基于单片机的汽车电动座椅的设计.doc

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编号：审定成绩：大学毕业设计（论文）设计（论文）题目：基于单片机的汽车电动座椅的设计学院名称：学生姓名：专业：班级：学号：指导教师：答辩组负责人：填表时间：2011年 5月大学教务处制摘要随着人类生活水平的提高，越来越多的家庭拥有了汽车，汽车已经成为人们生活中必不可缺的交通工具，而对于司机而言，汽车座椅的舒适度密切的影响着司机感官，不舒服的座椅可能引起司机师傅在家时过程中产生不舒服感，从而影响驾车质量，会增加交通事故发生的概率。现今为止，汽车座椅位置的调节基本有两大方式，一是采用基于手动调节方式的机械，二是电动控制。本文介绍了使用89C51单片机控制的智能座椅电动控制系统。采用几个开关来控制电机的正反转，从而可以方便的从五个方面调节座椅的舒服度并利用LED显示出座椅调节的具体数值，使得这些调节可视化。从五个方向分别是前后垂直方向，水平方向，靠背倾角，头枕位置进行调节并具有记忆功能。并使用行程开关防止电机在极限位置继续运转而烧毁。【关键词】89C51、电动座椅、LED显示 ABSTRACT As people living standard rise, more and more families have cars, cars have become people life of transportation, and indispensable for the driver, car seats for the comfort close affects the driver senses, uncomfortable seats may cause the driver when master at home produced during uncomfortable sense, thus affecting driving quality, can increase the probability of traffic accident. So far, car seat now adjust basic has two big ways, one is to adopt the way based on manual adjustment of mechanical, second is the electric control. This paper introduces the use of 89C51 microcontroller control of electric control system of intelligent seats. Using several switch to control motor, and the positive &negative can be conveniently from five aspects of adjusting seat comfortable degrees and use LED shows seat adjustment, which makes the concrete numerical value adjustment visualization. Before respectively from five direction perpendicular direction is horizontal direction, back of a chair, the inclination to adjust and head position with memory functions. And use travel switch prevents motor in extreme position continues to operation and burned. 