汽车尾灯控制系统毕业设计.docx
《汽车尾灯控制系统毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车尾灯控制系统毕业设计.docx（39页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
汽车尾灯控制系统毕业设计
西安建筑科技大学
本科毕业设计（论文）任务书
题目：
汽车尾灯控制系统的设计
院（系）：
信息与控制工程学院
专业班级：
学生姓名：
学号：
指导教师（签名）：
主管院长（主任）（签名）：
时间：
一、毕业设计（论文）的主要内容（含主要技术参数）
1.能够模仿汽车左转弯、右转弯、刹车、夜间行驶等操作；
2.需要按逻辑关系控制左转弯、右转弯、刹车、夜间行驶等信号灯；
3.灯光闪烁频率分1HZ和30HZ两种；
4.1HZ和30HZ闪烁信号由单片机内部的定时器解决；
5.系统具有一定的故障监控功能，以提高系统的可靠性。
二、毕业设计（论文）应完成的具体工作（含图纸数量）
1．了解单片机的发展状况，学会选择合适的单片机系列；
2.掌握单片机的最小系统设计原则
3.结合设计指标要求，完成硬件系统设计方案；
4.基于MPS430单片机完成软件功能设计；
5.整体设计完成后，在试验条件下进行模拟仿真。
三、毕业设计（论文）进程的安排（起讫日期：
年月日至年月日）
序号
设计（论文）各阶段任务
日期
备注
1
阅读相关文献、资料，学习MPS430单片机
1—6周
2
结合设计指标，完成硬件系统设计方案
7－9周
3
完成软件编写、调试
10－12周
4
在试验条件下进行模拟仿真
13周
5
论文编写
14－15周
6
答辩
16周
四、主要参考资料及文献阅读任务（含外文阅读翻译任务）
[1]丁元杰.单片微机原理及应用.北京：
机械工业出版社，2000
[2]蔡明文.单片机设计.武汉：
华中科技大学出版社，2006
[3]冯渊.汽车电子控制技术.北京：
:
机械工业出版社,2005
[4]SakaiH,StudyonCorneringPropertyofTireandVehicle,TireScienceandTechnology,2005
[5]KienckeU,NielsenL.AutomotiveControlSystems.Berlin:
Springer-Verlag,2000
汽车尾灯控制系统的设计
设计总说明
在我们的现实生活中，单片机的控制作用无处不在，凡是能想象到的地方几乎都有单片机的需求。
单片机的应用有利于产品的小型化，多功能化和智能化，能够提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境。
本次设计是对汽车转弯灯单片机控制系统的分析与设计，设计中的控制系统以MSP430F2274为主控制器，由于它本身的功能强大，汽车转弯灯的驱动用单片机的驱动功能来完成，使得单片机的功能得到了充分的运用。
开关键输入信号，显示电路从并行I/O口输出，有限流电阻和发光二极管组成，低电平使发光二极管导通，显示出相应的转弯信号。
在此次设计中MSP430F2274的编译环境是IAR，在此环境中，我对程序进行了多次仿真与测试，达到了毕设预期的目的。
关键词：
MSP430F2274；汽车尾灯控制；并行I/O口；IAR
TheDesignontheControllingofVehicles’Taillights
DesignDescription
Whilereferringtocontrolling,single-chipmicroprocessormicro-controllerunitplaysanveryimportantpart.Inourdailylife,single-chipmicroprocessormicro-controllerunitcanfunctionwellhereandthere,nomatterwhatplaceswecanimagine,thereisaneedofsingle-chipmicroprocessormicro-controllerunit.Theapplicationofsingle-chipmicroprocessormicro-controllerunitmakesforproductsbecomingsmaller,moremultifunctionalandintelligent,itcanalsoincreaseworkefficiency,decreaseworkintensity,improvethequalityofproductsandperfectworkcircumstance.
Thisexperimentaimsatanalysisanddesigningvehicles’taillightswhicharebasedonMSP430F2274.Inthisexperiment,MSP430F2274ismymainchip,becauseofMSP430F2274’powerfulfunction,vehicles’taillightscanbedrovebyit,soitmakesthemostuseofMSP430F2274.Theinputsignalscanbegotfromtheswitch,Thedisplay-circuitcanbeoutputthoughparallelports,itismadeupwithregistersanddiodes.Thelowelectricallevelmakesthediodeson,anddisplayrelevantsignals.
