【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，兩者的控制方式也有所不同。驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)常采用 H 橋電路結(jié)構(gòu)，控制單元通過(guò)發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)、頻率和方向控制電平對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。電平的高低控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向，脈沖個(gè)數(shù)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，即發(fā)出一個(gè)脈 沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步進(jìn)角，脈沖頻率控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。因此，通過(guò)對(duì)上述三個(gè)參數(shù)的調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)精確定位與調(diào)速。 控制直流電機(jī)采用脈沖寬度調(diào)制（ PWM）技術(shù)，其特點(diǎn)是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高等?？刂茊卧ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比來(lái)控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)角的大小，電機(jī)方向則是由和節(jié)氣門(mén)相連的復(fù)位彈簧控制的。電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和脈寬調(diào)制信號(hào)的占空比成正比。當(dāng)占空比一定，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與回位彈簧阻力矩保持平衡時(shí)，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度不變；當(dāng)占空比增大時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩克服回位彈簧阻力矩，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增大； 反之，當(dāng)占空比減小時(shí)，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和節(jié)氣門(mén)開(kāi)度也隨之減小。 ECU 對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)故障，將點(diǎn)亮系統(tǒng)故障指示燈，提示駕駛員系統(tǒng)有故障。同時(shí)電磁離合器被分離，節(jié)氣門(mén)不再受電機(jī)控制。節(jié)氣門(mén)在回位彈簧的作用下返回到一個(gè)小開(kāi)度的位置，使車輛慢速開(kāi)到維修地點(diǎn)。節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)原理如圖 42 所示： 10 圖 42 電子節(jié)氣門(mén)控制系統(tǒng)原理圖 該限速器工作的原理 分析組成汽車電子油門(mén)系統(tǒng)的幾個(gè)環(huán)節(jié)后，在節(jié)氣門(mén)電子控制單元與節(jié)氣門(mén)電機(jī)這兩個(gè)環(huán)節(jié)之間插入限速控制是最易實(shí)現(xiàn)的，因此本文的限速控制設(shè)計(jì)方案就在這兩 個(gè)環(huán)節(jié)之間實(shí)現(xiàn)。插入限速器的電子油門(mén)系統(tǒng)模型如圖 43 所示，圖中線框所示的部分即是所設(shè)計(jì) 的限速器主控部分。 加 速 踏 板 位置 傳 感 器電 子 控 制 單 元 （ E C U ）加 速 踏 板步 進(jìn) 電 機(jī)節(jié) 氣 門(mén)機(jī) 構(gòu)節(jié) 氣門(mén) 位置 傳感 器發(fā) 動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速 傳感 器車 速傳 感器霍 爾 傳感 器M C S — 5 1 單 片 機(jī)按 鍵 操 作M A X 7 2 1 9 驅(qū) 動(dòng) 芯 片節(jié) 氣 門(mén) 開(kāi) 度噴 油 量報(bào) 警 燈L E D 數(shù) 碼 管車速表蜂 鳴 器繼 電 器車 速蜂 鳴 器 驅(qū)動(dòng) 電 路其 他相 關(guān)傳 感器 圖 43 插入限速器的電子節(jié)氣門(mén)系統(tǒng)模型 11 由上圖可以看出限速器可通過(guò)鍵盤(pán)、 LED 數(shù)碼管顯示等人機(jī)界面預(yù)置速度上限值 Vm，其中限速器開(kāi)關(guān)為繼電器，其中常閉開(kāi)關(guān)是控制電子節(jié)氣門(mén)系統(tǒng)工作的，常開(kāi)開(kāi)關(guān)是當(dāng)超速后控制限速器工作的。 