1.1.1 汽车后视镜汽车后视镜俗称倒车镜，是汽车的必配件，通常分为车外后视镜和车内后视镜两种。后视镜是用来反映汽车后方、侧方和下方的情况的主要部件，使驾驶员能间接观察到其他位置的情况。为了驾驶员操作方便，防止行车安全事故的发生，保障人身安全，各国均规定了汽车上必须安装后视镜，且所有后视镜都必须能调整方向。轿车和其他轻型乘用车一般装配有外后视镜和内后视镜；大型商用汽车（大客车和大货车）一般装配有外后视镜、下后视镜和内后视镜。汽车后视镜是与汽车行驶安全相关的主要部件，后视镜的良好位置是保证汽车行驶安全的必要条件。美国有统计表明，30的普通公路汽车事故，70的高速公路汽车事故都是与汽车后视镜的视野不理想有关。1.1.2 汽车座椅驾驶员座椅的主要功能是为驾驶员提供便于操作、舒适又安全、不易疲劳的驾驶座位，是与驾驶员的身体健康息息相关的。2003年6月，一家叫做“背部健康行动”的德国组织对德国的车主做了一个调查，40的德国人每天在车内的驾车时间超过一个半小时，而大多数人有不同程度的背部疾病，汽车座椅是主要因素。同时他们对德国市场上的座椅以一套健康标准考察的结果是97的项目不合乎标准。如果驾车时间过长，而背部得不到有效的支撑，长此以往，脊椎容易产生疾病。按照人体工学的要求，驾驶员必须具有良好的静态与动态的舒适性，从而提高了驾驶员驾驶之余乘坐的舒适性，减少驾驶员长时间驾驶的疲劳。后视镜和座椅是汽车上并不显眼的部件，但是与驾驶员身体健康和行车安全紧密相关。同一款车型不一定适合每个驾驶者，所以对座椅和后视镜的位置、角度的调整是必要的。现在一般轿车上都装配有电动后视镜和手动调整的座椅，驾驶员可以通过电动或者手动的方式调节后视镜和座椅的位置和角度。但是在实际的使用中，驾驶员操作不够方便，调整时间长。而且同一部车新的驾驶员使用时也需要重新调整。由于使用的不便，我们可以通过汽车电子控制技术进行后视镜和座椅的改进，以开发一种 新型的汽车后视镜和驾驶员座椅。1.1.3 课题研究的背景德国工程师Carl Benz在1886年1月29日发明汽车以来，汽车在人类的发展中起到了极为重要的作用。早期的汽车基本上是纯机械产品，当时除汽油机和煤气机使用了磁电机或蓄电池点火器外，没有其他的车用电器。随着汽车的逐步发展，特别是1901年使用铅蓄电池后，汽车电器便不断发展。近40年来的汽车发展的事实证明，提高汽车性能、节约能源和保护环境主要取决于电子控制技术1。由于传统的机械控制相比于电子控制无论是在控制精度还是反应速度上，都存在明显的弱势，汽车电子化已成为汽车行业发展的趋势。据统计，从19892000年，平均每辆车上的电子装置在整个汽车制造成本中所占的比例由16增至23以上。发达国家生产的汽车上，每辆车上的电子元器件的成本占整车的成本超过了30，而一些豪华轿车上这个比例更是高达50。据欧洲汽车业联盟的调查，每辆汽车电子产品的消耗价值1991年为825美元，1995 年增至1125美元，2000年已超过2000美元2。国外平均每一部高档轿车上使用的微处理器数量达到了50个，而宝马（BMW）公司在2004年推出的BMW 7系列轿车上更是装备了70多个微处理器，使用了8种车载局域网来连接各个微处理器和微处理器控制的外围电路1,3。汽车电子化程度的高低甚至已经称为了衡量当今世界汽车水平先进与否的标志。汽车制造厂商普遍认为：增加汽车电子装置的数量，促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的有效手段。汽车设计人员普遍认为：电子技术在汽车上的使用已经成为了汽车设计研究部门考虑汽车结构革新的重要手段。我国作为一个汽车发展后起的国家，但是我国的汽车制造水平与世界先进水平之间的差距极为明显。1985年，我国国产汽车上的电子产品总价值为169元/辆，而1990年也不过200元/辆，同一时期美国所产汽车的电子产品总价值为我国的25倍以上，约占整车成本的15。国内中高端的轿车装备的微处理器一般为7个左右，而国外的高档车上的数量则达到了50个甚至更多。我国电子技术的发展中最为突出的问题是整体技术实力不足，科研与产业的结合不紧密。本土的汽车企业的研发投入相比国外汽车制造企业差距过大，资金瓶颈严重，在主要汽车电子技术集中的如发动机集中控制、自动变速控制、防抱死系统控制等领域无法进行相关产品的开发4。我国电子技术的发展中最为突出的问题是整体技术实力不足，科研与产业的结合不紧密。本土的汽车企业的研发投入相比国外汽车制造企业差距过大，资金瓶颈严重，在主要汽车电子技术集中的如发动机集中控制、自动变速控制、防抱死系统控制等领域无法进行相关产品的开发4。随着我国汽车市场的快速发展，汽车电子产业将形成巨大经济规模效应，汽车电子产品占汽车的成本将进一步提高。目前，中国消费者对车辆需求的增加、网络在车辆中的高速发展、安全与防盗需求的增加、机械系统与电子系统之间的转换以及动力总成方面性能的提高，都进一步推动了中国汽车电子产品市场的发展。为了加快我国汽车电子技术的发展，国家主管部门提出了发展汽车电子产品的设想，指出为了国产汽车现代化和打进国际市场，需要向轻型汽车和轿车工业提供先进的汽车电子产品，进行汽车工业的电子化改造。国家“八五”规划中对汽车电子产品指出的发展重点中工列举了38中汽车电子产品，包括高能无触点点火装置、计算机点火装置、制动防抱装置、汽车空调、电子门锁、报警器、电子化油器等。“汽车工业九五科技发展规划要点”中指出，汽车电子控制技术仍然是汽车工业“九五”计划中的重点科技攻关方向，主要内容为制动防抱死系统（ABS）、柴油机电子控制、安全气囊、电动助力转向、电控悬驾系统等4,5。从国外发展经验和现在国内外的汽车电子发展水平来看，未来的汽车电子产品中，围绕安全、节能、环保、舒适和娱乐等方面的元器件及其周边产品将发展最快6。在汽车满足了安全、节能和环保方向的要求之后，舒适化成为了重点。由于汽车发展到现在已经不是纯粹的交通工具，而是一个娱乐、休闲和生活的空间，纯粹满足驾驶需求的汽车可能不是发展的重点。能满足人们在驾驶之余的舒适性和操作便利性要求的汽车电子技术是我国研究开发的重点，也就是一般所说的车身电子控制系统。1.1.4 课题研究的意义一般中高档的轿车都配备有电动调整的后视镜和座椅。海湾合作委成员国把电动调整的后视镜作为了汽车的标准装备件，也把带调整系统的座椅作为汽车的标准装备件，一般国家作为选装件9,10,11。驾驶员可以通过电动控制系统调节后视镜的位置，以获得最佳的后视镜视野和座椅的最佳的舒适性。然而一部车往往有若干个驾驶者，这种情况在我国尤为明显。一般的家庭用车都有至少两个驾驶者，每次新的驾驶员在开车之前都需要重新调整后视镜和座椅的位置。而且倒车时需要单独调整右侧后视镜的位置，倒车完毕后又需要调整回位。这都为驾驶员的操作带来极大的不便。所以，仅仅使用电动控制的后视镜和座椅是不能达到要求的，还需要在电动的基础上增加位置存储和恢复功能。位置存储和恢复功能使得驾驶员能够方便的设定、存储和调用位置信息，以使驾驶员操作更为简便。良好的后视镜视野在客观上能保证驾驶员获得良好的视野以提高汽车的行车中的安全性能，舒适的座椅位置和角度在配合驾驶员获得良好的后视镜视野的同时也能对驾驶员的身体健康进行适当的保护。带记忆存储功能的后视镜和座椅能够改善现在后视镜和座椅使用不便的现状，从操作的简便性上极大的提高了汽车后视镜和座椅的可用性。就国内的后视镜和座椅的发展现状和国内市场将来的需求而言，将来轿车普遍需要配备记忆存储式后视镜和座椅。由于进口的记忆存储式控制器的成本相当高，进行自主研发显得尤为重要。本文开展的研究是在先进汽车电子技术在世界上迅速发展的背景下，结合我国鼓励大力进行汽车电子技术研究的环境，为提高后视镜和座椅的可用性，研究开发了一种可以实现记忆存储和调用后视镜和座椅位置的控制器。该类控制器在国外的一些高档车型上已经有了一些使用。但是在国内由于成本问题和重视程度不够，除了一些进口的高端车型，记忆存储式后视镜和座椅控制器还没有得到应用。本文所研究开发的记忆存储式后视镜和座椅控制器能有效的调整后视镜和座椅的位置，并能记忆存储位置信息以便需要的时候调用。能够保证驾驶员能获得良好的后视镜视野以保证行车安全，也能保证驾驶员的驾驶姿势以保证驾驶员的身体健康。汽车电子技术在我国发展迅速，提高驾驶员驾驶方便性、舒适性，提高汽车可用性的汽车电子技术有相当大的应用前景。该控制器对改进国内后视镜和座椅控制系统的研究开发具有积极意义，有一定的工业应用价值。1.2 国内外汽车后视镜和座椅的发展与研究现状1.2.1 国内外汽车后视镜的发展与研究现状国内外后视镜的发展过程可以分为三个阶段。第一阶段是无调整或简单调整阶段。早期的汽车后视镜如同早期的汽车，只是一个纯粹的机械产品，最早的后视镜是固定的，而后发展出现的机械调整也只是由驾驶员进行的手动的转动，经常出现的问题是驾驶员右侧的后视镜无法调整到最佳的视野位置。这种调节方式费时费力，基本上不可能一次调节到位，但是现在一些汽车如大型汽车、载货车等为了节省成本，仍然采用这样的调节方式12。这种简单的手动调节方式后来发展为拉索调整，即在车内驾驶员能通过一个拉索可以旋转的外后视镜。但是由于拉索的长度问题，拉索后视镜的调整按钮一般设计在该侧后视镜的车门内侧或者近车门的位置，驾驶员调整右侧后视镜同样存在相当的不便。拉索调整使用范围很小，并未得到推广。第二阶段是电动调整阶段。驾驶员手动调整或者拉索调整存在的极大的不便促使研究人员研究开发了电动调整的后视镜。电动调整的后视镜是现在中高档轿车的标准配备。驾驶员在车内可以通过调整按钮或者摇杆调整后视镜的角度。国内基本上大部分轿车都装配了电动后视镜。这些不同的电动后视镜的控制机理基本上相仿，都是通过开关、驱动器、电源等组成回路，由驱动器驱动后视镜内的调整装置（一般是电机）工作以调整后视镜的角度。驾驶员调整后视镜相对手动调整来说比较方便。电动调整后视镜也是现在使用最为广泛的轿车车用后视镜，现在国内使用的较多，进口高级车如丰田大霸王PREVIA、中级车如广州本田雅阁、中低级车如上海通用别克凯越等都使用了电动控制的后视镜。国内外对于电动调整后视镜的研究已经比较成熟了，现在电动后视镜已经作为一个比较常见的标准配置安装在轿车上使用了。第三个阶段是记忆存储式调整阶段。驾驶员对于后视镜调整的不便性并未通过电动调整得到根本的解决，一部车如果新的驾驶员使用势必需要重新调整后视镜的位置。家用轿车一般都有若干个驾驶者，时时调整的不便性体现的比较明显。国外的一些汽车公司已经研究开发了记忆存储式后视镜以提高后视镜的可用性，而国外高档轿车车型已经开始配备这种后视镜，如凌志LS40025。国外对于记忆存储式后视镜的研究开发始于80年代末，一些汽车公司开发了记忆存储式的后视镜控制系统，并装配在一些高端车型上，但是国外对于记忆存储式后视镜的研究开发是基于高档车的附加配置开发的，由于成本的问题一般的车型都不使用。因为记忆存储式后视镜是一种产品，国外对其研究的结果基本上都是以专利的形式出现的。Robert J. Fisher于1987年提出的关于后视镜的远程控制和存储系统的专利中就有了现代记忆存储式后视镜控制系统的雏形，只是其设计的是一个原型系统，能够实现后视镜的控制和存储恢复。