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1、（,!,图:,!,!,!单片机在电子车窗控制器中的应用设计林元新,设计!研究,安徽长丰扬子汽车制造有限责任公司产品部，安徽 滁州,4$#;:）,摘要：阐述电子车窗控制器的组成、功能、原理，介绍其研制过程、编程思想，并对软件、硬件可靠性作了分析。关键词：单片机；程序设计；研制流程；可靠性,中图分类号：74,文献标识码：&,文章编号：3#48;4$（#7）38#38#7,%:M%FE).）%#7)1!$)：NF-K(OP(6E)GM HB)K*E().)L P+E)KEP,-(H*F-,-K*+()EK K()*+(,-+(H P(/-+/E)L(/.+-DP(B)L-LF-+-=*6 L-Q-,
2、(PE)G P+(K-66.)L P+(G+.OOE)G EL-.6.+-E)*+(LBK-L=NF-+-,E.RE,E*S(H E*6 F.+L/.+-.)L 6(H*/.+-E6.,6(.).,SI-L=809 6*157：K(OPB*-+()6,EK-T P+(G+.OOE)GT L-Q-,(PE)G P+(K-66T+-,E.RE,E*S,单片微处理器又称单片机，它是将计算机的中央处理器、输入输出接口、存储器、计数器!定时器等多个功能部件集成在一块芯片里，是具有完整计算机功能的大规模集成电路。与计算机相比，它具有更好的性价比和实时处理能力，而且体积小、抗干扰能力强，容易嵌入产品内部，成
3、为产品的一个元件，从而使这类产品具有智能化的特征。由于单片机面向控制，它是过程控制的核心，所以单片机又称为嵌入式微控制器。传统嵌入式微控制器的程序设计采用汇编语言来编写应用程序，这主要是从保证速度和节省存储空间考虑，但编程费时，效率低，调试和排错很不容易。微电子技术的飞速发展，使高性能微处理器和大容量存储器的价格变得十分便宜，速度和存储容量不再是困扰设计者的主要问题。在#世纪$#年,为将来汽车更多的电子化、智能化和舒适性发展，提供了技术支持的平台。单片机在电子车窗控制器中的应用设计1%23#4 型 电 子 车 窗 控 制 器，是 苏 州 捷 通 汽 车电器有限公司与扬子汽车总厂共同研制开发的汽
4、车智能产品，其外形如图 3 所示，电气原理如图 所示。此系统中的门窗电动机有两路相对独立的电源，分别驱动门窗电动机的动作。一路电源由电动玻璃开关直接控制，实现基本操作功能；另一路由具有智能特征的控制器提供电源，实现附加操作功能，如智能关窗、点动控制、自动通,代，%语言被成功移植到单片机程序开发中。由于%,风、收费窗口等功能。,电子车窗控制器外形,语言编程容易、代码紧凑、可移植性和可维护性好，因而被普遍用于嵌入式微控制器程序的设计。宽松的、多方支持的软件开发环境和丰富的内部硬件资源，使单片机的应用越来越广泛。随着汽车电子化、智能化、人性化进程的推进，这种灵活、多变的嵌入式微控制器被广泛使用，成为
5、现代汽车不可缺少的重要组成部分。它可以满足汽车有关安全性、舒适性、方便性以及环保性的需求。特别是基于%&（%()*+(,-+&.-.-*/(+0）总线的汽车网络系统，它不仅实现了车载的基本数据通讯，还包含了故障检测、线束配置和汽车舒适系统。它,产品功能描述!点火开关断开时，具有智能关窗功能。遥控或手动触发中央门锁控制器，闭锁电动机工作，同时电子车窗控制器接受指令并启动相应程序，按右前门、右后门、左前门、左后门顺序给门窗电动机依次通电，直至四门窗关闭。#点火开关闭合时，具有点动、自动通风、收费窗口、手动关窗等功能。$左前门点动功能：点动一次左前 门 电 动 玻 璃开关（时间 53 6），左前门车
