【文章內容簡介】 X232 介紹 MAX232 是由德州儀器公司（ TI）推 出的一款兼容 RS232 標準的芯片。由于電腦串口 RS232 電平是 10V、 +10V，而一般的單片機應用系統(tǒng)的信號電壓是 TTL電平 0、 +5V,MAX232 就是用來進行電平轉換的 ,該器件包含 兩 驅動器、 兩 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F電平。 MAX232 引腳圖 如圖 36 所示。 電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設計 8 圖 36 MAX232引腳圖 該器件符合 TIA/EIA232F標準，每一個接收器將 TIA/EIA232F 電平轉換成5V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉換成 TIA/EIA232F電平。 其 主要特點 為： a) 符合所有的 RS232C 技術標準 b) 只需要單一 +5V電源供電 c) 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生 +10v 和 10v 電壓 d) 功耗低，典型供電電流 5mA e) 內部集成 兩 個 RS232C 驅動器 f) 內部集成兩個 RS232C 接收器 串行通信接口電路 串行端口的本質功能是作為 CPU 和串行設備間的編碼轉換器。當數據從 CPU 經過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數據轉換為串行的位。在接收數據時，串行的位被轉換為字節(jié)數據。 在 Windows 環(huán)境（ Windows NT、 Win9 Windows2021）下，串口是系統(tǒng)資源的一部分。 應用程序要使用串口進行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關閉串口）。 本次系統(tǒng)設計的串行通信接口電路如圖 37 所示。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 ( 2021) 9 圖 37 串行通信接口電路 溫度傳感器及其硬件接口電路設計 溫度傳感器 DS18B20簡介 DS18B20是 DALLAS公司生產的一線式數字溫度傳感器，具有 3引腳 TO－ 92小體積封裝形式；溫度測量范圍為－ 55℃ ～＋ 125℃ ， 可編程為 9位～ 12位 A/D轉換精度，測溫分辨率可達 ℃ ，被測溫度用符號擴展的 16位數字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生；多個 DS18B20可以并聯到 三 根或兩 根線上， CPU只需一根端口線就能與諸多 DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 主要特點 及技術指標 有 ： a) 用戶可自設定非易失性的報警上下限溫度值。 b) 10℃ ～ +85℃ 范圍內的測溫準確度為 177。 ℃ 。 c) 可用數據線供電，電壓范圍： +～ +。 d) 支持 多點組網功能，多個 DS18B20可以并聯在惟一的三線上，實現多點測溫。 e) 負壓特性，電源極性接反時，溫度傳感器 不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。 DS18B20與單片機的硬件接口設計 DS18B20與 STC89C52的接口電路 如圖 38所示，其中 DS18B20工作在外部電源供電方式，單片機 STC89C52采用 和 DS18B20通信。 圖 38 DS18B20與 STC89C52的接口電路 通過預先對 DS18B20可編程溫度傳感器的編程 ， 完成轉換位數 ， 精度 ， 高、低溫電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設計 10 報警觸發(fā)器 TH， TL的溫度設置。進入測溫模式后 ， DS18B20可編程溫度傳感器將所測的溫度值直接轉換成數字量 ， 通過其獨有的單總線協(xié)議 ， 實現與單片機的數據傳輸 ，完成數據采集。再結合軟件及相應外圍電路進行實時監(jiān)控。 光電測速傳感器及其硬件接口電路設計 光電測速傳感器簡介 它分為投射式和反射式兩類。投射式光電轉速傳感器的讀數盤和測量盤有間隔相同的縫隙。測量盤隨被測物體轉動，每轉過一條縫隙，從光源投射到光 敏元件 上的光線產生一次明暗變化 ,光敏元件即輸出電流脈沖信號。反射式光電傳感器在被測轉軸上設有反射記號，由光源發(fā) 出的光線通過透鏡和半透膜入射到被測轉軸上。