其基本原理也是通过微控制器集中控制，通过电位传感器检测后视镜角度，最终实现记忆存储和调用的。Randall F. Hansen在1990年在此基础上提出了另外的发明，是关于车用的记忆式后视镜控制系统的设计，这个系统是通过电机实现后视镜调整，通过设置障碍物来控制后视镜最终的角度以实现位置的存储。国内配备记忆存储式后视镜的车型只有进口的高档车型，记忆存储式后视镜在国内还没有得到应用。记忆存储式后视镜能够记忆存储后视镜的位置以便需要的时候调用位置信息，方便驾驶员使用。国内的汽车企业基本上没有展开记忆存储式后视镜的研究与开发，国内使用该类后视镜的车型的都是合资企业的车型或者进口车型，如宝来、奥迪等。1.2.2 国内外汽车座椅的发展与应用现状座椅的发展与后视镜的发展过程相似，也经历了三个阶段。第一个阶段是无调整或简单调整阶段。最早期的汽车座椅是固定的，其位置和角度是不可调整的。由于各驾驶员的自身特点不一样，这样的座椅完全不能够满足市场要求。但是由于成本低，现在的很多汽车如大客车、载重汽车等还是使用这样的座椅。最早的手动调节座椅在1921年面世。手动调节方式需要驾驶员先通过手柄放松座椅的锁止机构，之后通过改变身体的座姿和位置来带动座椅移动，最后将锁止机构的手柄放松，将座椅固定在所选择的位置上。现在很多大型汽车和中低档的轿车都使用手动调整的座椅，应用仍然比较广泛。第二个阶段是电动调整阶段。电动座椅与电动后视镜的调节原理一样，都是通过简单的电路控制电机工作进而控制驱动器件调节各个位置和角度。一般比较常见的座椅调节分为六个方向，为六向调节，为座椅椅面高度、座椅前后滑动和椅背角度三个位置信息六个方向的调节13。电动座椅现在在中高档的轿车上使用的比较普遍，如别克凯越、大众宝来、本田雅阁等。第三个阶段是记忆存储式调整阶段。手动调整座椅和电动调整座椅都存在使用烦琐的问题，其可用性比较差。所以为了方便驾驶员操作，国外一些汽车企业研究开发了带记忆存储功能的座椅控制系统，并安装在一些高端的车型上，如东风日产蓝鸟智尊、VOLVO XC90、宝马730i、奥迪TT等都有该类座椅。国内的汽车企业由于起步比较晚，基本上没有进行记忆存储式座椅的开发，国内只有一些进口车型和一些合资企业的车型使用的记忆存储式座椅控制系统。1.2.3 记忆存储式后视镜和座椅控制系统由于座椅位置和后视镜位置之间存在联动关系，座椅位置决定了后视镜的位置，调整了一个位置另外一个一般也需要作相应的调整。但是国外有一些汽车企业对于记忆存储式后视镜和座椅的研发工作并不是同时进行的，而是先开发了单独的记忆存储式的后视镜控制系统，然后在此基础上开发了座椅控制系统，如凌志LS400的后视镜和座椅控制系统，实际上两个控制系统是通过不同的ECU控制的。国外开发记忆存储式座椅控制系统早期只是为了满足驾驶员能够记忆存储和恢复驾驶位置的系统，称为驾驶位置储存与返回系统。而后是由于驾驶位置和后视镜位置的关联所以进行了后视镜控制系统的扩展开发，增加了座椅控制功能。在我国由于后视镜和座椅的控制系统是同时进行开发，由于现在的汽车电子技术和传感器技术的发展，可以进行联合开发，进行后视镜和座椅的联合位置存储和调用。1.3 课题研究的内容本文讨论的记忆存储式后视镜和座椅控制器是针对轿车的外后视镜和驾驶员座椅设计的。本设计的记忆存储式控制器通过集中的控制系统，可以完成后视镜的上下和左右方向的角度调整，座椅的前后滑动、座位椅面前升降、座位椅面后升降和椅背角度调整。驾驶员可以根据个人自身特点和驾驶习惯来调整后视镜和座椅的位置，然后进行记忆存储，在位置改变后，驾驶员可以使用恢复功能进行方便的位置复原。第2章 控制系统及控制方式的选择2.1 汽车电子控制系统2.1.1 汽车电子控制系统概述位置记忆功能后视镜与汽车座椅控制系统是典型的汽车电子控制系统。汽车电子控制系统（ECS，Electronic Control System）是以单片机为中心组成的计算机控制系统，也可以称作汽车微机控制系统，是由电子控制单元（ECU）、传感器和执行器组合而成14,15。汽车电子控制系统的作用是提高汽车的整体性能，包括动力性、安全性、经济性、舒适性、操作性等。汽车整体电子控制系统包括若干个电子控制系统。每个电子控制系统的控制功能、控制参数和控制精度都不尽相同，甚至不同的汽车公司研制的电子控制系统也千差万别，但是其组成和基本功能都一样16,17。汽车电子控制系统结构如图2.1所示。传感器ECU执行器被控对象模拟/数字信号执行命令状态反馈控制操作图2.1 汽车电子控制系统结构上图清楚的显示了汽车电子控制系统的组成及工作流程。传感器检测得到信号后传递至ECU进行处理，然后ECU发出执行命令给执行器，执行器获得命令对被控制的对象后执行相应的操作，操作完成后被控对象将其状态反馈给传感器。这就是一个典型的汽车电子控制系统的工作循环。2.1.2 传感器传感器是能测量各种物理量并把它转换成电信号的装置和器件。传感器的作用是将各种非电量信号转换成为可以输入电子控制单元中进行处理的电信号。在汽车电子控制系统中，需要传感器实时正确的检测所有条件下所需的各种物理量，并把它输入到控制器中。实际使用中，传感器是信息采集的主要部件，主要用来检测和采集汽车的状态信息或者各种物理、化学或者电信息。由传感器采集的信号分为模拟信号和数字信号，模拟信号需要经过A/D转换器转换成数字信号再传递至ECU处理18。在汽车电子控制系统中，传感器担负着检测和提供状态等信息的任务。有的汽车上装配的传感器超过了50个。常见的车用传感器按其检测项目的不同可以分为：位置传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器、爆震传感器、流量传感器等。电子技术和材料技术的发展为汽车传感器的发展创造了极为有利的条件。从传感器的发展方向来看，有多功能化和智能化的特点。多功能化是指传感器由以前的单一功能的传感器发展为具有多种参数检测功能的传感器。如汽车上采用的压阻效应式压力传感器，同时有静压、温度两个传感器。智能传感器是指带有微型计算机的传感器。这种传感器具有检测信息和处理信息的功能。职能传感器通常将信号检测、处理和驱动贿赂等外围电路全部集成在一块基片上，使得传感器具有自诊断、远距离通信、自动调整零点和量程等功能。汽车电子控制系统不仅仅靠传感器来提供信号，还采用了开关控制信号来提供控制系统必须的其他控制信号。开关控制信号是将汽车的状态信息通过一个高或者低电平直接输入ECU，以使得ECU确认后进行处理的信号。一般常用的汽车开关控制信号有点火开关信号（IGN，Ignition Switch）、启动开关信号（STA，Start Switch）、空档安全开关信号（NSW，Neutral Security Switch）、蓄电池电压信号等。开关控制信号与传感器配合使用能够使汽车电子控制系统完全检测控制汽车状态的各种信息，以进行较为完善的汽车电子控制中必不可少的信号检测。2.1.3 ECU汽车电子控制单元ECU是以单片机为核心所组成的电子控制装置，具有强大的数学运算，逻辑判断、数据处理与数据管理等功能。ECU是汽车电子控制系统的核心部件，能对传感器传递的信息进行加工处理，通过预先编制的控制程序来对信号做出响应，并发出各种控制指令，指挥执行机构工作。ECU是以CPU为核心，由输入输出缓冲元件和程序及数据存储元件等构成的。虽然各种汽车电子控制系统使用的ECU各不相同，但是一般而言，ECU主要是由硬件、软件、壳体和线束插座四部分组成。ECU的软件主要包括监控程序和应用程序两部分；硬件作为实体，为各种电子控制系统正常工作提供基础条件。ECU的硬件中的核心是硬件电路。硬件电路是相当复杂的，而且各个ECU生产公司的产品各有不同，但是硬件电路的组成基本相同，都是由输入回路、输出回路和单片微型计算机三部分组成。其组成框图如下图2.2。输入回路输入回路输出回路模拟信号执行器数字信号存储器（ROM/RAM）CPUI/O微 机ECU图2.2 ECU组成框图ECU的各个组成部分的功能和概述如下。1、输入回路输入回路又称为输入接口，是将传感器输出的信号接收，并转换成计算机能处理的信号的电路。根据传感器返回的信号不同，输入回路的接口有A/D转换器和数字输入缓冲器两种。A/D转换器的作用是将模拟信号转换为数字信号或者将数字信号转换为模拟信号。传感器采集的信号可分为模拟信号和数字信号两大类。信号电压（或电流）随时间变化而连续变化的信号称为模拟信号。在汽车电子控制系统中，如空气流量传感器信号、爆震传感器信号、压力传感器信号等都是模拟信号。由于数字计算机不能识别模拟信号，所以如果传感器输出的信号是模拟信号时，必须通过A/D转换器转换成数字信号，再传递给数字计算机处理。信号电压（或电流）随时间变化而不是连续变化的信号称为数字信号。在汽车电子控制系统中，空气流量传感器信号、霍尔式与磁感式传感器信号、触点式节气门位置传感器信号、氧传感器信号等都是数字信号。数字信号一般都是以脉冲信号或者高、低电平信号存在，因此需要通过输入回路的数字输入缓冲器进行限幅、整形等处理，才能传输到数字计算机进行数字处理。数字输入缓冲器主要是由整形电路、波形变换电路、限幅电路和滤波电路等组成。数字输入缓冲器的作用式对数字计算机不能接受的数字信号进行预处理后再输入计算机进行处理。输入回路实际上是将传感器输入的信号，在除去杂波和正弦波转变为矩形波后，再转换成输入电平输入计算机。2、单片微型计算机单片微型计算机一般也称为微型计算机、微机或者单片机。单片机是可以进行算数运算和逻辑运算的数据处理装置，包括中央处理器CPU、存储器和输入/输出装置。其组成结构框图如图2.3所示。RAMROMI/OCPU总线内存图2.3 单片机组成框图中央处理器（CPU, Central Processing Unit）是ECU的核心，是具有译码指令和数据处理能力的电子部件。其作用是读出命令并执行数据处理任务。CPU是由运算器（CLU，Calculator）、寄存器（Register）、控制器（Controller）组成，其结构组成框图如图2.4所示。控制器运算器寄存器CLUCPU控制信号数据总线图2.4 CPU组成框图运算器是计算机的运算部件，用于实现数学运算和逻辑运算。汽车电子控制系统中所有的数据运算和逻辑判断都在运算器内进行。寄存器是用于暂时存储数据或程序指令。控制器是计算机的指挥控制部件，其作用是按照监控程序或应用程序的命令进行计算机内部各个部件的自动协调工作，能够按照程序进行各装置之间信号的传送及控制任务。存储器是用来存储程序指令和数据的部件。存储器包括只读存储器（ROM，Read Only Memory）和随即存取存储器（RAM, Random Access Memory）。只读存储器是一种不可更改写入信息的存储器，其存入的信息只支持读取。随机存取存储器中保存的信息可以随时写入和读出，改写时也不需要擦除原有，但是信息断电时会丢失。实际上，RAM 起的作用类似与寄存器。输入/输出（I/O）接口是CPU与传感器或执行器之间进行数据交换或者输出控制指令的通道。由于传感器和执行器的多样化，所输入的信号和所需提供的指令也必须多样化，而CPU能够接受的信号和输出的指令是一定的，所以需要I/O接口来进行协调和控制。总线（BUS）是微型计算机内部传递信息的连线电路。