【Key words】89C51, Electric seat ，LED display 目录摘要 2 ABSTRACT 3 目录 4 第一章绪论 1 第一节课题研究的背景 1 第二节汽车电动座椅的技术现状 1 一、国外发展现状 1 二、国内发展现状 2 第三节课题研究的目的与意义 3 第四节论文的主要内容和结构 3 第五节本章小结 4 第二章汽车电动座椅系统概述 5 第一节系统概述 5 第二节整体电路的工作原理 5 一、汽车座椅电控系统的工作原理 5 第三节系统总体设计 6 一、控制器的选择与介绍 6 二、 LED数码管显 11 1） LED数码管介绍 11 2） LED数码管编码方式 12 3） LED数码管显示方式和典型应用电路 13 第四节本章小结 15 第三章汽车电动座椅硬件设计 16 第一节总体硬件实物框架 16 第二节控制器最小系统 16 3.2.1 单片机最小系统 16 3.2.2 单片机的时钟电路 17 3.2.3 复位电路和复位状态 18 3.2.4 总线结构 21 第三节显示电路 22 第四节电机驱动电路 24 第五节输入键盘的设计 25 第六节电源设计 25 第七节本章小结 26 第四章汽车电动座椅软件设计 27 第一节主程序流程 27 第二节按键扫描模块 28 第三节数码管的显示 31 第四节电机驱动子程序 31 第五节计时中断子程序 33 第六节本章小结 34 第五章系统测试与分析 35 第一节 proteus介绍 35 第二节系统仿真测试 38 第三节结果分析 39 第四节本章小结 39 第六章总结与展望 40 第一节总结 40 1 优势 40 2 不足 40 第二节展望 40 致谢 41 参考文献 42 附录 43 附录1：原理图 43 附录2：PCB板及三维模型 45 附录3：程序清单 47 附录4：英文资料及中文翻译 56 一、英文资料： 56 二、中文翻译： 62 重庆邮电大学本科毕业设计（论文）第一章绪论第一节课题研究的背景随着人们生活水平的提高以及汽车价格的降低，越来越多的家庭可以拥有自己汽车，人们追求也越来越高，不仅仅只在乎出行的方便，同时对汽车座椅的舒适性要求也越来越高，要求对汽车座椅地调节能够更加简单、方便、快捷。对于家庭使用的汽车，往往由多个成员驾驶同一辆汽车；当不同的驾驶者坐在同一个座椅时，由于个人的身体差异，所需要的汽车座椅的位置各不相同，需经常调节座椅位置，因此需要汽车座椅拥有记忆功能，使同一个人在不同的时间驾驶汽车时，汽车座椅的位置可能被其他成员改变，只需简单的操作，就可以达到目的。同时，驾驶疲劳带来的问题也越来越多，由于司机长时间驾车，汽车座椅是否舒适，已经不再是小问题，座椅不舒适会导致司机更快的进入疲劳状态，使司机在驾车时，可能会忽视一些重要的驾车问题，从而导致驾车很危险，甚至发生驾车事故。因此，汽车座椅的舒适度，就见得格外的重要，拥有一个可以简单、方便、快捷调节的汽车座椅，就显得很必要了，不仅增加舒适度，而且有利于降低驾车危险，给出行增加一些安全保障。第二节汽车电动座椅的技术现状一、国外发展现状汽车驾驶员的座椅是与人体接触最密切的部件。最基本的功能是使驾驶员驾车舒适，并且安装在便于驾驶员工作的位置上，使驾驶员获得最佳视野和易于控制如方向盘，踏板和按钮开关等操控部件。为满足这些要求，世界各国的有关厂家在设计生产和研究开发驾驶员座椅时，我认真地应用人体工程学原理，充分考虑人体尺寸、人体重量、乘坐姿势、和体压分布等因素，例如法国雷诺汽车公司的人体工程服务对近几年汽车驾驶员的人员构成，人体高度及其特点的变化进行分析认为，法国驾驶员目前的平均身高为175cm，到2000年时将为179cm；另外还研究了其他国家驾驶员的身高状况；在美国、瑞典、荷兰等高身材国家中男性驾驶员的身高指数为189——193cm；中欧国家为176cm；上述国家中的女性驾驶员人数为5%，平均身高为153——158cm。日本女性驾驶员的平均身高为146cm。这些数字可以作为设计驾驶员座椅的重要依据。犹如德国劳动卫生专家也非常重视汽车驾驶员座椅，认为座椅靠背与垂直线的角度以15°——30°为宜。由于驾驶员的特点不仅是高矮不同，胖瘦有别，体重各异，而且坐姿也不一样，世界各汽车生产大国都正利用在人体工程学的研究成果和先进的技术竞相改进, 并制造出乘坐舒适, 久坐不乏而利于驾驶的高质量和美观的新型驾驶员座椅。同时采用方便灵活的各种机械、液压和电动座椅调节装置,以适应多种身材和坐姿的要求。而且调节装置大多设在座持的左侧, 操纵十分方便。