限速器所需要的速度信號(hào)由霍爾傳感器提供，當(dāng)霍爾傳感器采集到的速度信號(hào)通過(guò)計(jì)算處理，即得出一個(gè)速度值 Vx,同時(shí)將 Vx 與預(yù)置的速度上限值 Vm 比較，如果計(jì)算所得的速度值 VxVm，則沒(méi) 有在超速狀態(tài)，限速器不工作，系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。此時(shí)，霍爾傳感器的電信號(hào) Ux 直接提供給單片機(jī)，即限速器輸出信號(hào) Uy=Ux。 如果計(jì)算所得的速度值 Vx≥ Vm，處于超速狀態(tài)，則限速器恒定輸出預(yù)置的速度上限值 Vm 所對(duì)應(yīng)的電信號(hào) Um，限速器輸出信號(hào) Uy 大于最大速度電壓信號(hào) Um，即 Uy≥ Um,并傳遞給單片機(jī)，此時(shí)圖中聲光報(bào)警電路開(kāi)始工作，這時(shí)報(bào)警燈不斷閃爍蜂鳴器發(fā)出語(yǔ)音信號(hào)，而且，繼電器的常開(kāi)開(kāi)關(guān)閉合，常閉開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，在開(kāi)關(guān)閉合的同時(shí)限速器就給節(jié)氣門(mén)電機(jī)輸入脈沖信號(hào)，來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)量從而控制節(jié)氣門(mén)的開(kāi)度，同時(shí)，發(fā)動(dòng) 機(jī)控制單元也給噴油器信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的噴油量，此時(shí)的電子節(jié)氣門(mén)系統(tǒng)的工作將由限速器系統(tǒng)代替它工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)限速功能。當(dāng)速度降下來(lái)后，霍爾傳感器將采集到的 VxVm 的速度電壓信號(hào)傳給單片機(jī)，此時(shí)，單片機(jī)切斷繼電器線圈的電源，這時(shí)繼電器的常開(kāi)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，常閉開(kāi)關(guān)閉合，這樣，又恢復(fù)到發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 如圖 44 所示為超速時(shí)速度控制狀態(tài)曲線圖。假設(shè)實(shí)際行駛速度 Vx 由 0 開(kāi)始逐漸增大，在未達(dá)到設(shè)置的最大速度 Vm 時(shí)，最大速度 Vy 曲線和 Vx 曲線幾乎完全重合。當(dāng) VxVm 時(shí)， Vy 的值不隨著 Vx 的增大而增大，保持等 于 Vm 不變。當(dāng) Vx 下降， VxVm 時(shí)，并在 Vm 附近波動(dòng)，但未降至 Vmx，此種情況下，系統(tǒng)控制時(shí)的速度 Vy 仍保持 Vm 不變，同時(shí)起到了優(yōu)化油門(mén)控制的作用，當(dāng)Vx 下降到 VxVmx 時(shí)， Vy 曲線和 Vx 曲線完全重合。 12 圖 44 超速時(shí)速度控制狀態(tài)曲線圖 當(dāng)此車再次超速的話，限速器系統(tǒng)還是按照設(shè)定的程序循環(huán)的工作，這樣就實(shí)現(xiàn)了車速的自動(dòng)控制作用。對(duì)于插入限速器后的電子節(jié)氣門(mén)系統(tǒng)，駕駛員可以根據(jù)需要選擇是否需要限速功能。當(dāng)駕駛員選擇了限速功能后，在不超速情況下，與原有的發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)系統(tǒng)工作方式是相同的 ,最大程度 地保證了原有系統(tǒng)的完整性。在設(shè)計(jì)中，限速器系統(tǒng)中繼電器的常閉開(kāi)關(guān)是一直閉合的 ,使限速器在不能正常工作的情況下，能保證發(fā)動(dòng)機(jī)電子節(jié)氣門(mén)系統(tǒng)仍能正常工作，從而，保證系統(tǒng)工作的可靠性。 同樣限速器系統(tǒng)也有故障自診斷功能，單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)的功能進(jìn)行監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)故障，將點(diǎn)亮系統(tǒng)故障指示燈，也就是系統(tǒng)報(bào)警指示燈，而且，系統(tǒng)語(yǔ)音報(bào)警器也及時(shí)提示駕駛員系統(tǒng)有故障。