在单片机内部，CPU、存储器和I/O接口之间的信息交换都是通过总线来实现。按照传递信息的不同，总线可分为数据总线、地址总线和控制总线三种。数据总线主要用于传送数据和指令，其导线数必须与数据的位数对应。地址总线用来传递地址码，其导线数与地址码的位数和传送方式相关。控制总线是用来连接微型计算机内的各个元器件。总线技术是用来提高计算机速度的关键技术，为了实现车载各个电子控制系统的高速通信，现在中高档车大多已采用了控制器局域网络通讯总线（CAN 总线）技术。一般而言，用于汽车上的CPU是8位的。而有些控制系统需要处理大容量的数据时，可能会使用16位甚至时32位的高速大容量计算机。3、输出回路输出回路是单片机与执行器的连接部件，其功能是根据单片机发出的指令，控制执行器的工作。由单片机输出的电压是较低的电信号（如脉冲），一般为5V，这样的信号一般是不能直接驱动执行元件工作的，因此必须通过输出回路对控制指令进行功率放大、译码或者D/A转换，编程可以驱动执行元件的强电信号。2.1.4 执行器执行器是能将电信号转换成机械运动的机构或装置。执行器的作用是按照ECU的指示进行动作，主要是完成ECU发出的各种指令。ECU的指令以电信号的形式存在，执行器将电信号转换成力或位移等物理量21。汽车电子控制系统中常用的执行器有以下几种：1、各种微型电机，如步进电机、直流电机等；2、各种电磁阀，如自动变速系统的换挡电磁阀、锁止电磁阀，防抱死制动系统（ABS）的两位两通电磁阀、三位三通阀等；3、电动燃油泵，用于提供发动机电子控制系统规定压力的燃油；4、电磁燃油器：用于接收ECU发出的喷油脉冲信号，计量燃油喷射量；5、怠速控制阀（ISC,Idle Speed Control Valve）：用于调节发动机的怠速控制；2.2 记忆存储式控制器的功能总体而言，本文所研究的记忆存储式后视镜和座椅控制器需要实现的基本功能是能实现对后视镜的上下和左右方向的转动调节，对座椅的前后滑动、作为前升降、后升降、椅背角度的调节，对后视镜和座椅位置的记忆存储和调用。其基本功能的具体细节描述如下：1、工作电压在915V时均能正常工作；2、能够调节左、右后视镜上下转动和左右转动各两个位置；3、能够调节座椅前升降、后升降、前后滑动以及椅背角度四个位置；4、能够同时存储驾驶员调整后的后视镜和座椅位置；5、能够调用驾驶员存储的后视镜和座椅的位置；6、一共可以记录3组位置信息；7、键盘调整操作采用点动式；8、同一时间，只接受一个调节信号，即只允许进行一个电机一个方向调节；9、断电时，储存的位置状态信息不会丢失；10、防止因误操作更改存储器中存储的镜面和座椅位置状态；11、对键盘控制键操作成功时有显示；12、在车门未关的情况下，屏蔽所有功能键；13、在汽车行驶时，同样也屏蔽所以调节功能键。2.3 控制方式的选择2.3.1 控制方式及其发展在汽车电子控制系统发展的过程中可以发现，汽车电子控制系统按发展的顺序出现过单一控制系统、集中控制系统和网络控制系统三种22。单一控制系统是汽车电子控制早期采用的的电子控制方式，是由ECU控制汽车上某个部件以实现某种单一功能的系统。当时的汽车电子控制系统受限于车用ECU的性能等客观因素，无法达到比较高的性能。例如当时出现的电控汽油喷射系统，电子控制防抱死制动装置（ABS）和发动机集成电路调节器等。集中控制系统是由一个ECU集中控制汽车上一个或者若干个部件以实现多种功能的控制系统。集中控制系统的出现是由于计算机技术的迅速发展以致计算机运算速度和精度得到了极大的提高。这一时期的电子控制系统发展首先是集中在发动机控制部分，由点火系统开始，逐步扩展到控制排气再循环、控燃比、怠速转速等部分，后来称之为发动机集中控制系统。网络控制系统也叫做分布式控制系统，是由不同的ECU控制汽车上不同的部件实现不同的功能，而各个ECU之间通过汽车总线连接23。网络总线一般也叫做现场总线（Fieldbus），是使得微机化测量设备之间实现双向串行多节点数字通行的系统。实际上现场总线就是使ECU之间有了数字通信能力，而将ECU连接在一起实现数据信息共享。常用的现场总线有控制器局域网络（CAN）总线、局部操作网络（Lon Works）总线、过程现场总线（Profibus）、本地互联网络（LIN）等24。使用最为广泛的是CAN总线。2.3.2 基于CAN总线的分布式控制系统现在汽车的电子控制系统中应用最广的是基于CAN总线的分布式控制系统。CAN总线是现场总线的一种，是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络24。CAN总线作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上、作为网络节点的智能设备连接成网络系统，实现分布式管理网络，属于局域网、总线型的结构，简单而且能满足汽车控制的需要。国外对于CAN总线的研究已经趋于成熟化，形成了国际标准，广泛应用于欧美轿车。国内的一汽大众BORA、上海大众PASSAT、南京菲亚特的SIENA和PALIO、北京现代SONATA等都在车身的控制中使用了CAN总线技术，但是这些技术都是由对方合资公司提供，应用于特定的车型。我国对于基于CAN总线的分布式控制系统的研究还是比较欠缺，现在有许多研究机构和高校以及汽车企业如吉利汽车集团为掌握自主知识产权，正在进行这方面的研究开发工作。2.3.3 线束问题汽车线束又称为汽车电缆，是汽车上用于连接各个部件的物理设备。实际上控制方式不断改进的一个主要原因就是线束问题无法解决。单一控制系统中各个位置和信号都需要一根单独的线来实现连接，所以在ECU发展到能够实现多个系统的集中控制时，以集中控制方式来实现各个相近连接部分的集中控制。可是集中控制系统之间仍然不能交换信息，所以通过汽车网络实现信息共享。虽然采用了分布式控制系统，通过汽车局域网络来连接各个控制系统以实现信息和地址的共享，但是在实际的使用中，汽车电子控制系统的主要瓶颈之一仍然是汽车线束。电子设备过多，控制系统过复杂，必然使得车内的电气布线越来越长、越来越复杂，导致整车成本大幅度提高，能量损耗增加，系统运行可靠性降低、故障维修难度增大。据资料统计，一辆高档汽车的电缆使用长度达到2000m，重量在20Kg左右，控制节点多达1500个。汽车每行驶100Km，50Kg的线束额外能耗为100W，相当于燃烧0.2L的汽油。宝马5系车型有的装配的ECU单元多大50个，相应的电子控制系统就多达50个，即使通过CAN总线局域网络连接各个电子控制系统，之间使用的电缆也是相当惊人。而且汽车上规定使用铜线直径不能低于0.5mm，实际应用中传送距离稍远的铜线都使用0.8mm 的甚至1.0mm以上的铜线，其制造成本比较高。而且汽车线束一般都是放置在汽车纵梁下等比较难以检测和维修的地方，通常的维修方法都是直接更换，这在一定程度上增加了汽车的维修和使用成本。所以在汽车电子控制系统的设计中，汽车线束也是一个主要的考虑因素。由于现在普遍使用网络化的分布式控制系统，各个零部件设计企业都选择设计可以通过汽车总线连接的分布式控制系统。由于各个汽车电子控制系统之间的连接也是通过汽车线束实现，这样的设计无形中增加了汽车线束。所以在汽车电子控制系统中，我们确定的主要设计原则是：为了减少汽车线束，能集中的控制系统一定集中控制，不能集中的控制系统采用网络控制；为了方便维修，少数据共享的控制系统不连入汽车网络。2.3.4 控制方式的对比选择记忆存储式后视镜和座椅控制系统可以采用分布式控制系统。国外一些高端车型上使用的记忆存储式后视镜和座椅就是采用的分布式控制系统，如凌志LS400等25。其采用分布式控制系统的一个主要原因是国外汽车企业对于后视镜和座椅的控制系统的研究是分开进行的，一般都是首先单独研究开发了记忆存储式的后视镜，然后开发了记忆存储式的座椅。这样是开发了两个独立的控制系统，之间通过现场总线（一般都使用CAN总线）连接。本文研究开发的后视镜和座椅控制系统采用集中控制系统，以一个ECU进行集中控制后视镜和座椅，不选择分布式控制系统开发的原因如下：1、汽车线束的减少。以一个ECU对后视镜和座椅集中控制要比使用两个ECU单独的控制减少了汽车线束的使用。2、由于后视镜和座椅的位置是相关的，本设计中需要进行位置的联合存储以保证同时调整到座椅的最舒适位置和后视镜最佳视野位置，所以以一个ECU集中控制，进行位置的联合存储和恢复更为简便。3、反应速度比分布式控制系统快。4、成本低。由于电路并不是非常复杂，选用2个20脚的ECU进行分布式系统设计与选用1个40脚的ECU进行集中控制系统设计相比，后者明显更加适合低成本的商品化开发。5、电路简单。有些信号如车门关闭信号等后视镜和座椅控制系统都需要使用，集中控制系统不需要额外的接线进行信号共享，简化了电路。2.4 基本工作原理记忆存储式后视镜和座椅控制系统是一个典型的汽车电子控制系统，其硬件元件也是由ECU、传感器和执行器组成的。本设计中的执行器选用永磁式直流电动机，考虑到车载电源，电机驱动电压为12V。选用的后视镜内的电机的运行电流和扭矩都远远小于座椅内的电机。电机内装有过载电流保护器。基于后视镜和座椅的工作状态和调节状况，后视镜的传感器选用电位传感器，座椅中靠背角度选用干簧管传感器，前后移动、座位前升降和后升降选用霍尔式传感器。硬件系统如图2.5所示。控制系统以ECU为核心连接各个部件，控制后视镜和座椅位置的调整。驾驶员可以调整左右后视镜的上下转动和左右转动两个位置，座椅的前升降、后升降、前后滑动和椅背角度四个位置。所有的位置调整都通过电机的双向转动来调节，所以的位置信息都通过相关位置的传感器来采集。ECU和电机等都通过车载的蓄电池（12V）来供电，用电元件的工作电压都是5V或者12V。在图2.5中车门车速信号由两个开关表示，在车门未关和车行驶时断开电源供电从而屏蔽调节电路，其细节设计的电路和信号在硬件电路设计章节中有介绍。蜂鸣器后视镜控制恢复存储M3M2M1上下转左右转左右选择椅背角前后滑后升降前升降点火后视镜控制电源MMMMMMMM*ECU*M前升降后升降前后滑椅背角左右转上下转左右转上下转左后视镜右后视镜座椅控制车门车速座椅控制传感器电机图2.5 硬件系统原理图硬件系统总体上通过图2-5示意，而其内部的电路设计，ECU的选择和引脚使用，其余电子元器件的选型和使用等部分在ECU的选择和使用章节，硬件电路设计章节中将进行详细的介绍。2.5 控制器的操作和使用本设计的控制器的操作和使用过程如下：如图2.6、图2.7，图中M1、M2、M3分别代表三个存储位置。各个箭头按键分别用来控制电机向箭头所指代的方向转动。“左后视镜”、“右后视镜”键用来切换左右后视镜。“存储”键配合“M1”等键存储位置信息。“恢复”键用来进入恢复座椅和后视镜记忆位置状态。初始时，驾驶员通过控制面板操作，输入控制信号，信号通过ECU输出电机驱动信号，驱动电机，调整后视镜和座椅，以获得后视镜的最佳视野和座椅的最舒适位置。调整完成后，驾驶员可以同时按下存储键和任意位置键（M1、M2 或M3），保持3秒后ECU会获得存储信号，即可通过预先编制的存储程序，将该位置信息保存在存储器中（本设计使用的是EEPROM）。