汽车尾灯电路设计

汽车尾灯电路设计 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 摘要 本设计基于单片机的汽车尾灯控制电路的设计方法，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。运用STC98C52单片机，protel DXP，模拟电路知识,熟悉电子电路设计并运用通过网络作为中介的方式更新PCB进行设计。 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STC89C52单片机为核心的控制电路。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。 关键字: 汽车尾灯 单片机 电路仿真 目 录 1汽车尾灯控制器设计目的 .................................................. 1 2课程设计的及比较 .................................................... 2 3设计过程 ................................................................ 3 3.1汽车尾灯控制器原理分析 ......................................... 3 3.2系统原理 ....................................................... 3 3.3 总体设计思想 .................................................. 3 3.4 整体电路工作原理 .............................................. 4 3.5 单元电路设计 .................................................. 4 3.6 总图的设计过程 ................................................ 5 3.7 其他部分的设计 ................................................ 7 3.8单片机 ......................................................... 8 4 印刷电路板设计 ........................................................ 11 5 主要元器件清单 ........................................................ 13 .................................................................... 14 参考文献 ................................................................ 15 致 谢 ................................................................... 16 附录A STC89C52参数 ..................................................... 15 附录B元器件报表 ........................................................ 16 附录C PCB板3D正背面模型图 ............................................. 17 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 1汽车尾灯控制器设计目的 设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯，汽车运行时具有如下模式: ? 汽车正常行驶时，左右两侧的指示灯全部处于熄灭状态。 ? 当汽车右转弯时，右侧的3个指示灯按右循环顺序点亮。 ? 当汽车左转弯时，左侧的3个指示灯按左循顺序点亮。 ? 临时刹车时，所有的指示灯同时闪烁。 1 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 2课程设计的方案及比较 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。 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STC89C52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。 经过对比，本设计选择了使用第二种方法。 2 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 3设计过程 3.1汽车尾灯控制器原理分析 经过以上所述的设计内容及要求的分析，可以把电路分为开关控制电路，驱动等各部分电路。汽车尾灯要有四种不同的运动状态，因此需要有4中不同的显示模式，为了能够一一区分它们，可以设置3个状态控制变量，用按键开关 S1 ,S2和S3 进行显示模式、控制，根据设计相关要求可列出汽车尾灯相识状态和运行状态的关系，以下就这几个部分对电路进行分析和设计 如表3-1所示: 表3-1 汽车运行状态表 开关控制 右转尾灯 左转尾灯 汽车运行状态 S1 S2 S3 RRR LLL 123123 0 0 0 正常运行 灯灭 灯灭 1 0 0 右转弯 按R1R2R3顺序循环点亮 灯灭 0 1 0 左转弯 灯灭 按L1L2L3顺序循环点亮 0 0 1 临时刹车 所有尾灯同时点亮 3.2系统原理 在分析了以上功能原理后，由设计的基本要求可知，整个电路包括以下几部分:开关控制电路，三进制计数器，译码与显示驱动电路，尾灯状态显示电路，秒脉冲产生电路。需要一计数电路用于产生三端输出的001、010、100的循环信号，此信号提供左转、右转的原始信号。左转、右转的原始信号通过6个与门以及电键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。这部分电路起到信号分拣的作用。左转右转控制电路控制尾灯点亮模式，是闪烁，顺次点燃，还是熄灭。 3.3 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3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 3 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 亮灭情况。 3.4 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; 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。 3.5 单元电路设计 本次课程设计应用的是protel DXP软件。Protel DXP2004是Altium公司于2004年推出的最新版本的电路设计软件，该软件能实现从概念设计，顶层设计直到输出生产数据以及这之间的所有分析验证和设计数据的管理。当前比较流行的Protel 98、Protel 99 SE，就是它的前期版本。Protel DXP 2004已不是单纯的PCB(印制电路板)设计工具，而是由多个模块组成的系统工具，分别是SCH(原理图)设计、SCH(原理图)仿真、PCB(印制电路板)设计、Auto Router(自动布线器)和FPGA设计等，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。该软件将项目管理方式、原理图和PCB图的双向同步技术、多通道设计、拓朴自动布线以及电路仿真等技术结合在一起，为电路设计提供了强大的支持。 与较早的版本——Protel99相比，Protel DXP 2004不仅在外观上显得更加豪华、人性化，而且极大地强化了电路设计的同步化，同时整合了VHDL和FPGA设计系统，其功能大大加强了，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。 仿真原理图如图3.5所示。 4 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 图3.5 仿真原理图 3.6 总图的设计过程 (1)设置画图环境菜单 设计/文档选项，在如图5所示的窗口中设置图纸尺寸、栅格等内容。 5 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 图3.6.1绘图环境 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。 如图3.6.2所示。 