新型汽车电子电路课程设计报告
前言
在现在电子产品中，电子仪器设备、家用电器、儿童玩具、工业以及农业生产等方面，直流电动机都得到了广泛的应用。大家都熟悉的录音机、录像机、电子计算机等，上面都不可能缺少直流电动机。所以直流电动机的控制是一门很实用的技术。
直流电动机具有良好的启动性，他的特点是启动转矩大，最大转矩大，能再宽广的范围内平滑、经济的调速，调速效率高。并在工业上得到广泛的应用所以在汽车的雨刮也有广泛的应用。雨刮系统是汽车的重要安全设备之一。在传统机械雨刷系统中，驾驶者手动控制雨刷器速度转换开关，通过改变雨刷器摆动速度，以求快速清除附着在挡风玻璃上的雨水。通过AT89C51单片机能够方便的对雨刮系统进行实时控制，让驾驶员在雨天、大雾、大雪等恶劣天气下能够安全的架势车辆。
随着科学技术的提高，汽车工业也得到了迅速发展，而且越来越趋向于智能化，阴雨天气中交通事故时常发生，在实际应用中汽车雨刷控制通常由直流电机的控制来实现。直流电机因具有良好的线性调速特性、效率高、控制简单、调速性能好及体积小等优点得到了广泛使用。常规电机调速控制方法中，电机工作不稳定,损耗较大,尤其在低电压轻负荷时情况更为严重，且工作频率受电源频率的限制, 难以满足高精度的调速要求，不利于广泛推广。如何才能使电路具有成本低、控制精度高、调试修改参数方便，且能方便和灵活地适用于大功率、可靠性高的直流电机控制系统中,是我们研究的目的。
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1、设计方案比较与分析
1.1电机调速控制模块：
方案一：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。
方案二：采用继电器对电动机的开或关进行控制，通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。
方案三：采用集成芯片L293D。L293D采用16引脚DIP封装，其内部集成了双极型H-桥电路，所有的开量都做成n型。这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点，如电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区：低速平稳性好等。
兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。
1.2速度显示模块：
方案一：使用液晶LCD1602.1602是能显示2行，每行16个字符，字符包括英文字符及阿拉伯数字。但其不能显示汉字。
方案二：使用数码管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。
兼于方案二显示性能优良、使用范围广、使用简单，因此本设计采用方案二。
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2.系统分析与设计
2.1 系统的硬件电路设计与分析
2.1.1 模拟雨刷系统总体设计
本系统一共需要按键、时钟、复位、显示、电机驱动五个模块电路。按键模块使用P1口，时钟、复位电路按照51最小系统的电路连接。显示模块段选使用P0口，电机驱动和显示模块位选使用P2口。
其系统总体设计框图如图1所示：
图1 系统总体设计框图
2.1.2 8051单片机简介
AT89S51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89S51提供了高性价比的解决方案。
AT89S51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89S51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
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8051单片机引脚图。如图2 所示：
图2 8051单片机引脚图
AT89S51具有如下功能特性： ★ 兼容MCS—51指令系统； ★ 32个双向I/O口；
★ 两个16位可编程定时/计数器； ★ 1个串行中断； ★ 两个外部中断源；
★ 4k可反复擦写(>1000次）Flash ROM； ★ 128x8bit内部RAM； ★ 6个中断源；
★ 低功耗空闲和掉电模式；
★ 软件设置睡眠和唤醒功能。
2.1.3 电机驱动芯片
L293D采用16引脚DIP封装，其内部结构如图3：
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图3 L293D内部结构图
其内部集成了双极型H-桥电路，所有的开量都做成n型。这种双极型脉冲调宽方式具有很多优点，如电流连续；电机可四角限运行；电机停止时有微振电流，起到“动力润滑”作用，消除正反向时的静摩擦死区：低速平稳性好等。L293D通过内部逻辑生成使能信号。H-桥电路的输入量可以用来设置马达转动方向，使能信号可以用于脉宽调整（PWM）。另外，L293D将2个H-桥电路集成到1片芯片上，这就意味着用1片芯片可以同时控制2个电机。每1个电机需要3个控制信号EN12、IN1、IN2，其中EN12是使能信号，IN1、IN2为电机转动方向控制信号，IN1、IN2分别为1，0时，电机正转，反之，电机反转。选用一路PWM连接EN12引脚，通过调整PWM的占空比可以调整电机的转速。
2.2 PWM定义
直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻r即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。现在一般采用脉冲宽度调制（PWM）控制技术来实现电机速度调整。该技术稳定性好，易控制，精度高。
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汽车雨刷模拟系统课程设计汇总
