【導(dǎo)讀】一體的微機(jī)系統(tǒng)。汽車數(shù)字式智能儀表以MCS-51系統(tǒng)系列單片機(jī)為核心，利用單片。內(nèi)容：1、了解智能儀器儀表的功能，熟悉單片機(jī)開發(fā)步驟。工作量：1、開題報(bào)告一份。找了許多的資料，不斷的進(jìn)行修改和完善，終于完成了設(shè)計(jì)內(nèi)容。分析目前基智能汽車儀表的設(shè)計(jì)本情況，對(duì)該技術(shù)有了大概的了解。以此為基礎(chǔ)提出自己的智能汽車儀表的設(shè)計(jì)初步方案。同意作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。汽車及安全駕駛提供了保證。相對(duì)于傳統(tǒng)的動(dòng)磁式和動(dòng)圈式機(jī)芯汽車儀表的體積大、可靠性差、準(zhǔn)。為當(dāng)今世界汽車儀表的發(fā)展趨勢(shì)。該智能數(shù)字儀表采用統(tǒng)一的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，所有傳感器采集的車速、轉(zhuǎn)。速、燃油的模擬或數(shù)字信號(hào)量全部轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)處理完后，將驅(qū)動(dòng)量信號(hào)輸送到各自的步進(jìn)電機(jī)指示儀表。

　　

【正文】 : 30 采集的電阻信號(hào)經(jīng)過各電阻電壓轉(zhuǎn)換，由電容的濾波處理，消除一些干擾信號(hào)和突發(fā)的尖峰信號(hào)，在由二極管進(jìn)行限幅，去掉 0刻度線一下的波形。經(jīng)過濾波、限幅整形后的燃油信號(hào)接入 TLC 1543IDW 的引腳 AO(即引腳 1)。限幅后的信號(hào)經(jīng)過 8 通道的 A/D轉(zhuǎn)換芯片 TLC 1543IDW 進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，將油量和水溫的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 將上述轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)由引腳 10CLK(即引腳 18),ADDR1N(即引腳 17), ADDROUT(即引腳 16), /CS(即引腳 15)分別送入 A丁 89C52 的引腳 P (即引腳 40), 31 (即引腳 37), P /T2EX(即引腳 41), (即引腳 1)中，再由單片機(jī)處理后驅(qū)動(dòng)，進(jìn)而以此來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，顯示儀表讀數(shù)。 電路原理圖如 圖 所示。 機(jī)油壓力表 2機(jī)油壓力傳感器的選擇 目前，機(jī)油壓力傳感器主要有四種類型 :半導(dǎo)體壓阻式、陶瓷壓阻式、脈沖電熱式和力敏式。其中，半導(dǎo)體壓阻式的特點(diǎn)是靈敏度高、測(cè)量范圍寬、輸出信號(hào)大、易于集成。但是，抗油污和機(jī)油中的微型金屬顆粒摩擦和沖擊的能力差。 陶瓷壓阻式的特點(diǎn)是、抗磨損、抗沖擊、輸出信號(hào)強(qiáng)、抗腐蝕性好。但是，這種 傳感器主要靠進(jìn)口，所以成本高。脈沖電熱式傳感器上裝有觸點(diǎn)，顯而易見，長(zhǎng)期頻繁工作在開閉場(chǎng)合，觸點(diǎn)間產(chǎn)生的電弧對(duì)觸點(diǎn)的燒蝕所引起的測(cè)量誤差將隨電壓的提高而增大，其可靠性及壽命亦難以達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。而力敏式機(jī)油壓力傳感器是近幾年脫穎而出的新產(chǎn)品，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、靈敏度高、可靠性強(qiáng)。因此，機(jī)油壓力表的傳感器選用力敏式機(jī)油壓力傳感器。將傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)主油道上，可將發(fā)動(dòng) 機(jī)潤(rùn)滑油的壓力變化轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)送入微處理器。 力敏式機(jī)油壓力傳感器輸出的信號(hào)不是標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，而且往往附加有許多干擾，前置電路的任務(wù)是去除其中的干擾信號(hào)，并把信號(hào)整形為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)輸入給單片機(jī)。