【文章內容簡介】 位 工作溫度 TA 40 +105 ℃ 熱阻 Rth ja SOP PACKAGE 80 ℃ /W 工作電壓 VDD 5 V 任何腳輸入電壓 VIN VSS VDD V 負載特性 參數 符號 測試條件 最小 典型 最大 單位 線圈電阻 RB25 RB40 RB105 步進馬達 ,TA=25℃ 步進 馬達 ,TA=40℃ 步進馬達 ,TA=105℃ 260 190 340 290 320 Ω Ω Ω 相位感應系數 L25 H 電氣參數 VDD=~， TA=40~105℃，除非其他說明 參數 符號 測試條件 最小 典型 最大 單位 典型工作電流 IC VDD=5V,ω =200176。 /S, TA=25℃ ,RB25=290Ω 76 mA 最大工作電流 ICMAX VDD=,RESET=VSS, TA=40℃ ,RB40=190Ω 200 mA 靜態(tài)工作電流 ICC 所有輸入腳接 VSS 或VDD，沒有負載 300 μ A 低電平輸入 VIL VDD=~ VSS V 高電平輸入 VIH VDD=~ VDD V 輸入漏電 IIN VIN=VSS 或 VDD 10 10 μ A 時序參數 VDD=~,TA=40~105℃ ,Trise 和 Tfall≤ 20ns,輸入信號在 VSS到 VDD間。 參數 符號 測試條件 最小 典型 最大 單位 信號脈沖寬度 tw 高或低 450 ns 輸入頻率 f(scx) 器件輸入限制 馬達速度限制 MHz KHz ts 高或低 100 ns trr 100 ns 延時時序波形 tw ts trr 任何信號 CW/CCW f(scx) RESET f(scx) 最大絕對值 參數 符號 狀態(tài) VDD 對 VSS電壓 VDD ~+6V 任何引腳對 VDD 電壓 VMAX + 任何引腳對 VSS 電壓 VMIN 輸出 12 的電流 IOUTMAX 177。 35mA 最大焊接溫度 Tj 150℃ 工作溫度范圍 TA 40~+105℃ 存儲溫度范圍 TSTO 65~+125℃ 當超過這些所列出的最大狀況時，可能會造成器件的永久損壞。條件超過特殊工作條件時，可能影響器件的可靠性或造成故障。 器件有高抗靜態(tài)電壓或電場的內置保護。除非其他說明 ,否則當所有的引腳電壓保持在正常工作電壓范圍里的時候 , 器件才能正常的運行，不用的輸入腳必須連接到一個指定的邏輯電壓上。 電路保護 為了要過濾快速電壓瞬變 ,建議連結二個 100 nF 陶瓷電容到電源輸入腳（ 16） , 每邊一個盡可能的靠近 IC。 而且，為了保護 IC，每一個馬達應連接一個 5μ F的電容。因此，為 2 個電動機，典型地一個 10μ F 電容一定被用，電解電容或鉭電容。注意這一個電容器盡可能靠近穩(wěn)壓器。 建議上電 為了要以定義的方式給電路上電 , 在 vdd電壓上升時建議保持 reset輸入為低電平。大約 1 ms 的一個延遲之后， reset輸入置高。 依靠微控制器 ,在 reset腳外接一個下拉電阻，在起動期間可完全滿足 reset狀態(tài)。 功能描述 f(scx) 輸入信號的上升邊緣驅動轉子一個微步。 輸入信號 cw/ccw(順時針 /逆時針 ) 控制馬達的轉動方向。 輸入信號 reset 在低電平時，重設輸出驅動序列到位置 1 。 驅 動模式 線圈 L 電流： IL=Imsin[2(i1)π /24+π /3] 線圈 R 電流： IR=Imsin[2(i1)π /24] 注： i=1,2,3,4…… 23,24 輸出驅動把 f 的脈沖序列轉換成一個電流等級序列送到步進馬達的兩個馬達線圈。每個轉子旋轉的 24 個電流等級序列用來產生轉子的微步運動。 輸入干擾過濾 amp。 等級改變 步進馬達兩路驅動器的所有邏輯輸入均裝有一個抗干擾濾波器，避免在輸入信號線上的尖波和干擾產生錯誤信息。所有小于 20 ns 寬的正負脈沖被忽略。 在整個溫度范圍內，最小訊號脈沖寬度應大于 450 ns。 所有的邏輯輸入也提供一個等級轉換裝置 , 考慮到電路工作在一個比電路驅動輸入高的工作電壓 (vdd) 。