ThecompilingcircumstanceofMSP430F2274isIAR,sowithinthiscircumstance,Idebuggedtheprogram,andatlast,IreachedthegoalsasIexpectedbefore.
KeyWords:
MSP430F2274;controlofvehicles’taillights;parallelinputandoutputports；IAR
1绪论
汽车的增加解决了很多交通问题，但同时也带来了很多的烦恼，日益频繁的交通事故让人深感毛骨悚然，汽车安全成为人们非常关注的话，而在汽车起步、转弯、变更车道或路边停车时，需要打开转向信号灯以表示汽车的趋向，提醒周围车辆和行人注意，所以一个智能、可靠、稳定的汽车信号灯控制系统对安全行车非常重要。
车灯是行车安全的必备件，汽车灯光除照明外，还有一些是信号灯，作为对其它车辆或行人的灯光信号标志。
常用的信号灯有转向灯、转向辅助灯、故障警告灯、转向指示灯以及倒车报警灯等。
汽车转向和报警信号灯是汽车运动方向和车身状态的表示信号，关系着汽车的安全问题，因此基于单片机的汽车转向灯控制器的一直以来都是汽车电子设计中的一个十分重要的领域。
1.1课题的背景和意义
汽车尾灯是19世纪90年代末由美国哥伦比亚号汽车把电灯作为前灯和尾灯，最早提出的一种尾灯结构形式。
它是在汽车尾灯逐步进步的基础上发展起来的，其中包含了尾灯的光源、反射镜、照射镜。
汽车尾灯包含：
转向灯、刹车灯、位置灯、后雾灯、倒车灯。
近几年来，随着汽车工业的发展，汽车尾灯的技术，工艺也得到了长足的进展。
汽车外形由于设计上的需要、空气动力学的要求及美观的需求，低侧面流线形的外形越来越受欢迎。
尾灯的形状也朝着异型化和一体化发展。
汽车LED灯根据应用可分为配光用灯和装饰用灯两种，配光灯适用于仪表指示灯背光显示、前后转灯、刹车指示灯、倒车灯、雾灯、阅读灯等功能性方面；装饰灯主要用于汽车灯光色彩变换，起车内外美化作用。
近几年部分车用LED亮度问题的解决和成本的下降，其应用量有所增长。
但为什么选用LED灯？
研究表明LED尾灯的灯泡是用二极管做的，亮度比普通灯泡高，而且反应速度快。
LED（Light-Emitting-Diode为发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。
据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。
LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80～90%。
将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：
普通白炽灯的光效为12lm／W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm／W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm／W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED为20～28lm／W，寿命可大于100000小时。
现在社会的大背景大主题就是：
节能，环保，低碳，所以尾灯的此项研究势在必行。
尾灯就仿佛汽车的眼睛，只有有一双明亮，敏锐的眼睛行驶才会安全，所以此处更加说明了此次课设的重大意义。
1.2汽车尾灯的发展
18世纪汽车诞生之时，信号灯已问世。
最初的信号灯只有单一功能，即一只灯只有一种功能；当双丝灯泡被广泛采用后，才有结合后位置灯和制动灯合的灯具。
直到80年代初，才出现将各种功能信号灯组合在一起的组合尾灯，这种组合尾灯的壳体上有不同功能的灯仓，对应的面罩也有不同的颜色，使用不同的灯泡，此时的面罩还是单色。
90年代，多色面罩技术广泛使用，使组合尾灯的面罩成为一个整体，现代汽车的尾灯基本上都使用多色面罩的组合尾灯；单一功能的信号灯，只有在一些豪华大客车上才能看到。
信号灯围绕着法规的要求而发展，其主要作用是显示车辆的存在、宽度、状态以及辅助照明等。
它包括前转向灯、后转向灯、倒车灯、制动灯、后尾灯、组合式前信号灯、组合式后信号灯等。
各种灯光具有不同的用途，使用很有讲究，既不可乱用也不可不用。
汽车上常用的信号灯主要有：
（1）汽车转向信号灯又称方向指示灯（简称转向灯）：
它装在汽车的前、后、左、右四角，有独立式、一灯两用式和组合式。