例如, 日产汽车公司研制出一种能根据车速的变化自动调节驾驶员座位高度的电动升降座椅, 通用汽车公司为减少座椅的振动和提高乘坐舒适性, 在靠背和头枕增放一种体积较小的可调式减振装置) 德国堪培尔雷卡罗会司设计成一种能根据气候变化而自动调节通风换气的汽车驾驶员座椅, 通过换气装置, 位于座垫和靠背中的通风孔道能自动消除驾驶员在座垫表面和靠背表面所产生的热量,在长途行车或驾驶员疲劳强度过大时,这种座椅就更可显示出其特有的优越性。在结构方面, 目前的汽车座持基本上都采用空气悬挂或机械悬挂方式, 两者相比, 空气悬挂的优点显而易见, 不但便于调节, 而且效率较高。大多数现代化弹簧座椅都安装了驾驶员在平坦路面上行车时所需的悬挂联锁装置。在众多的座椅成型技术中,塑料热压成型法是目前研究的重点, 因为热压成型法能提高座椅的外观质量和降低生产成本。近年来日本在成型座椅的研制方面已取得显著成绩。二、国内发展现状随着中国汽车工业的蓬勃发展，国内也注意到了汽车驾驶的舒适问题，国内多家汽车生产厂家开始测绘和仿制国外先进的汽车座椅，驾驶员操作手柄形状以及驾驶室内设施的布置等，并开始人机工程学在汽车座椅设计上的应用的研究，并取得了一系列成果，同时驾驶室舒适性问题引起了更多的关注。这极大的推动了国产汽车舒适性方面的设计和制造水平。相对于此，国外开发研究了舒适性较高的汽车驾驶室。汽车敬爱实施内部趋于多功能化，并尽显豪华风格，器仪表板上的中央部位安排了更大的易于辨认的、动感十足的数字显示，很容易看清楚；电视摄像机和显示器可以作为可选的一种装置，随时监视汽车行驶的路面情况；易于进出的驾驶室车门有特殊的安全锁定装置；其高品质的电动升降门窗十分宜人；视野十分开阔等等的这一切都应该集中于汽车座椅的位置布置，座椅上下、左右及角度可调，头枕高度可调和可拆卸的座椅，使每个座椅都能活动自如。这些都体现了人机工程学上最佳的宜人性设计的原则。因此，开展人机工程学研究，并将其研究成果应用到国内汽车座椅设计中，对提高国内汽车产品的设计水平，增强产品的竞争力具有重要的意义。但是应用人机工程学来研究汽车座椅舒适性问题，国内还处于初级阶段。第三节课题研究的目的与意义随着社会的发展，明文的进步，人类各方面的要求、追求都有所提高，汽车空调、DVD、电动后视镜、电控悬架、电动座椅等以成为现代汽车不可缺少的附加设备。现代轿车的驾驶者座椅和前部乘员座椅多是电动可调的，又称电动座椅。座椅是与人接触最密切的部件，人们对轿车平顺性的评价多是通过座椅的感受作出的。因此，电动座椅是直接影响轿车质量的关键部件之一。随着人们生活水平的提高，对汽车座椅的舒适性要求也越来越高，要求对汽车座椅地调节能够更加简单、方便、快捷。更简单更轻松的调整座椅位置，减轻驾驶疲劳，使人更舒适的操控汽车。汽车电动座椅以驾驶者的座椅为主。从服务对象出发，电动座椅必须要满足便利性和舒适性两大要求。也就是说驾驶者通过键钮操纵，既可以将座椅调整到最佳的位置上，使驾驶者获得最好视野，得到易于操纵方向盘、踏板、变速杆等操纵件的便利，还可以获得最舒适和最习惯的乘坐角度。第四节论文的主要内容和结构本论文一共分为六章，各章内容安排如下：第一章绪论介绍汽车电动座椅的发展现状以及本论文的研究目的和意义，最后简单介绍了本设计的主要内容。第二章汽车电动座椅总体方案设计。首先对系统进行总体概述，并对系统的设计要求进行简单阐述，同时介绍了系统的调节原理，最后对主控制进行了介绍。第三章汽车电动座椅的硬件设计。首先介绍了系统硬件的总体设计思路，然后介绍了主控芯片、显示模块和按键模块的硬件设计。第四章汽车电动座椅系统软件设计。首先介绍了系统软件的总体结构，然后对各个模块的程序设计进行了介绍。第五章系统的测试与分析。本章介绍了对系统的实际测试，对系统的测试结果进行分析与总结。第六章总结与展望。对全文所做的工作进行总结，讨论了下一步工作的方向并对汽车倒车雷达系统的未来进行了展望。第五节本章小结本章主要介绍了汽车电动座椅的国内外发展现状，同时对本课题的研究目的和意义进行了简单的阐述，最后对本论文的主要内容和结构进行了说明。第二章汽车电动座椅系统概述第一节系统概述现代轿车的电动座椅是由座垫、座背、座枕、骨架、悬挂和调节机构等组成。其中调节机构由控制器、可逆性直流电动机和传动部件组成，是电动座椅中最复杂和最关键的部分，可逆性直流电动机必须体积小，负荷能力要大；而机械传动部件在运行时要求有十分良好的平稳性，噪音要低。