如果在系統(tǒng)還未進(jìn)行超速狀態(tài)限速的情況下，限速器系統(tǒng)不參與限速工作；如果是在進(jìn)行超速限速的工作狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)語(yǔ)音提示讓駕駛員直接關(guān)掉限速器系統(tǒng)的電源，此時(shí)就恢復(fù)到了正常 狀態(tài)，否則，無(wú)法再次加速。如果在行駛途中系統(tǒng)出現(xiàn)了故障的 5 秒內(nèi)，而且，駕駛員沒(méi)直接關(guān)掉電源，系統(tǒng)就啟動(dòng)自我保護(hù)程序主動(dòng)切斷系統(tǒng)電源。 13 5 汽車限速器的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)就是指在一塊硅片上集成了構(gòu)成計(jì)算機(jī)的基本要素，即把中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、定時(shí)器 /及 I/O 接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。一塊芯片就相當(dāng)于一臺(tái)計(jì)算機(jī)，稱為單晶片計(jì)算機(jī)。如圖 51 為單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 系 統(tǒng) 時(shí) 鐘R O MR A M定 時(shí) 器 / 計(jì) 數(shù) 器串 行 I / O 接 口并 行 I / O 接 口中 央 處 理 器 ( C P U )內(nèi) 部總 線T X DR X DT外 部 定 時(shí)元 件復(fù) 位中 斷電 源 圖 51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 而對(duì)于現(xiàn)在的 MCS51 系列單片機(jī)，因它功能豐富、價(jià)格低廉和開(kāi)發(fā)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，迅速得到廣泛的應(yīng)用，成為當(dāng)之無(wú)愧的主流機(jī)型。這一系列的單片機(jī)又把眾多不同型號(hào)歸納為三個(gè)子系列：基本系列，增強(qiáng)系列， CMOS 基本系列。 根據(jù)方案論證以及實(shí)際限制條件，設(shè)計(jì)采用 51 系列的 AT89C52 作為主控芯片， AT89C52 是 51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52 單片機(jī)實(shí)物圖 如圖 52 所示： 14 圖 52 AT89C52 單片機(jī)實(shí)物圖 AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外部中斷口， 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫(xiě)口線， AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線 編程 (S 系列的才支持在線編程 )。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。 AT89C52 兼容 MCS51 指令系統(tǒng)： 8k 可反復(fù)擦寫(xiě) (1000 次） Flash ROM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 可編程 UART 串行通道 低功耗空閑和掉電模式 2 個(gè)串行中斷、 3 級(jí)加密位 2 個(gè)外部中斷源、 2 個(gè)讀寫(xiě)中斷口線 共 6 個(gè)中斷源、 32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 內(nèi)部 RAM、時(shí)鐘頻率 024MHz AT89C52 “ P”為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51 內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙 控信號(hào) IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。 15 主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 P0～ P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中， P0 端口（ 32~39 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 I2C 總線控制端口， 分別連接 N1 的 SDAS（ 18 腳）和 SCLS（ 19 腳）端口，12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。