【正文】 器 計(jì)數(shù)器寄存器占用 01H～ 0FH單元空間，是可編程的，在不同的工作方式下其內(nèi)容不同。百分之一秒單元 (0lH)，該單元為百分之一秒計(jì)數(shù)寄存器，兩位 BCD碼。 時(shí)單元 (04H)，該單元為時(shí) (鐘點(diǎn) )計(jì)數(shù)寄存器，復(fù)位后為 00H。 D5 D4：鐘 點(diǎn) 十位 (二進(jìn)制 0～ 2)。日期個(gè)位數(shù)位為 BCD碼，十位數(shù)為二位二進(jìn)制碼，年份為二位二進(jìn)制碼，格式如下 . D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 34 D7 D6：年份 (二進(jìn)制 O～ 3)，當(dāng)控制狀態(tài)寄存器屏蔽位置位時(shí)，讀出為 0。星期和月份單元 (06 H)，該單元為星期、月份寄存器，復(fù)位后為 01H。 起鬧定時(shí)器 (0FH) 當(dāng)時(shí)鐘起鬧，寄存器的內(nèi)容與時(shí)鐘計(jì)數(shù)寄存器的內(nèi)容一致時(shí)，開始起鬧，在日期起鬧時(shí)略去了年和星期，在每天起鬧時(shí)忽略去了月和日的相應(yīng)位。 D4：置位時(shí)，星期四允許起鬧。 DO：置位時(shí)，星期日允許起鬧。當(dāng)汽車熄火時(shí)，通過電池給 PCF8583供電。 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 36 圖 PCF8583初始化程序框圖 PCF8583數(shù)據(jù)讀出程序框圖 串行 E2PROM AT24C16 AT24cxx系列 E2PROM采用低功耗 CMOS工藝制造，內(nèi) 部設(shè)有高壓泵電路，可以在低電壓下工作，具有擦除／寫入 10萬次和數(shù)據(jù)保留 100年的高可靠性，提供兩線串行接口，便于同各類微機(jī)接口，使用方便。 SCL和 SDA兩總線平時(shí)通過上拉電阻拉為高電平， SDA總線上的數(shù)據(jù)僅在 SCL為低電平期間可能改變。 AT24C16的寫入數(shù)據(jù)、讀出數(shù)據(jù)程序框圖如圖 、 。 當(dāng) ZI為高電平時(shí) (汽車已啟動(dòng) )，光耦 02導(dǎo)通使得 ZX為高電平，則 U7D輸出低電平，使得 U7C、 U7E、 U7F輸出高電平 (即 A為高電平 )，此時(shí)單片機(jī)工作。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng) 圖如圖 。連接器 J的 00～ 07與顯示器的段碼相連，I0～ I7與顯示器的位碼相連。串行外圍設(shè)備接 SPI(serial peripheral interface)總線技術(shù)是 Motoro1a公司推出的一種同步串行接口。當(dāng)主存儲(chǔ)器在編程或擦除時(shí)，緩存器可以接受數(shù)據(jù)，這樣大大提高了工作效率。 Bit6： COMPARE(比較 )位，等于 0表明寫入主存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)與緩沖器中的數(shù)據(jù)
。其中各位的定義如表 。 圖 AT45D04l的引腳圖 表 引腳 名稱 引腳功能 1 GND 電源地 4 CS 片選端 5 SCK 時(shí)鐘 6 SI 串行數(shù)據(jù)輸入 7 SDA 串行數(shù)據(jù)輸出 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 42 23 RDY/BUSY 忙指示 24 RESET 復(fù)位 25 WP 寫保護(hù) 28 Vcc 電源 其余管腳 NC 空腳 器件的工作原理 (1) AT45D04l的結(jié)構(gòu)分為主存儲(chǔ)器、兩個(gè)緩存器 及一個(gè)狀態(tài)寄存器主存儲(chǔ)器：容量為 4， 325， 376位，分成 2048頁，每一頁有 264字節(jié)，與緩存器的容量相等。經(jīng)計(jì)算得到的速度值超過預(yù)先設(shè)定的速度上限值時(shí)， 蜂鳴 器 S1開始蜂鳴，同時(shí)超速指示燈發(fā)光，進(jìn)行聲光報(bào)警，用以提醒司機(jī)要減速行駛。 