控制器的控制键钮设置在驾驶者操纵方便的地方，一般在门内侧的扶手上面。有些轿车的控制器还设有微电脑，有存储记忆能力，只要按下某一记忆键钮，即可自动将电动座椅调整到存储的位置上。由于座椅是衡量轿车档次的重要依据，因此轿车设计师十分重视电动座椅的设计，从材料到形状，尽量做得完美无缺。在造型方面，充分考虑人体尺寸、人体重量、乘坐姿势和体压分布等因素，应用人体工程学的研究成果和先进技术，制造出乘坐舒适、久坐不乏的座椅。第二节整体电路的工作原理一、汽车座椅电控系统的工作原理为满足不同体型、不同坐姿的驾驶员的喜好，驾驶员座椅通常具有较大范围的调节功能，汽车自动座椅结构原理如图1 所示，座椅由5 个直流电机牵引，其中高度调节电机2个以支撑驾驶者在垂直方向做上下移动，水平调节和靠背调节电机各1 个用来控制座椅靠背的角度变化和水平位置，背部靠垫电机一个；直流电动机电枢电压为12V，电源从汽车电瓶上获得。汽车座椅自动控制系统由89s52 单片机、驱动模块、传动机构以及操作手柄构成。电动机的转速和座椅的位置信息由安装在电机上的霍尔传感器检测，经整形和放大后送入单片机，构成系统的速度反馈。操作手柄上设有多个手动调节按键，通过手动调节控制直流电动机，改变传动轴的行程和方向，从而调节汽车座椅的位置，如座椅上下位置，前后位置以及靠背的角度变化；并设有多个存储按键，用来记忆或恢复座椅的位置信息。在调节的极限位置设有行程开关，防止座椅在到达极限位置后使电动机长时间工作在堵转状态而烧毁。座椅的调节功能包括：座椅前后滑动、座椅前升降、座椅后升降、椅背角前倾后仰，头部靠垫的位置等，座椅的这些动作通常是由电机驱动传动机构来实现的。本文所介绍的座椅中的5个直流小电机，电机的额定工作电压是12V，工作电流小于500mA，由它们来完成上述座椅可调节的动作。图1 硬件框架图 1：座椅前部高度调节电机；2：座椅后部高度调节电机；3：座椅水平位移调节电机；4：座椅靠背角度调节电机；5：头枕高度调节电机。第三节系统总体设计一、控制器的选择与介绍在该系统中采用89s52单片机作为控制器，控制电机的运动。该单片机芯片具有成熟的设计，丰富的片内资源和接口。被广应用。由于Intel公司的单片机问世早、产品系列齐全、兼容性强，得到了广泛的应用，目前我国主要使用MCS-51系列的产品，尤以8031为多。这是因为8031无片内ROM、应用灵活、价格便宜。MCS-51是Intel公司的8位系列单片机，包括51和52两个子系列。51子系列有8031、8051、8751;52子系列有8032、8052。52子系列的不同在于它多具有定时/计数器2及具有256B的内部数据存储器。图2.3.1 MCS- 51结构框图 1）主要性能[2] 内部程序存储器：4KB 内部数据存储器：128B 外部程序存储器：可扩展到64KB。外部数据存储器：可扩展到64KB。输入/输出口线：32根（4个端口，每个端口8根）。定时/计数器：2个16位可编程的定时计数器。串行口：全双工，二根。寄存器区：在内部数据存储器的128B中划出一部分作为寄存器区，分为四个区，每个区8个通用寄存器。中断源：5个中断源，2个优先级别。堆栈：最深128B。布尔处理机：即位处理机，对某些单元的某位做单独处理。指令系统（系统时钟为12MHZ时）：大部分指令执行时间为1us；少部分指令，执行时间为2us; 只有乘、除指令的执行时间为4us。 2) 引脚功能说明图2.3.2和图2.3.3是MCS-51的引脚结构图，有双列直插封装（DIP）方式和方形封装方式。下面分别叙述这些引脚的功能。 (1) 主电源引脚 1 VCC：电源端。 2 GND：接地端。 (2) 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2 ① XTAL1：晶体振荡器接入的一个引脚。当采用外部振荡器时，此引脚接地。 ② XTAL2：晶体振荡器接入的另一个引脚。采用外部振荡器时，此引脚作为外部振荡信号的输入端。 (3) 控制或与其他电源复用引脚RST，ALE/，/Vpp RST：复位输H入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/：当访问外部存储器时ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE 脉冲。