在需要恢复时，驾驶员只需要同时按下恢复键和相应的位置键并保持3秒，ECU获得恢复信号从存储器中获得位置信息，然后即可通过预先编制的恢复程序，控制电机工作，恢复到该位置键所对应存储的位置。图2.6 座椅位置调节面板图2.7 后视镜位置调节面板2.6 本章小结本章首先对汽车电子控制系统进行简要的介绍，其基本组成部分为ECU、传感器和执行器。然后对本设计所需实现的控制器的功能进行介绍，在功能介绍完成后对控制方式进行对比和选择。最后通过硬件系统的原理示意图来说明了记忆存储式后视镜和座椅控制器的基本工作原理和控制操作过程。第3章 汽车电子控制单元（ECU）的选择与使用3.1 ECU选择指标与原则3.1.1 ECU的环境指标汽车电子产品的性能和可靠性，在很大程度上取决于它的耐环境性，汽车用ECU所处的环境十分恶劣复杂，除了湿度、温度、振动、冲击、灰尘、泥沙、水、油污、波动电压等环境因素外，电磁干扰也是一个不可忽视的问题。ECU作为整个汽车电子控制系统的核心，其所处的工作环境及其恶劣，所以选择的ECU 需要有相当高的抗干扰性、耐高温性和稳定性。许多电子产品在实验室能够完成相关功能试验，但是安装在汽车上却不能正常工作，这往往是ECU 不能适应汽车内恶劣的环境导致的。车内温度在各个部位不一样，如发动机周围的温度可超过100，阳光下挡雨板的温度可达90。考虑到本设计的控制器最终安装位置不靠近发动机，也不靠近挡雨板，更不可能受到阳光的直射，所以一般的抗高温ECU即可。其他的考虑因素包括抗潮湿、防振、抗干扰等基本因素。一般ECU生产企业将电子控制单元按照其使用的范围可以都分为车用ECU，消费电子类ECU等若干类。其中车用ECU是基于汽车内部的恶劣环境专门为汽车电子控制系统设计的ECU，其基本的抗高温、防振、抗潮湿、抗干扰性能都能够满足基本的车用的要求。本设计选用车用ECU进行设计。3.1.2 ECU选择的基本技术指标同时，ECU的选择中也需要考虑其高速计算的能力以满足汽车电子控制系统的数据计算和对传感器信号、控制信号的处理。综合而言，本设计的记忆存储式后视镜和座椅控制器ECU选择的主要考虑指标包括A/D转换器的位数，输入输出的引脚数，存储容量，工作温度，可扩展性和成本，详细技术指标如下：1、A/D：8通道；2、输入输出引脚数；3、存储容量：存储控制程序（初步考虑C语言）；4、工作温度：-4085；5、可扩性：CAN总线。其中输入输出的引脚数量是无法明确在设计开始的时候就得知的。而且在设计时，ECU并不是单独选择的，而是与硬件电路设计以及软件程序设计同时进行的。首先计算需要多少个输入输出信号。以EEPROM实现记忆存储需要4个输入输出信号；驱动8个电机的信号；返回11个传感器的信号，座椅4个方向和两个后视镜各2个方向以及车门打开、车速信号；1个操作成功信号；后视镜控制信号5个，即左右选择、上转、下转、左转、右转；座椅控制信号8个，即前移、后移、椅面前抬高、前降低、椅面后抬高、后降低、椅背角变大、变小。以上共37个输入输出信号，而且不计算键盘需要使用的引脚，粗略的估计总数超过40个。ECU的成本与外围电路使用的元器件相比是比较高的，所以本控制器需要实现的40多个信号的输入输出在使用相对较少引脚的ECU时可以通过硬件电路来优化实现。本控制器的硬件电路设计中使用了译码器、编码器、模拟多路器等成本相当低的芯片与ECU 共同实现所需功能，则ECU的引脚数量可以大大的降低。3.1.3 ECU的选择考虑到以上情况，初步选用摩托罗拉半导体公司车用8位微处理器，68HC08系列的芯片。该系列芯片具有速度快，效率高，功耗小的特点，而该系列的芯片的基本功能和接口完全能够满足本控制器的要求。实际上在本控制器的设计过程中，ECU的选择在确定了选用摩托罗拉68HC08系列后并不能确定选用的具体型号，但是选用了该系列能够保证能实现我们需要的基本功能，而各个型号之间的区别不是本质性的，所以完全可以在硬件电路和软件程序开始设计之后即时修改。在本控制器的设计过程中，首先选择了引脚数量相对比较多的44脚的M68HC908SR12芯片，该芯片有33个输入输出引脚，而后进行了硬件电路和软件程序的设计。在硬件电路和软件程序的设计过程中对本控制器所实际需要的引脚数量、软件程序容量等具体技术指标更加明确。设计中发现通过硬件电路的优化，44脚的MC68HC908SR12能够提供足够数量的输入输出引脚，同时成本过高，而功能与其他芯片差别不大，最终选用44脚的MC68HC908GT8。而实际上这两款芯片的引脚数量、基本功能没有差别，实际差别在其细节技术指标如RAM 容量、flash 存储容量等。3.2 ECU主要特性MC68HC908GT8是摩托罗拉公司车用MC68HC08系列的一款芯片。该系列芯片都使用CPU08作为其中央处理器，而各款产品在使用的ROM 存储容量，引脚，封装，模块等有一定的区别。MC68HC908GT8的主要特性如下26,27,28：1、工作电压5V；2、工作温度-55150；3、8位CPU；4、8KB的Flash存储空间，可在线编程；5、8路8位A/D转换器；6、8MHz的总线频率；7、增强型串行通信接口和串行外围接口；8、系统保护特性：低电压检测复位，计算机正常工作（COP）复位，非法指令码检测复位等；9、独立的时钟发生器模块；10、支持C语言编程；11、完全向上兼容MC68HC05系列芯片；12、具有等待和停止两种低功耗模式。3.3 ECU结构模块MC68HC908GT8的基本结构框图如图3.1所示28。图3.1 MC68HC908GT8的结构框图1、CPU08模块CPU08是MC68HC08系列车用ECU的中央处理器，是MC68HC05系列的增强型，8位处理器。2、存储器8KB的Flash存储空间，512B的用户RAM，304B的监控ROM，720B的Flash编程规则ROM和36B的用户Flash矢量区。3、定时接口模块ECU中的定时器用于定时操作和与定时器有关的I/O 操作。有两个定时接口模块TIM1和TIM2。具有定时器溢出、输入捕捉、输出比较和脉宽调制的功能。每个TIM都有两个输入捕获/输出比较通道，可进行缓冲和非缓冲脉宽调制，TIM时钟可编程微内部总线时钟的7种分频道，溢出时可自动变换通道，计数器也可停止或复位。4、定时基模块定时基模块产生周期性中断，可选择8种速率。由定时基模块控制寄存器TBCR的TBR2TBR0位所控制，与晶振频率相关。5、系统操作正常监视模块（COP）系统操作正常监视模块俗称看门狗电路，其功能是在ECU工作部正常时产生一个复位信号。COP有一个计数器，在允许后，软件必须周期性的向COP 控制寄存器写入任意值，以消除COP计数器。如果系统由于出现某些错误而非正常工作时，COP计数器得不到清零。那么当它溢出时变产生复位信号，以防止系统出现更为严重的错误。在系统设置寄存器种可以设置COP速率或者开启、关闭COP。6、并行I/O接口并行I/O接口是最常用的输入输出接口。共有5类，如下：（1）PA接口双向I/O接口，做输入时可具有上拉电阻。允许时，PA可用作键盘中断输入。键盘中断的触发可以选择为下跳有效或负电平有效。（2）PB接口双向I/O接口，可做A/D输入。（3）PC接口7位双向I/O接口，做输入时，可具有上拉电阻。（4）PD接口8位双向I/O接口，也可用作定时器和SPI引脚。在做输入引脚时，可具有上拉电阻。（5）PE接口2位双向I/O接口，也可用作SCI引脚。7、异步串行通信接口模块（SCI）异步串行通信接口模块的作用是实现与其他能异步串行通信的元件的通信，最主要的是实现与其他计算机的数据传输。主要功能是进行全双工非归零通信，独立式发送和接受操作，可进行硬件奇偶校验和噪声检测。SCI 有3个控制寄存器（SCC1，SCC2，SCC3）和2个状态寄存器（SCS1，SCS2）。8、串行外设接口（SPI）串行外设接口用于同步串行通信，也可用于扩展并行接口、存储器、LCD驱动电路等。9、断点模块（BRK）断点模块可以在设定的地址处产生一个中断，该中断称为断点中断，它使CPU中止当前程序的执行而进入中断服务程序。引起中断的方式一般是CPU产生的地址（在程序计数器中）与断点地址寄存器内存储的内容一致时产生中断，或者用软件向断点状态与控制寄存器的BRKA位写1时产生中断。中断时，中断模块就产生一个断点信号（BKPT），在CPU结束当前指令后，将一条SWI指令（软中断指令）装入内部指令寄存器作为下一条指令执行。在断点指令操作后，执行RTI指令（中断程序返回指令），就结束了断点中断，使ECU恢复到正常状态执行程序流程。10、A/D转换器模块该ECU具有8路8位的的A/D转换器，有一个状态和控制寄存器ADSCR。11、寄存器直接存取模块存储器直接存取（Direct Memory Access, DMA）是一种高速的数据传输方式，它可实现存储器与存储器、存储器与外设之间数据的直接传送。12、键盘中断模块（KBI）键盘中断模块通过端口PA的8个引脚提供8个独立的可屏蔽的外部中断，即可作为键盘中断，也可作为普通的中断源，增加了外中断的个数。13、时钟发生模块时钟发生模块包括锁相环电路和基本时钟电路。锁相环电路使ECU在外部使用较低的频率（比如32KHz）晶振时在内部可以得到较高的（如8MHz）的总线频率。14、低电压禁止模块（LVI）低电压禁止模块（Low Voltage Inhibition）的作用是检测加载在VDD上的供电电压。当VDD低于某个预设的电压值LVITRIP时，认为发生了电源故障，产生中断信号并强制系统复位。15、复位与中断模块MC68HC908GT8具有上电复位（POR）、计算机正常工作（COP）、低电压禁止复位。非法指令码和非法地址等复位源。3.4 ECU引脚功能与使用一般常见的MC68HC908GT8有42脚的SDIP和44脚的QFP形式。44脚的芯片只是比42脚的多了PD6、PD7等2个I/O引脚。本设计所使用的44脚的 MC68HC908GT8 的引脚图如图3.2所示28。图3.2 MC68HC908T8引脚图在本设计中，各引脚的使用如图3.3所示。图3.3 ECU引脚使用图结合以上图可以将MC68HC908GT8的引脚和本设计中对其的使用做以下说明。而具体的引脚连接电路在下一章硬件电路设计中将与上一一对应。1、VDD和VSS电源供给引脚。VDD接电源正，VSS接地。2、OSC1和OSC2振荡器引脚。外接晶体振荡器电路。3、低电平有效复位端。一个逻辑低电平输入可以使ECU复位。同时，该端口是双向输入输出端，内部出现复位信号时，使系统复位。该引脚内部含有上拉电阻。4、外部中断引脚，有内部上拉电阻。5、VDDA和VSSAA/D转换器和内部时钟发生器（Internal Clock GeneratorICG）的电源供给端。VDDA与VDD电压一样，VSSA与VSS电压一样。6、VREFH和VREFLA/D转换器的高低电压输入端。VREFH是高电压输入参考，需要滤波。VREFH需要与VDDA等电位。VREFL是低电压参考，需要外部滤波。VREFL需要与VSSA等电位。7、PAI/O端（）8位通用双向I/O接口，每一位都可变成为键盘输入脚。作输入时，可选择有上拉电阻。PTA0接仿真电路。PTA1接左后视镜调节电路，作左后视镜有效引脚。PTA2接键盘输入电路。