1． LED的選擇 選擇 LED顯示器時(shí)考慮到功耗要低、發(fā)光效率要高、同時(shí)體積要小，兼顧以上特點(diǎn)我們選用高亮度的 LED顯示器，這樣可以避免汽車在白天行駛時(shí)，因光線太足而使得顯示器上的字跡模糊不清。 并聯(lián)增大電流，提高驅(qū)動(dòng)能力。點(diǎn)火信號的獲取電路如圖 電路中 ZI是點(diǎn)火信號輸入端， A給單片機(jī)、 AT24LCl6和光耦 04的輸出端提供電源，P16為控制 CD402l的時(shí)鐘端。 3．實(shí)現(xiàn)電路 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 38 圖 PIC單片機(jī)與 AT24C16的 接口電路 PIC單片機(jī)與 AT24C16接口電路如圖 。 1．引腳配置和引腳說明 AT24C16 的引腳配置如圖 所示，引腳功能說明如表 所示。 PCF8583初始化順序?yàn)槊?、分、時(shí)、年／日、星期／月，控制字為 01H、 58H、 92H、 0lH、 41H，共 5組。 3． 實(shí)現(xiàn)電路 PIC單片機(jī)與 PCF8583的接口電路如圖 。 D2：置位時(shí)，星期二允許起鬧。 D6：置位時(shí)，星期六允許起鬧。 當(dāng)控制狀態(tài)寄存器的起鬧允許位置位，則根據(jù)起鬧控存器 (08H)的定時(shí)器功能位編程為百分之一秒、秒、分、時(shí)或日計(jì)數(shù)單元；不起鬧時(shí)該單元為計(jì)數(shù)天數(shù)。 D4：月份十位。 D3 D2 Dl D0：日期個(gè)位 (BCD)。 O： 24小時(shí)制， AM、 PM標(biāo)志不變； 1： 12小時(shí)制， AM、 PM標(biāo)志更新。該單元為分計(jì)數(shù)寄存器，兩位 BCD碼，最大計(jì)數(shù)值為 59，溢出后向時(shí)單元進(jìn)位，復(fù)位后為 00H。 表 計(jì)數(shù)器進(jìn)位方式 計(jì)數(shù)器 計(jì)數(shù)周期 進(jìn)位 月計(jì)數(shù)器內(nèi)容 百分之一秒 00～ 99 99～ 00 秒 00～ 59 59～ 00 分 00～ 59 59～ 00 時(shí)： 24小時(shí)制 1 2小時(shí)制 00～ 23 12AM， 01～ 11AM 23～ 00 11PM～ 12AM 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 33 1 2PM， 01～ 11PM 日期 01～ 31 01～ 30 01～ 29 01～ 28 31～ 0 30～ 0 29～ 01 28～ 01 1 2． 11 2(年尾 =O) 2(年尾 = 3) 月 01～ 12 12～ 01 年 0～ 3 星期 O～ 6 6～ O 定時(shí)器 00～ 99 無進(jìn)位 (3)時(shí)鐘方式下計(jì)數(shù)器寄存器的數(shù)據(jù)狀態(tài) 在時(shí)鐘方式下的計(jì)數(shù)寄存器中，除起鬧控制寄存器外都是存放時(shí)鐘計(jì)數(shù)或起鬧數(shù)據(jù)的。 D1：起鬧標(biāo)志 (若起鬧允許位為 0則是占空比為 50％的分標(biāo)志 )。 D3：屏蔽位。 D6：計(jì)數(shù)器狀態(tài)位。 (1)PCF8583的控制狀態(tài)寄存器為 RAM空間的 00H地址單元。 引腳配置如圖 ，引腳功能說明如表 。 (1)定單元寫 指定單元寫是指按指定的首地址 (WORDADR)依次寫入 n個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，其操作格式如下： S SLAW A WORDADR A data1 A data2 A …… Data n A P (2)指定單元讀 指定單元讀是指按指定首地址 (W0RDADR)依次讀出 n個(gè)字節(jié)的操作。在尋址字節(jié)后是按指定讀、寫操作的數(shù)據(jù)字節(jié)與應(yīng)答位。 4． 應(yīng)答信號 I2C總線數(shù)據(jù)傳送時(shí)，每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后都必須有應(yīng)答信號，與應(yīng)答信號相對應(yīng)的時(shí)鐘由主控器產(chǎn)生，這時(shí)，發(fā)送器必須在這一時(shí)鐘位上釋放數(shù)據(jù)線，使其處于高電平狀態(tài)，以便接收器在這一位上送出應(yīng)答信號，如圖 ?？