【文章內容簡介】 設計人員的首選軟件，protel毫無異議的，在電子行業(yè)的眾多CAD軟件中，是作為一個領導者的地位存在的。Protel是在國內最早使用的電子設計軟件，同時，他的普及率也是名列前茅。這甚至影響了部分高校，獨立的開設了protel的課程。沒有一個電子公司敢說我用不到protel軟件，能夠使用protel也是經常作為電子公司招聘人才的介紹中出現的基本條件之一。PROTEL最早是主要用于印制板自動布線，運行環(huán)境是DOS,非常的不吃硬件要求，1M內存，不含硬盤的電腦都能夠流暢運行這個軟件。這么低的硬件要求，也決定了它的功能多樣性有限，電路原理圖繪制和印制板設計是它最初最基本的兩個功能，而印制板自動布線的布通率也非常低，經過時代的發(fā)展，設計人員的開發(fā)，PROTEL已經被開發(fā)到了DXP 2004，這就是一個非常完善非常大的EDA軟件了，全部安裝下來要200M以上空間，工作環(huán)境是WINDOWS95，它是一個完整的立體的全方位電子設計系統(tǒng)。它的功能也豐富了很多，其中有電路原理圖繪制、多層印制電路板設計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設計、模擬電路和數字電路混合信號仿真、生成圖表、生成電子表格、宏操作等功能，并具有Client/Server（客戶/服務器）體系結構，為了使得軟件的使用不會有很大的局限性，設計師們還使protel能夠兼容很多的不同的格式的文件，例如ORCAD，PSPICE，EXCEL等等。與此同時多層印制線路板的功能也實現了大幅度的增強。它的自動布線已經可以實現高達100%布通率的高密度PCB。難能可貴的是，PROTEL是非常容易獲得的，并且經過這么長時間的發(fā)展，關于使用這個軟件的介紹以及書籍非常普遍。這為它的廣泛的使用提供了條件。我們甚至可以直接在網上學習到如何使用PROTEL。下面對如何使用PROTEL做一個簡單介紹使用時工作界面如下圖所示：圖片 protel99se工作界面首先要添加設計中需要的原件所在的元件庫，點擊軟件左邊中間部分的ADD/REMOVE,就會出現如下對話框，選中文件點擊添加就可以實現：圖片 添加元件庫在軟件的左下角是元件庫中的原件的圖形表示，選定之后點擊PLACE就可安放在選定位置，在軟件的右邊是工具條我們可以在VIEW中調處：圖片 放置器件和使用工具條 AT89S52單片機的最小系統(tǒng)單片機的最小系統(tǒng)即為有電源，單片機，還有支持單片機工作的本電路?；倦娐酚袕臀浑娐泛蜁r鐘電路。復位電路：復位電路是使單片機或者系統(tǒng)中的其他部件處于某種確定的初始狀態(tài)。單片機的工作就是從復位開始的。當AT89S52的RST引腳所加的高電位復位信號可以保持兩個機器周期以上時，單片機就可以執(zhí)行復位操作，單RST引腳低電平時，也既復位信號變低電平時，單片機開始執(zhí)行操作。在日常實際的使用中，有兩種不同的復位操作形式：一是上電復位，另一種是上電與按鍵都有效的復位。兩種復位電路分別圖如下面兩圖所示。圖片 上電復位電路圖片 手動復位電路在這里選擇了第一種上電復位的復位電路。時鐘電路：單片機工作是通過取指令，譯碼，進行微操作，在取指令，然后重復上面的過程，這樣自動的，一步一步的由微操作依序完成相應指令規(guī)定的功能。這樣每個操作的時間次序稱作時序。而時鐘電路就是要產生這種精確的時鐘信號。產生這種時鐘信號一般情況下有兩種方式產生。一種是內部時鐘方式，第二種是外部時鐘方式。