在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（）。如果需要的话，通过对专用寄存器（SFR）区中8EH单元的D0位置数，可禁止ALE操作。该位置数后，只有在执行一条MOVX或MOVC指令期间，ALE才会被激活。另外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，该设定禁止ALE位无效。 ③ ：程序存储允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号。当80C51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次有效（即输出2个脉冲）。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。 ④ /Vpp：外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器（地址为0000H～FFFFH），则端必须保持低电平（接到GND端）。然而要注意的是，如果保密位LB1被编程，复位时在内部会锁存端的状态。当端保持高电平（接Vcc端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。 (4) 输入/输出引脚P0.0～P0.7，P1.0～P1.7，P2.0～P2.7和P3.0～P3.7。 ① P0端口（P0.0～P0.7）：P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻 ② P1端口（P1.0～P1.7）：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。在对Flash编程和程序校验时，P1接收低8位地址。 ③ P2端口（P2.0～P2.7）：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@DPTR指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@RI指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序校难期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。 ④ P3端口（P3.0～P3.7）：P3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P3作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）。在AT89C51中，P3端口还用于一些复用功能。复用功能如表2.3.1所列。在对Flash编程或程序校验地，P3还接收一些控制信号。端口引脚复用功能 P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P 3.2 （外部中断0） P 3.3 （外部中断1） P3.4 T0（定时器0的外部输入） P 3.5 T1（定时器1的外部输入） P 3.6 （外部数据存储器写选通） P 3.7 （外部数据存储器读选通）表2.3.1 P3各端口引脚与复用功能表图2.3.2 MCS-51引脚结构图双列直插封装（DIP）方式图2.3.3 MCS-51引脚结构图方形封装方式二、 LED数码管显在单片机应用系统中，如果需要显示的内容只有数码和某些字母，使用LED数码管是一种较好的选择。LED数码管显示清晰、成本低廉、配置灵活，与单片机接口简单易行。在本次的设计中，LED数码管的主要作用是记录座椅调节的具体数值，坐垫调节的具体高度，坐垫调节的具体前后距离，靠背的具体角度，头枕的具体高度，以及选择的电机编号，将调节的最小值到最大值定义为0-100，初始值为50。 1） LED数码管介绍 LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。