轉軸轉動時，反射記號對投射光點的反射率發(fā)生變化。反射率變大時，反射光線經透鏡投射到光敏元件上即發(fā)出一個脈沖信號；反射率變小時，光敏元件無信號。在一定時間內對信號計數便可測出轉軸的轉速值。 反射式光電測速 主要由被測旋轉部件、反光片（或反光貼紙）、反射式光電傳感器組成，在可以進行精確定位的情況下，在被測部件上對稱安裝多個反光片或反光貼紙會取得較好的測量效果。在本系統(tǒng)中，由于測試距離近且測試要求不高，僅在被測部件上只安裝了一片反光貼紙，因此，當旋轉部件上的反光貼紙通過光電 傳感器前時，光電傳感器的輸出就會跳變一次。通過測出這個跳變頻率 f，就可知道轉速 N。 ST188紅外光電傳感器 這里我們選用工作性能較好的 ST188紅外光電傳感器作為測速用 傳感器。 特點 ： a) 采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。 b) 檢測距離可調整范圍大， 4～ 13mm可用。 c) 采用非接觸檢測方式。 其廣泛應用于 IC卡電度表脈沖數據采樣 、 集中抄表系統(tǒng)數據采集 、 傳真機紙張檢測 、與 ST288A結合使用可判別被測物的運動方向及正反轉速測量、行程測量等。 其 光電 特性如 表 31： 表 31 光電特性 項目 符號 測試條件 最小 典型 最大 單位 輸入 正向壓降 FV FI =20mA V 反向電流 RI RV =3V 10 181。A 輸出 集電極暗電流 Iceo ceV =20V 1 181。A 集電極亮 電流 LI ceV =15V FI =8mA L3 mA L4 mA L5 mA 飽和壓降 ceV FI =8mA， RI = V 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 ( 2021) 11 續(xù)表 31 項目 符號 測試條件 最小 典型 最大 單位 傳輸 特性 響應 時間 Tr FI =20mA， ceV =5V CR =100? 10 181。s Tf 10 181。s ST188紅外光電傳感器 與單片機的硬件接口設計 ST188與 STC89C52的接口電路圖 如圖 39所示 。 圖 39 ST188與 STC89C52的接口電路圖 與發(fā) 射管 相接 的限流電阻為 510歐姆固定電阻 ，由于 ST188輸出的是模擬信號，而單片機能直接接收的是數字信號，因此 在這里選用了比較器作為一個一位的模數轉換器。通過調節(jié)比較電壓的值， 找到一個合適的比較電壓， 在輸出端獲得一組脈沖通過非門使脈沖更加標準化。 通過單片機測量產生脈沖的頻率，就可以得出被測體的轉速。 液晶顯示模塊硬件設計 液晶顯示模塊 ATM12864D簡介 本系統(tǒng)采用 ATM12864D點陣式液晶作為主要顯示工具 。該芯片自帶雙控制芯片，自動完成液晶控制。該液晶屏具有眾多控制字，程序開始時，先對液晶初始化。之后，每次先通過控制字指定開始位置，然后順序寫入點的信息。該液晶屏由兩塊控制芯片來控制，各為（ 64*64）方陣，圖像點信息按照縱向每 8個點組成一個字節(jié)。設定一個字符或數字由 8*8個點陣來表示，也就是說每個字符由 8個字節(jié)組成，將這 8個字節(jié)作為一個數組存入 RAM里。在需要顯示這個字符時，只要從液晶的數據口順序輸出數組里面的內容就可以了。 其 引腳說明如表 32所示。 電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設計 12 表 32 液晶引腳說明 管腳號 管腳名稱 LEVER 管腳功能描述 1 VSS 0 電源地 2 VDD + 電源電壓 3 V0 液晶顯示器驅動電 壓 4 D/I(RS) H/L D/I=“H” ，表示 DB7～ DB0為顯示數據 D/I=“L” ，表示 DB7～ DB0為顯示指令數據 5 R/W H/L R/W=“H” ， E=“H” 數據被讀到 DB7～ DB0 R/W=“L” ， E=“H → L” 數據被寫到 IR或 DR 6 E H/L R/W=“L” ， E信號下降沿鎖存 DB7～ DB0 R/W=“H” ， E=“H”DDRAM 數據讀到 DB7～ DB0 7～ 14 DB0～ DB7 H/L 數據線 15 CS1 H/L H:選擇芯片 (右半屏 )信號 16 CS2 H/L H:選擇芯片 (左半屏 )信號 17 RET H/L 復位信號 ,低電平復位 18 VOUT 10V LCD驅動負電壓 19 LED+ LED背光板電源 20 LED LED背光板電源 液晶顯示模塊 ATM12864D與 STC89C52硬件接口設計 液晶屏與單片機的接線如圖 310所示。 