這是為了得到較高的轉矩驅動馬達。 采用 MAX232A來實現(xiàn)串口通信模塊各功能，用以向單片機寫入程序。串口通信模塊接線圖如圖所示。 串 口 通 信 部 分 、 單片機系統(tǒng)電源模塊 采用 L7805芯片實現(xiàn)單片機供電系統(tǒng)模塊各項功能，用以向單片機中各其它模塊 提供電源。模塊接線圖如下圖所示。 電 源 部 分 第 4章 系統(tǒng)軟件設計 本系統(tǒng)的軟件功能主要是完成數據的采集與轉換、步進電機的驅動、數據的存儲、數據的顯示、系統(tǒng)的復位等等，它包含主程序和若干個子程序。如何使電機平滑地轉動 (尤其是在車速和轉速較高時 )是設計重點。要保證這一點，需要做好兩方面的工作 :一是信號的采樣頻率的選定 。二是表頭驅動程序的合理設計。在編程過程中采用模塊化的編程技術，對所有項目分模塊進行編程。 塊劃分 根據系統(tǒng)任務分析，程序分為系統(tǒng)初始化、中斷處理、步進電機驅動、車速轉速測量、水溫、燃油測量、串行通信、顯示等模塊。 1. 初始化模塊。初始化模塊用于系統(tǒng)程序運行之前完成系統(tǒng)功能參數的初始化。 2. 中斷處理模塊。獲取程序所需的各種參數。 3. 車速里程測量模塊。根據入口參數完成車速里程的計算、轉換、存儲。 4. 轉速測量模塊。根據入口參數完成轉速的計算、轉換。 5. 水溫測量模塊。根據入口參數完成水溫的計算、轉換。 6. 燃油測量模塊。根據入口參數完成水溫的計算、轉換。 7. 串行通信模塊 。根據入口參數完成數據段的發(fā)送。 現(xiàn)在單片機的編程語言主要有三種 :匯編語言、 C語言和 PLM語言。其中 C語言和 PLM語言屬于高級語言，它們的優(yōu)點是本身具有豐富的庫函數和數據類型封裝，程序編制簡單，可讀性強，缺點是程序生成機器代碼的效率低。匯編語言則相反。本系統(tǒng)既對機器代碼的效率有較高的要求，又對數據的計算和處理要求也較高。因此，系統(tǒng)軟件程序 C語言的形式編程。 系統(tǒng)的軟件是由一個主程序和若干子程序構成，主程序的主要功能是設定程序執(zhí)行過程中用到的相關變量，分配寄存器 ，對所需要的參數進行初始化，然后按照要求在恰當的時間調用相應的處理模塊和子程序，來對系統(tǒng)進行處理。主程序具體簡述如下 : 1. 定義系統(tǒng)運行過程中所需的變量 。 2. 分配硬件系統(tǒng)所提供的相關資源，如寄存器、 ROM以及中斷資源和堆棧 : 3. 完成系統(tǒng)的自檢 。 4. 在程序的運行過程中，按要求依次完成對系統(tǒng)各模塊的調用，并將結果提供 給用戶 。 5. 在各模塊的調用過程中，實現(xiàn)調用過程的現(xiàn)場保護，以確保程序正確執(zhí)行 。 保存系統(tǒng)運行過程中的必要參數。 下圖為主程序流程圖。 開始 點火開關是否打開 發(fā)動機是否打開 車速顯示 水溫顯示 燃油顯示 轉速顯示 車速、 轉速， 里程程序 的設計 第四代車速里程表 無論選擇哪種傳感器它們輸出的信號都要是脈沖信號 ，從而使得 非接觸式轉速傳感器得以迅速發(fā)展 。也 只有選擇產生脈沖信號的傳感器才能滿足本課題的要求。故本系統(tǒng)選用霍爾式轉速傳感器。 霍爾探頭組件安裝在變速箱輸出軸上，里程計數、車速計時脈沖產生的工作原理如 下 圖所示。八個磁鋼與變速箱輸出軸同步旋轉?；魻柼筋^固定在變速箱殼體上靜止不動，當輸出軸上 某只磁鋼轉動到霍爾探頭對應位置時，霍爾探頭中的霍爾敏感器件受到磁鋼磁場作用，霍爾探頭輸出一個低電平，當 沒有磁鋼與霍爾探頭對準時，霍爾探頭不 再 受到磁場作用，輸出高電平。輸出軸轉動一周，霍爾探頭有八個方波輸出。 如果以速比為 1： 540 的車型為例，汽車行駛一公里，則霍爾傳感器發(fā)出的脈沖數共為 8 540＝ 4320 個。步進電機式車速里程表機芯的轉動和 LCD 中里程的顯示都是受 控于霍爾探頭輸出的方波個數。 