【文章內容簡介】 的時間比 ,一個 20%占空比 波形 ,會有 20%的 高電平 時間和 80%的 低電平 時間，而一個 60%占空比 的 波形 則具有 60%的 高電平 時間和 40%的 低電平 時間 ,占空比越大 ,高 電平 時間越長 ,則輸出的脈沖幅度越高 ,即電壓越高 .如果占空比為 0%,那么高 電平 時間為 0,則沒有電 壓輸出 .如果占空比為 100%,那么輸出全部電壓。 所以通過調節(jié)占空比 ,可以實現(xiàn)調節(jié)輸出電壓的目的 ,而且輸出電壓可以無級連續(xù) 汽車電控實習及課程設計說明書 14 調節(jié) . 脈寬調制 (PWM)是利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術，尤其是在對電機的轉速控制方面，可大大節(jié)省能量。 PWM 具有很強的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經濟等特點。模擬控制電路有以下缺陷 :模擬電路容易隨時間漂移，會產生一些不必要的熱損耗，以及對噪聲敏感等。而在用了 PWM 技術后，避免了以上的缺陷，實現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號，可以大幅度降低成本和功耗。 圖 38 直流電機控制電路 黃燈預警電路 當油壓在正常范圍內（ 20— 80Mpa）時黃燈不亮，當油壓低于最低的閥值時，單片機控制黃燈亮起，達到警示的作用。 圖 39黃燈警示電路 汽車電控實習及課程設計說明書 15 4 系統(tǒng)軟件設計 Proteus 軟件環(huán)境介紹 本系統(tǒng)的硬件設計首先是在 Proteus 軟件環(huán)境中仿真實現(xiàn)的。 Proteus 軟件是來自英國 Labcenter electronics 公司的 EDA 工具軟件， Proteus 軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了具有和其它 EDA 工具一樣的原理布圖、 PCB 自動或人工布線及電路仿 真的功能外，其革命性的功能是，它的電路仿真是互動的。針對微處理器的應用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調試。如果有顯示及輸出，配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等，還能看到運行后輸入輸出的效果。Proteus 建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境，尤其重要的是 Proteus Lite 可以完全免費，也可以花微不足道的費用注冊達到更好的效果。 Proteus 是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具。可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC 等常用的 MCU及其外圍電路（如 LCD， RAM， ROM，鍵 盤，馬達， LED， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件 ...）。其實 Proteus 與 multisim 比較類似，只不過它可以仿真 MCU，當然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應的仿真模型，用開發(fā)板和仿真器當然是最好選擇，可是初學者擁有它們的可能性比較小。當然，硬件實踐還是必不可少的。在沒有硬件的情況下， Proteus能像 pspice 仿真模擬 /數(shù)字電路那樣仿真 MCU及外圍電路。另外，即使有硬件，在程序編寫早期用軟件仿真一下也是很有必要的。 Proteus 軟件主要具有以下幾個方面的特點： 1） 設計和仿真軟件 Proteus 是一個很有用的工具，它可以幫助學生和專業(yè)人士提高他們的模擬和數(shù)字電路的設計能力。 2） 它允許對電路設計采用圖形環(huán)境，在這種環(huán)境中，可以使用一個特定符號來代替元器件，并完成不會對真實電路造成任何損害的電路仿真操作。 3） 它可以仿真儀表以及可描述在仿真過程中所獲得的信號的圖表。 4） 它可以仿真目前流行的單片機，如 PICS, ATMELAVR, MOTOROLA, 8051 等。 5） 在設計綜合性方案中 ,還可以利用 ARES 開發(fā)印制電路板。 KeilμVision 軟件環(huán) 境介紹 Keil C51 是 美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比， C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。 Keil 提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器 汽車電控實習及課程設計說明書 16 等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN202 WINXP 等 操作系統(tǒng)。如果你使用 C語言編程，那么 Keil 幾乎就是你的不二之選，即使不使用 C語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調試工具也會令你事半功倍。 C51 工具包的整體結構， uVision 與 Ishell 分別是 C51 for Windows 和 for Dos 的集成開發(fā)環(huán)境 (IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE 本身或其它編輯器編輯 C或匯編源文件。然后分別由 C51 及 C51 編譯器編譯生成目標文件 (.OBJ)。