【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率，并使多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)更加容易。 MCU有9 個(gè)復(fù)位源：上電復(fù)位電路（POR） 、片內(nèi) VDD監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器、時(shí)鐘丟失檢測(cè)器、由比較器 0 提供的電壓檢測(cè)器、smaRTClock 告警或 smaRTClock 時(shí)鐘丟失檢測(cè)器復(fù)位、軟件強(qiáng)制復(fù)位、外部復(fù)位引腳復(fù)位和 FLASH非法訪問(wèn)保護(hù)電路復(fù)位。除了 POR、復(fù)位輸入引腳及 FLASH操作錯(cuò)誤這三個(gè)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(shí)已經(jīng)被校準(zhǔn)為 177。 2%。器件內(nèi)還集成了外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路，允許使用外部晶體、陶瓷諧振器、電容、RC或 CMOS 時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。使用時(shí)鐘乘法器可獲得 50MHz 的時(shí)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(shí)間。SmaRTClock可用于使 MCU復(fù)位或喚醒內(nèi)部振蕩器。 片內(nèi)儲(chǔ)存器介紹CIP51 有標(biāo)準(zhǔn)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(wèn)通用 RAM 的高128字節(jié)，用直接尋址訪問(wèn)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(wèn)。前32個(gè)字節(jié)為4個(gè)通用寄存器區(qū)，接下來(lái)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(chǔ)器包含 32KB（F401/1）或 16KB（F402/3）的 FLASH。該存儲(chǔ)器以512字節(jié)為一個(gè)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(gè)I/O引腳，端口引腳被組織為三個(gè)8位端口。端口的工作情況與標(biāo)準(zhǔn)8051相似，但有一些改進(jìn)。每個(gè)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(kāi)路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被單獨(dú)或總體禁止，以降低功耗。 開(kāi)關(guān)控制寄存器將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行總線、硬件中斷以及其它數(shù)字信號(hào)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(kāi)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(gè)擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)，支持 18 個(gè)中斷源，每個(gè)中斷源有兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。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(gè)中斷源可以在一個(gè)SFR中有一個(gè)或多個(gè)中斷標(biāo)志。當(dāng)一個(gè)外設(shè)或外部源滿足有效的中斷條件時(shí)，相應(yīng)的中斷標(biāo)志被置為邏輯 1。 如果一個(gè)中斷源被允許，則在中斷標(biāo)志被置位時(shí)將產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。一旦當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)束，CPU產(chǎn)生一個(gè)LCALL到預(yù)定地址，開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)程序（ISR）。每個(gè)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(biāo)志將被硬件忽略，程序繼續(xù)正常執(zhí)行。中斷標(biāo)志置 1 與否不受中斷允許/禁止?fàn)顟B(tài)的影響。 每個(gè)中斷源都可以用中斷允許或擴(kuò)展中斷允許寄存器中的使能位來(lái)允許或禁止，但是必須首先將 EA 位（）置 1，以保證每個(gè)單獨(dú)的中斷允許位有效。不管每個(gè)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(qǐng)求被掛起，直到EA位被置 1后才能得到服務(wù)。 某些中斷標(biāo)志在CPU進(jìn)入ISR時(shí)被自動(dòng)清除，但大多數(shù)中斷標(biāo)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(gè)中斷標(biāo)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(huì)立即產(chǎn)生一個(gè)新的中斷請(qǐng)求，CPU 將在執(zhí)行完下一條指令后再次進(jìn)入該ISR。 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)[916]在這個(gè)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(gè)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)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(duì)12V的DC電壓，其中這些驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路還包括電磁閥的驅(qū)動(dòng)電路，以及有芯片SN74ALV16424實(shí)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（buck）的各種功能，能驅(qū)動(dòng)3A的負(fù)載，有優(yōu)異的線性和負(fù)載調(diào)整能力。,5V,12V,15V,還有可調(diào)整輸出的型號(hào)。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(bǔ)償器和一個(gè)固定頻率振蕩器，將外部元件的數(shù)目減到最少，使用簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)系列電感由好幾個(gè)不同的電感生產(chǎn)商提供。