转向信号灯的作用是在汽车行驶转弯时，发出明暗交替的闪光信号，使前后车辆、行人等知其行驶方向。
（2）转向指示灯：
安装在仪表板上，标志汽车转向并指示转向灯工作情况的灯具，它与转向信号灯并联，并一起工作。
（3）危急报警信号灯：
在紧急情况下能发出闪光报警信号的灯具。
通常由转向灯兼任，这种情况下前后左右转向灯同时点亮。
它受危急报警开关和闪光器控制。
（4）尾灯：
夜间行车时向后方表示汽车存在的灯具。
（5）制动灯：
制动灯又称制动信号灯，俗称“刹车灯”。
均装在汽车后面，多采用组合式灯具。
其用途是在汽车制动停车或减速行驶时，向车后发出灯光信号，以警告尾随的车辆或行人。
制动灯法定为红色，其灯泡功率一般为20～40W，制动灯开关与制动踏板相连，只要制动，灯就会亮，其受制动开关控制。
（6）门灯：
指示车门关闭状况的信号灯。
通常受控于门轴处的控制开关。
（7）倒车灯：
汽车倒车灯用以在倒车时照亮车辆后面环境，警示车后的行人和车辆注意避让。
正确使用信号灯对减少交通事故有明显效果。
目前流行的信号灯加工工艺，都是使用多色技术的整体面罩和镀铝的壳体组。
壳体和面罩的连接方式在不同的车系中有不同的方式：
欧系车的组合尾灯以焊接为主，日系车以胶粘接为主，美系车两种方式都有采用；焊接方式有热板焊、磨擦焊、超声波焊等；信号灯使用的胶也有热胶、冷胶之分。
在灯泡座方面，日系和美系车主要使用单个带密封的灯泡座，灯泡座之间用导线连接，通过共用的组合插头与车体线束连接，为灯泡座式通用件；欧系车通常使用整体的灯泡座，所有灯泡都装在同一个灯泡座上，灯泡座上有插接器同车体线束连接，灯泡座与灯体之间有密封和不密封两种形式，灯泡座是为个别产品专门设计的。
与此同时，近年来汽车外形由于设计上的需要、空气动力学的要求及美观的需求，低侧面流线形的外形越来越受欢迎。
因此，尾灯的形状也朝着异型化和一体化发展。
同时，由于尾灯占用了汽车后车厢的体积，因此希望装入深度尽量浅。
于是就开发出，将转向灯、刹车灯、后位灯和倒车灯等多种功能信号灯组合在一个灯具中。
对于组合式尾灯，LED更具优势。
因为它体积小、功耗小、颜色单一（无须用滤光片），为组合灯的外观设计提供了很大的自由度。
LED发光时产生的热量，相对于白炽灯而言很小，因此对于灯具材料的耐热性要求不是很高。
其次，由于LED发出的光束集中，更易于控制，且不需要用反射器聚光，有利于减小灯具的深度。
例如，利用平面镜光学系统，可以只用1-2LED照亮很大的表面，而灯具深度又很浅；而利用光导技术，LED直接装于光导管旁，可大大减少光源及其它组件占用的体积，制成超薄的灯具。
1.3设计的主要内容
随着现代社会的不断发展，高科技技术产品的日新月异，人们的生活也日益便捷化，舒适化。
我们在享受这些产品给我们带来便利的同时，又在深深为它们背后潜藏的危机所担忧。
汽车就是其中之一。
针对以上问题，我从客观角度出发，对汽车尾灯控制系统做了研究，在论文中，第一章我就尾灯现在的发展状况做一说明，第二章就本次设计我的设计内容及要求，设计原理，运用的相关软件做出介绍，第三章是我对此次设计的主芯片MSP430F2274及其家族成员的学习，第四章是我的硬件设计，第五章软件设计与分析，最后就是总结，致谢，参考文献。
2.汽车尾灯控制系统
对于多数驾驶员来说，转向信号灯似乎相当简单：
仅仅是向上或向下推动调节杆，转向信号灯就会闪烁。
话虽如此，但实际上其中却采用了高级，先进的设备和技术。
其中有一个主芯片，称之为MSP430F2274，它功能强大，通过其并行I/O口输入输出器控制信号，简捷，高效。
2.1汽车尾灯的结构
下图给出了汽车尾灯的结构，通过解析分析了尾灯的光源，并进行了相应的实验，如图1、图2所示。
理论分析和实验结果表明，汽车尾灯在副灯丝的下方有一个钼制的遮光罩,遮光罩一侧沿水平遮光,另一侧向下倾斜15°遮光,经反射镜反射后,前者形成一条水平明暗截止线,后者形成一上倾斜15°的明暗截止线。
图2-1 H4灯结构图图2-2H4灯灯丝尺寸及遮光方法
2.2汽车尾灯工作原理
汽车尾灯的这项设计主要是对单片机的并行输入/输出口电路的应用，通过I/O口控制发光二极管的亮，灭，闪烁，加上一些复位电路，按键电路，驱动电路来模拟汽车尾灯的功能。
汽车驾驶时有左转弯，右转弯，合紧急开关，停靠等操作。
在左转弯或右转弯时，通过转弯操作杆使左转开关或右转开关合上，从而使左头灯，仪表板左转弯灯，左尾灯或右头灯仪表板右转弯灯，右尾灯闪烁；以上闪烁，都为频率为1Hz的低频闪烁；在汽车停靠而停靠开关合上时，左头灯，右头灯，左尾灯，右尾灯按频率为30Hz的高频闪烁。