图2.3.4 a）为0.5inLED数码管的外形和引脚图，其中七只发光二极管分别对应a~g笔段构成“”字形另一只发光二极管Dp作为小数点。因此这种LED显示器称为七段数码管或八段数码管。图2.3.4 LED数码管 LED数码管按电路中的连接方式可以分为共阴型和共阳型两大类，如图2.3.4 b）示b、c所示。共阳型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，公共端COM接高电平，a~g、Dp各笔段通过限流电阻接控制端。某笔段控制端低电平时，该笔段发光，高电平时不发光。控制这几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。共阴型是将各数码发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光。 LED数码管按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是0.5in和0.8in；按显示颜色也有多种形式，主要有红色和绿色；按亮度强弱可分为高亮和普亮，指通过同样的电流显示亮度不一样，这是因发光二极管的材料不一样而引起的。 LED数码管的使用与发光二极管相同，根据其材料不同正向压降一般为1.5~2V额定电流为10mA，最大电流为40mA。静态显示时取10mA为宜，动态扫描显示可加大，加大脉冲电流，但一般不超过40mA。 2） LED数码管编码方式当LED数码管与单片机相连时，一般将LED数码管的各笔段引脚a、b、…、g、Dp按某一顺序接到MCS－51型单片机某一个并行I/O口D0、D1、…、D7，当该I/O口输出某一特定数据时，就能使LED数码管显示出某个字符。例如要使共阳极LED数码管显示“0”，则a、b、c、d、e、f各笔段引脚为低电平，g和Dp为高电平。表2.3.2 共阳极LED数码管显示数字“0”时各管段编码 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 字段码显示数 Dp g f e d c b a 1 1 0 0 0 0 0 0 C0H 0 C0H称为共阳极LED数码管显示“0”的字段码，不计小数点的字段码称为七段码，包括小数点的字段称为八段码。 LED数码管编码方式有多种，按小数点计否可分为七段码和八段码；按共阴共阳可分为共阴字段码和共阳字段码，不计小数点的共阴字段码与共阳字段码互为反码；按a、b、…、g、Dp编码顺序是高位在前，还是低位在前，又可分为顺序字段码和逆序字段码。甚至在某些特殊情况下将a、b、…、g、Dp顺序打乱编码。表2.3.3为共阴和共阳LED数码管几种八段编码表。表2.3.3 共阴和共阳LED数码管几种八段编码共阴顺序小数点暗共阴逆序小数点暗共阳顺序小数点亮共阳顺序小数点暗 Dp g f e d c b a 16进制 a b c d e f g dp 16进制 0 0 0 1 1 1 1 1 1 3FH 1 1 1 1 1 1 0 0 FCH 40H C0 H 1 0 0 0 0 0 1 1 0 06H 0 1 1 0 0 0 0 0 60H 79H F9 H 2 0 1 0 1 1 0 1 1 5BH 1 1 0 1 1 0 1 0 DAH 24H A4 H 3 0 1 0 0 1 1 1 1 4FH 1 1 1 1 0 0 1 0 F2H 30H B0 H 4 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 0 1 1 0 0 1 1 0 66H 19 H 99 H 5 0 1 1 0 1 1 0 1 6DH 1 0 1 1 0 1 1 0 B6H 12 H 92 H 6 0 1 1 1 1 1 0 1 7DH 1 0 1 1 1 1 1 0 BEH 02 H 82 H 7 0 0 0 0 0 1 1 1 07H 1 1 1 0 0 0 0 0 E0H 78 H F8 H 8 0 1 1 1 1 1 1 1 7FH 1 1 1 1 1 1 1 0 FEH 00 H 80 H 9 0 1 1 0 1 1 1 1 6FH 1 1 1 1 0 1 1 0 F6H 10 H 90 H 3） LED数码管显示方式和典型应用电路 LED数码管显示电路在单片机应用系统中可分为静态显示方式和动态显示方式。 ① 静态显示方式在静态显示方式下，每一位显示器的字段需要一个8位I/O口控制，而且该I/O口须有锁存功能，N位显示器就需要N个8位I/O口，公共端可直接接+5V（共阳）或接地（共阴）。显示时，每一位字段码分别从I/O控制口输出，保持不变直至CPU刷新显示为止。也就是各字段的亮灭状态不变。静态显示方式编程较简单，但占用I/O口线多，即软件简单、硬件成本高，一般适用显示位数较少的场合。 ② 动态扫描显示方式当要求显示位数较多时，为简化电路、降低硬件成本，常采用动态扫描显示电路。所谓动态扫描显示电路是将显示各位的所有相同字段线连在一起，每一位的a段连在一起，b段连在一起…g段连在一起，共8段，由一个8位I/O口控制，而每一位的公共端（共阳或共阴COM）由另一个I/O口控制，如图4-4所示。这种连接方式由于将多位字段线连在一起，当输出字段码时，由于多门同时选通，每一位将显示相同的内容。因此要显示不同的内容，必须采取轮流显示的方式。即在某一瞬间时，只让某一位的字位线处于选通状态（共阴极LED数码管为低电平，共阳极为高电平），其他各位的字位线处于开断状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。在这一瞬时，只有这一位在显示，其他几位暗。同样在下一瞬时，单独显示下一位，这样依次轮流显示，循环扫描。由于人的视觉滞留效应，人们看到的是多位同时稳定显示。图2.3.5 动态显示LED数码管连接方式第四节本章小结本章是对总体设计的初步介绍，用以对该系统的初步了解和认知，为后续的介绍作出提前的说明。并对选择的元器件进行细致的介绍，将其功能和作用进行了系统的说明。第三章汽车电动座椅硬件设计第一节总体硬件实物框架汽车座椅共有5个电动机控制，控制坐垫的电动机共3个，分别是2个控制坐垫前后高度，1个控制坐垫前后移动，1个控制靠背角度，一个控制头枕高度。电机分别通过单片机控制，从而实现正反转来调节座椅的具体位置，达到预期目的。 89c51 单片机按键电路显示电路前垂直电机电路后垂直电路前后位移电机倾斜电机背垫电机时钟电路图3.1.1 硬件实物框架图第二节控制器最小系统 3.2.1 单片机最小系统单片计算机是一个最小的应用系统，但由于应用系统中有一些功能器件无法集成到芯片内部，如晶振、复位电路等，需要在片外加接相应的电路。对于片内无程序存储器的单片机，还应该配置片外程序存储器。构成最小应 MCS—51单片机的最小应用系统用系统时只要将单片机接上外部的晶体或时钟电路和复位电路即可，如下图所示，这样构成的最小系统简单可靠，其特点是没有外部扩展，有可供用户选用的大量I/O线。图3.2.1 MCS—51单片机的最小应用系统 3.2.2 单片机的时钟电路 MCS-51单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。单片机内部虽然有振荡电路，但要形成时钟，外部还需附加电路。MCS-51单片机的时钟产生方式有两种。 (1) 内部时钟方式利用其内部的振荡电路在XTAL1和XTAL2引线上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。最常用的是在XTAL1和XTAL2之间连接晶体振荡器与电容构成稳定的自激震荡器，如图3-1所示。晶体可在1.2~12MHz之间选择。MCS-51单片机在通常应用情况下，使用振荡频率为6MHz的石英晶体，而12Hz频率的晶体主要是在高速串行通信情况下才使用。C1和C2可在20～100pF之间取值，一般取30pF左右。 (2) 外部时钟方式在由单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当引入惟一的合用外部振荡脉冲作为各单自片机的时钟。外部时钟方式中是把外部振荡信号源直接接入XTAL1或XTAL2。由于HMOS和CHMOS单片机外部时钟进入的引线不同，其外部振荡信号源接入的方式也不同。HMOS型单片机由XTAL2进入，外部振荡信号接至XTAL2，而内部反相放大器的输入端XTAL1应接地，如图3-2所示。