6、窗开始自动升降，直至门窗全开或全关，中途点动则停止。,修改稿收稿日期：#78#98#9作者简介：林 元 新（3$9:8），男，安 徽 安 庆 人，工 程 师，毕 业 于 中 国 人 民 解 放 军 汽 车 管 理 学 院，一 直 从 事 汽 车 电 器 设 计与开发工作。汽车电器 年第 期,!,设计!研究,汽车电器 年第 期,!任丘市鸿臣蓄电池用水设备厂祝汽车电器广大读者吉祥如意！!,!#$%&!#()*+,!#,!$,!#!,$,!,&()*+!,(-./0!自动通风功能：连续抬起左前门电动玻璃开关!次（时 间!#），左 前 门 车 窗 自 动 关 闭，然 后 下降$%&左右。#收费窗口功能
7、：连续按下左前门电动 玻 璃 开关!次（时间!#），左前门车窗自动下降到底，%#后自动升窗，直至关闭。$手动关窗 功 能：连 续 抬 起 左 前 门 电 动 玻 璃 开关(次（时 间(#），智 能 关 窗 器 启 动，自 动 给 电 动玻璃通电，并按右前门、右后门、左前门、左后门顺序依次升窗，直至四门窗关闭。%障碍识别功能：门窗在自动上升过程中，如有障碍物阻挡，会自动停止。左前门在停止后会自动下降$%&左右，起到防夹的作用。硬件电路的功能特性)*+$%(型 电 子 车 窗 控 制 器 内 部 由 单 片 机、电流检测电路、输入输出接口电路、电源电路等组成。将这些组成电路的元器件焊装在一块印刷电
8、路板上，并封装于防水、阻燃的塑料外壳内，就构成了一个智能型的电子控制器。它通过引线与汽车线路相连接，实现对门窗电动机的各种控制。控制核心单片机单片机是整个部件的大脑，通过收集多个输入信息，并按事先确定的“控制思想”作出正确的处理，通过输出电路予以执行。“控制思想”以程序编码的形式，存储在内部只读存储器内。单片机的主要工作就是运行程序的过程。在多数单片机应用系统中，要求事件处理具有实时性。,设计!研究由变换器转换成统一的标准信号，送入模拟量输入通道，并经 5:)转换 器 转 换 成 数 字 量 送 入 单 片 微 处理器，便可对这些数据进行处理、加工，再将结果的控制量送入模拟 量 输 出 通 道
9、，经):5转 换 器 转 换成标准信号驱动执行机构，对物理过程施加控制。此系统通过检测电动机电流来判断门窗 位 置。电流检测原理：当不同电流通过;$时，电压降有相 应变 化，此 变 化 的 电 压 经;(、;分 压 后 输 入 单 片 机，通过其内部集成的 5:)转 换 电 路，将 此 模 拟 量 转 化为数字量。此变量反映电动机电流的大小，是程序运行的重要参数。根据实际试验检测的结果，电动机 启 动（#左 右）后，正 常 运 行 电 流 在,8 5范 围内，到达车窗极限位置，直流电动机发生堵转，电流达到0 5以上。笔者正是利用这一特性，来判定车窗全开和全关时刻，从而对它进行实时控制。产品功能
10、的实现过程此系统主要完成智能关窗和左前门点动功能。为实现预期的功能，要进行整体设计和规划，以确定软硬件的功能。软件是各种工作程序的总称，软件和硬件只有紧密配合、协调一致，才能组成高性能的单片机应用系统，在系统的研制过程中，软硬件的功能总是不断地调整，以便相互适应。硬件设计和软件设计不能截然分开，硬件设计时应考虑软件设计方法，而软件设计时应了解硬件的工作原理，在整个研制过程中相互协调，以利于提高工作效 率。系 统 的 主 要 程 序 流 程 如 图(所 示。从 中 可 以了解到程序思想和实现方法。由于单片机的软件是,!#,电源电路,在裸机条件下开始设计的，而且随使用芯片的不同,汽 车 系 统 电