內部時鐘方式是在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接晶振，形成一個晶振電路。通過加電容實現穩(wěn)定頻率和快速起振的作用。電容值在5—30pF，一般為30pF。晶振的振蕩頻率要小于12MHz，典型值為6MHz，12MHz。晶振電路如下圖。圖片 時鐘電路外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內。這種方式多用于多片單片機同事工作的時候，并且單片機是同步運行的場合。所以我們用了第一種內部時鐘方式。片內與片外程序存儲器的選擇單片機的EA引腳是用來確定單片機運行片內存儲器程序還是運行片外程序存儲器的程序。當EA引腳接高電平時，單片機首先運行單片機片內的程序。當EA引腳接低電平時單片機首先運行單片機外部程序。AT89S52運行所需要的電壓是5伏電壓，可以通過電腦來提供電源。這樣就可以畫出一個AT89S52最小系統(tǒng)。電路圖如下圖圖片 AT89S52最小系統(tǒng)設計了單片機最小系統(tǒng)之后我們就可以設計外部電路。通過霍爾傳感器接受點火信號，所以就要通過一定的調試電路進行對霍爾傳感器的信號進行調試，調試成為AT89S52可以接受的信號。設計的調試電路如下圖：圖片 霍爾傳感器調試電路霍爾傳感器的信號經過信號調理電路調理之后輸入單片機內，經過單片機內的運算，輸出給點或控制電路進行點火。點火控制電路是通過接受點火控制信號之后通過電路的組合，將點或控制信號進行功率放大，使其內部的大功率三極管導通和截斷，從而通過控制點火線圈初級電流的通斷，進而產生火花塞點火所需的高壓電。點火控制電路如下圖圖片 點火控制電路 電路圖最后按照設計思路，使用了一個單片機去模擬產生凸輪以及曲軸信號，經過倆個引腳輸出，另外一個單片機接受處理在輸出點火信號?？傠娐穲D如下:圖片 電路圖設計 程序的設計 程序設計軟件設計中使用的是keli uvision進行程序開發(fā)的。下面我們對keli uvision進行簡單介紹。Keli uvision集成開發(fā)環(huán)境是美國keli公司的產品，此軟件集成了編輯，編譯，仿真調試等功能于一體。他的界面是現代典型的嵌入式的處理器開發(fā)的流行界面。常用的版本有uvision2，uvision3，最新版本是uvision4。目前，這款軟件支持世界上幾十個公司的數百種嵌入式處理器（包括80C51系列的各種單片機和非80C51系列的各種單片機以及ARM等）。它支持匯編程序的開發(fā)，也支持C語言程序的開發(fā)。下面我們對于KELIuvision的使用進行簡單介紹。軟件的開發(fā)界面如下圖：圖片 uvision的使用界面它的界面和一般應用軟件的典型風格一樣，有菜單欄和快捷工具欄等。另外可以打開主要界面是工程窗口和對應的文件編輯窗口，運行信息顯示窗口存儲器信息顯示窗口以及調試信息顯示窗口等。下面說明他的使用步驟：首先建立工程，點擊project中的第一個選項。在彈窗中輸入文件名，不加后綴。然后配置工程，在source group出單機鼠標右鍵會彈出一個菜單ADD files to group，點擊在彈出窗口填寫文件，含后綴。 接下里是編譯工程，這個步驟是正確生成目標程序的關鍵，在PROject菜單下拉選項中點擊Options for target’target1 ’彈出如下窗口進行調整：圖片 keli uvision編譯調整窗口特別注意的是要在OUTput選項中的Creat HEX File上選定。