偩€上帶有 I2C總線接口的器件很容易檢測到這些信號。 2．總線數(shù)據(jù)傳送的起始與停止 I2C總線數(shù)據(jù)傳送時(shí)有兩種時(shí)序狀態(tài)被分別 定義為起始信號和終止信號，如圖。 在 I2C總線上每傳輸一位數(shù)據(jù)都有一個(gè)時(shí)鐘脈沖相對應(yīng)，其邏輯“ 0”和“ l”的信號電平取決于該節(jié)點(diǎn)的正端電源 的電壓 。在標(biāo)準(zhǔn) I2C模式下數(shù)據(jù)傳送速率可 達(dá) 100kbit／ s，高速模式下可達(dá) 400kbit／ s。 I2C 總線的基本原理 I2C Bus(Inter IC BUS)是 Philips公司推出的芯片間串行傳輸總線，它以二第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 27 根連線實(shí)現(xiàn)了完善的全雙工同步數(shù)據(jù)傳送，可以極方便地構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)和外圍器件擴(kuò)展系統(tǒng) I2C總線采用了器件地址的硬件設(shè)置方法，通過軟件尋址完全避免了器件的片選線尋址方法，從而使硬件系統(tǒng)具有最簡單而靈活的擴(kuò)展方法。 圖 溫控電路 系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和暫存器 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)的過程中，需實(shí)時(shí)地記錄時(shí)間并傳送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中存儲(chǔ)下來，這就要求系統(tǒng)應(yīng)有實(shí)時(shí)時(shí)鐘發(fā)生器。在圖 ， +12為車載 12v電源輸入， RT1是負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻， RW RW2是大功率電阻。輸入電壓經(jīng)過 MC34063轉(zhuǎn)換為脈沖波形后，再經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換為需要的電壓值，其中 L為 5V輸出， L’為 8V輸出。當(dāng) VT飽和導(dǎo)通時(shí)，可看作開關(guān)閉合，輸入電壓 VIN經(jīng)電感 L形成回路，電感中儲(chǔ)存能量，如圖 (a)所示；當(dāng)VT截止時(shí)， VIN與電感產(chǎn)生的反向電勢疊加后， 通過 二極管向輸 出 電容 Cout充電，Cout上 的電壓大于輸入電壓 ,如圖 (b)所示。 1．引腳配置和引腳說明 引腳配置如圖 ，引腳功能如表 。 以上三種方法中，脈沖寬度調(diào)制的方法應(yīng)用最多。當(dāng)輸入電壓河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 22 Ui以及負(fù)載電流 Io變化時(shí)，可以通過閉合的反饋控制回路自動(dòng)地調(diào)整占空比來使輸出電壓 Uo維持穩(wěn)定不變。 Ui=qUi=f 當(dāng) t=Ton時(shí)， BG截止?fàn)顟B(tài) 終止， L中的電流下降到最小值 ILV即 ILV = － LUo Toff +ILP (3)U。線性下降到最小值I。時(shí)間以后，加于 BG基極的控制脈沖為與反向偏壓，使 BG截止， L中的電流減小， L兩端產(chǎn)生出一個(gè)左負(fù)右正的自感電勢，使 D導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感 L便把原先儲(chǔ)存的磁能轉(zhuǎn)換成電能通過續(xù)流二極管 D供給負(fù)載 RL， 當(dāng)負(fù)載電壓低于 Co兩端的電 壓時(shí)， Co便向負(fù)載放電。在 C?？刂疲溆嘘P(guān)的電壓和電流的波形如圖 (a)、 (b)、 (c)、 (d)、 (e)所示。和其控制電路組成，如圖 。這兩種電路總的功率損耗包含了變換器和穩(wěn)壓器兩級的損耗，降低了效率。按功率管的激勵(lì)方式分，有自激式和他激式直流變換器。 