目標文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文 件一起經 L51 連接定位生成絕對目標文件 (.ABS)。 ABS 文件由 OH51 轉換成標準的 Hex文件，以供調試器dScope51或 tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如 EPROM 中。 Protel 軟件介紹 Protel 印制板設計軟件包是澳大利亞 Protel Technology 公司與 1990 年推出的電子CAD 產品，具有方便、易學、實用、快速以及高速度、高步通率的特點。它采用了分層次下拉窗口菜單結構形式，用戶基本上不需要記背太多的鍵盤命令，用 鼠標點擊菜單命令就能操作， Protel 有著很高的自動布線布通率。布通率是電子產 CAD 產品的一項重要指標，它反映電子元件在電路圖中連接關系有多少能在印刷版圖中實現(xiàn)。在設計常用的單、雙面印制板時只要選擇適當?shù)脑季趾筒季€策略方法， Protel 就可以輕易的達到 98%100%的布通率。對于極少數(shù)不能布通的定方， Protel 可以用飛線指示出來，引導用戶用手工方法連通。另外， Protel 有強大的宏命令設置功能，利用宏命令功能多定義的熱鍵可以大大提高操作速度。 Protel 已成為印制板設計加工方面的工業(yè)標準。據初 步統(tǒng)計 Protel 在 CAD 的市場占有率達 95%，成為電子產品制造業(yè)界的首選 CAD 軟件。 汽車電控實習及課程設計說明書 17 程序流程圖 （ 1）主程序流程圖 N Y 圖 41 主程序 流程圖 主程序流程圖說明： 程序初期，定時器、寄存器初始化，將傳感器采集的數(shù)據經傳給 ADC0808，通過數(shù)據轉換子程序將模擬信號轉換為數(shù)字信號信號通過顯示子程序，將數(shù)字顯示在 LCD 上。并且 開始 系統(tǒng)初始化 采集數(shù)據，數(shù)據轉化子程序 是否超過油壓上下限？ 調用顯示程序， LCD 顯示 低于油壓下限，使用警示燈 超過油壓上限，使用電機控制 結束 汽車電控實習及課程設計說明書 18 判斷機油壓力是否低于最低值，低于則通過 口 LED 報警；機油壓力是否高于最高值高于則通過電機轉動控制活塞閥調節(jié)，相反則返回程序，繼續(xù)測量油壓。 （ 2） A/D 轉換 子程序流程圖： 開 始 啟動 A / D 轉換 A/D 轉換是否完成？ 返回 A / D 轉換 Y N 圖 4 2 A/D 轉換 流程圖 AD 子程序流程圖說明： 在此流 程圖中，主要說明的是本次設計的 A/D數(shù)據轉換 過程。 單片機 AT89C51 的 、 、 口連接 ADC0808 的 OE、 START 和 EOC 端口，壓力信號通過 IN0 端口傳給 ADC0808進行模數(shù)轉換，將檢測的數(shù)據傳送給單片機。 顯示子程序流程說明： 開始階段， 將液晶顯示器初始化 ， 然后將寫入光標跳到目標位，單片機 P0 口控制 LCD 汽車電控實習及課程設計說明書 19 的 D0D7 口，讀入數(shù)據顯示實時機油壓力。調用延時程序， 返回程序繼續(xù)顯示。 位置式 PID 控制原理 當今的 自動控制技術 都是基于 反饋 的概念。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關心的變量，與期望值相比較，用這個誤差糾正調節(jié)控制系統(tǒng)的響應。 PD 控制器由比例單元（ P）、微分單元（ D）組成。其輸入 e (t）與輸出 u (t）的關系為 ])()([*)( dt tdeTDtekptU ?? 其中 kp 為比例系數(shù) ； TD為微分時間常數(shù) 由于計算機控制是一種采樣控制，它只能根據采樣時刻的偏差來計算控制量，因此，在計算機控制系統(tǒng)中，必須首先對上述公式進行離散化處理，用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程，離散化后的 PID 表達式是為： )]}1()([*)({*)( ???? tEtETTDtEkptU 根據遞推原理，可以寫出 k1的 PID 輸出表達式 )]}2()1([*)1({*)1( ??????? tEtETTDtEkptU 則 )]2()1(*2)([*)]1()([*)1()( ?????????? tEtEtEKDtEtEkptUtU 其中 TTDkpKD *? 由上式可知，要計算第 k次的輸出值 )(tU ，只需知道 )1( ?tU 、 )(tE 、 )1( ?tE 、 )2( ?tE即可，比最初公式要簡單許多。 在程序設計中， Now_speed[1] = Now_speed[0] 表示 E(t1) Now_speed[0] = (int)(setspeedspeed)。E(t) 由此就可以得到相應的比例部分，積分部分 ，微分部分： P = KP*(Now_speed[0])。 I = KI*(Now_speed[0]+pre_speed)。 D = KD*(Now_speed[0]Now_speed[1])。 注： pre_speed 表示的之前差值之和。 汽車電控實習及課程設計說明書 20 5 系統(tǒng)調試過程 通過上面的硬件設計和軟件設計過程，設計的工作已經基本完成，接下來的工作就是對所設計好的應用系統(tǒng)進行調試。通過調試可以檢查出系統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯誤，從而進行下一步的修改。 （ 1） Protel 電路調試 在 Protel 的元件庫里 建立 89C51,沒有 LCD 液晶顯示器 ，單擊【 Edit】按鍵，對元件庫的 進行編輯 ，再建立新的封裝庫編寫其封裝，連線。電路調試：單擊【 ERC】按鍵，進行節(jié)氣點 ERC 檢查；單擊【 Bill of Material】生成元件列表，檢查元器件封裝 。單擊【 Creat Netlist】生成網絡列表。 圖 51 Protel原理 圖 （ 2） Keil uVision3 中程序編