11、 源 电 压 为$,$-.，而 单 片 机 通 常的工作电压为!/0,-.，因此实际应用中常使用输出电压固定的集成稳压器。由于只有输入、输出和公共引出端，故称之为三端稳压器，它内部具有减流式过载保护电路和过热保护电路。0122系列输出为正电 压，01%-、013%-、014%-的 输 出 电 流 分 别 为$5、%/-5、%/$5。本 例 中 013%-的 主 要 作 用 是 提 供 单 片机-/%.工作电压。,而不同，它不同于计算机的操作系统支持下的纯软件设计。电子车窗控制器的硬件是程序运行的基础和环境，将完成一项任务所需的所有指令的有序集合称为程序。这些指令要预先一条一条顺序地放到单片机的
12、程序存储器中，单片机在运行时，其中的中央处理器从程序存储器中逐条有序地取出指令，执行指令，并将有关指令执行完毕，即可完成指定任,!#$,输入输出电路,务。可见其控制的过程是运行程序的结果。,在数字电路或系统设计中，往往由于工作速度或者功耗指标的要求，需要采用多种逻辑器件混合使用，每种器件的电压和电流参数各不相同，因而需要采用接口电路。本例 中!只 637!%(和 8只 继 电器，实现输入输出电平转换、电气隔离、负载匹配作用。其 中 9$、9!、9(、9、98-只 输 出 继 电 器 构 成 直流电动机的驱动回路，起到功率开关的作用，同时在单片机和输出设备之间起到电气隔离作用。,单片机应用产品的
13、开发工作量集中在样品的研制过程，系统开发周期因系统的复杂程度不同而不同，从几周到数年不等。一般经历总体设计、硬件设计、软件设计、在线调试、产品化等几个阶段，图 描 述 了 研 制 的 一 般 过 程。其 软 件 设 计 是 最 基 本的工作，也是工作量较大的任务。通常用单片机程序设计语言（汇 编 语 言、*语 言）编 写 源 程 序，经编译、连接形成机器语言的代码，即机器代码，通,!#%,电流检测电路,过编程器拷贝到单片机程序存储单元内保存起来，,物理过程中的被测量参数，如压力、温度、位移和流量等，经传感器将这些物理量变成电量，再,系统在通电复位后，程序开始运行，这样可以通过硬件电路实现预期控
14、制。,!先使用后付款，用后说不好可不付款！,详见插,广告!,汽车电器 年第 期,!#,!,设计!研究,图!,系统的主要程序流程图,%&()*!+&,-./,因为样品调试和产品升级往往要不断修改源程序，重新对单片机进行编程，达到排除错误和优化设计的目的。同样，可以不改变硬件，只修改程序，也可以实现不同的过程控制，增加产品附加值。如该产品能实现上一节的功能描述中的所有功能，只需应用不同的源程序就可方便地实现功能的任意组合，以满足多种需求。产品的优化设计不管是老产品改造还是新产品设计，都应对产,车停止运行后，需要保存运行数据，以记录上一次信息，或者处于系统待命状态，所有这些活动必然消耗蓄电池的电能，
15、所以在设计时要严格控制整体耗电量，另外蓄电池本身存在缓慢自放电，为保证下一次顺利启动，有必要进行省电优化设计。通过程序控制，在特定时间里，使系统进入省电工作模式。现在大多数单片机提供两种典型的低功耗工作模式，即掉电模式和空闲模式，以方便实现省电功能。并通过硬件复位、外部中断等方法退出低功耗工作模式。,品的可靠性、通用性、可维护性、先进性以及成本,!#$,软件可靠性设计,等进行综合考虑，参考国内外同类产品有关资料，使确定的技术指标合理而且符合有关标准。以下几点在产品设计时通常要予以考虑。,主要采用容错技术，增加系统监视器，使程序运行和信息传输过程中出现的错误得到及时纠正。如在传输信息上附加冗余的