此特征大大簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)。其他特征包括：在指定輸入電壓和輸出負(fù)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(jī)電流。輸出開(kāi)關(guān)包括逐周限流，以及在故障狀態(tài)下提供完全保護(hù)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(shí)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(shí)。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(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)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(shí)在產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用先進(jìn)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(diǎn)：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(dá)177。1％； 4）穩(wěn)定工作電壓范圍為高達(dá)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。該芯片所具有的特點(diǎn)： 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(hù)，以防止重載；6)在幾乎所有開(kāi)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(biāo)準(zhǔn)的5腳封裝；9)可在外部同步。 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中使用了兩個(gè)電磁閥，而對(duì)這兩個(gè)電磁閥的驅(qū)動(dòng)采用不同的電路，這樣可以減小對(duì)電磁閥的影響。 （1）光隔離電路驅(qū)動(dòng)電磁閥ECU內(nèi)的單片機(jī)通過(guò)并行I/O口引腳控制電磁閥的動(dòng)作時(shí)，電磁干擾較為嚴(yán)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(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，同時(shí)又可以將系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)隔離開(kāi)光電禍合器在傳輸脈沖信號(hào)時(shí)，輸入 LT1171外圍電路信號(hào)和輸出信號(hào)之間有一定的時(shí)間延遲，而該時(shí)間延時(shí)會(huì)影響到噴油器能否適時(shí)噴油，所以要求選用響應(yīng)時(shí)間較短的光電禍合器，考慮到性價(jià)比及其它方一面的要求，本系統(tǒng)選用6N137型號(hào)。 光隔離電路 通過(guò)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(kāi)啟延時(shí)使用光隔離電路來(lái)驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng)電磁閥 MC3314是智能雙高端開(kāi)關(guān)，它用來(lái)控制中等電流負(fù)載（），比如說(shuō)小型電機(jī)，繼電器，線圈和白熾燈。 CMOS邏輯信號(hào)驅(qū)動(dòng)。當(dāng)打開(kāi)時(shí)，輸出端將全部供電電壓（蓄電池電壓）加到負(fù)載。內(nèi)部充電電泵的設(shè)計(jì)提供了有效的門(mén)增強(qiáng)功能。這種輸出設(shè)計(jì)可用來(lái)驅(qū)動(dòng)低阻抗線圈。 MC33143的特性包括：獨(dú)立輸出故障狀態(tài)報(bào)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(dòng)恢復(fù)重復(fù)試功能的獨(dú)立的過(guò)流和過(guò)熱關(guān)斷保護(hù)。它同時(shí)含有帶自動(dòng)恢復(fù)的過(guò)壓保護(hù)功能，以禁止過(guò)壓狀態(tài)下的所有兩路輸出。其優(yōu)勢(shì)：系統(tǒng)成本低，電路簡(jiǎn)化，所需電路板空間??；可與微控制器直接接口以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)；易于單片機(jī)使用（不用微處理器）；帶內(nèi)部輸出鉗位使得感性負(fù)載高端驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單化；適于電容性負(fù)載，感性負(fù)載或燈類負(fù)載的高端驅(qū)動(dòng)。其特性：驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載時(shí)，輸出鉗位；超低偏置電流（bias）小于2mA；；抗拋負(fù)載能力強(qiáng)（VPWR瞬時(shí)可達(dá)60V）；休眠模式電流25μA；輸出可并聯(lián)使用以驅(qū)動(dòng)更大電流。 在本設(shè)計(jì)中，把單片機(jī)輸出的用來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電磁閥的信號(hào)接到MC33143上，用它來(lái)控制電磁閥的工作。將MC33143的一路輸出直接接到一個(gè)控制油泵的電磁閥，而其另一路輸出接到光隔離器上，來(lái)間接的控制發(fā)動(dòng)機(jī)上的電磁閥。 MC33143驅(qū)動(dòng)電磁閥電路 外部顯示和鍵盤(pán)電路 為了調(diào)試方便、工作安全考慮，設(shè)計(jì)了數(shù)碼顯示與鍵盤(pán)電路。顯示裝置是系統(tǒng)運(yùn)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(guò)程明顯化，在此電控單元中選用LCD顯示器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示。液晶顯示(LCD)以其功耗微、體積小功耗的單片機(jī)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(diǎn)。 本系統(tǒng)中，由22鍵盤(pán)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(jì)顯示，可通過(guò)RS232接口連接到PC機(jī)實(shí)現(xiàn)。 