【文章內(nèi)容簡介】 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率，并使多任務(wù)實時系統(tǒng)的實現(xiàn)更加容易。 MCU有9 個復(fù)位源：上電復(fù)位電路（POR） 、片內(nèi) VDD監(jiān)視器、看門狗定時器、時鐘丟失檢測器、由比較器 0 提供的電壓檢測器、smaRTClock 告警或 smaRTClock 時鐘丟失檢測器復(fù)位、軟件強制復(fù)位、外部復(fù)位引腳復(fù)位和 FLASH非法訪問保護電路復(fù)位。除了 POR、復(fù)位輸入引腳及 FLASH操作錯誤這三個復(fù)位源之外，其他復(fù)位源都可以被軟件禁止。在一次上電復(fù)位之后的 MCU初始化期間，WDT 可以被永久性使能。 C8051F41x器件的內(nèi)部振蕩器在出廠時已經(jīng)被校準為 177。 2%。器件內(nèi)還集成了外部振蕩器驅(qū)動電路，允許使用外部晶體、陶瓷諧振器、電容、RC或 CMOS 時鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘。使用時鐘乘法器可獲得 50MHz 的時鐘頻率。專用的 smaRTClock 振蕩器在低功耗系統(tǒng)中非常有用，它允許在 MCU 不供電或內(nèi)部振蕩器被掛起的情況下使系統(tǒng)維持精確的時間。SmaRTClock可用于使 MCU復(fù)位或喚醒內(nèi)部振蕩器。 片內(nèi)儲存器介紹CIP51 有標準8051的程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括256字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM，其中高128字節(jié)為雙映射。用間接尋址訪問通用 RAM 的高128字節(jié)，用直接尋址訪問128字節(jié)的 SFR地址空間。數(shù)據(jù) RAM 的低128字節(jié)可用直接或間接尋址方式訪問。前32個字節(jié)為4個通用寄存器區(qū)，接下來的16字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。程序存儲器包含 32KB（F401/1）或 16KB（F402/3）的 FLASH。該存儲器以512字節(jié)為一個扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需特別的編程電壓。 端口輸入輸出 C8051F41x器件最多有24個I/O引腳，端口引腳被組織為三個8位端口。端口的工作情況與標準8051相似，但有一些改進。每個端口引腳都可以被配置為數(shù)字或模擬I/O引腳。被選擇作為數(shù)字I/O的引腳還可以被配置為推挽或漏極開路輸出。在標準8051中固定的“弱上拉”可以被單獨或總體禁止，以降低功耗。 開關(guān)控制寄存器將片內(nèi)的計數(shù)器/定時器、串行總線、硬件中斷以及其它數(shù)字信號配置為出現(xiàn)在端口I/O引腳。這一特性允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇所需通用端口I/O、數(shù)字資源和模擬資源的組合。電控系統(tǒng)的輸入輸出主要有脈沖量的輸入、模擬量輸入、脈沖量調(diào)制波(PWM)的輸出，以及開關(guān)量的輸入輸出等。它們分別采用了系統(tǒng)的高速輸入和輸出口、普通雙向I/O口資源。 中斷系統(tǒng) C8051F41x 包含一個擴展的中斷系統(tǒng)，支持 18 個中斷源，每個中斷源有兩個優(yōu)先級。中斷源在片內(nèi)外設(shè)與外部輸入引腳之間的分配隨器件的不同而變化。每個中斷源可以在一個SFR中有一個或多個中斷標志。當(dāng)一個外設(shè)或外部源滿足有效的中斷條件時，相應(yīng)的中斷標志被置為邏輯 1。 如果一個中斷源被允許，則在中斷標志被置位時將產(chǎn)生中斷請求。一旦當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)束，CPU產(chǎn)生一個LCALL到預(yù)定地址，開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序（ISR）。