圖 310 液晶顯示模塊與 STC89C52接口電路 液晶的 8位數據線 DB0～ DB7連接到單片 機的 P1口， 5根控制線分別連接到單片機的 ～ , VDD和 VSS是最基本的電源，在這里 接 5V即可， 第三個引腳 V0的接法如上圖所示即可， 當 LCD與單片機接線以及電源供給完畢以后，需要調節(jié)可變電阻的阻值 。只有阻值在特定的位置區(qū)域 內才會顯示。 一般情況下廠家已設定好，可不再調節(jié)。引腳 A和 K是液晶屏的背光電源 ， 在這里 加 了一個 小電阻 來 限流 ，以防電壓過高損壞液晶屏。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 ( 2021) 13 CAN 通信原理及其實現 CAN總線簡介 CAN(Controller Area Network)總線，又稱控制器局域網，是 Bosch公司在現代汽車技術中領先推出的一種多主機局部網，由于其卓越的性能，極高的可靠性，獨特靈活的設計和低廉的價格，現已廣泛應用于工業(yè)現場控制、智能大廈、小區(qū)安防、交通工具、醫(yī)療儀器、環(huán)境監(jiān)控等眾多領域。 CAN已被公認為幾種最有前途的現場總線之一。 CAN總線規(guī)范已被 ISO國際標準組織制訂為國際標準， CAN協(xié)議也是建立在國際標準組織的開放系統(tǒng)互連參考模型基礎上的，主要工作在數據鏈路層和物理層。用戶可在其基礎上開發(fā)適合系統(tǒng)實際需要的應用層通信協(xié)議，但由于 CAN總線極高的可靠性，從而使應用層通信協(xié)議得以大大簡化。 CAN總線與其它幾種現場總線比較而言，是最容易實現、價格最為低廉的一種，但其性能并不比其它現場總線差。 CAN總線由于其采用了許多新技術及獨特的設計，與一般的通信總線相比， CAN總線的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。其特點可概括如下： a) CAN為多主方式工作，網絡上任一節(jié)點均可在任意時刻主動地向網絡上其它節(jié)點發(fā)送信 息，通信方式靈活，且無需占地址等節(jié)點信息。 b) CAN網絡上的節(jié)點信息根據其報文 ID號的不同分成不同的優(yōu)先級，可滿足不同的實時要求； c) CAN采用非破壞性具有優(yōu)先級控制的載波偵 聽及碰撞檢測機制 (CSMA/CD)總線仲裁技術，信道中傳輸的是基帶信號，并規(guī)定 0為顯性位， 1為隱性位，前者能覆蓋后者。 d) CAN只需通過報文濾波即可實現點對點、一點對多點及全局廣播等幾種方式傳送接收數據，無需專門的“調度”； e) CAN上的節(jié)點數主要取決于總線驅動電路，目前可達 110個。報文標識符 11位，可達 2032種 ()，而擴展標準 ()的報文標識符為 29位； f) CAN的直接通信距離最遠可達 10km(速率 5kbps以下 )；通信速率最高可達1MbpS(此時通信距離最長為 40m)。 除了上述提到的特點外， CAN總線 還有一些其它的特點，如： 傳輸時間短 、數據出錯率 低 等。 這也是目前 CAN總線在眾多領域被廣泛采用的原因。節(jié)點是網絡上信息的接收和發(fā)送站，所謂智能節(jié)點是由微處理器和可編程的 CAN控制芯片組成，它們有兩者合二為一的，也有如本文介紹的，獨立的通信控制芯片 (SJA1000)與單片機接口，后者的優(yōu)點是比較靈活。 CAN通信控制器 SJA1000功能簡介 CAN的通信協(xié)議主要由 CAN控制器完成。 CAN控制器主要由實現 CAN總線協(xié)議的部分和實現與微處理器接口部分的電路組成。 對于不同型號的 CAN總線通信控制器，實現 CAN協(xié)議部分電路的結構和功能大多相同，而與微處理器接口部分的結構和方式存在一些差異。這里主要以 SJA1000為代表對 CAN控制器的功能作一個簡單介紹。 電動汽車儀表控制系統(tǒng)的設計 14 SJA1000是一種獨立 CAN控制器，它是 PHILIPS公司的 PCA82C200 CAN控制器的替代產品。 SJA1000具有 兩種工作方式 ： BasicCAN(PCA82C200兼容方式 )和 PeliCAN(擴展特性方式 )， 工作方式通過時鐘分頻寄存器中的 CAN方式位來選擇。上電復位默認工作方式是 BasicCAN方式。 PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的 。 SJA1000在軟件和引腳上都是與它的前一款 PCA82C200獨立 CAN控制器兼容的 ，不過 在此基礎上增加了很多新的功能。 SJA1000引腳功能如表 33所示 。 表 33 SJA1000引腳功能 符號