如圖 53 為 AT89C52 引腳圖： 圖 53 AT89C52 引腳圖 共陰極 LED 顯示驅(qū)動(dòng)器 MAX7219 芯片 MAX7219芯片為 MAXIM公司推出的 一種高集成化的串行輸入 /輸出的共陰極 LED 顯示驅(qū)動(dòng)器。 是用一個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)以往用軟件完成的動(dòng)態(tài)顯示電路掃描工作的器件。每片可控制顯示 8 個(gè)七段 LED 數(shù)碼管、條形圖或 64 個(gè)發(fā)光二極管，控制字簡(jiǎn)單，可與各種微機(jī)接口。為 24 引腳芯片，除與顯示器連接外，與微機(jī)串行口為 3 線連接，芯片外部電路僅為一限制峰值段電流的電阻，線路簡(jiǎn)單，極大地方便了對(duì)顯示器件的控制。該芯片控制的 顯示位數(shù)多，控制字少，可對(duì)全部或個(gè)別顯示位的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。而且 MAX7219 內(nèi)部設(shè)有掃描電路，除了更新顯 16 示數(shù)據(jù)時(shí)從單片機(jī)接收數(shù)據(jù)外，平時(shí)獨(dú)立工作，極大地節(jié)省了 MCU 有限的運(yùn)行時(shí)間和程序資源。 并可方便地進(jìn)行多個(gè)芯片的級(jí)聯(lián)，擴(kuò)展顯示容量。 MAX7219 芯片上包括 BCD 譯碼器、多位掃描電路、段驅(qū)動(dòng)器、位驅(qū)動(dòng)器和用于存放每個(gè)數(shù)據(jù)位的 8 8 靜態(tài) RAM 以及數(shù)個(gè)工作寄存器。通過(guò)指令設(shè)置這些工作寄存器，可以使 MAX7219 進(jìn)入不同的工作狀。 解碼方式寄存器可設(shè)置各位數(shù)碼管為解碼顯示方式，或非解碼的數(shù)據(jù)位與顯示段直接對(duì)應(yīng)的顯 示方式。亮度寄存器用于與外部電阻配合控制數(shù)碼管的顯示亮度。掃描限制寄存器控制顯示的位數(shù)。停機(jī)寄存器控制，顯示器為停機(jī)或正常工作狀態(tài)，停機(jī)狀態(tài)下描振蕩器停止工作，消隱所有顯示位。顯示測(cè)試寄存器設(shè)置器件為正常工作或測(cè)試狀態(tài)?？詹僮骷拇嫫饔糜诙鄠€(gè) MAX7219 級(jí)連。器件上電后所有控制寄存器復(fù)位。解碼方式寄存器的值為非解碼方式，亮度寄存器的值設(shè)置為最小，掃描寄存器設(shè)置為僅顯示 1 位，停機(jī)寄存器處于停機(jī)狀態(tài)，顯示消隱。因此 MAX7219 必須經(jīng)過(guò)初始化后才可正常工作。 MAX7219 的時(shí)序圖（ DIN CLK LOAD 原理 ）如圖 54所示： 圖 54 MAX7219 工作時(shí)序圖 這個(gè)圖很簡(jiǎn)單 反映了 DIN， CLK 和 LOAD 的工作時(shí)序 ，就是告訴大家三個(gè)端口是怎么合作傳送數(shù)據(jù)的。其中， DIN 是串行數(shù)據(jù)輸入端， CLK 和 LOAD 實(shí)際上是充當(dāng)了組織者。 針對(duì)單片 MAX7219 數(shù)據(jù)傳送的過(guò)程：首先，在 CLK 的下降沿，無(wú)效，在CLK 的上升沿，第一位二進(jìn)制數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部移位寄存器，然后 CLK 再出現(xiàn)下降沿，無(wú)效，然后 CLK 再出現(xiàn)上升沿，第二位二進(jìn)制數(shù)據(jù)被移入內(nèi)部移位寄存器，就這樣工作十六個(gè)周期，完成十六個(gè)二進(jìn)制（前八個(gè)是地址，后八個(gè)是數(shù)據(jù)） 17 的 傳送，這當(dāng)中 LOAD 一直是低電平，當(dāng)完成十六個(gè)二進(jìn)制的傳送后。把 LOAD置成高電平，產(chǎn)生上升沿，把這 16 位串行數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)或控制寄存器中完成裝載。然后再把 LOAD 還原為低。重復(fù)開(kāi)始的動(dòng)作，就這樣周而復(fù)之?? 硬件設(shè)計(jì) 限速器根據(jù)用戶的指令或在某些狀態(tài)下，需要實(shí)現(xiàn)限速器工作模式、報(bào)警器工作模式、速度自動(dòng)控制模式、恢復(fù)模式和關(guān)閉模式的功能。因此， 硬件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)硬件主要包括以下五大模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊、按鍵模塊、顯示模塊、聲光報(bào)警模塊和節(jié)氣門(mén)電機(jī)控制模塊等。其中 AT89C52 單片機(jī)主要完成外圍硬件的控制 以及一些