车窗升降控制器地研究设计.doc
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1、自动车窗升降控制器的设计与制作摘 要:车窗是汽车必不可少的重要部件,早期的汽车采用传统的手动升降车窗。90 年代中期以来,汽车车窗控制器的控制技术发展迅速,电子模块控制形式大量应用于批量装车,并设有安全保护装置。现在许多轿车门窗玻璃的升降使用的是价格低廉、性能稳定的单片机作为集成模块控制器进行控制。据此本次设计也是以 STC89C52RC 单片机作为核心控制器,L9110 芯片为电机驱动,带有温度检测以及状态显示的车窗升降控制器。通过 5V 小功率电机的正反转、停止以及自动上升功能,模拟车窗的升降以及车辆停车熄火时车窗自动关闭控制功能。采用单片机作控制核心不仅价格低廉而且性能稳定,电路简单。关
2、键词:单片机;直流电机;车窗升降;温度检测Design and manufacture of automatic window lift controllerAbstract: Windows are important and indispensable parts for automobiles, early cars used traditional manually lift window. Since the mid 90, rapid development of control technology of automobile window controller, electro
3、nic control module forms widely used in bulk loading, and are equipped with safety devices. Now many car window glass lift is used as cheap, stable performance of the single chip microcomputer integrated control module controller. This design is also STC89C52RC SCM as the core controller, L9110 chip
4、 for motor drive, with temperature detection and State display window lift controller. 5V low power motor reverse, stop, as well as an automatic rise function, when a simulating movements in the car window and vehicle parking stall window closes automatically control functions. Using single-chip mic
5、rocomputer controlled core not only low prices but stable performance, simple circuit.Keywords: microcontroller;DC motor ;window lift;temperature detection目 录第 1 章 绪论.11.1 选题意义.1 1.2 自动车窗升降控制器的发展历程.1 1.3 本文主要研究内容.2第 2 章 系统元件选择与论证.32.1 单片机选择与论证.3 2.2 电机驱动芯片选择与论证.4 2.3 温度传感器筛选与论证.4 2.4 显示器选择与论证.4 2.5
6、系统方案设计.5第 3 章 硬件电路设计.63.1 硬件系统总体设计.6 3.2 STC89C52RC 微处理器核心电路. .6 3.2.1 STC89C52RC 单片机简介. .6 3.2.2 晶振电路.8 3.2.3 单片机复位电路.9 3.2.4 单片机总体硬件电路设计.9 3.3 电源输入电路.10 3.4 L9110 电机驱动电路. .11 3.4.1 L9110 芯片.11 3.5 1602 液晶显示器电路. .12 3.5.1 1602 液晶显示器. .12 3.5.2 1602LCD 电路设计.14 3.6 DS18B20 数字温度传感器电路. .15 3.6.1 DS18B2
7、0 的主要特征.15 3.6.2 工作原理及应用.15 3.6.3 DS18B20 数字温度传感器电路设计. .17 3.7 按键模块设计.17第 4 章 软件程序设计.184.1 C 语言在单片机中的应用.184.1.1 文件包含处理.18 4.1.2 单片机引脚定义.19 4.2 主程序流程图设计.19 4.3 DS18B20 传感器模块程序设计. .20 4.4 LCD1602 模块程序设计.22第 5 章 软硬件调试.315.1 硬件调试.31 5.2 软件程序调试.32 5.3 软硬件联调.32结语.33参考文献.34致 谢.36附录 1 硬件电路原理图.37附录 2 元器件清单.3