其对应灯的闪烁框图如下图示：
操作
左前灯
右前灯
左后灯
右后灯
左转弯
低频闪烁
——
低频闪烁
——
右转弯
——
低频闪烁
——
低频闪烁
刹车
高频闪烁
高频闪烁
高频闪烁
高频闪烁
应急
亮
亮
亮
亮
警报
高频闪烁
高频闪烁
高频闪烁
高频闪烁
图2-3尾灯闪烁框图
2.3开发环境
2.3.1IAR软件平台
IARsystem是全球领先的嵌入式系统开发工具和服务的供应商。
公司成立于1983年，迄今已有27年，提供的产品和服务涉及到嵌入式系统的设计、开发和测试的每一个阶段，包括：
带有C/C++编译器和调试器的集成开发环境（IDE）、实时操作系统和中间件、开发套件、硬件仿真器以及状态机建模工具。
它最著名的产品是C编译器-IAREmbeddedWorkbench,支持众多知名半导体公司的微处理器。
MSP430F2274是其中之一。
IARforNEC4.60A的特性是：
支持MISRA-C:
2004；改进的优化；IARvisualSTATE编译集成；Flash编译仿真和EEPROM仿真；改进文档编译器；更新的器件支持。
2.3.2C语言
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。
因此，它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上，而且各类科研都需要用到C语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开发。
C语言的特点是：
C是中级语言；C是结构式语言；C语言功能齐全
其优点是：
简洁紧凑、灵活方便；运算符丰富；数据类型丰富；C是结构式语言；语法限制不太严格，程序设计自由度大；允许直接访问物理地址,对硬件进行操作；生成目标代码质量高，程序执行效率高；适用范围大，可移植性好。
缺点是：
（1）C语言的缺点主要表现在数据的封装性上，这一点使得C在数据的安全性上有很大缺陷，这也是C和C++的一大区别。
（2）C语言的语法限制不太严格，对变量的类型约束不严格，影响程序的安全性，对数组下标越界不作检查等。
从应用的角度，C语言比其他高级语言较难掌握。
3MSP430单片机
MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低功耗，具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器（MixedSignalProcessor）。
称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。
该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中。
3.1MSP430单片机的发展
德州仪器1996年到2000年初，先后推出了31x、32x、33x等几个系列，这些系列具有LCD驱动模块，对提高系统的集成度较有利。
每一系列有ROM型（C）、OTP型（P）、和EPROM型（E）等芯片。
EPROM型的价格昂贵，运行环境温度范围窄，主要用于样机开发。
这也表明了这几个系列的开发模式，即：
用户可以用EPROM型开发样机；用OTP型进行小批量生产；而ROM型适应大批量生产的产品。
2000年推出了11x/11x1系列。
这个系列采用20脚封装，内存容量、片上功能和I/O引脚数比较少，但是价格比较低廉。
这个时期的MPS430已经显露出了它的特低功耗等的一系列技术特点，但也有不尽如人意之处。
它的许多重要特性如：
片内串行通信接口、硬件乘法器、足够的I/O引脚等，只有33x系列才具备。
33x系列价格较高，比较适合于较为复杂的应用系统。
当用户设计需要更多考虑成本时，33x并不一定是最适合的。
而片内高精度A/D转换器又只有32x系列才有。
2000年7月推出了F13x/F14x系列，在2001年7月到2002年又相继推出F41x、F43x、F44x。
这些全部是Flash型单片机。
F41x系列单片机有48个I/O口，96段LCD驱动。
F43x、F44x系列是在13x、14x的基础上，增加了液晶驱动器，将驱动LCD的段数由3xx系列的最多120段增加到160段。
并且相应地调整了显示存储器在存储区内的地址，为以后的发展拓展了空间。
MSP430系列的部分产品具有Flash存储器，在系统设计、开发调试及实际应用上都表现出较明显的优点。