在設(shè)計(jì)中采用微分電路配合開關(guān)三極管，并采用光電藕合器使外部電路與單片機(jī)隔離，降低干擾。機(jī)油壓力表的前置電路如圖 所示 : 32 33 汽車智能數(shù)字儀表的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的基本思想 根據(jù)前文對(duì)傳感器、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)以及 顯示器件的選擇，該汽車電子智能數(shù)字儀表設(shè)計(jì)基本思想是通過多種傳感器采集到的模擬或數(shù)字信號(hào)經(jīng)過前置處理電路濾波、放大、隔離、整形后成為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)送入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理發(fā)送指令給步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器使之驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)指示儀表。 智能數(shù)字儀表的設(shè)計(jì)框圖 主要功能 該汽車智能數(shù)字儀表可實(shí)現(xiàn)的主要功能如下 : ，用硬件和軟件相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。 、轉(zhuǎn)速、燃油量、機(jī)油量 34 四路信號(hào)。 (累計(jì) )。 4 表盤展開角 :燃油和機(jī)油壓力表的展開角為 90 度，車速展開角為 245 度，轉(zhuǎn)速的展開角為 180 度。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，展開角作為變量來(lái)處理，根據(jù)實(shí)際需要，可以隨時(shí)調(diào)整。 ，表頭指針能復(fù) 位回零，燃油表除外。 35 第四章 汽車組合儀表的軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)思想 軟件設(shè)計(jì)是在硬件設(shè)計(jì)基本完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在軟件設(shè)計(jì)過程中，進(jìn)一步完善硬件設(shè)計(jì)存在的問題，互相補(bǔ)充、協(xié)調(diào)，并最終完成軟件與硬件的定型。 語(yǔ)言選擇 C 語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。用 C語(yǔ)言編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，并明顯的增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，己研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。用 C 語(yǔ)言進(jìn) 行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。單片機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言應(yīng)以 C 語(yǔ)言為主，匯編語(yǔ)言為輔。采用 C 語(yǔ)言編程不必對(duì)單片機(jī)和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，編譯器可以自動(dòng)完成變 量的存儲(chǔ)單元的分配，編程者既可以專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計(jì)，大大加快軟件的開發(fā)速度。采用 C 語(yǔ)言可以很容易的進(jìn)行單片機(jī)的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中單片機(jī)的重新選型。所以采用 C語(yǔ)言編程有一下特點(diǎn) : (1)程序易讀。對(duì)于一些層次較低的語(yǔ)言 (如匯編語(yǔ)言 )，在閱讀語(yǔ)言程序時(shí)，通常要把大部分的精力和注意力集中到分析一些細(xì)節(jié)問題，如為什么把一個(gè) 數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)寄存器，為什么把某個(gè)標(biāo)志位清零等。當(dāng)把注意力放到這些問題上時(shí)，就會(huì)很容易把程序的主線忽略了。