每個ISR必須以RETI指令結(jié)束，使程序回到中斷前執(zhí)行的那條指令的下一條指令。如果中斷未被允許，中斷標志將被硬件忽略，程序繼續(xù)正常執(zhí)行。中斷標志置 1 與否不受中斷允許/禁止?fàn)顟B(tài)的影響。 每個中斷源都可以用中斷允許或擴展中斷允許寄存器中的使能位來允許或禁止，但是必須首先將 EA 位（）置 1，以保證每個單獨的中斷允許位有效。不管每個中斷允許位的設(shè)置如何，清除 EA 位將禁止所有中斷。在 EA 位被清 0 期間所發(fā)生的中斷請求被掛起，直到EA位被置 1后才能得到服務(wù)。 某些中斷標志在CPU進入ISR時被自動清除，但大多數(shù)中斷標志不是由硬件清除的，必須在ISR返回前用軟件清除。如果一個中斷標志在 CPU執(zhí)行完中斷返回（RETI）指令后仍然保持置位狀態(tài)，則會立即產(chǎn)生一個新的中斷請求，CPU 將在執(zhí)行完下一條指令后再次進入該ISR。 驅(qū)動電路的設(shè)計[916]在這個系統(tǒng)中，使用了大量的芯片，由于芯片間的供電電壓是不相同的，故需要幾個驅(qū)動電路來維持各芯片的正常工作，由于從外部接入的電壓為直流的12V,所以我們電壓轉(zhuǎn)化主要是針對12V的DC電壓，其中這些驅(qū)動電路包括12V5V的轉(zhuǎn)換，5V到3V的轉(zhuǎn)換，12V到70V的轉(zhuǎn)換，驅(qū)動電路還包括電磁閥的驅(qū)動電路，以及有芯片SN74ALV16424實現(xiàn)的3V和5V相互轉(zhuǎn)化的電路。 12V到5V的降壓電路該電路使用的芯片是LM2576, LM2576系列的穩(wěn)壓器是單片集成電路，能提供降壓開關(guān)穩(wěn)壓器（buck）的各種功能，能驅(qū)動3A的負載，有優(yōu)異的線性和負載調(diào)整能力。,5V,12V,15V,還有可調(diào)整輸出的型號。本系統(tǒng)中使用的是它的5V電壓的那些固件。這些穩(wěn)壓器內(nèi)部還有頻率補償器和一個固定頻率振蕩器，將外部元件的數(shù)目減到最少，使用簡便。LM2576是效率比流行的三段線性穩(wěn)壓器要高得多，是理想的替代。一般情況下不需要或只要很小尺寸的外加散熱片。已經(jīng)優(yōu)化可和LM2576一起使用的標準系列電感由好幾個不同的電感生產(chǎn)商提供。此特征大大簡化了開關(guān)電源的設(shè)計。其他特征包括：在指定輸入電壓和輸出負載條件下保證輸出電壓的177。4%，以及振蕩器頻率的177。10%誤差。還包括外部的關(guān)斷電路，特征有50μA（典型值）待機電流。輸出開關(guān)包括逐周限流，以及在故障狀態(tài)下提供完全保護的熱關(guān)斷功能。 LM2576的外圍電路 5V到3 V的降壓電路 為了實現(xiàn)5V到3V的DC轉(zhuǎn)換系統(tǒng)使用的是AS1117,AS1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，當(dāng)輸入1A電流時。AS1117除了能提供多種固定電壓版本外（Vout=，，5V），還能提供可調(diào)端輸出版本，—。AS1117能提供完善的過流保護和過熱保護功能（AS1117正常工作環(huán)境溫度范圍極款，為50℃—140℃），確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時在產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用先進的新政修正技術(shù)，確保輸出電壓和參考源精度在177。1%的精度范圍內(nèi)。AS1117的特點：1）包括三端可調(diào)輸出和固定電壓輸出版（固定電壓包括 ，，5V等，其他電壓規(guī)格可根據(jù)用戶定制）； 2）最大輸出電流為1A；3）輸出電壓精度高達177。1％； 4）穩(wěn)定工作電壓范圍為高達15V； 5）％；6）％；7）環(huán)境溫度：TA的范圍是50℃~140℃。： AS1117的外圍電路 12V到70V的DC轉(zhuǎn)換 LT1171是單片高功率開關(guān)穩(wěn)壓器。