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 18 直流變換器的電路結(jié)構(gòu)及工作原理 1． 直流變換器的電路結(jié)構(gòu) 變換器通常是指一種直 流電壓變換設(shè)備，其中可以把直流電壓轉(zhuǎn)換成各種不同直流電壓的設(shè)備稱為直流一直流變換器 (通常簡稱為直流變換器 )，能把直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓的設(shè)備則稱為直流 交流變換器，又稱為逆變器。 BR— Y為報(bào)站信號，經(jīng)三極管 N Pl后，送入并串轉(zhuǎn)換芯片 CD4021。由圖可知，所有的開 關(guān)信號，經(jīng)過電阻排 RR RR3和電阻 R10 R10 R10 R10 R10 R106分壓、限流之后送入處理電路。開關(guān)信號 僅有兩個(gè)狀態(tài)，為 1或 0。 圖 速度傳感器的電路原理圖 河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 14 速度信號接口電路 為增強(qiáng)速度信號的抗干擾性，進(jìn)一步提高測量速度信號的準(zhǔn)確性，系統(tǒng)采用了如圖 49所示的為速度信號接口電路，整個(gè)電路包括射極跟隨 器、遲滯比較、光電隔離三部分。其原理圖如圖 所示，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 。 圖 環(huán)境溫度對工作點(diǎn)和釋放點(diǎn)的影響 UGS 一 3040T 的輸出特性曲線如圖 所示。霍爾傳感器是本系統(tǒng)的重要組成部分，在選擇霍爾傳感器時(shí)，一定要選擇工作溫度范圍寬，壽命長，穩(wěn)河北 聯(lián)合大學(xué)電氣工程學(xué)院 12 定性好的霍爾集成式傳感器。我們稱 Bop為工作點(diǎn)， BRP為釋放點(diǎn)， BopBRP=BH稱為回差。 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 圖 在外磁場的作用下，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度超過導(dǎo)通 閾 值 Bop時(shí)，霍爾電路輸出管導(dǎo)通，輸出低電平?；魻栭_關(guān)正常工作時(shí)，常態(tài)應(yīng)處“截止?fàn)顟B(tài)”，而不宜處于“導(dǎo)通狀態(tài)”，這樣可以延長使用壽命。圖中 H為霍爾元件， V V2及相應(yīng)電阻構(gòu)成差分放大器，將霍爾電壓放大幾十倍，并消除溫度 漂移影響，增強(qiáng)抗干擾能力。集成霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器。 光電法測速優(yōu)點(diǎn)是電路實(shí)現(xiàn)簡單、易用；但是，其抗外界光線干擾能力差，而且易受外界灰塵污染，使得測量的準(zhǔn)確性大幅度降低?；魻栐哂性S多優(yōu)點(diǎn)，它的結(jié)構(gòu)牢固、體積小、重量輕、壽命長、安裝方便、功耗小、頻率高 (可達(dá) 1MHz)、耐震動(dòng)、不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或接口電路 PIC 單片機(jī) 速度接口電路 電池 時(shí)基電路 電源變換電路 光電隔離 通訊 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng) 供給 車載電源 速度信號 開關(guān)信號 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 腐蝕等。 圖 汽車變速器輸出的速度信號是 模擬信號，為了便于處理、存儲(chǔ)，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 2．實(shí)時(shí)采集開門次數(shù)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是安裝在機(jī)動(dòng)車上，通過線束與相應(yīng)的信號相連接。 方案 2：采用由 DC— DC直流變換器組成的小型開關(guān)電源，它 不但具有重量輕、體積小