外部顯示電路 編碼器雙向計(jì)數(shù)的抗干擾電路[17]D QCP A相B相正相計(jì)數(shù)脈沖反相計(jì)數(shù)脈沖考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)反相轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，于是設(shè)計(jì)了編碼器正向和反向兩種計(jì)數(shù)模式，在通常條件下， 光電編碼器的判向和計(jì)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(jì)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(shí)現(xiàn)光電編碼器判向并產(chǎn)生正向計(jì)數(shù)脈沖和反向計(jì)數(shù)脈沖 分析了編碼器在受到電磁干擾和機(jī)械振動(dòng)的情況下，測(cè)量電路產(chǎn)生誤計(jì)數(shù)的原因和機(jī)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(yàn)裝置階段，離實(shí)際產(chǎn)品還有很大的距離，但抗千擾設(shè)計(jì)是應(yīng)該提前注意的重要問(wèn)題。硬件抗干擾針對(duì)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(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源供電，開(kāi)關(guān)電源中的振蕩級(jí)利用非線性元件的飽和特性，對(duì)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(gè)集成電路芯片的電源線(VCC)和地線(GND)。 (2)過(guò)程通道干擾的抑制 為了保證長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃裕捎霉怆姼綦x器切斷前向與主機(jī)、主機(jī)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(guò)程通道進(jìn)入主機(jī)。 (3)印刷電路的干擾抑制 直流地、模擬地、數(shù)字地必須分開(kāi)，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(kāi)。信號(hào)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(xì)介紹了此電控單元的硬件設(shè)計(jì)的具體電路。主控模塊是介紹了C8051F410單片機(jī)系統(tǒng)，根據(jù)各部件在此電控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行了分類描述。驅(qū)動(dòng)模塊是針對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)放大或縮小，主要包括對(duì)噴油電磁閥和油泵電磁閥的驅(qū)動(dòng)和電路中所有芯片的驅(qū)動(dòng)。還對(duì)外部顯示和鍵盤(pán)電路做了介紹，最后對(duì)硬件上采用的抗干擾措施進(jìn)行了整體介紹。 第四章 電控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)軟件與硬件良好配合，才能構(gòu)成一個(gè)相對(duì)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(shí)現(xiàn)的基本功能就相對(duì)確定。軟件相對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)，更靈活，更多變，因此它的設(shè)計(jì)就顯得更柔韌，發(fā)揮的空間更大。好的軟件設(shè)計(jì)不僅可以提升整個(gè)電控系統(tǒng)的性能，而且還可以彌補(bǔ)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(duì)C8051F410的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提出了軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中問(wèn)題的解決辦法和具體的設(shè)計(jì)方法[18]。電控系統(tǒng)軟件語(yǔ)言的選用主要取決于控制系統(tǒng)軟件配置的情況和整個(gè)系統(tǒng)的要求。一般來(lái)說(shuō)，可以選用機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)程序。機(jī)器語(yǔ)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(yǔ)言編寫(xiě)的程序易讀、易記、易檢查修改，然而編寫(xiě)應(yīng)用程序時(shí)比較繁瑣，工作量大，通用性差。高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用程序不必了解計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)，不必考慮內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)單元的安排，具有程序易修改、編程工作量小、編程時(shí)間短且易讀等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在許多單片機(jī)系統(tǒng)，大多都采用高級(jí)語(yǔ)言C語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)應(yīng)用程序。 作者采用C語(yǔ)言編寫(xiě)試驗(yàn)臺(tái)控制程序，因?yàn)镃語(yǔ)臺(tái)作為一種通用的高級(jí)語(yǔ)言，便于移植和修改，使產(chǎn)品能夠更迅速地升級(jí)和繼承，大幅度提高了單片機(jī)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的工作效率，使之能夠充分發(fā)揮出單片機(jī)處理器日益提高的性能。 單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具 現(xiàn)行的單片機(jī)C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)工具多數(shù)是基于Windows98/2000/XP操作平臺(tái)的多窗口編輯、調(diào)試軟件。并且全面支持匯編語(yǔ)言，C51語(yǔ)言，PL/Msl語(yǔ)言的編譯/連接、調(diào)試。用戶可自定義各種語(yǔ)臺(tái)的關(guān)鍵詞。軟件完全支持源語(yǔ)句在線調(diào)試。高級(jí)語(yǔ)呂還支持源文件調(diào)試和匯編語(yǔ)言指令行對(duì)照調(diào)試。用戶可同時(shí)打開(kāi)多個(gè)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(shí)時(shí)性要求相對(duì)低一些的控制任務(wù)，此控制軟件的主程序主要由兩個(gè)