PTA3PTA6接信号采集电路，连接模拟多路器作有效信号和输入信号。PTA7 接记忆存储电路的EEPROM。8、PBI/O端（PTB7/AD7PTA0/AD0）8位通用双向I/O接口，可用作A/D输入。PTB0PTB3接信号采集电路，作左右后视镜采集信号输入，并进行A/D转换。PTB4PTB7接后视镜调节电路，其中PTB4提供右后视镜有效信号，PTB5PTB7作后视镜控制信号输入后视镜调节电路的译码器进行信号处理。9、PCI/O端（PTC6PTC0）7位通用双向I/O接口。作输入时，可选择有上拉电阻。PTC0，PTC1 和PTC3接仿真电路；PTC2，PTC4PTC6接键盘输入电路。10、PDI/O端（PTD7/T2CH1）8位特殊功能双向I/O接口。通常PTD0PTD3可用作SPI脚，PTD4PTD7可分别用于定时器模块TIM1和TIM2。作输入时，可选择有上拉电阻。PTD0PTD3连接后视镜调节电路，作后视镜调节信号输入后视镜调节电路的译码器以控制其工作和信号输出。PTD4 接信号采集电路的模拟多路器，作中断信号输入。PTD5PTD7连接记忆存储电路的EEPROM。11、PEI/O端（PTE2，PTE1/RxD，和PTE0/TxD）2位通用双向I/O接口，可用作串行通信接口。PTE0、PTE1、PTE2连接键盘输入电路。3.5 本章小结汽车电子控制系统的核心是ECU。设计汽车电子控制系统的核心首要的是选择合适的ECU。本章首先通过对本设计的技术指标和ECU的一般选择条件进行分析后选择了摩托罗拉半导体公司车用8位微处理器MC68HC908GT8。随后对该芯片进行了详细的介绍，包括其主要特性、内部结构模块、引脚使用范围与特点等，为接下来深入了解ECU的工作原理和如何使用ECU打下了基础。ECU引脚的使用设计与下一章即将介绍的硬件电路设计是同时进行的，ECU将与其他部分的电路相配合实现记忆存储式控制器的各项基本功能。第4章 硬件电路设计4.1 硬件电路设计概述硬件电路设计是本控制器得以实现设计功能的硬件保证。硬件电路设计实际上是与ECU的选择、软件程序的设计同时进行的，在设计的过程中相互协调，相互配合以实现功能。实际上本控制器的硬件电路可以分为若干模块，用于实现记忆存储信息保存和调用的记忆存储电路、用于实现后视镜调节的后视镜调节电路、用于实现座椅调节的座椅调节电路、用于实现键盘输入信号控制的键盘输入电路、用于实现传感器信号采集的采样电路等。本硬件电路设计中需要秉承的基本原则如下：1、选用通用、可靠的电子器件；2、与软件程序、ECU引脚使用结合设计；3、紧凑设计电路，考虑功能扩展。在进行硬件电路细节设计之前，需要进行方案的设计和元器件的选择。硬件电路设计中的各个部分的电路都是以ECU为连接中心，连接到ECU并且通过ECU进行集中的控制。图4.1是本控制器的硬件电路示意图。图4.1 硬件电路示意图图4.1实际上是硬件电路的综合示意图，其中元器件以进行细节设计后的硬件电路各个部分所使用的元件为准。通过上图可以看到本控制器的硬件电路是分为记忆存储、后视镜调节、座椅调节、信号采集以及键盘控制等几个模块的，虽然各个部分的细节电路设计无法表示清楚，但是可以很清楚的看到各个部分的电路与ECU的连接。在进行后视镜和座椅调节时，键盘首先输入指令，指令输入ECU，ECU调用相关的程序进行计算和逻辑分析后输出控制指令控制相应电路或者电机工作以完成后视镜和座椅位置的调节。在调节完成后，可以进行位置的记忆存储。记忆存储同样通过键盘输入存储信号，记忆存储信号输入ECU中后，ECU通过相应的程序控制记忆存储电路以将后视镜和座椅的位置信息存储在EEPROM中。后视镜和座椅的位置恢复同样也是通过键盘输入信号，恢复信号传递给ECU以控制相应的恢复程序来自动控制电机进行工作以恢复后视镜和座椅的位置。本章以下部分将对本控制器硬件电路设计的各个模块进行详细的讨论。4.2 记忆存储电路4.2.1 记忆存储电路概述记忆存储电路是用于存储后视镜和座椅的位置信息以便随时调用。由于记忆存储的内容需要实时的修改，所以不能使用ECU中的存储空间，而需要单独设计一个记忆存储电路，通过不需要脱离系统即可擦写存储的EEPROM来实现。EEPROM（电可擦除可编程只读存储器）是一种既用电信号写入也用电信号擦除的只读存储器芯片，其存储的信息在断电后仍能保存，即flash memory。4.2.2 EEPROM的选择和特性后视镜和座椅的位置信息选用型号为AT93C46的EEPROM记忆存储。AT93C46是Atmel公司推出的低功耗、低电压电可擦除的可编程只读存储器。可重复写100万次，数据可保存100年以上。它采用CMOS技术和Fairchild Semiconductor 公司的Micro Wire工业标准3线串行接口，具有1KB的容量，并可通过ORG管脚配置成8位128字结构或者16位64字结构。该系列存储器可靠性高，重复擦写次数多，数据保存时限长；采用8脚PDIP/SOIC封装。与并行的EEPROM相比，AT93C46接线简单，可大大节省印制板空间。在低电压的工程应用中，AT93C46得到了广泛的应用。4.2.3 AT93C46的引脚AT93C46存储器芯片的引脚排列如图4.2所示。图4.2 AT93C46引脚图AT93C46的各引脚的作用如下29。CS(Chip Select)：片选信号。高电平有效，低电平时进入等待模式。在连续的指令之间，CS信号必须持续至少250ns的低电平，才能保证芯片正常工作。SK(Serial Data Clock)：串行时钟信号。在SK的上升沿，操作码、地址和数据位进入器件或从器件输出。在发送序列时，SK最好不停止，以防止读/写数据的错误。 DI(Serial Data Input)：串行数据输入。可在SK的同步下输入开始位、操作码、地址位和数据位。DO(Serial Data Output)：串行数据输出。在SK同步下读周期时，用于输出数据；而在地址擦/写周期或芯片擦/写周期时，该端用于提供忙/闲信息。GND(Ground)：接地。VCC(Power Supply)：接5V电源。ORG(Internal Organization)：存贮器构造配置端。该端接VCC或不连接时即为选择输出16位；该端接GND时即为选择输出8位。本设计需要进行8位数字信号的输入输出，即将ORG端口接GND。DC(Dont Connect)：空脚，不连接。4.2.4 AT93C46的指令AT93C46的指令如下所列。1、擦/写允许指令(EWEN)为保证数据的完整性，在第一次上电后，AT93C46自动进入擦/写允许状态。故该指令必须在所有编程模式前执行，一旦执行擦/写允许指令后，只要外部没有断电或者没有执行擦/写无效指令就可以对芯片进行编程。2、地址擦指令(ERASE)该指令用于把指定地址中所有数据位都置为“1”。一旦擦除指令和地址被译码后擦除自我计时周期就开始。此时需使CS信号保持至少250ns的低电平，然后将CS置为高电平，这时，DO端就显示“准备好/忙”状态信号。DO端为“0”时表示正在执行擦指令；DO端变为“1”信号，表示该指定地址的寄存器单元已擦完，可以执行下一条指令。3、地址写指令(WRITE)写指令包含了需要写入指定寄存器单元的8位或者16位数据。在DI端收到最后一个数据位时，自我计时程序周期就开始。在CS端在保持了至少250ns的低电平之后转变为高电平时开始，DO端就显示“准备好/忙”状态信号。DO为“0”时表示写操作仍在进行中；DO为“1”时表示写指令已经操作完成，可以执行下一步指令。4、地址读指令(READ)该指令包含了所需读出的地址代码的存储位置。读指令和地址被解码后，特定存储单元的地址信息在串行数据输出端DO可用。读指令在SK的上升沿触发。5、芯片擦指令(ERAL)该指令主要用于试验，可将整个存储器内存储阵列全部置为1。在CS端保持低电平至少250ns后转为高电平，DO端可以显示准备好或者忙信号。同擦指令或写指令，DO端为“0”显示忙，为“1”表示准备好下一指令。ERAL指令只在电压VCC5V10时有效。6、芯片写指令(WRAL)该指令可将命令中包含的数据写入整个存储器内存储阵列。DO端同ERAL指令显示忙或者准备好信号。同样，WRAL指令也只在电压VCC5V10时有效。7、擦/写禁止指令(EWDS)该指令可对写入的数据进行保护，以防意外丢失。但是READ指令是独立的，可以在任何时候运行。4.2.5 记忆存储电路在本设计中记忆存储电路的引脚使用和电路如图4.3所示。图4.3 记忆存储电路图本设计中记忆存储电路使用型号为AT93C46的EEPROM，其5、6脚接地，8脚接电源，7脚不使用，其余四脚连接ECU，形成记忆存储电路。4.3 后视镜调节电路4.3.1 后视镜调节电路概述左右后视镜的调节一共需要8个控制信号，包括左右各4个，分别是上转、下转、左转和右转。后视镜和座椅均采用永磁式直流电动机，共8个，工作电压12V，电机以正反转控制正反方向的调整。左后视镜控制电路使用ECU的4个引脚，分别是左后视镜有效引脚，3个控制引脚。3个控制信号分别通过3-8译码器74LS138处理，输出8个控制信号，连接电机的驱动电路通过桥式电路驱动左后视镜的2个电机。右后视镜单独使用右后视镜有效引脚，与左后视镜共用3个控制引脚，通过另一个3-8译码器74LS238控制桥式驱动电路驱动右后视镜的2个电机。4.3.2 3-8译码器的选择与使用本设计中选择了比较常见的3-8译码器74LS138和74LS238进行译码输出信号。74LS138是一个常用的高性能，低延时3-8译码器，通常用于存储电路和数据传输系统电路中。一般而言，其延时比存储访问时间要短，从而可以忽略。工作电压为4.755.25V；极限电压7V；工作温度为070oC30。74LS138外部有16个引脚，内部是由与非门组成的38线译码器。16个引脚中，8脚接地，16脚接电源。另外有8个输出引脚。G1和G2A、G2B是芯片有效引脚；A、B和C是选择引脚，由这三个引脚的输入决定输出的信号。从功能表我们可以看到74LS138的8个输出引脚，任何时刻要么全为高电平，则芯片处于非工作状态，要么只有一个为低电平，其余7个输出引脚全为高电平。一旦出现两个输出引脚同时为0的情况，则该芯片已经损坏。74LS138有三个附加的芯片有效引脚（也可称为控制端）G1、G2A和G2B。只有当G2A和G2B都是低电平，G1接高电平时，芯片处于工作状态。否则芯片的8个输出引脚都输出高电平。这三个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片连接起来以扩展译码器的功能。当芯片处于工作状态时，其输出的信号逻辑式如下30。表4.2 74LS138的输出逻辑式输出信号表达式输出信号表达式由以上逻辑式可以看出，同时又是这三个变量的全部最小项的译码输出，所以也把这种译码器叫做最小项译码器。74LS238和74LS138基本一样，输入输出信号逻辑一致。74LS138和74LS238在本设计电路中起到的作用是在选中工作后，能将3个输入的控制信号通过译码转换为8个输出信号，以控制调节电路，从而控制电机的工作。假如不使用3-8译码器来调整输入信号，而直接通过ECU来控制电机驱动电路，至少需要使用ECU的8个引脚。