我們要想解決這類問題，就要采用高級(jí)語(yǔ)言 (C 語(yǔ)言 )，因?yàn)楦呒?jí)語(yǔ)言的語(yǔ)意層次和表達(dá)方式都更加的接近人們的日常思維方法，一些數(shù)學(xué)表達(dá)式可以直接用一條語(yǔ)句表達(dá)，程序的思路更加清晰、簡(jiǎn)捷，因此程序也就容易閱讀。 (2)通用性強(qiáng)。隨著微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能越來(lái)越具體，種類越來(lái)越多，而不同種類的微處理器都有自己專用的匯編語(yǔ)言。這就為系統(tǒng)開發(fā)者設(shè)置了一個(gè)巨大的障礙，使得系統(tǒng)編程更加困難，軟件重用無(wú)法實(shí)現(xiàn) 。而高級(jí)語(yǔ)言一般和具體機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)聯(lián)系較少，比較流行的高級(jí)語(yǔ)言對(duì)多數(shù)微處理器都有良好的支持，通用性較好。 (3)可維護(hù)性好。高級(jí)語(yǔ)言程序往往是模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊之間的接口是 固定的。因此，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)可以很快地將問題定位到某個(gè)模塊內(nèi)，并得到解決。 36 另外，模塊化設(shè)計(jì)也便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和升級(jí)。 (4)容易編程。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和應(yīng)用層面的不斷深入，系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，設(shè)計(jì)變得越來(lái)越困難。一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)有多種微處理器己是常見的事情。這時(shí)，要用匯編語(yǔ)言編程不僅要求編程人員要對(duì)所有 微處理器的匯編語(yǔ)言都了如指掌，而且隨著任務(wù)復(fù)雜程度的不斷提高，用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)規(guī)模較大的任務(wù)難度極大 。而高級(jí)語(yǔ)言的語(yǔ)意層次較高，且有豐富的程序庫(kù)支持，因此編寫比較復(fù)雜的程序相對(duì)簡(jiǎn)單。使用高級(jí)語(yǔ)言編程，不僅能夠加快系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)程、節(jié)省大量時(shí)間，同時(shí)也有利于系統(tǒng)調(diào)試及維護(hù)工作。 (5)可移植性好。由于匯編語(yǔ)言和具體的微處理器密切相關(guān)，為某個(gè)微處理器設(shè)計(jì)的程序不能直接移植到另一個(gè)不同種類的微處理器上使用，因此移植性差。而高級(jí)語(yǔ)言對(duì)所有微處理器都是通用的，因此，程序可以在不同的微處理器上運(yùn)行，可移植性較好。這 是實(shí)現(xiàn)軟件重用的基礎(chǔ)。 (6)直接支持中斷管理。中斷是嵌入式系統(tǒng)最重要也是最常用的信息交換方式，因此中斷系統(tǒng)是否靈活，中斷功能是否強(qiáng)大對(duì)系統(tǒng)的性能影響極大。在高級(jí)語(yǔ)言中，一般都有強(qiáng)大的中斷管理機(jī)制，以便構(gòu)建高效靈活的中斷系統(tǒng)，而在匯編語(yǔ)言中，一般要由程序設(shè)計(jì)者自己編程來(lái)進(jìn)行中斷管理，這不僅增加了編程的難度，而且效果也不一定好。 (7)支持軟件重用。由于匯編語(yǔ)言的可移植性極差，使得其軟件重用性嚴(yán)重受阻 。而高級(jí)語(yǔ)言具有較好的通用性和可移植性，這就使得高級(jí)語(yǔ)言程序可以在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)、不同系統(tǒng) 、不同人員之間分享，實(shí)現(xiàn)軟件重用。這不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本，而且還可以使軟件開發(fā)走上正規(guī)化、產(chǎn)業(yè)化的道路。 隨著國(guó)內(nèi)單片機(jī)開發(fā)工具研制水平的提高，現(xiàn)在的單片機(jī)仿真器普遍支持 c 語(yǔ)言調(diào)試，為單片機(jī)編程使用 c 語(yǔ)言提供了便利的條件。 c 語(yǔ)言的模塊化程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以使程序模塊大家共享，不斷豐富。 4. 