汽车尾灯控制系统说明书

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目录

绪论 (2)

第1章设计系统的介绍 (3)

1.1 设计软件Multisim的介绍 (3)

1.2设计语言 C语言的介绍 (3)

第2章方案设计及规划 (4)

2.1 设计内容及要求 (4)

2.2设计方案分析及比较 (4)

2.4设计方案规划及设计（具体设计） (5)

第3章软件设计及仿真 (9)

第 4章电路的制作 (19)

第5章心得体会 (21)

主要元器件清单 (22)

参考文献 (23)

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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，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。

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第1章设计系统的介绍

1.1 设计软件Multisim的介绍

Multisim（EWB的最新版本）软件：是Interactive Image Technologies Ltd在20世纪末推出的电路仿真软件。其最新版本为multiSIM7，目前普遍使用的是multiSIM2001，相对于其它EDA软件，它具有更加形象直观的人机交互界面，特别是其仪器仪表库中的各仪器仪表与操作真实实验中的实际仪器仪表完全没有两样，但它对模数电路的混合仿真功能却毫不逊色，几乎能够100%地仿真出真实电路的结果，并且它在仪器仪表库中还提供了万用表、信号发生器、双踪示波器（对于multiSIM7还具有四踪示波器）、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪、失真度分析仪、频谱分析仪和电压表及电流表等仪器仪表。还提供了我们日常常见的各种建模精确的元器件，电阻、电容、电感、三极管、二极管、继电器、可控硅、数码管等等。模拟电路方面有各种运算放大器、其他常用集成电路。数字电路方面有74系列集成电路、4000系列集成电路、等等还支持自制元器件。MultiSIM7还具有I-V分析仪和Agilent信号发生器、Agilent万用表、Agilent示波器和动态逻辑平笔等。同时它还能进行VHDL仿真和Verilog HDL仿真。

1.2设计语言 C语言的介绍

C语言是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特点，又具有汇编语言的特点。它由美国贝尔研究所的D.M.Ritchie于1972年推出。1978后，C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。它可以作为工作系统设计语言，编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。它的应用范围广泛，具备很强的数据处理能力，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，适于编写系统软件，三维，二维图形和动画。C语言发展如此迅速，而且成为最受欢迎的语言之一，主要因为它具有强大的功能。

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第2章方案设计及规划

2.1 设计内容及要求

本次设计要求根据已知条件，设计、制作一个汽车尾灯显示的51电路。

设汽车尾部左右两侧各有3个指示灯（用发光管模拟），要求是：

1. 汽车正常行驶时，尾灯全部熄灭。

2. 当汽车右转弯时，右侧3个指示灯按右循顺序点亮。

3. 当汽车左转弯时，左侧3个指示灯按左循顺序点亮。

4. 临时刹车时，所有指示灯同时闪烁。

5. 选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。设计要求画出电路原理图

并阐述其基本原理；元器件及参数选择；电路仿真与调试；制作实际运

行装置。

2.2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。

经过小组商量，我们选择了使用第二种方法。

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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。

2.4设计方案规划及设计（具体设计）

1 系统设计框架图

如图2.1所示。

图2.1 框架图

2 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]。

D1 D2D3D1 D2D3D1 D2D3

图2.2 右转弯显示规律图

方案确定（单片机）

软件编程

软件仿真测试

元器件选择

电路连接

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L3L2L1L3L2L1L3L2L1

图2.3 左转弯显示规律图

L1L2L3D1D2D3L1L2L3D1D2D3

图2.4 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2.2；当左转弯开关打开时如图2.3；急刹车时如图2.4。