在主控制ECU芯片引脚有限的情况下，通过两个译码器的变换获得了16 个驱动信号来驱动4个H型桥式驱动电路以驱动电机，而仅仅使用了ECU的5个引脚。而本身3-8译码器的成本很低，优化了成本相对比较高的ECU的选择。4.3.3 电机驱动电路设计电机的驱动是通过H型桥式驱动电路实现的。H型桥式电路是常见的电机驱动电路，通常由4个三极管按照方形的四角放置，中间连接电机。在对角线的三极管导通时，电流可能从左到右或从右到左流过电机，即可驱动电机正、反转。本设计中的H型桥式驱动使用了2个型号为8550的PNP 型三极管，同时使用了2个型号为8050的NPN 型三极管，这两个型号的三极管通常是相互配合使用的。本设计的H型桥式驱动的联通机理如下。首先通过芯片有效引脚输入高电平使两个译码器中的一个处于工作状态，另一个处于非工作状态。处于非工作状态的译码器的8个输出都是高电平，处于工作状态的译码器的8个输出有7个是高电平，有一个低电平。这样在4个H型驱动电路的一个对角边的两个三极管导通，就会形成一个通路，从而驱动电机的转动。由电路图可以清楚的看到，2个译码器的16个输出组合成8对高低电平的输出，在得到相应的信号控制后，可以控制4个电机各进行两个方向的旋转。4.4 座椅调节电路4.4.1 座椅调节电路概述座椅调节也需要8个控制信号，分别是前升高、前下降、后升高、后下降、向前滑动、向后滑动、椅背角变大和椅背角变小。座椅控制电路使用ECU的4个引脚。分别是座椅有效引脚，3个控制引脚。3个控制信号通过3-8译码器74LS238处理，输出8个信号，通过8路达林顿驱动器ULN2803驱动4个继电器JQC-16F，控制4个电机工作。座椅调节电路图如图4.4所示。图4.4 座椅控制电路图4.4.2 3-8译码器的选择与使用在座椅调节电路中，本设计也采用了一个3-8译码器来进行信号的输入输出。选用的译码器74LS238在后视镜调节电路部分已进行功能使用说明。这里同样只需要使用3 个控制信号的输入即可输出8个控制信号，同时使用1个座椅调节有效引脚，共4个。4.4.3 电机驱动电路的设计座椅调节中所需要控制的电机的启动电流远远大过后视镜内的电机，而H型桥式驱动电路只是用来驱动在较低的电压下工作的器件，这里不能使用。所以座椅调节电路使用了晶体管阵列驱动器来驱动继电器的驱动方式。晶体管阵列选用型号为ULN2803 的高电压大电流的八路达林顿晶体管阵列，继电器选用型号为JQC16F的车用继电器。ULN2803是常用的八路达林顿驱动器，也叫做晶体管阵列或晶体管陈列，用于放大驱动电流，可以直接驱动继电器工作，甚至可以直接驱动低压灯泡。一个ULN2803最多能够驱动8个继电器，本设计中驱动4个继电器即可控制4个电机的正反转32。JQC-16F是常用的超小型汽车继电器，额定线圈电压是12V，最大切换电流是20A。其延时短，而且有两个独立的系统33。座椅控制电路中的电机驱动使用JQC-16F来控制电机的正反转。4.5 键盘控制电路4.5.1 键盘控制电路概述键盘分为调节键和存储功能键。调节键输入调节信号通过优先编码器SN74LS148N输入至ECU。优先编码器是指当两个或两个以上的输入端发出输入请时,只对其中优先级别最高者进行编码的编码器.该编码器能将键盘输入的8个控制按键输入转换成3个从而减少了所使用的ECU引脚。存储功能键有5个，分别是存储、恢复和位置M1、2、3键。存储功能键一键一线连入ECU。键盘输入电路图如图4.5、图4.6所示。图4.5 键盘控制电路1图4.6 键盘控制电路2键盘共有8个键控制座椅的调整，分别是向前滑动、向后滑动、前升高、前下降、后升高、后下降、椅背角变大、椅背角变小等。这8个键分别对应接入键盘控制电路，输入控制信号以控制相应的电机工作。键盘上有5个后视镜控制键，分别是左/右选择键、左转、右转、上转、下转。这5个键直接连接后视镜控制电路以驱动电机直接旋转。4.5.2 8-3优先编码器的选择与使用本电路中选择使用了一个8-3线优先编码器SN74LS148N。该优先编码器的作用是进行信号编码，将8个输入编程3个输出，从而减少使用了ECU的引脚。SN74LS148N有16个引脚，如图4.7所示34。图4.7 SN74LS148N的引脚图其中GND是接地脚，VCC接电源，07是输入引脚，A0、A1、A2是输出引脚。EI 是输入使能端，当EI是高电平时，输出全为高电平，编码器不工作；当EI是低电平时，编码器正常工作。E0为输出使能端，GS为片选优先编码输出端。当E1为低电平，而且至少有一个输入端有编码请求（即输入低电平）时，GS为低电平，表明编码器处于工作状态，否则为高电平。需要说明的是，所谓优先编码器即当两个或者两个以上的输入端有编码请求的时候，按照高低位排序进行依次编码。8个输入端的高低位顺序为：7端最高，0端最低。当两个或者两个以上的输入端请求编码时，输出优先以高位出现低电平的输入来进行编码，而不管比它低的各个输入端是否出现低电平。4.6 信号采集电路4.6.1 后视镜采样电路后视镜内采用电位差传感器，对后视镜所在位置进行检测，返回模拟电压信号，经过A/D转换成数字信号传递给中央处理器处理。后视镜传感器连接ECU的A/D接口。后视镜内的电位差传感器是通过简单的电路直接接入ECU，电路如图4.8所示。图4.8 后视镜采样电路4.6.2 座椅采样电路概述座椅采样电路的采样信号通过传感器检测采集。座椅前升降、后升降、前后滑动、座椅椅背调节电机内的位移传感器为霍尔式开关传感器，对霍尔元件的输出进行处理，产生一个高电平或者低电平的脉冲信号返回。4.7 其他电路4.7.1 晶振电路晶振是晶体振荡器的简称。它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。本设计中使用了2个18PF的电容并联。其中的大电阻采用10M欧姆的电阻。具体的设计与使用ECU的引脚见图4.9所示。18P18PCRYSTAL10M晶振电路OSC1OSC2图4.9 晶振电路图4.7.2 电源稳压电路电源稳压电路由稳压器7805构建。7805是常用的固定正压集成稳压器，有3端，2端接地，1端输入，3端输出36。输入电压范围是524V，输出最大电流是1A。在本设计中，7805的作用是输出稳定的5V电压，其电路如图4.10所示。图4.10电源稳压电路图4.7.3 电源滤波电路在硬件电路中的所有芯片和部件都需要对其提供5V或者12V的电源才能正常工作，所以一个稳定的电源对于整个系统的可靠性非常重要。但是汽车电源有其特殊性，是通过蓄电池供电，所以电源供给相对不稳定，易出现杂波，所以为了避免杂波影响系统工作，可以在各电源输入与地之间接入滤波电容。本控制器使用了26个100N电容即0.1微法的电容并联形成滤波电路，具体电路图如图4.11所示。图4.11 电源滤波电路图4.8 系统电路工作过程系统电路工作示意图如图4.12，图4.13所示：图4.12 系统工作示意图1图4.13 系统工作示意图2以左后视镜水平旋转和座椅前滑动为例，如图4.12，图4.13所示，系统工作过程如下：1.左后视镜左转按键按下译码器U2译码器UB1（引脚9输出低电平）缓冲器U8A（基极处于低电平）三级管导通H桥式驱动电路导通左后视镜左右转电机转动左后视镜水平位置调节2.座椅前滑动按键按下译码器U2ECU译码器UC1达林顿驱动器ULN2803（引脚2输出）继电器JQC（引脚10输出）座椅前后滑动电机转动座椅前滑动3.存储键+M1键按下后视镜位置传感器ECU（引脚22，23）位置记忆存储芯片AT93C46（引脚DI）存入后视镜位置信息4.存储键+M1键按下座椅位置传感器ECU（引脚37）位置记忆存储芯片AT93C46（引脚DI）存入座椅位置信息（与过程3同时进行）5.恢复键+M1键按下ECU（引脚42，引脚6）位置记忆存储芯片AT93C46（引脚DI）位置记忆存储芯片输出信号（引脚DO）ECU（引脚21）ECU输出信号后视镜与座椅调节电路后视镜与座椅恢复到记忆芯片所存储的记忆位置4.9 本章小结本章主要对硬件电路中的各个部分的设计进行详细介绍，包括记忆存储电路、后视镜调节电路、座椅调节电路、信号采集电路、键盘控制电路等。每个部分的设计电路、所使用的元器件的特性和技术指标、在本电路中的作用等都在本章中进行了比较详细的描述。第5章 软件程序流程5.1 编程语言介绍在硬件设计的同时，需要进行软件程序设计。软件程序存储在ECU内以实现后视镜和座椅的集中协调控制。一般而言，在8位微处理器出现之前的汽车电子控制系统中的程序都是以汇编语言编写。但是8位车用微处理器出现之后，在计算速度和内部存储空间方面有了大幅度的进步。例如摩托罗拉半导体公司的车用微处理器MC68HC05系列只支持汇编语言编程，而摩托罗拉推出的MC68HC08系列微处理器获得极大的成功的一方面原因是将原先的固定堆栈指针升级为浮动堆栈指针，同时扩充了存储容量，从而支持C语言编写的程序。C语言是一种通用的程序设计语言，与其他的高级语言相比，C语言处理的是与计算机同一类型的对象即字符、数和地址，所以更接近汇编语言等机器语言。Unix操作系统也反映了C语言的成功。C语言与硬件无关，本身并不包括输入输出语句，但是在需要与硬件进行输入输出时需要使用输入输出语句中最底层的I/O函数来实现。而在使用了C语言编程之后，与原先使用汇编语言相比，优点比较明显27。1、系统可以在其他计算机上仿真。汽车电子控制系统的设计往往软硬件同时进行，而软件开发的时候需要实时与硬件电路的设计进行协调控制，而用C语言编写的软件程序可以在计算机上仿真整个系统。2、应用程序的可移植性。微处理器产品更新换代是不可避免的。用C语言编写的程序往往通过重新编译即可直接移植，而相比之下用汇编语言编写的程序基本上是不可能实现移植。3、便于程序调试。C语言程序调试可以直接使用C语言，比如输出函数可以直接显示。而汇编语言的调试中需要设置断点，相对而言不易调试。4、函数丰富。作为高级语言，C语言的函数库比汇编语言这种机器语言丰富的多。5、源程序易读，易于修改。C语言通用性强，容易读懂，便于修改。基于以上的分析，本文研究的记忆存储式后视镜和座椅控制器的软件程序选择使用C语言编写程序。同时考虑到C语言的特性，与硬件部分无关的程序用C语言编写，而与硬件部分有关的部分还是使用汇编语言来编写同时在C语言中调用即可。用汇编语言编写的程序主要是系统初始化的程序和输入、输出程序。系统初始化程序是对系统所有寄存器、端口等各个硬件系统进行初始化以建立C语言程序运行的环境。输入、输出程序是软件程序与硬件部分通信的程序，在C语言中调用该部分程序以实现输入输出。5.2 软件程序流程简述本文讨论的位置记忆存储式控制器在进行硬件设计的同时也需要进行软件程序编制。本控制器的硬件电路需要有能完成特定功能的软件程序配合，而硬件电路工作过程和步骤即为软件程序的设计流程。在同时进行软硬件设计时，系统操作的流程即为本设计无论是软件编制还是硬件电路设计的核心。系统程序流程图如图5.1所示。图5.1 系统程序流程图由上图可以很清楚的看到本设计研究的控制器的操作过程和系统的工作流程。首先汽车点火启动系统，系统即进入等待状态，等待状态下系统不工作，在键盘输入控制信号后进入工作状态。