該芯片所具有的特點： 1）輸入電壓范圍大：3V至60V的； 2）低靜態(tài)電流：6mA ；3)； 4)很少需要外加的元器件； 5)自我保護，以防止重載；6)在幾乎所有開關(guān)電路中工作； 7）反激式調(diào)節(jié)模式下可以調(diào)節(jié)輸出；8）有標準的5腳封裝；9)可在外部同步。 電磁閥驅(qū)動電路的設(shè)計 本設(shè)計中使用了兩個電磁閥，而對這兩個電磁閥的驅(qū)動采用不同的電路，這樣可以減小對電磁閥的影響。 （1）光隔離電路驅(qū)動電磁閥ECU內(nèi)的單片機通過并行I/O口引腳控制電磁閥的動作時，電磁干擾較為嚴重。為了防止干擾的竄入和保證系統(tǒng)的安全，采用光電拐合器，用以實現(xiàn)信號的傳輸，同時又可以將系統(tǒng)與現(xiàn)場隔離開光電禍合器在傳輸脈沖信號時，輸入 LT1171外圍電路信號和輸出信號之間有一定的時間延遲，而該時間延時會影響到噴油器能否適時噴油，所以要求選用響應(yīng)時間較短的光電禍合器，考慮到性價比及其它方一面的要求，本系統(tǒng)選用6N137型號。 光隔離電路 通過以上分析可知，電磁閥的快速響應(yīng)是提高控制性能的重要方面。為了得到電磁閥的快速響應(yīng)，特別是減小開啟延時使用光隔離電路來驅(qū)動電磁閥能更好的減少電磁的干擾，而且在與電磁閥相連的接口并上一個二極管，合理的泄放回路中的電流，使電磁閥關(guān)斷響應(yīng)迅速。 （2）MC33143驅(qū)動電磁閥 MC3314是智能雙高端開關(guān)，它用來控制中等電流負載（），比如說小型電機，繼電器，線圈和白熾燈。 CMOS邏輯信號驅(qū)動。當(dāng)打開時，輸出端將全部供電電壓（蓄電池電壓）加到負載。內(nèi)部充電電泵的設(shè)計提供了有效的門增強功能。這種輸出設(shè)計可用來驅(qū)動低阻抗線圈。 MC33143的特性包括：獨立輸出故障狀態(tài)報告、可為系統(tǒng)使用的終端輸出、芯片使能（休眠模式）及帶自動恢復(fù)重復(fù)試功能的獨立的過流和過熱關(guān)斷保護。它同時含有帶自動恢復(fù)的過壓保護功能，以禁止過壓狀態(tài)下的所有兩路輸出。其優(yōu)勢：系統(tǒng)成本低，電路簡化，所需電路板空間小；可與微控制器直接接口以簡化系統(tǒng)設(shè)計；易于單片機使用（不用微處理器）；帶內(nèi)部輸出鉗位使得感性負載高端驅(qū)動簡單化；適于電容性負載，感性負載或燈類負載的高端驅(qū)動。其特性：驅(qū)動感性負載時，輸出鉗位；超低偏置電流（bias）小于2mA；；抗拋負載能力強（VPWR瞬時可達60V）；休眠模式電流25μA；輸出可并聯(lián)使用以驅(qū)動更大電流。 在本設(shè)計中，把單片機輸出的用來控制驅(qū)動電磁閥的信號接到MC33143上，用它來控制電磁閥的工作。將MC33143的一路輸出直接接到一個控制油泵的電磁閥，而其另一路輸出接到光隔離器上，來間接的控制發(fā)動機上的電磁閥。 MC33143驅(qū)動電磁閥電路 外部顯示和鍵盤電路 為了調(diào)試方便、工作安全考慮，設(shè)計了數(shù)碼顯示與鍵盤電路。顯示裝置是系統(tǒng)運算結(jié)果顯示的主要部件，控制操作系統(tǒng)的主要依據(jù)。 外部顯示設(shè)備使系統(tǒng)的工作過程明顯化，在此電控單元中選用LCD顯示器對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負荷進行實時的顯示。液晶顯示(LCD)以其功耗微、體積小功耗的單片機應(yīng)用系統(tǒng)得到日益廣泛的應(yīng)用、字型美觀等突出的優(yōu)點。 本系統(tǒng)中，由22鍵盤和液晶顯示模塊組成的操作界面以及工作參數(shù)的設(shè)計顯示，可通過RS232接口連接到PC機實現(xiàn)。 外部顯示電路 編碼器雙向計數(shù)的抗干擾電路[17]D QCP A相B相正相計數(shù)脈沖反相計數(shù)脈沖考慮到發(fā)動機反相轉(zhuǎn)動時，于是設(shè)計了編碼器正向和反向兩種計數(shù)模式，在通常條件下， 光電編碼器的判向和計數(shù)脈沖產(chǎn)生電路可以由D觸發(fā)器構(gòu)成， 。 圖 光電編碼器基本判向和計數(shù)脈沖產(chǎn)生電路原理圖 光電編碼器判向電路工作波形圖 。