【正文】 術水平有相當大的差距。例如，當今國外發(fā)達國家普遍使用全數(shù)字式汽車儀表，而且絕大部分是基于 CAN總線的步進電動機 式汽車儀表，并且正積極準備向更高方向發(fā)展。而國內(nèi)真正民族汽車儀表廠，還沒有批量生產(chǎn)出該類型的儀表，只有德國 VDO公司和美國德科公司在我國設廠生產(chǎn)。雖然國內(nèi)汽車儀表界一致看好全數(shù)字式汽車儀表，特別是步進電動機式汽車儀表。但我國民族汽車儀表生產(chǎn)廠家從事汽車儀表設計的工程技術人員，絕大部分還不具備這方面的知識能力，自主開發(fā)還不具備技術條件， 汽車儀表機心技術便是其中一例?，F(xiàn)在可以肯定地說 ， 帶 ECU的全數(shù)字式汽車儀表 ， 特別是步進電動機式汽車儀表 ，是當今和未來一段時間汽車儀表的主導技術。 本課題研究內(nèi)容 電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設計 2 本課題 研究內(nèi)容是以單片機為核心的 儀表 控制系統(tǒng) 的設計與實現(xiàn)，車輛儀表是駕駛員與汽車進行信息交流的重要接口和界面，是車輛安全行駛的重要保證。本文中提出用單片機、數(shù)字式溫度傳感器 DS18B20，速度傳感器、 CAN總線等設計了一種車用 儀表 控制 系統(tǒng)， 具體 研究內(nèi)容如下： a) 儀表控制系統(tǒng) 的相關資料查詢和設計要求的分析。 b）設計控制系統(tǒng)的總體方案，畫出整個系統(tǒng)的原理框圖 。 c）系統(tǒng)硬件設計：包括 CPU型號 、傳感器 的選擇、檢測電路的設計、 CAN通信 接口 電路的設計、 電源電路等 。 d）系統(tǒng)軟件設計：要求設計系統(tǒng)各個模塊的流程圖和 相關軟件設計，如 溫度、速度 、 CAN通信 模塊程序等 。 e) 對所設計的 汽車 儀表控制系統(tǒng) 進行功能測試，查找并修改系統(tǒng)錯誤。 f) 分析總結 系統(tǒng)設計 過程中遇到的問題 。 2. 總體方案設計 本次設計 的是 車用儀表控制系統(tǒng) 的解決方案。 此儀表系統(tǒng)要求顯示直觀、準確，使用方便、可靠，同時展現(xiàn)車用儀表系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢和廣闊開發(fā)空間。 單片機是整個系統(tǒng)的核心，與汽車儀表密切相關的一些汽車基本行駛信息（車速、溫度）是單片機所需要處理的信息，系統(tǒng)的整個 CAN 通信也由單片機來控制。系統(tǒng)軟件是實現(xiàn)系統(tǒng)功能最根本的手段，系統(tǒng)的抗干擾能力 是系統(tǒng)能否穩(wěn)定可靠工作的基本保證。通過對它們的一些理論分析和研究，最終對系統(tǒng)方案做出一個總體的設計。 系統(tǒng)的功能與要求 設計一套車載智能儀表，用于顯示和記錄汽車行駛過程中的各種狀態(tài)信息，具體實現(xiàn)功能應達到如下要求： a) 采用通用單片機，用軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。 b) 汽車在行駛過程中各狀態(tài)參量的數(shù)據(jù)采集 ， 主要包括以 溫 度為代表的模擬量和以車速為代表的 脈沖量的采集。 c) 車載信息的 LCD 顯示 ，具有汽車速度、溫度 等 汽車行駛過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)的功能 d) 利用 CAN 總線進行數(shù)據(jù)通信 ， 將采集的數(shù)據(jù)匯總進行處 理，首先必須進行可靠的數(shù)據(jù)傳輸。本系統(tǒng)采用 CAN 總線作為數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)絡。 對 CAN 總線 兼容的硬件、軟件 進行設計。 系統(tǒng)組成及介紹 本系統(tǒng)由單片機模塊、測溫模塊、測速模塊、顯示模塊、電源模塊、串口通信模塊、 CAN 通信模塊等部分構成。系統(tǒng)組成 如圖 21 所示 。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 ( 2021) 3 圖 21 系統(tǒng)組成框圖 單片機模塊 單片機模塊是整個系統(tǒng)的核心，完成以下功能：輸入數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換，驅(qū)動液晶顯示，控制 CAN 通信等 功能。根據(jù)系統(tǒng)的要求 和現(xiàn)實的考慮，選用 宏晶公司生產(chǎn)的 STC89C52RC 通用單片機。 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲器 FPEROM（ Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用 高 密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，它是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 。與 Intel 公司的 MCS51 系列單片機相兼容，是廣泛應用的單片機之一。 