当有键按下时，系统检查是否满足控制器工作的条件即车门关闭、汽车停止。如果不满足调节调节，即车门未关或者汽车在行驶中，系统返回等待状态。如果满足，则系统进行初始化，即将所有寄存器、端口、堆栈等硬件系统初始化，以便控制器进行调节、存储或恢复等操作。初始化完成后系统识别所按下的按键，如果是调节键，即控制后视镜和座椅调节的按键，则进入调节状态，可以分别进行后视镜和座椅的调节。如果是功能键，则进入功能控制状态。可以通过存储键启动存储功能控制程序把后视镜和座椅的当前位置信息存储在EEPROM中；可以通过恢复键启动恢复程序把相应保存在EEPROM中的位置信息读取并自动控制电机调整后视镜和座椅的位置。5.3 本章小结本章首先对本控制器使用的编程语言进行了描述。由于一般的控制器程序使用汇编语言编写，而在8位微控制器出现之后控制器的容量和运算速度得到了大幅度的提升后C语言成为了常用的编程语言，本控制器使用C语言编写控制程序。然后对本控制器所需实现的程序流程进行了详细的描述。结 论汽车电器和电子控制系统是汽车的重要组成部分，其性能直接影响到汽车的动力性、经济性、安全性、可靠性和舒适性。在世界汽车工业尤其是我国汽车行业的迅猛发展的大环境下，我国汽车发展主管部门对我国的汽车电子控制系统提出了发展的目标和方向，就是以舒适性、便利性为重点的汽车电子控制系统的发展为重点，兼顾其他汽车电子控制系统，致力于掌握自主知识产权，努力形成核心竞争力。在国外主流汽车电子控制系统如发动机集中控制系统、自动变速系统、底盘控制系统等的发展日趋成熟，我国在汽车电子控制系统投入大量的人力物力于这些相对成熟的研究方向必然不是最佳选择。而在调查中发现，一些非主流零部件的电子控制系统的开发却仍然有很多工作需要开展，比如说电动天窗、电动车门、智能娱乐中心、智能导航系统等。本文所开展的主要工作是研究设计了一种位置记忆存储式后视镜和座椅控制器。本文设计的基于集中式控制系统的仅使用一个ECU控制器。这种控制器能电动调节左右后视镜上下和左右两个角度位置、座椅椅面前后高度位置、前后滑动位置和椅背角度位置，并能在调整好时记忆存储下位置信息并在需要时调用位置信息。本文在分析位置记忆存储式控制器的工作原理的基础上，详细阐述了该控制器的硬件电路设计。参考文献1 舒华，姚国平.汽车新技术M.北京：国防工业出版社，20052 肖永清，杨忠敏.汽车的发展与未来M.北京：化学工业出版社，20043 吴定才.汽车电子控制系统构造与维护M.北京：人民交通出版社，20004 张育华，徐士鸣.汽车电子控制技术与故障诊断M.大连：大连理工大学出版社，19965 威廉.快速成长的中国汽车电子产业J.电子与电脑.2006.46 章颖莹.中国汽车电子产业比较优势及发展战略J.汽车与配件.2006.No.97 李波.并行工程与DFX 技术J.CAD/CAM 与制造业信息化.2003.10，pp.5-88 孙余凯，田其贵等.新型汽车电子电器原理与故障检修方法M.北京：人民邮电出版社，20029 郑荣良,钱俊锋,雍军.汽车电动记忆后视镜控制系统的设计J.汽车科技.2005，No.2610 吴基安，董素荣.汽车电动座椅与安全带的结构与控制（上）J.汽车电器.2001，No.211 吴基安，董素荣.汽车电动座椅与安全带的结构与控制（下）J.汽车电器.2001，No.312 曹治琬.电动后视镜J.汽车电器.2004.No.413 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Electronic-System Design in the Automobile IndustryJ. IEEE Computer Society，May-June 200322 任恒由.现代汽车概论M.北京：人民交通出版社，200523 卫星.汽车车身CAN 总线控制系统应用与研究D.硕士学位论文.合肥工业大学,2005.624 郭晋.基于CAN 现场总线的分布式控制系统设计D.硕士学位论文.北京工业大学.200125 张桂荣.凌志LS400 后视镜的电子控制系统及其检测N.山东交通学院学报，2003.No.126 张友德，涂时亮，陈章龙.M68HC08 系列单片机原理与应用M.上海：复旦大学出版社，200127 刘慧银，程建平，龚光华等.Motorola 微控制器MC68HC08 原理及其嵌入式应用M.北京：清华大学出版社，200128 MC68HC908GT16/8. M68HC08 Microcontrollers Technical DataDB. Motorola，200229 AT93C46/56/66. 3Wire Serial CMOS E2PROMs DataDB. ATMEL，199630 DM74LS138 DM74LS139. Decoder/Demultiplexer DataDB. Fairchild Semiconductor, 200031 DM7407. Hex Buffers with High Voltage Open-Collector Outputs DataDB. Fairchild Semiconductor，200032 Octal High Voltage High Current Darlington Transistor Arrays. Motorola Analog IC Device DataDB. Motorola Semiconductor， 200033 JQC-16FV. Automotive Relay DataDB. Hongfa Relay，200434 SN74LS148. 8-Line to 3-Line Priority Encoders DataDB. Texas Instruments，200435 SN74LS04. Hex Inverters DataDB. Texas Instruments，200436 KA74XX. 3-Terminal 1A Positive Voltage Regulator DataDB. Fairchild Semiconductor，2001致 谢本论文是在我的导师崔宏耀副教授的悉心指导下完成的，他对论文的写作提出了许多宝贵的意见，并在研究方法上给予了充分的指导。崔宏耀老师广阔的学术视野、清晰的分析思路和严谨的治学态度，让我在四年的本科学习期间受益匪浅。在我完成课题的过程中，崔老师为我创造了良好的学习环境和工作条件，给予了我热情的鼓励和细致的指导，帮助我不断克服学习中的困难，使我能够顺利地完成课题。因此在本文完成之际，首先感谢我的导师崔宏耀副教授。同时，感谢本专业李涵武等全部老师在我学习过程中给予的帮助。老师们渊博的知识，严谨的治学态度，科学的工作方法和忘我的工作热情，令我受益匪浅，终生难忘，在此深表谢忱！附 录MC68HC908GT16/8 Technical DataThe MC68HC908GT16 is a member of the low-cost, high-performance.M68HC08 Family of 8-bit microcontroller units (MCUs). All MCUs in the family use the enhanced M68HC08 central processor unit (CPU08) and are available with a variety of modules, memory sizes and types, and package types.The main features of MC68HC908GT8:1.Operating voltage 5V;2.Operating temperature -55150;3.8-bit microcontroller units;4.8KB of Flash storage space, online programming;5.8-channel, 8-bit successive approximation analog-to-digital converter;6.8-MHz internal bus frequency;7.Enhanced serial communication interface and serial peripheral interface;8.System protection features: Low-voltage detection with optional reset, Optional computer operating properly (COP) reset, Illegal opcode detection with reset;9.Independent clock generator modules;10.Support the C language programming;11.Fully upward-compatible object code with M68HC05;12.Low-power design; fully static with stop and wait modesThe structure of the MC68HC908GT81.CPU08 moduleThe MC68HC908GT8 is a member of M68HC08 Family of 8-bit microcontroller units, Enhanced M68HC05 programming model.2.memory unit8KB of Flash memory, 512 bytes of random-access memory, 304 bytes of monitor ROM, 720 bytes of FLASH programming routines read-only memory(ROM), 36 bytes of user-defined vectors.3.Timing Interface ModuleThis section describes the timer interface (TIM) module. The TIM is a two-channel timer that provides a timing reference with input capture, output compare, and pulse-width-modulation functions. This particular MCU has two timer interface modules which are denoted as TIM1 and TIM2.Features of the TIM include：Two input capture/output compare channelsBuffered and unbuffered pulse-width-modulation (PWM) signal generation.Programmable TIM clock input