由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故还要接一上接电阻。CHMOS型单片机由XTAL1进入，外部振荡信号接至XTAL1，而XTAL2可不接地，如图3-3所示。图3.2.2（a）内部时钟电路图3.2.2（b）HMOS型外部时钟电路图3.2.2（c）外部时钟电路 3.2.3 复位电路和复位状态 MCS-51单片机的复位是靠外部电路实现的。MCS-51单片机工作后，只要在它的RST引线上加载10ms以上的高电平，单片机就能够有效地复位。 (1) 复位电路 MCS-51单片机通常采用上电自动复位和按键复位两种方式。最简单的复位电路如图3-4所示。上电瞬间，RC电路充电，RST引线端出现正脉冲，只要RST端保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效地复位。图 3.2.3 简单的复位电路在实际的应用系统中，为了保证单片机可靠地工作，常采用“看门狗”监视单片机的运行。采用MAX690的复位电路如图3-5所示，该电路具有上电复位和监视MCS-51单片机的P3.3的输出功能。一旦P3.3不输出高低电平交替变化的脉冲，MAX690就会自动产生一复位信号使单片机复位。图3.2.4 MAX690组成的复位电路 (2) 复位状态复位电路的作用是使单片机执行复位操作。复位操作主要是把PC初始化为0000H，使单片机从程序存储器的0000H单元开始执行程序。程序存储器的0003H单元即MCS-51单片机的外部中断0的中断处理程序的入口地址。留出的0000H～0002H 3个单元地址，仅能够放置一条转移指令，因此，MCS-51单片机的主程序的第一条指令通常情况下是一条转移指令。除PC之外，复位还对其他一些特殊功能的寄存器有影响，它们的复位状态如表3.2.1所示。由表3.2.1可知，除SP=07H，P0～P3 4个锁存器均为FFH外，其他所有的寄存器均为0。此外，单片机的复位不影响片内RAM的状态（包括通用寄存器Rn）。表3.2.1 寄存器的复位状态寄存器复位状态寄存器复位状态 PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON OOH PSW 00H TL0 00H SP 07H TH0 00H DPTR 0000H TL1 00H P0～P3 FFH TH1 00H IP Xxx00000B SCON 00H IE 0xx00000B PCON 0xx00000B P0、P1、P2、P3共有4个8位并行I/O口，它们引线为：P0.0～P0.7、P1.0～P1.7、 P2.0～P2.7、P3.0～P3.7，共32条引线。这32条引线可以全部用做I/O线，也可将其中部分用做单片机的片外总线。 ① 控制线 A、ALE地址锁存允许当单片机访问外部存储器时，输出信号ALE用于锁存P0口输出的低8位地址A7～A0。ALE的输出频率为时钟振荡频率的1/6。 B、程序存储器选择 =0，单片机只访问外部程序存储器。对内部无程序存储器的单片机8031，必须接地。=1，单片机访问内部程序存储器，若地址超过内部程序存储器的范围，单片机将自动访问外部程序存储器。对内部有程序存储器的单片机，应接高电平。 C、片外程序存储器的选通信号。此信号为读外部程序存储器的选通信号。 D、RST复位信号输入 ② 电源及时钟 VSS地端接地线，VCC电源端接+5V，XTAL1和XTAL2接晶振或外部振荡信号源。图3.2.5 片外3总线结构 3.2.4 总线结构单片机的引线除了电源、复位、时钟输入、用户I/O口外，其余引线都是为实现系统扩展则设置的，这些引线构成了单片机外部的3总线形式，如图3-7所示。 ① 地址总线地址总线宽度为16位，由P0口经地址锁存器提供低8位地址（A7～A0），P2口直接提供高8位地址（A15～A8）。由口的位结构可知，MCS-51单片机在进行外部寻址时，P0口的8根引绠低8位地址和8位数据的复用线。P0口首先将低8位的地址发送出去，然后再传送数据，因此要用锁存器将先送出的低8位地址锁存。MCS-51常用74LS37

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