TI公司推出具有Flash型存储器及JTAG边界扫描技术的廉价开发工具MSP-FET430X110，将国际上先进的JTAG技术和Flash在线编程技术引入MSP430。
这种以Flash技术与FET开发工具组合的开发方式，具有方便、廉价、实用等优点，给用户提供了一个较为理想的样机开发方式。
2001年TI公司又公布了BOOTSTRAPLOADER技术，利用它可在烧断熔丝以后只要几根线就可更改并运行内部的程序。
这为系统软件的升级提供了又一方便的手段。
BOOTSTRAP具有很高的保密性，口令可达到32个字节的长度。
TI公司在2002年底和2003年期间又陆续推出了F15x和F16x系列的产品。
在这一新的系列中，有了两个方面的发展。
一是从存储器方面来说，将RAM容量大大增加，如F1611的RAM容量增加到了10KB。
二是从外围模块来说，增加了I2C、DMA、DAC12和SVS等模块。
3.2MSP430单片机的特点
处理能力强：
MSP430系列单片机是一个16位的单片机，采用了精简指令集（RISC）结构，具有丰富的寻址方式（7种源操作数寻址、4种目的操作数寻址）、简洁的27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令。
这些特点保证了可编制出高效率的源程序。
运算速度快：
MSP430系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。
16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如FFT等）。
超低功耗：
MSP430单片机之所以有超低的功耗，是因为其在降低芯片的电源电压和灵活而可控的运行时钟方面都有其独到之处。
首先，MSP430系列单片机的电源电压采用的是1.8-3.6V电压。
因而可使其在1MHz的时钟条件下运行时，芯片的电流最低会在165μA左右，RAM保持模式下的最低功耗只有0.1μA。
其次，独特的时钟系统设计。
在MSP430系列中有两个不同的时钟系统：
基本时钟系统、锁频环（FLL和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。
可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。
由系统时钟系统产生CPU和各功能所需的时钟。
并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。
由于系统运行时开启的功能模块不同，即采用不同的工作模式，芯片的功耗有着显著的不同。
在系统中共有一种活动模式（AM）和五种低功耗模式（LPM0~LPM4）。
在实时时钟模式下，可达2.5μA，在RAM保持模式下，最低可达0.1μA。
片内资源丰富：
MSP430系列单片机的各系列都集成了较丰富的片内外设。
它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A0（Timer_A0）、定时器A1（Timer_A1）、定时器B0（Timer_B0）、UART、SPI、I2C、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、16位Σ-ΔADC、DMA、I/O端口、基本定时器（BasicTimer）、实时时钟（RTC）和USB控制器等若干外围模块的不同组合。
其中，看门狗可以使程序失控时迅速复位；模拟比较器进行模拟电压的比较，配合定时器，可设计出A/D转换器；16位定时器（Timer_A和Timer_B）具有捕获/比较功能，大量的捕获/比较寄存器，可用于事件计数、时序发生、PWM等；有的器件更具有可实现异步、同步及多址访问串行通信接口可方便的实现多机通信等应用；具有较多的I/O端口，P0、P1、P2端口能够接收外部上升沿或下降沿的中断输入；10/12位硬件A/D转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps，能够满足大多数数据采集应用；能直接驱动液晶多达160段；实现两路的12位D/A转换；硬件I2C串行总线接口实现存储器串行扩展；以及为了增加数据传输速度，而采用的DMA模块。
MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。
另外，MSP430系列单片机的中断源较多，并且可以任意嵌套，使用时灵活方便。
当系统处于省电的低功耗状态时，中断唤醒只需5μs。
方便高效的开
升级会员 