程序的模塊化設(shè)計(jì) 汽車組合儀表中的單個(gè)儀表都有自己的特點(diǎn)，針對(duì)其具體的特點(diǎn)，每個(gè)儀表 在軟件編程方面就有所不同，我們的基本思想就是在滿足系統(tǒng)功能的前提下，在軟件的編寫中，盡可能使 應(yīng)用軟件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，即在不影響系統(tǒng)的工作狀態(tài)下，運(yùn)用模塊化的編程方法使得每個(gè)模塊都完成各自的任務(wù)。模塊化設(shè)計(jì)框圖如圖 所示 : 37 圖 模塊化設(shè)計(jì)框圖 這中模塊化的設(shè)計(jì)思想有如下的優(yōu)點(diǎn) : 決的問題與特定模塊分離，很容易找到出錯(cuò)的模塊，大大簡(jiǎn)化了調(diào)試。 。小塊程序更容易理解和調(diào)試。當(dāng)知道模塊的輸入和所要求的輸出時(shí)，就可直接測(cè)試小模塊。 。當(dāng)系統(tǒng)需要增加或改變某些功能時(shí)，只需增加和更換響應(yīng)的模塊就可構(gòu)成新的系統(tǒng)。 ，使得系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)緊湊，效率提高，有助于系統(tǒng)的使用和維護(hù)。 。因?yàn)橄到y(tǒng)軟件是按所劃分的模塊進(jìn)行編寫，設(shè)計(jì)思路清晰，編好的程序按模塊調(diào)試， 軟件故障定位簡(jiǎn)單。一旦出現(xiàn)問題， 就可找到相應(yīng)的模塊進(jìn)行修改，使系統(tǒng)很快恢復(fù)正常。 ，可把程序放入庫(kù)中以備以后使用。例如 :顯示驅(qū)動(dòng)。若要再使用顯示驅(qū)動(dòng)，則由庫(kù)中把它取出 (必要時(shí)可修改 )，而不要全部重新編寫。 。由于系統(tǒng)軟件是一個(gè)個(gè)功能模塊組成的，因此，在編寫程序的過程中，可以集中精力來(lái)編寫每個(gè)功能模塊，盡量采用已經(jīng)成熟的子程序和模塊。這樣，及可以節(jié)約許多時(shí)間，還可以提高編程的質(zhì)量。 38 主程序的設(shè)計(jì) . 1 初始化模塊 初始化模塊的主要任務(wù)是在單 片機(jī)復(fù)位后為主程序設(shè)置正確的變量，中斷及定時(shí)器的設(shè)置方式和控制字，將部分內(nèi)存單元清零，開中斷及定時(shí)器，將 EEPROM 中的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存。包括初始化指針和里程數(shù)等。 主程序模塊 系統(tǒng)的軟件是由一個(gè)主程序和若干子程序構(gòu)成，主程序的主要功能是對(duì)所需要的參數(shù)進(jìn)行初始化，設(shè)定程序執(zhí)行過程中用到的相關(guān)變量，分配寄存器，然后再由各中斷的要求調(diào)用相應(yīng)的處理模塊和子程序，主程序的流程圖如圖 所示 : 圖 主程序的流程圖 主程序的主要作用如下 : 。 39 ，如寄存器、 ROM 以及中斷資源和堆棧等。 ，確保程序的執(zhí)行無(wú)誤。 ，按要求依次完成對(duì)系統(tǒng)各個(gè)模塊的調(diào)用，并將程序的運(yùn)行結(jié)果提供給用戶。 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)用過程的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，避免 程序跑飛，確保程序正確執(zhí)行，保存系統(tǒng)運(yùn)行過程中的必要參數(shù)。 中斷處理模塊 中斷處理模塊用于獲取程序所需的各種參數(shù)。在主程序運(yùn)行當(dāng)中，如果有中斷請(qǐng)求，即跳轉(zhuǎn)到其他所要處理的子程序模塊進(jìn)行程序運(yùn)行。一般情況下，中斷程序中對(duì)數(shù)據(jù)一般只做簡(jiǎn)單的讀取和賦值工作，不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與計(jì)算，縮短中斷程序的運(yùn)行時(shí)間，提高系統(tǒng)響應(yīng)中斷的實(shí)時(shí)性。 主要子程序的設(shè)計(jì) . 1 指針驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì) 控制步進(jìn)電機(jī)的重要部分在于步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。