這些配置完成后就可以進行工程的編譯了。在PROJECT菜單下拉選項中單機Rebuild All Target files選項。系統(tǒng)進行編譯，并提示編譯信息。如果有錯誤會在下面的信息欄提示，方便修改，直至無錯誤生成目標文件。 程序設計思路首先介紹一下曲軸霍爾信號傳感器標準波形特點：霍爾傳感器的輸出波形是一個標準的方波波形?；魻杺鞲衅鞯牟ㄐ屋敵龅碾妷悍挡蛔?，而隨著發(fā)動機轉速的變化，其頻率則會隨著變化。高電平應該達到參考電壓，低電平應該為零電位。若接地的電位太高則說明與地接觸不良或者是電阻太大，電壓的峰值應等于參考電壓，同時電壓的轉變應是垂直的直線。波形實例如下圖：圖片 霍爾傳感器波形找到了一個紅旗轎車霍爾式曲軸位置傳感器在不同發(fā)動機工況和轉速的輸出波形進行了參考。如下圖所示：圖片 紅旗轎車實測霍爾傳感器波形同時霍爾傳感器會有一些常見的波形異常，能夠反映出霍爾傳感器的一些故障，部分異常波形如下圖所示：圖片 霍爾傳感器一場波形及出現的問題設計中主要考慮的對點火時刻有決定性因素的兩個信號既曲軸位置及轉速信號和凸輪軸位置信號。首先要了解發(fā)動機的工作時候的點火過程，首先發(fā)動機進行進氣沖程，此時進氣門打開，排氣門關閉，進氣完畢后進行壓縮沖程，在壓縮沖程的上止點附近，我們進行點火然后開始做功沖程，我們的目的就是通過曲軸位置信號的凸輪軸位置信號來確定壓縮沖程的上止點。在實際的汽車工作中，我們會有一個點火提前角，就是在壓縮沖程的上止點前某個度數進行發(fā)動機點火。這個點火時刻是發(fā)動機的ECU通過采集各種發(fā)動機工作數據，綜合計算出來的最佳點火時刻。這樣可以保證我們的發(fā)動機工作的效率最高，振動最小，溫升最低。影響點火提前角的因素主要有以下幾點：（1）、氣缸內的溫度和壓力：兩者的值越高燃油混合氣燃燒的越快，點火提前角要越小。影響氣缸溫度壓力的主要因素有：發(fā)動機壓縮比、氣溫、氣缸溫度、負荷。大家的汽車的發(fā)動機在氣溫變化較大的季節(jié)有不同表現正是因為這個。（2）、汽油辛烷值。也就是汽油牌號，汽油辛烷值越高抗爆震能力越強，相應的，發(fā)動機的提前角可以允許變大。（3）、燃油混合氣混合比。燃油的濃度過濃過稀燃燒速度都比較慢，所以需要增加點火提前角。這個主要取決于節(jié)氣門開度、海拔高度等。另外還有一些因素對點火提前角有一點影響，為此有些車還加裝了爆震傳感器，發(fā)生爆震時自動降低點火提前角。由此可見，要保證這么多的信號決定的最佳點火時刻可以準確的輸出給點火電路，只靠傳統(tǒng)的模擬點火器是無法精確地完成的。只有通過單片機，通過輸入程序，才能高速、精確、穩(wěn)定地實現最佳點火提前角。設計的兩個信號的波形圖如下：圖片 曲軸以及凸輪信號的波形圖如圖所示在測量曲軸信號的時候采用一個有60個葉片的葉輪固定在曲軸上，同時，我們使曲軸運行至上止點時，葉輪的一個葉片的前邊緣正對我們的霍爾傳感器，這樣每當到達上止點時這里輸出波形就是一個低電平跳至高電平的形式。然后我們把這個特定的葉片的前一個葉片去掉，那么上止點對應的高電平前面就是連續(xù)的三個低電平。凸輪軸位置信號如上圖所示，高電平表示進氣門或者排氣門有一個開，低電平表示兩者同時閉合。而由上圖不難看出我們在一個發(fā)動機的一個工作循環(huán)內要在圖中三角形表示的地方進行點火，既是壓縮沖程的上止點。而這個點也是唯一確定的：曲軸信號連續(xù)三個低電平之后突變?yōu)楦唠娖降纳险{沿，同時凸輪軸信號為低電平，我們可以根據這個方法進行編程。