從工作波形可知，該電路可以實現(xiàn)光電編碼器判向并產(chǎn)生正向計數(shù)脈沖和反向計數(shù)脈沖 分析了編碼器在受到電磁干擾和機械振動的情況下，測量電路產(chǎn)生誤計數(shù)的原因和機理。 抗干擾判向電路 硬件抗干擾措施電控單元能否正常使用，其自身的抗干擾性和可靠性非常重要，雖然目前的研究還處于試驗裝置階段，離實際產(chǎn)品還有很大的距離，但抗千擾設(shè)計是應(yīng)該提前注意的重要問題。硬件抗干擾針對干擾源的不同主要采用了以下措施:(1)交流電壓干擾的抑制采用開關(guān)穩(wěn)壓電源供電，開關(guān)電源中的振蕩級利用非線性元件的飽和特性，對尖脈沖有良好的抑制作用。在電源輸入端跨接10100μF的電解電容，在每個集成電路芯片的電源線(VCC)和地線(GND)。 (2)過程通道干擾的抑制 為了保證長線傳輸?shù)目煽啃?，采用光電隔離器切斷前向與主機、主機與后向之間的電路聯(lián)系，能有效地抑制尖峰脈沖及各中噪聲干擾:采用屏蔽線傳輸，防止干擾從過程通道進入主機。 (3)印刷電路的干擾抑制 直流地、模擬地、數(shù)字地必須分開，且接地線盡量加粗；板上的部件之間引線盡量短，模擬部分、數(shù)字部分合理分開。信號線之間的間距盡量大些。 本章小結(jié) 本章是整篇的主體，詳細介紹了此電控單元的硬件設(shè)計的具體電路。主控模塊是介紹了C8051F410單片機系統(tǒng)，根據(jù)各部件在此電控系統(tǒng)中實現(xiàn)的功能進行了分類描述。驅(qū)動模塊是針對執(zhí)行機構(gòu)的特點對控制信號進行相應(yīng)的驅(qū)動放大或縮小，主要包括對噴油電磁閥和油泵電磁閥的驅(qū)動和電路中所有芯片的驅(qū)動。還對外部顯示和鍵盤電路做了介紹，最后對硬件上采用的抗干擾措施進行了整體介紹。 第四章 電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件與硬件良好配合，才能構(gòu)成一個相對完整的電控系統(tǒng)。在電控系統(tǒng)的硬件確定后，電控系統(tǒng)所能實現(xiàn)的基本功能就相對確定。軟件相對于硬件來說，更靈活，更多變，因此它的設(shè)計就顯得更柔韌，發(fā)揮的空間更大。好的軟件設(shè)計不僅可以提升整個電控系統(tǒng)的性能，而且還可以彌補電控系統(tǒng)硬件上的缺陷，如解決硬件所不能解決的抗干擾等難題。本章對C8051F410的軟件進行了設(shè)計，提出了軟件設(shè)計過程中問題的解決辦法和具體的設(shè)計方法[18]。電控系統(tǒng)軟件語言的選用主要取決于控制系統(tǒng)軟件配置的情況和整個系統(tǒng)的要求。一般來說，可以選用機器語言、匯編語言或高級語言來編寫程序。機器語言編程十分麻煩，效率很低。所編出的程序不易檢查和修改，但它能緊湊地使用內(nèi)存單元。匯編語言編寫的程序易讀、易記、易檢查修改，然而編寫應(yīng)用程序時比較繁瑣，工作量大，通用性差。高級語言編寫應(yīng)用程序不必了解計算機的指令系統(tǒng)的具體實現(xiàn)，不必考慮內(nèi)部寄存器和存儲單元的安排，具有程序易修改、編程工作量小、編程時間短且易讀等優(yōu)點?，F(xiàn)在許多單片機系統(tǒng)，大多都采用高級語言C語言來編寫應(yīng)用程序。 作者采用C語言編寫試驗臺控制程序，因為C語臺作為一種通用的高級語言，便于移植和修改，使產(chǎn)品能夠更迅速地升級和繼承，大幅度提高了單片機系統(tǒng)開發(fā)的工作效率，使之能夠充分發(fā)揮出單片機處理器日益提高的性能。 單片機C語言開發(fā)工具 現(xiàn)行的單片機C語言開發(fā)工具多數(shù)是基于Windows98/2000/XP操作平臺的多窗口編輯、調(diào)試軟件。并且全面支持匯編語言，C51語言，PL/Msl語言的編譯/連接、調(diào)試。用戶可自定義各種語臺的關(guān)鍵詞。軟件完全支持源語句在線調(diào)試。高級語呂還支持源文件調(diào)試和匯編語言指令行對照調(diào)試。用戶可同時打開多個窗體編輯、調(diào)試、變量觀察等。 主程序主程序主要是完成一些實時性要求相對低一些的控制任務(wù)，此控制軟件的主程序主要由兩個