串口通信模塊 單片機的串口通信模塊主要是用于擴展單片機的功能，使其功能更加強大，操作更加方便，在有串口通信模塊的情況下，可以實現(xiàn)在電腦上直接對整個系統(tǒng)進行操作，如監(jiān)控該系統(tǒng)，直接獲取相關信息到電腦上，如車速，溫度；也可以在計算機上直接對該系統(tǒng)的單片機進行讀寫控制，如可以直接寫入本設計需要的程序，直接控制與測 溫相關的溫度調(diào)節(jié)。串口通信模塊最主要的功能是用于后續(xù)功能擴展，以 使單片機具備更多的功能。 CAN 通信模塊 根據(jù) CAN 通信原理， 本系統(tǒng)所選 MCU不帶 CAN 控制器 。 因此采用了 傳統(tǒng)的CAN 通信模塊 即 采用 51 系列 的單片機作為中心處理器， SJA1000 作為 CAN 控制器，PCA82C250 作為 CAN 驅(qū)動器。 這種方案雖然選用芯片多，所占空間大，外圍接口擴展局限 ，但其使用更為靈活、方便。 單片機模塊 電源模塊 串口通信模塊 LCD 顯示 CAN 控制器 溫度信號 車速信號 CAN 收發(fā) 器 測溫模塊 測速模塊 電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設計 4 測溫與測速模塊 車速、 溫 度 是汽車的基本信號之一，都是通過傳感器來采集。 a) 溫度傳感器 溫度傳感器主要用于檢測發(fā)動機溫度、吸入氣體溫度、冷卻水溫度、燃油溫度以及催化溫度等。溫度用傳感器有線繞電阻式、熱敏電阻式和熱偶電阻式三種主要類型。三 種類型傳感器各有特點，其應用場合也略有區(qū)別。線繞電阻式溫度傳感器的精度高，但響應特性差；熱敏電阻式溫度傳感器靈敏度高，響應特性較好，但線性差，適應溫度較低；熱偶電阻式溫度傳感器的精度高，測量溫度范圍寬，但需要配合放大器和冷端處理一起使用。 而 本系統(tǒng)卻選擇了 DALLAS 公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器 DS18B20。 因為其 不需復雜的信號調(diào)理電路和 A/D 轉(zhuǎn)換電路能直接與單片機完成數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)方便、精度高， 并 能夠使 制板的成本降低。 b) 轉(zhuǎn) (車 )速傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器的類型很多，因 為 光電傳感器具有線性度好、分辨 率高、噪音小和精度高等優(yōu)點，所以我們選擇光電轉(zhuǎn)速傳感器來進行轉(zhuǎn)速的檢測。 光電轉(zhuǎn)速傳感器原理 ： 光電轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應接收光強度變化的電子器件，當它發(fā)出的光被目標反射或阻斷時，則接收器感應出相應的電信號。它包含調(diào)制光源，由光敏元件等組成的光學系統(tǒng)、放大器、開關或模擬量輸出裝置，光電式傳感器由獨立且相對放置的光發(fā)射器和收光器組成。當目標通過光發(fā)射器和收光器之間并阻斷光線時，傳感器輸出信號。它是效率最高、最可靠的檢測裝置。 電源及 LCD 顯示模塊 a) 電源模塊 電源是整個 系統(tǒng)能正常工作的保證，電源的穩(wěn)定性 決定著系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。系統(tǒng) 選擇了 一種固定電壓 (5V)三端集成穩(wěn)壓器 78L05， 其適用于很多應用場合 。像牽涉到單點穩(wěn)壓場合需要限制噪聲和解決分布問題的 。 此外它們還可以和其它功率轉(zhuǎn)移器件一起構成大電流的穩(wěn)壓電源 ,如可驅(qū)動輸出電流高達 100毫安的穩(wěn)壓 器。 b) LCD 顯示模塊（ LCM） 當前市場上液晶顯示器種類繁多，按排列形狀可分為字段型、點陣字符型和點陣圖形型。字段型以 長條狀組成的字符顯示，主要用于數(shù)字顯示。 但在單片機應用系統(tǒng)中，比較常用的是點陣字符型 LCD 顯示器。要使用 點陣字符型 LCD 顯示器，必須有 相應的 LCD 控制器、驅(qū)動器，來對 LCD 顯示器進行掃描、驅(qū)動，以及一定空間的 RAM 和 ROM 來存儲寫入的命令和顯示字符的點陣?，F(xiàn)在 人們 已將 LCD 控制器、驅(qū)動器、 RAM、 ROM 和 LCD 顯示器用 PCB 連接到一起，稱為液晶顯示模塊 LCM（ Liquid Crystal Display Module） 。 用戶只 需 向 LCM 送入相應的命令和數(shù)據(jù)就可實現(xiàn)所需要的顯示內(nèi)容，與單片機接口簡單，使用靈活 方便。 本系統(tǒng)采用 的液晶顯示模塊為 ATM12864D， 主要 用來顯示溫度、車速等 相關信息， 完全能 夠 達到 設計 的要求，并且對以后系統(tǒng)的擴展顯示留有一定的余地。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 ( 2021) 5 3. 車用 儀表 控制 系統(tǒng)的硬件設計 單片機最小系統(tǒng) 單片機作為微型計算機的一個重要分支，應用面很廣，發(fā)展很快。 單片機 最小系統(tǒng) ， 或者稱為最小 應用 系統(tǒng) ， 是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng) 。 對 51系列單片機來說 ， 最小系統(tǒng)一般 應該包括 ： 單片機、 時鐘 電路 、復位電路 等 。 