根据不同的状态，绘制汽车尾灯和汽车运行状态表如表2.1所示。

设左转弯按键为key1，右转弯按键为key2，急刹车按键为key3。

开关控制

汽车运行状态

右转尾灯左转尾灯

key1 key2 key3 D

1

D

2

D

3

L

1

L

2

L

3

0 0 0 正常运行灯灭灯灭

1 0 0 左转弯灯灭L3→L2→L1→L3

0 1 0 右转弯D

1

→D

2

→D

3

→D

1

灯灭

0 0 1 急刹车闪烁闪烁

表2.1 汽车尾灯和汽车运行状态表

3 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。

4 单元电路设计

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

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如图2.5所示。

R3(2)

R3

10k

R4

10k

R5

10k

图2.5 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，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2.6所示。

D3左

LED-RED

D2左

LED-GREEN

D1左

LED-BLUE

R1(2)

D3右

LED-RED

D2右

LED-GREEN

D1右

LED-BLUE

R1

12

U1(P2.0/A8)

图2.6 LED电路图

6 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2.7所示。

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图2.7 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2.8所示。

图2.8 复位电路图

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第3章软件设计及仿真

3.1 程序流程图

如图3.1所示。

图3.1 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。

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

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3.2 开始程序

C语言程序设计具体如下：

#include

void delay(unsigned int z) 延时程序，for循环一直减到0

{

unsigned int x;

unsigned char y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);

}

void keyscan() 键盘扫描程序,,先判断按键按下去没有，哪个

{ 按下去了，然后根据那个按键按下去的情况，

unsigned char temp,temp1,temp2,i,temp3; 进行算法分析和计算，通过给与LED的管脚

temp1=P1; 赋值高低电平来控制灯亮灭情况

temp1=temp1&0x07;

if(temp1!=0x07)

{

delay(10);

temp2=P1;

temp2=temp2&0x07;

if(temp1==temp2)

{

switch(temp1)

{

case 0x06: //右转向灯

{

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temp=0xfe;

for(i=1;i<=3;i++)

{

delay(1000);

P2=temp;

temp=temp-i;

if(temp==0xf8)

temp=0xfe;

if(i==3)

i=0;

temp3=P1;

temp3=temp3&0x07;

if(temp3==0x07)

{

P2=0xff;

i=4;

}

}

if(i==5)

break;

}

case 0x05: //左转向灯{

temp=0xdf;

for(i=1;i<=3;i++)

{

delay(1000);

P2=temp;

temp=temp+(16/i);

if(temp==0xfc)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

temp=0xdf;

if(i==3)

i=0;

temp3=P1;

temp3=temp3&0x07;

if(temp3==0x07)

{

P2=0xff;

i=4;

}

}

if(i==5)

break;

}

case 0x03: //刹车

{

P2=0xc0;

delay(1000);

P2=0xff;

delay(1000);

temp3=P1;

temp3=temp3&0x07;

if(temp3==0x07)

break;

}

default:P2=0xff;break;

}

}

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}

}

void main() 先初始化，P2脚全为高电平，while(1)无限循环，

{ 开始一直进行键盘扫描P2=0xff;

while(1)

{

keyscan();

}

}

3.3 仿真

如图3.2所示。

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图3.2仿真完整电路图

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.当左转向按键按下去时的仿真图，如图3.3所示。

图3.3 按下左转向按键时仿真图（L1

点亮）图3.4 按下左转向按键时仿真图（L2点亮）

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图3.5 按下左转向按键时仿真图（L3点亮）

2.当右转向按键按下去时的仿真图，如图

3.6所示

。

图3.6 按下右转向按键时仿真图（D1 点亮）

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图3.7 按下右转向按键时仿真图（D2

点亮）

图3.8 按下右转向按键时仿真图（D3点亮）

3.当急刹车时的仿真图，如图3.9所示。

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图3.9 急刹车时的仿真图（全部点亮）┊

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第4章电路的制作

4.1 芯片STC89C52

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4.1

所示。

图4.1 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。

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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。

4.2总体电路设计

原理图见附录

4.3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Protel的不是很熟练。不过经过自己的努力，已经成功绘制出电路图，实现了电路的仿真。

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。

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。