記錄 4320 個脈沖表示汽車行駛 1 公里，記錄單個脈沖的周期算出汽車行駛的速度，具體應用將在相應章節(jié)中介紹。 車速里程表的速比表示的是：車輪轉軸在汽車行駛一公里時所轉過的轉數。步進電機式車速里程表采用的是霍爾式轉 速傳感器。這種車速里程表轉軸每轉一圈，霍爾傳感器將感應發(fā)出八個脈沖。現(xiàn)在以速比為 1： 540 的車型為例，汽車行駛一公里，則霍爾傳感器發(fā)出的脈沖數共為 8 540＝ 4320 個，也就是說，每個脈沖代表了 1/4320 公里的路程。將這些脈沖信號輸入給單片機的定時器 /計數器，利用計數器的計數功能，使之計到 432 個脈沖產生一個中斷，中斷后進入計數器中斷子程序，在這個中斷子程序中，實現(xiàn)對小計里程的累計和總里程的累加。若累加了總里程則把累加的總里程數送到 E2PROM 芯片 HT93LC66 中保存，并從芯片 HT93LC66 中調出送給 LCD 顯示。 從以上章節(jié)，我們已經知道 LCD 分別 顯示 出小計里程和總里程，其中小計里程進位時，也同時累計至總計里程。 小計里程顯示為 ～ ， 總里程液晶顯示為 000000～ 999999km。液晶里程顯示屏見圖 25 所示，其中上一排 4位顯示小雞 里程， 且小計里程的最后一位為小數。 下一排 6 位顯示總 里程，器件子地址的傳送順序是從上排左首至右結束，接著再從下排右首開始，至左首結束，上下兩排都是左首為高位。 小計里程顯示的復位是通過外部中斷 Key 來實現(xiàn)的，小計里程以 最低顯示數字，停車關掉電門后 不保存，總里程顯示數值保存在 E2PROM 中，從而掉電不會丟失總里程數值，當打開電門，即刻顯示上次總里程累計數。下次行車總里程繼續(xù)累計相加，總里程累計超過顯示范圍 999999km 時，不再響應里程數的變化，而一直顯示 999999 km。小計里程超過顯示范圍 時即刻清 零，并從 開始重新計數。 步進電機平滑的正反轉控制是設計的重點。當車速轉換后的信號頻率增大時，電機就向順時針方向運動，這是正轉 。當車速和轉速轉換后的 信號頻率減小時，電機就向逆時針方向運動，這是反轉 。而當車速恒定時，指針也不發(fā)生改變。 在進行程序設計時，要設定各步進電機的驅動間隔定時器和計數器 ,設定各表指針需要達到的角度位置和實際角度位置，均為 1/12度，即一個微步。表頭驅動程序執(zhí)行過程如下 : ，中斷程序被觸發(fā)，驅動間隔計數器清零。 2. 檢查當前指針的位置與由采樣程序算得的理論值。 3. 如果相等則不作驅動。 4. 如果當前值 理論值，驅動指針逆時針走一微步，且當前值減 1:如果當前值 理論值，驅動指針順時針走一微步，且當前值加 1 5. 返回系統(tǒng)程序，由主循環(huán)安排定時循環(huán)。當目標值一旦發(fā)生變化 (當前值不等于理論值 )，則上述過程每 500微秒執(zhí)行一次 (驅動電機旋轉一微步 )，直到指針指向理論值。表頭驅動程序流程圖如圖 。 水溫采樣測量子程序設計 水溫屬于電阻信號，通過測量水溫傳感器電阻信號，然后經過 A/D轉換后的數字信號直接通過 MCU處理，最后模擬顯示在 LCD上。 測溫子程序函數流程圖： 燃油 采樣測量子程序設計 和水溫信號一樣，燃油也屬于電阻信號，通過測量燃油傳感器電阻信號，然后經過 A/D轉換后的數字信號直接通過 MCU處理，最后模擬顯示在 LCD上。 測油量子程序函數流程圖： 本章對系統(tǒng)軟件功能模塊的劃分，介紹了主程序及部分子程序的流程圖，其中重點介紹了步進電機轉動子程序的設計思想、流程圖和程序設計。電機轉動子 初始化 顯示空格 讀取命令 讀取燃油信號 發(fā)燃油轉換命令 燃油計算處理 模擬顯示 初始化 顯示空格 讀取命令 讀取溫度信號 發(fā)溫度轉換命令 溫度計算處理 模擬顯示 程序是實現(xiàn)整 個系統(tǒng)的關鍵技術，是軟件的設計重點，它關系到儀表指針能否無抖動的轉動這個關鍵問題，本章對其作了較為詳細的討論和闡述 。對于其它程序的設計只作了簡單的介紹。 第 5章 系統(tǒng)功能調試與性能