8、8附录 3 源程序清单.39附录 4 硬件实物图.42第 1 章 绪 论1.1 选题意义车窗是汽车必不可少的重要部件。它不仅可以遮风挡雨,为驾驶人提供足够的视角来安全的行车而且调节车窗的开度可以使车内的温度,湿度和气压适应驾驶人和乘客。当汽车高速行驶时,车窗打开必然要提高汽车的风阻系数1从而使车辆的用油量变多,而且风产生的噪音会对驾驶人和乘客的听力造成一定的破坏。同时一旦发生意外打开的车窗也成为隐患,不利于保护乘客。当汽车低速行驶时,车窗的开度需要不断地调整来满足乘坐舒适的需要。鉴于以上原因,车窗的开度不时需要调节。为了使车窗可以自由调节开度以及操作更加简便灵活车窗升降控制器就成了控制车窗的关
9、键部件。目前大多数汽车制造商制造的汽车都会有车窗升降控制器,车窗的升降功能已经是汽车的标准功能之一。我相信没有哪个消费者会购买一款没有车窗升降功能的汽车。综上所述,自动车窗升降控制器关系到驾驶人和乘客的舒适度和健康,行车安全以及车辆的行驶成本等等。1.2 自动车窗升降控制器的发展历程早期的汽车采用传统的手动升降车窗。欧洲的一些豪华汽车制造商于二十世纪八十年代后期将自动窗户控制器首次应用于他们制造的汽车上,经过几十年的发展,其应用技术已相当成熟。目前国内许多车辆也有这样的配置,它的设计思想是将汽车车窗的平常工作状态和停止状态输入的模拟信号进行A/D转换,把读取的数字信号存储在存储器(ROM)内,
10、通过一个特定的微处理器匹配窗户自动关闭时与正常工作时信号的差别,再通过程序编写来控制电机的旋转2。因为整个过程是连续依次的,可以确保电池没有在充电状态下放电,所以电池和电机能够高效,安全的工作。现在通过微控制器控制车窗已经普及,实现的功能也多种多样,我相信将来的车窗控制器会更加人性化,智能化。1.3 本文主要研究内容本次设计是以STC89C52RC单片机为核心控制器,主要研究内容如下:(1) 熟悉STC89C52RC单片机的引脚功能及其硬件外围电路和软件程序的设计。(2) 直流电机驱动芯片L9110的了解,运用以及该芯片电路图的绘制,LCD1602的运用和温度传感器DS18B20的运用。(3)
11、 硬件电路设计遵循布局合理简单,易于实现,简单实用的原则,使系统的抗干扰性能以及各项技术指标都达到设计要求。(4) 学习,研究高级语言 C 语言在单片机中的应用。(5) 硬件模块的仿真,软件程序的调试以及程序下载到 STC89C52RC 单片机中运行。第2章 系统元件选择与论证本次设计会使用到单片机、传感器、电机驱动芯片、LED/LCD、独立按键等元件。所以在使用何种型号的元件的问题上有必要进行选择和论证。所以,系统的元件选择应在顺应自动车窗升降控制器功能的前提下,以控制器所处的环境条件为参考,所设计的各个硬件模块电路不仅要符合设计要求的技术参数而且要完成相应的功能。元器件的选择不仅要考证其实
12、用性而且要满足易于购买,参数合适,性能稳定,功耗低,成本低廉的特点3。2.1 单片机选择与论证从处理能力的角度来看,AT系列微控制器分为基本和增强两个种类。两种类型的单片机区分主要是从芯片的末位数字1和2来判定。若末位数字是1,就代表该单片机为基本型。基本的单片机内含4字节的掩膜ROM,128位的RAM,2个16位定时器/计数器,5个中断源,4个并行口和1个串行口。若末位数字是2,就代表该单片机为增强型。增强型单片机拥有8字节掩膜ROM,256位的RAM,3个16位的定时器/计数器,6个中断源,4个并行口和1个串行口4。由以上内容可知增强型单片机较基础型有以下优势:(1) 片内ROM增加了4K
13、B的存储空间。(2) 片内数据存储器提高了128位的存储空间,可以处理更多的数据。(3) 定时器/计数器从2个增加到了3个,在串行通信中可以设置更高的波特率。(4) 中断增加了1而且增加1个看门狗增强型还在数据指针和断电保护等方面有些进步。(5) 增强型最高时钟频率可达33MHz,基础型大抵只有24MHz5。当前市场上的AT89C51已经停销,取代它的是具有ISP能力的S系列单片机。相比于C系列S51/52具备系统编程功能(ISP)。考虑到够买器件的价格和难易度,本次设计选择购买宏晶科技公司生产的STC89C52RC单片机。2.2 电机驱动芯片选择与论证众所周知单片机是5V供电,工作电流很小。
14、本次设计购买的直流电机工作电流在1.5A左右,如果直接将直流电机接在单片机上会造成动力不足,过小的电流时电机不能转动。这时需要电机驱动来提供足够的电流使直流电机能够正常工作。而且电机工作时会产生扰动,扰动电流会影响控制器件的正常工作甚至遭到损坏。电机驱动芯片可以很好的解决这个问题6。由于单片机是5V供电而且本次设计不需要大功率直流电机,所以选择的是5V供电的小型直流电机。那么,选择电机驱动芯片时不需要太大的电压范围和工作电流,所以本次设计选择了L9110电机驱动芯片。2.3 温度传感器筛选与论证因为本次设计中有测温的附加功能,所以需要用到温度传感器。温度传感器的种类很多,从测量点上看有接触式和