16、信息，使系统具有检错,!#!,节能设计,和纠错能力。采用监视定时器，使系统出错时自动,由于汽车单片机使用数量越来越多，它们在汽,复位恢复正常工作状态。采用“软件陷阱”使跑飞,汽车电器 年第 期,!好消息：免费提供防冻液技术！,详见插,广告!,图!,（,!,()*+,#-()(./01,!#,硬件可靠性设计,设计#研究,随着单片机的应用的深入，对单片机应用系统的可靠性提出了越来越高的要求，特别是对于实时控制系统，最重要最基本的技术指标是可靠性。一般采取以下措施提高系统的可靠性：!采用抗干扰措施，如光电隔离、滤波、选通、屏蔽等，对电源噪声干扰、输入输出通道干扰、电磁场干扰进行有效抑制，提高系统对环
17、境的适应能力；提高元器件品质。,!#%,通用性设计,该单片机应用电路中手动与智能控制回路具有相对独立性，线路上具有即插即用性。这两个特性使该产品具有通用性，是与同类产品相比的一大特点。适用性广泛，任何具有电动车窗的汽车，只要线束作局部调整，就可加装。,&,结束语,提高电子产品的可靠性、稳定性，是实际应用中要解决的主要问题。本产品通过硬件和软件的不断优化，最 终 通 过 了 严 格 的 定 型 试 验 和 整 车!万#的道路强化试验。试验表明元器件及整体性能完全满足汽车产品各项技术要求，工作可靠，寿命长。产品符合$%&()!)*汽车电气设备基本技术条 件、+,&(*(-.-)*/0 低 压 电
18、器 外 壳 防 护 等级、+,-/-/)*/1 逐批检查计数抽样程序及抽,单片机应用系统研制过程的程序指针引入预先设置的程序段，并进行错误处理。虽然嵌入式微控制器的抗干扰能力强，但由于汽车的使用环境复杂，在程序运行过程中，微控制器有可能因为受到外界干扰而不能正确执行指令，甚至陷入死循环。为保证系统运行安全，防止由此导致系统瘫痪，本系统使用单片机内部集成的看门狗电路。此电路为微控制器提供了独立的保护系统，笔者在程序中设置对看门狗计数器复位清零的指令，一旦程序运行过程中因干扰而陷入死循环，程序超过预定时间间隔而没能执行复位清零指令，计数器溢出，使系统复位，程序重新运行并恢复到正常状态。在系统应用时
19、，程序要进行看门狗的初始化，以设置其定时器溢出时间等操作。,样 表、+,&-(-!.()*!电 工 电 子 产 品 基 本 环境试验规程等标准要求。其主要技术性能如下：工 作 温 度 环 境 2-*3/0 4；循 环 有 效 使 用 寿 命!万次（与闭锁器相 当）；额 定 工 作 电 压 5%)-6；允 许电 压 范 围*3)0 6；最 大 输 出 电 流!)(7；空 载 电流-8#7；工作循环时间!8 9。在可靠性得到充分保证的前提下，扬子汽车总厂生产的轻型客车和轻型载货汽车的两个系列车型中，电子车窗控制器作为其超豪华车型的标准配置，从-88-年!月 开 始 正 式 投 产，目 前 已 累
20、计 生 产!888多 台，这 些 产 品 经 受 市 场!年 多 的 考 验，其 可靠性、实用性也得到广泛认可。根据调查，北汽福田、上海万丰等同类车型在-88!年相继配装，其工作原理大同小异。可以说它的广泛应用提高了汽车的性价比，增加了汽车的舒适性能。相信更多的单片机应用系统会在提升整车性能中担当更重要的角色。,!#$,保密性设计,不少单片机应用系统需要系统保密，不公开电气原理图和软件的程序清单，使开发者的知识产权得到保护。保密措施又分硬件保密和程序保密，往往同时被使用，以提高保密性能。本系统利用单片机内部二级程序保密功能和擦除芯片型号标识的方,参考文献：:);万 福 君，等.单 片 微 机 原 理 系 统 设 计 与 应 用:;.合 肥：中国科学技术大学出版社，-88).:-;张培仁，等.基于%语言编程%=20)单片机原理与应用:;.北京：清华大学出版社，-88-.:!;康 华 光，等.电 子 技 术 基 础:;.北 京：高 等 教 育 出 版 社，,法，实现硬件和软件的双重保密。,)*/.,责任编辑,文,珍）,#蓄电池用水不用愁，接通水源自动流！,详见插,广告#,汽车电器 年第 期,