图3.6.2 按键电路图 6 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 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，于是我选择了左循环的3个不同颜色的LED，右循环的3个LED的颜色和左循环的3个LED颜色一样，当循环点亮的时候很直观。 如图3.6.3所示。 图3.6.3 LED电路图 3.7 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3.7.1所示。 图3.7.1 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3.7.2所示。 7 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 图3.7.2 复位电路图 3.8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STC89C52型号单片机，参数见附录。STC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stc89c52型单片机， stc89c52的内核系列单片机引脚功能: 如图3.8所示。 图3.8(a) STC8952芯片 8 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 图3.8(b) 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。 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 9 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 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。 10 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 4 印刷电路板设计 在仿真软件中PCB电路图，在protel DXP在项目中创建PCB文件，输出网络表，再根据原来的原理图进行更新PCB到已创建PCB文件中。 在PCB编辑器中选择菜单命令 工具/自动布局，在弹出的对话框中进行相应的设置后即可完成自动布局，自动布局后还可手工调整布局，本设计采用的是手动布局。进行布线设置后，执行 自动布线/全部 后开始自动布线，也可手工布线。 布线后的效果图如下图所示。 图4.1 手动布局自动布线的PCB电路图 11 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 图4.4 顶层覆铜效果图 图4.5 底层覆铜效果图 12 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 5 主要元器件清单 根据附录A列出元件清单如表5-1所示。 表5-1 主要元器件清单 元器件 型号 数目(个) STC89C52 1 单片机 10K 4 电阻1 12 1 电阻2 1K 1 电阻3 LED 6 4 开关 5V 1 电源 12M 1 晶振 10uf 1 电解电容 30pf 2 陶瓷电容 13 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 总结 两周的课程设计即将结束，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。 在课程设计的过程中遇到的最大问题就是元器件库的加载，很多元器件不知道在哪里，最后通过问同学才解决了这个问题。其次就是PCB板的布局，有时移动元器件时会出现青色，可能是发生重叠。 虽然我现在已经初步学会了如何使用Protel的使用方法了，但是离真正掌握它还有一段的距离。课设的这段时间我确实受益匪浅，通过实践，让我更深入的了解Protel DXP软件，能过独立完成整个设计过程。在此感谢我们的老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样;老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪;这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。 同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。 14 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 参考文献 [1]周荣富.电子线路CAD.北京大学工业出版社.2011. .精通protel dxp系统设计篇[M]. 北京:中国青年出版社.2005. [2]柯常志 [3]曹昕燕，周凤臣，聂春燕.EDA技术实验与课程设计[M].北京:清华大学出版社,2006. [4]韩克，柳秀山主编.电子技能与EDA技术[M].暨南大学出版社.2005. [5]任为民.电子技术基础课程设计.中央广播电视大学出版社.2010. 15 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 致谢 经过几个月的忙碌和工作，本次课程设计已经完成，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 首先我感谢我的指导老师。本论文是在蒋老师和安老师的直接引导下完成的，整个控制机器的设计和论文的编写给了我们很大的帮助。老师严谨治学、认真负责、实事求是的科研态度对我影响至深，这些影响将使我终身受益。我在此对两位老师表示最真挚的谢意。 最后，也真诚的感谢我的小组成员，以及在设计制作过程中给予我鼓励支持和热心帮助的所有老师、同学和朋友们。 16 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 附录A STC89C52参数 STC89C52芯片参数 /机器周期和12 时钟/机器周期可以任意 选择，指令增强型8051 单片机，6 时钟 代码完全兼容传统8051. 2. 工作电压:5.5V,3.3V(5V 单片机)/3.8V,2.0V(3V 单片机) 3. 工作频率范围:0,40MHz，相当于普通8051 的0,80MHz，实际工作 频率可达48MHz 4. 用户应用程序空间为8K 字节 . 片上集成512 字节RAM 6. 通用I/O 口(32 个)，复位后为:P0/P1/P2/P3 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 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、T2 11. 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UART 13. 工作温度范围:-40,+85?(工业级)/0,75?(商业级) 14. PDIP 封装 15 广东技术师范学院天河学院《汽车电路CAD》课程设计 附录B 元器件报表 Description,Designator,Footprint,LibRef,Quantity,Capacitor,C1,RAD-0.3,Cap,1,Capacitor,C2,RAD-0.3,Cap,1,Polarized,Capacitor,(Radial),C3,RB7.6-15,Cap,Pol1,1,Typical,INFRARED,GaAs,LED,DS1,LED-0,LED0,1,Typical,INFRARED,GaAs,LED,DS2,LED-0,LED0,1,Typical,INFRARED,GaAs,LED,DS3,LED-0,LED0,1,Typical,INFRARED,GaAs,LED,DS4,LED-0,LED0,1,Typical,INFRARED,GaAs,LED,DS5,LED-0,LED0,1,Typical,INFRARED,GaAs,LED,DS6,LED-0,LED0,1,Resistor,R1,AXIAL-0.4,Res2,1,Resistor,R3,AXIAL-0.4,Res2,1,Resistor,R4,AXIAL-0.4,Res2,1,Resistor,R5,AXIAL-0.4,Res2,1,Resistor,R14,AXIAL-0.4,Res2,1,Resistor,R15,AXIAL-0.4,Res2,1,Switch,S1,SPST-2,SW-PB,1,Switch,S2,SPST-2,SW-PB,1,Switch,S3,SPST-2,SW-PB,1,Switch,S4,SPST-2,SW-PB,1,,U1,DIP40,Component_1,1,Crystal,Oscillator,Y1,BCY-W2/XTAL,1, D3.1, 16 汽车尾灯控制器的电路设计与仿真 附录C PCB板3D正背面模型图 17