15、非接触式两大类。从温度传感器的出现发展到现在大体包含四个种类:热电偶、热敏电阻、电阻温度传感器和IC温度传感器。这四个种类中的IC温度传感器根据输出方式的不同又可以分为:模拟输出和数字输出两种种类7。本次设计是以单片机为核心控制器的,温度传感器的选择上还是数字输出型的IC传感器更为方便,简单,对于后续程序设计也大大减少了工作量。当前市场上的IC温度传感器还是以美国DALLAS半导体公司的DS18B20传感器为主。它不仅是数字输出型的还是单总线型的,也就是说它与单片机的接口只有一根线,硬件电路十分简单。2.4显示器选择与论证显示部分可以使用数码管或液晶显示芯片。但是若使用数码管的话电路接线太过复
16、杂而且软件设计也会大大增加难度,所以这次我选用了1620液晶显示器。液晶显示器相比于其他显示器有很多优点:功率小耗能低、小巧玲珑、可以显示字符及图形、厚度小,由于以上优点使它在各种仪器仪表和小型低功率系统中大放异彩。液晶显示器又有字符型和图形型之分,顾名思义字符型可以显示字符;图形型可以显示图形。液晶显示器有单行十六字的;也有两行十六字的;两行二十字的8。1620是一种通用模块。与数码管相比该模块有如下优点: 1.位数多,可显示32位,32个数码管体积相当庞大了 2.显示内容丰富,可显示所有数字和大、小写字母 3. 程序很简单,如果使用数码管动态显示,将需要大量的时间来刷新显示,而1602的自
17、动完成功能。2.5 系统总体方案设计按下控制开关,控制开关和温度传感器将命令或信号传送给单片机,单片机接收到信号后通过程序的执行再发出控制命令,电机驱动电路连接在单片机和电机之间,能够采集直流电机的电流将其作样本,把样本信号传送给单片机中的AD转换采样模块,单片机处理采样信号后发出控制指令返回给电机执行,电机就可以进行相应的动作所以才能控制玻璃的升降运动。液晶显示器也是通过单片机中的程序执行来显示相应的字符。STC89C52单片机温度传感器 测温车窗按键电机驱动直流电机电机状态显 示图2-1 自动车窗升降控制器总体设计框图第3章 硬件电路设计3.1 硬件系统总体设计本系统的硬件主要由STC89
18、C52RC单片机核心电路、1602液晶显示器电路、DS18B20数字温度传感器电路、电源电路以及L9110电机驱动电路和5V直流电机组成。以下是硬件结构框图。单片机核 心电路L9110电机驱 动电路1602液晶显 示器电路DS18B20数字温 度传感器电路电源电路5V直流电机图3-1 自动车窗升降控制器硬件结构框图3.2 STC89C52RC微处理器核心电路3.2.1 STC89C52RC单片机简介STC89C52RC是宏晶科技生产的最新单片机,该单片机有处理速度快、功率小能耗低、抗扰动性能强的特点。它的控制指令标示符是和传统AT系列8051单片机兼容的。它还有十二时钟/机器周期和六时钟/机器
19、周期两个工作频率,用户可以随意挑选。主要特性如下: (1)5V单片机工作电压范围是3.3V到5.5V。(2)其工作频率范围为040MHz。(3)拥有片内ROM8KB,片内512BRAM。(4)共有输入/输出口有32个,当清零后为:P14口是准双向口,P0口是集电极开路输出,当P0口接上拉电阻起输入/输出口作用,当P0口不接上拉电阻时作总线扩展用。(5)ISP/IAP,与普通的单片机不同的是它可以直接通过预留的引脚下载软件,不需要编程器和仿真器节省了很多资源。(6)拥有3个16位定时器/计数器。 (7)它拥有四个外部中断源,时钟下降沿触发中断并进入掉电模式9。 图 3-2 STC89C52RC
20、引脚图STC89S52RC 引脚功能说明:VCC:电源GND:接地P0 口:P0 口可以作一个八位漏极开路的双向 I/O 口使用或者作为低八位地址/数据总线使用。当 P0 口作双向 I/O 口时,每个口能驱动八个肖特基门。当调用外部存储器时,P0 口开始作为低八位地址总线,然后再作为双向数据总线使用,这时需要外接一个地址锁存器。在这个分时复用的情况下,P0 具有内部上拉电阻。P1 口:P1 口和 P2 口在数据输入功能上相同。对 P1 端口写“1”时,其中内部的上拉电阻把端口的电平拉高,这时 P1 口承担着输入口的作用。当作其作为输入口使用时,内部的高电平电阻和外部的低电平引脚产生压降,这个压
21、降便输出了一个电流。此外,P1.0 和 P1.2 引脚具有复用功能,当作触发输入和外部计数输入时它们可以单独作为定时器/计数器 2(P1.0/T2)和定时器/计数器 2(P1.1/T2EX)。P2 口:P2 口和 P1 口在数据输入功能相同。但 P2 口在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器时,P2 口送出高八位地址。在使用八位地址访问外部数据存储器功能时,P2 口的内容被锁存在整个访问期间都不会改变。P3 口:P3 口和 P1 口一样有一般 I/O 口所具有的功能和特点,但它也有一些复用功能。如 P3.0:RXD(串行输入口),P3.1:TXD(串行输出口),P3.2:外部
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