第四章 程序的燒錄及調試 程序的燒錄 燒錄工具介紹常用的燒錄方式燒錄器以及用軟件燒錄。燒錄器實際上是一個把可編程的集成電路寫上數據的工具，燒錄器器主要用于單片機（含嵌入式）/存儲器(含BIOS)之類的芯片的編程（或稱刷寫）。下圖就是一個燒錄器。 燒錄器實物但是由于燒錄器成本太高，不太適合學生單次使用，所以我們不用。常用的燒錄軟件有AVR fighter，progisp，STC—ICP,我們用的是AT89S52單片機，根據使用方便程度我們選擇了progisp，工作界面如下圖：圖片 progisp工作界面同時我們還需要一個USBISP下載線，這是鏈接電腦與單片機的一個通道。這條下載線一端是USB接口和電腦相連。另一端是ISP接口，有是個插針，通過和單片機的對應引腳鏈接來工作。十個接口相連的引腳如下圖所示：圖片 ISP引腳接口ISP接口的定義：標準SPI接口（串行外圍設備接口SPI（serial peripheral interface）總線技術）是以主從方式工作的,這種模式通常有一個主器件和一個或多個從器件,其接口包括以下四種信號:1) MOSI—主器件數據輸出,從器件數據輸入；2) MISO—主器件數據輸入,從器件數據輸出；3) SCK—時鐘信號,由主器件產生；4) NC—空；5) VCC—電源；6) GND—接地；正確的與單片機的接發(fā)如下圖：圖片 ISP與單片機的接發(fā)將鏈接好的單片機與電腦相連，然后打開progisp軟件。按照progisp軟件的使用方法進行操作，將寫好的程序調入，然后進行編程就好了。寫完之后單片機就自動運行程序了。如下圖所示： 燒錄軟件的使用方法燒錄過程會出現很多意想不到的錯誤。下面寫一些我在燒錄中遇到的問題以及解決辦法。（1）、找不到USB設備：這個是單片機鏈接電腦之后，使用AVR fighter時所提示的錯誤，這個原因是因為設備的驅動程序沒有安裝好，可以在網上尋找一些驅動程序安裝之后就可以使用。如下圖所示： 燒錄程序錯誤之一（2）、校驗FLASH錯誤：這個是因為單片機的某個引腳沒有鏈接好，或者說虛焊，可能會導致單片機鎖死。這個只有一個一個的檢查焊接情況進行排查。（3）、編程器鏈接錯誤：這個錯誤是因為ISP接口連接錯誤，我當時是因為接地口連接在單片機GND上產生的錯誤，解決方法就是將ISP接口的接地鏈接在電源的地。 程序的調試在書寫程序階段，當程序寫完之后可以利用keli uvision對軟件進行編譯。軟件對程序進行自行編譯模擬運行之后會自動檢測程序中的基本語法錯誤。這些錯誤都顯示在軟件下方的運行信息窗口顯示。我們可以根據這些提示對錯誤進行逐一修改。下面是編寫過程中遇到的一些錯誤：圖片 程序編寫中遇到的部分錯誤這些錯誤都是基本的程序編寫的語法錯誤，這些錯誤的解決方法在C語言使用的書籍中有詳細介紹。遇到時可以查閱相關書籍。在模擬產生信號的單片機上觀測信號的方法可以有兩種，一種是使用亮燈的方式檢測程序是否有效，另一種是相對更加精確的使用示波器對輸出波形進行檢測。采用了使用亮燈的方法對波形進行檢測，、。由于波形是兩列方波，而LED等在低電平燈亮，高電平等滅。所以通過觀測LED等的亮燈情況進行對波形的判斷。第五章 總結與展望本次畢業(yè)設計中介紹了電子控制點火系統(tǒng)的功用，類型，工作原理，硬件組成，設計參數，設計思路等。通過查閱國內外關于電子點火系統(tǒng)的文獻和自己對基于單片機的簡易電子點火系統(tǒng)的制作，對于電子點火系統(tǒng)有了一個更全面更深刻的理解。設計過程中，通過親手繪制電路，焊接電路板，編輯單片機所需要的程序，完成整個設計過程