當(dāng)汽車行駛速度加快的時(shí)候，車速和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換后的信號(hào)頻率就會(huì)增大， 此時(shí)指針需要順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，因此電機(jī)要向順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，這叫做正轉(zhuǎn) 。當(dāng)汽車的行駛速度變慢的時(shí)候，車速和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換后的信號(hào)頻率就會(huì)減小，這時(shí)指針應(yīng)該逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，則電機(jī)就要向逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，通常稱之為反轉(zhuǎn)。當(dāng)車速和轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，指針理論上是不動(dòng)的。指針驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖 所示 : 40 圖 指針驅(qū)動(dòng)程序的運(yùn)行過程如下 : ，中斷程序被觸發(fā)，驅(qū)動(dòng)間隔計(jì)數(shù)器清零。 (當(dāng)前值 )與程序算得的理論值。 ，如果 相等，則不用驅(qū)動(dòng)指針 。如果當(dāng)前值大于理論值，驅(qū)動(dòng)指針逆時(shí)針走一微步，并且將當(dāng)前值減 1。如果當(dāng)前值小于理論值，驅(qū)動(dòng)指針順時(shí)針走一微步，并且將當(dāng)前值加 to 。 車速里程表子程序 車速里程表子程序流程圖如圖 所示 : 41 圖 車速里程子程序流程圖 車速的大小主要和車速傳感器經(jīng)過接口電路送入單片機(jī)的脈沖信號(hào)成正比，通過單片機(jī)的計(jì)數(shù)器可以存儲(chǔ)車速信號(hào)的脈沖個(gè)數(shù)。當(dāng)車速里程有效時(shí)，判斷此時(shí)的車速是否為零，如果為零則顯示為零 。如果不是零，就讀取車速的參數(shù)來(lái)計(jì)算車速。此時(shí)在判斷車速是否改變，如果改變，則再次調(diào)用車速顯示程序模塊 。如果車速不變，就讀取里程脈沖數(shù)，并將之轉(zhuǎn)換為里程數(shù)。之后，在判斷里程數(shù)的增加與否，調(diào)用里程顯示程序。 42 燃油表子程序 燃油子程序流程圖如圖 所示 : 圖 43 4. 3. 4 轉(zhuǎn)速表子程序 轉(zhuǎn)速子程序設(shè)計(jì)流程圖如圖 : 圖 44 結(jié) 論 本文設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)式汽車智能數(shù)字儀表，將單片機(jī)技術(shù)和步進(jìn)電機(jī)技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的汽 車儀表，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)汽車儀表的基本功能，用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)表盤指針實(shí)時(shí)指示汽車在行駛中的車速、轉(zhuǎn)速、燃油、機(jī)油壓力量等信號(hào) 。用液晶顯示汽車行駛的里程，并通過軟件和硬件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上述的功能，而且對(duì)儀表系統(tǒng)功能進(jìn)行了模擬測(cè)試、裝車測(cè)試和對(duì)比測(cè)試。通過測(cè)試，系統(tǒng)各方面性能表現(xiàn)良好，完全達(dá)到技術(shù)要求，從而證明了系統(tǒng)方案的可行性和實(shí)用性。 隨著電子和汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車儀表正處于技術(shù)更新的轉(zhuǎn)型期，汽車儀表的主流產(chǎn)品和主導(dǎo)技術(shù)都是在不斷發(fā)展的，但是有一點(diǎn)可以肯定，與僅由電子線路硬件組成的汽車儀表相比，帶有單片機(jī)的汽車儀表其功 能的實(shí)現(xiàn)手段更加靈活多樣，因此帶有單片機(jī)的數(shù)字技術(shù)在汽車儀表上的廣泛應(yīng)用將是汽車儀表的主要發(fā)展趨勢(shì)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表將是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)汽車儀表的主導(dǎo)產(chǎn)品。