with 7-frequency internal bus clock prescaler selection.Toggle any channel pin on overflow.TIM counter stop and reset bits.4.Timing-based moduleTiming-based modules Generate periodic interrupt, Choice of eight kinds of rate.From time to time-based module control register TBR2-TBR0 the TBCR controlled by bit, with the crystal frequency-dependent.5.Computer Operating Properly ModuleThe Computer Operating Properly Module is known as watchdog circuit module. The function is to work in the ECU department of a normal reset signal. COP has a counter, software to be cyclical to the COP control register write arbitrary values to eliminate the COP counter after allowing. If the system due to some error and not as a normal working hours, COP counter is not cleared. Then when it reset overflow resulting time-varying signals, in order to prevent more serious system error.Register species in the system settings can be set to open COP rate or close the COP.6.Parallel I / O port is the most commonly used input-output interfaces.(1)PA pinsBidirectional input-output (I/O) pins, Port A also has software configurable pullup devices if configured as an input port. PA can be used as the keyboard interrupt module when it is allowing. Keyboard interrupt trigger can choose to jump for the next level of effective or negative effective.(2) PB pinsBidirectional input-output (I/O) pins, used for the input channels to the analog-to-digital converter module.(3) PC pinsPort C is a 7-bit, general-purpose bidirectional I/O port. Port C also has software configurable pullup devices if configured as an input port.(4) PD pinsPort D is an 8-bit special-function port that shares four of its pins with the serial peripheral interface (SPI) module and four of its pins with two timer interface (TIM1 and TIM2) modules. Port D also has software configurable pullup devices if configured as an input port.(5) PE pinsPort E is a 5-bit special-function port that shares two of its pins with the serial communications interface (SCI) module.7. Serial Communications Interface ModuleAsynchronous serial communication interface module is able to achieve with other asynchronous serial communication communications components, the most important thing is to achieve with other computer data transmission. Main function is non-zero to full-duplex communication, send and receive stand-alone operations, parity can be hardware and noise detection.8. Serial Peripheral Interface ModuleThis section describes the serial peripheral interface (SPI) module, which allows full-duplex, synchronous, serial communications with peripheral devices.9. Break ModuleThe break module can generate a break interrupt that stops normal program flow at a defined address to enter a background program. A CPU generated address (the address in the program counter) matches the contents of the break address registers.Or software writes a logic 1 to the BRKA bit in the break status and control register. Central processor unit (CPU) generated break interrupts, the break module generated a breakpoint signal.The CPU then loads the instruction register with a software interrupt instruction (SWI) after completion of the current CPU instruction. A return-from-interrupt instruction (RTI) in the break routine ends the break interrupt and returns the microcontroller unit (MCU) to normal operation.10. Analog-to-Digital ConverterEight channels with multiplexed input. 8-bit resolution. ADC status and control register (ADSCR).11. Direct Memory Access ModuleThe DMA technology is a high speed data transmission operation, allowing direct data access between the computer system and the peripheral equipment or the different internal memories of the computer system. 12. Keyboard Interrupt Module (KBI)The keyboard interrupt module (KBI) provides eight independently maskable external interrupts which are accessible via PTA0PTA7.13.Low Voltage InhibitionThe low-voltage inhibit (LVI) module, which monitors the voltage on the VDD pin and can force a reset when the VDD voltage falls below the LVI trip falling voltage.14. Resets and Interrupts modulePower-on reset (POR). Computer operating properly (COP). Low-power reset circuits. Illegal opcode. Illegal address.Descriptions of the MC68HC908GT8 pin functions are provided here.1. VDD and VSSVDD and VSS are the power supply and ground pins.2. OSC1 and OSC2Oscillator pin. These pins can also be programmed to be the connections for an external crystal, resonator or clock circuit.3. A logic 0 on the RST pin forces the ECU to a known startup state. is bidirectional, allowing a reset of the entire system. This pin contains an internal pullup resistor.4. is an asynch
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