單片機的時鐘電路硬件設計 單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準，這個時鐘信號可由單片機內(nèi)時鐘電路產(chǎn)生，可以直接使用外部時鐘信號。因此，單片機時鐘電路通?？梢杂袃煞N形式內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 a) 外部振蕩方式 外部振蕩方式就是把外部自己有時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式 是用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式電路接法如 圖 31所示。 b) 內(nèi)部振蕩方式 MCS單片機內(nèi)有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接就構成 了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。這種方式為內(nèi)部振蕩方式，如 圖 32所示。 圖 31 外部振蕩方式 圖 32 內(nèi)部振蕩方式 本系統(tǒng)中利用內(nèi)部振蕩方式，電路如 圖 32， 圖中 C1， C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，其容值一般在 5～ 30pF。在這里選 C1=C2=15pF， 取 晶振 fosc為 典型 值（ 因為可以準確地得到 9600波特率 或 19200波特率 ， 用于有 串口通訊 的場合 ） 單片機的復位電路硬件設 計 復位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動，計算機在啟動時，都需要復位，使 CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。在振蕩器正在運行的情況下，復位是靠在 RST引腳處至少保持 2個機器周期 (24個振蕩器周期 )的高電平而實現(xiàn)的。 單片機復位電路包括片內(nèi)，片外兩部分。片外復位信號通過引腳 RST加到內(nèi)部復位電路上。內(nèi)部復位電路在每個機器周期 S5P2對片外復位信號采樣一次，當 RST引電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設計 6 腳出現(xiàn)連續(xù)兩個 機器周期的高電平時，單片機就能完成一次復位。 RST端 的外部復位電路有兩種復位操作形式：上電自動復位和按鍵手動復位 。 a) 上電自動復位 對于 MCS51系列來說，最簡單的上電復位電路 如 圖 33所示， 就是由一個電阻和一個電容構成的。在系統(tǒng)上電時，經(jīng) C1與 R1充電，使 RST端為高電平，持續(xù)時間 大于兩個機器周期 完成復位。電容充電結束后，系統(tǒng)復位結束，開始正常工作 。在圖 33中， RC時間常數(shù)越大，上電時 RST保持的高電平的時間越長。當晶振頻率為 12MHz時，典型值為 C1=10? F， R1=。 b) 按鍵手動 復位 按鍵手動 復位有電平方式和脈沖方式兩種。 在本系統(tǒng)中采用 按鍵手動電平自動復位 如下圖 34所示。 圖 33 上電自動復位電路 圖 34 手動電平復位電路 上電瞬間 R1C1 電路充電， RST 引腳出現(xiàn)正脈沖， 只要 RST 端保持 10ms 以上高電平，就能使單片機復位。為使其可靠復位， RST 引腳上電復位時間應保持 20ms以上的高電平。按鍵復位時， R2 阻值選擇不能過小，那樣的話只要碰到就會復位；選擇過大時，按鍵按下去 很久才能復位，所以要選擇適中的阻值為 1 K 左 右的電阻。本系統(tǒng)所選的電阻電容參數(shù)如圖 34 中所示。 此 復位電路 具有上電復位和手動復位的功能 。 CCV 上電時， C1充電，在 10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后， C1充滿， 10K電阻上電流降為 0，電壓也為 0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下 SW， C1放電。 SW松手， C1又充電，在 10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位。幾個毫秒后，單片機進入工作狀態(tài)。 經(jīng) 以上分析設計，有關系統(tǒng)中 STC89C52單片機最小系統(tǒng)硬件 設計原理圖如圖35所示 。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 ( 2021) 7 圖 35 89C52單片機的最小系統(tǒng)硬件電路原理圖 RS232 串行通信接口電路 單片機的串行口是非常有用的，我們可以 通過 它 把單片機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳回電腦處理或者接受電腦傳過來的數(shù)據(jù)而進行相應的動作 。 微控制器有許多標準的通信方法 ,但在主 /從嵌入式系統(tǒng)中 ,最常用的是 RS232 串行接口、 SPI 和 I2C。 52 單片機有一個全雙工的串行通信口，非常適合與電腦進行通信 ，本系統(tǒng)設計，采用的是 RS232 出行接口方式。 MA