【導(dǎo)讀】本文完成了胎壓測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。實現(xiàn)了測試汽車輪胎壓力的功能，由三種。另外，在正常狀態(tài)下可實時顯示日期和時間，有斷電保護功能，并可對日期和時。通過氣壓傳感器MPX4105獲取與汽車胎壓相對的模擬電壓值，經(jīng)過V/F. 變換輸入到單片機進行處理，最終由通過LCD顯示電路顯示相應(yīng)氣壓值。各個變量等的設(shè)計和編碼。最后完成系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性等性能的測試。壓力超出閾值會自動報警提醒駕駛。操作方便、價格低廉等優(yōu)點。

　　

【正文】 背光 ）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 所示。 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ”， 使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負(fù)極。 表 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21 1602LCD 的指令說明及時序 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。（說明：1 為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H， 光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S：屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示 開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F： 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示5x10 的點陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 指令 9：讀 忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù)。 指令 11：讀數(shù)據(jù)。 圖 寫操作時序 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 PCB 的制作 PROTEL99SE 是一個全 32 位的電路板設(shè)計軟件，使用該軟件可以容易地設(shè)計電路原理圖、畫元件圖、設(shè)計電路板圖、畫元件封裝圖和電路仿真。 在這里主要用它來繪制 電路原理圖和生成印制電路板。下面簡要說明一下我們上面用 PROTEL畫好的電路原理圖的設(shè)計步驟如下： (1) 設(shè)置原理圖設(shè)計環(huán)境。其中，工作環(huán)境設(shè)置是使用 Design/Options 和 Tool 和Preferences 菜單進行的，畫原理圖環(huán)境的設(shè)置主要包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設(shè)置等。 (2) 放置元件，將電氣和電子元件放置在圖紙上。 (3) 原理圖布線。元件一旦放置在原理圖上，不需要用導(dǎo)線將元件連接起來，連接時一定要符合電氣規(guī)則。 (4) 編輯和調(diào)整。編輯元件的屬性。包括元件名、參數(shù)、封裝圖等。調(diào)整元件和導(dǎo)線的位置等操作。 (5) 檢查 原理圖。使用電氣規(guī)則功能 (ERC)檢查原理圖的連接是否合理和正確。給出檢查報告，若有錯誤則要根據(jù)錯誤進行改正。 (6) 生成網(wǎng)絡(luò)表。所謂網(wǎng)絡(luò)表就是元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接表，通過該表可以確認(rèn)各個元件和它們之間的關(guān)系。 (7) 打印原理圖。 對電路板的設(shè)計主要分為以下幾個步驟： (1) 使用原理圖編輯器設(shè)計原理圖，進行電氣檢查 (ERC)并生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表。 (2) 進入電路板 (PCB)環(huán)境，使用電路向?qū)Т_定電路板的層數(shù)、尺寸等電路板參數(shù)。 (3) 使用 Design/Netlist 菜單，調(diào)入網(wǎng)絡(luò)表。 (4) 布置元件，就是將元件合理地分布在電路板 上。自動布置元件或人工布置元件，多次布置直到自己滿意為止。 完成修飾等工作，完成整個電路板的設(shè)計。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 23 3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 軟件 設(shè)計思路 就該設(shè)計的單片機而言，它的輸入信號是具有一定頻率的脈沖序列，通過單片機內(nèi)部的計數(shù)器可以獲得此脈沖序列的頻率，此頻率對應(yīng)于某個氣壓值，如何將頻率換算成該氣壓值是軟件設(shè)計首先需要考慮的問題 [13]。 C 語言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，具有簡單的語法結(jié)構(gòu)和強大的處理功能，具有運行速度快、編譯效率高 、 移植性好和可讀性強等多種優(yōu)點，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)便件的直接操作。用 C 語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而開發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng) [14]。其優(yōu)勢如下： (1) 可以大幅度加快開發(fā)進度，程序量越大，用 C 語言就越有優(yōu)勢。 (2) 無需精通單片機指令集和具體的硬件，也能夠編出符合硬件實際專業(yè)水平的程序。 (3) 可以實現(xiàn)軟件的結(jié)構(gòu)化編程，使得軟件的邏輯結(jié)構(gòu)變得清晰、有條理、便于開發(fā)小組計劃任務(wù)、分工合作。源程序的可讀性和可維護性都很好。 (4) 省去了人工分配單片機資源的工作，在匯編語言中要為每一個子程序分配單片機的資源。在使用 C 語言后，只要在代碼 中申明一下變量的類型，編譯器就會自動分配相關(guān)資源，根本不需要人工干預(yù)，從而有效地避免了人工分配單片機資源的差錯。 (5) 匯編語言的可移植性很差，而 C 語言只要將一些與硬件相關(guān)的代碼作適當(dāng)?shù)男薷?，就可以方便地移植到其它種類的單片機上。 (6) C 語言提供 auto、 static、 flash 等存儲類型，針對單片機的程序存儲空間、數(shù)據(jù)存儲空間及 EEPROM 空間自動為變量合理地分配空間，而且 C 語言提供復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型，極大地增強了程序處理能力和靈活性。 C 編譯器能夠自動實現(xiàn)中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場保護和恢復(fù)，并且提供常用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫，供用戶使 用。并且 C 編譯器能自動生成一些硬件的初始化代碼。 (7) 對于一些復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)，可以通過移植 (或 C 編譯器提供 )的實時操作系統(tǒng)來實現(xiàn)。 正由于 C 語言在系統(tǒng)開發(fā)中的優(yōu)勢，這次設(shè)計的所有程序設(shè)計都將采用 C 語言編寫。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 如何由頻率計算出氣壓值 信號每一步的變換過程如下： 第一步，被測氣壓經(jīng)過氣壓傳感器 MPX4105 轉(zhuǎn)換成電壓輸出，根據(jù) MPX4105 的芯片資料可知，輸出電壓 VOUT 和大氣壓 P 的關(guān)系如下 ： ? ?0 .0 1 0 .0 9V O U T V CC P? ? ? （ ） 這里 VCC 為 +5V，因此可得： ? ?5 0. 01 0. 09V O U T P? ? ? （ ） 第二步， MPX4105 的輸出電壓 VOUT 作為輸入電壓 Vin，經(jīng)過 V/F 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袑?yīng)頻率 fo 的脈沖序列 FO。 Vin 和 FO 的這種對應(yīng)關(guān)系如 第二章 的式（ ）所示。 綜合式（ ）和式（ ），根據(jù) VOUT VIN? ， 可得： 205 9fo foKP K?? ? ? （ ） 式（ ）中， fo 的單位為 Hz， P 的單位為 kPa， K 為 V/F 轉(zhuǎn)換增益，設(shè)計中 K 值為 2021。在軟件中，根據(jù)式（ ）編程計算得到氣壓值 P。 程序流程圖 程序設(shè)定如下： T0 為定時器，基本的定時時基 50ms。 T1 為計數(shù)器運用內(nèi)部中斷 0可保證 T0 定時滿 500ms 后就讀取此時計數(shù)器的值以計算氣壓值，使 T0、 T1 均工作于方式 1 并在 P0 口送字型碼，同時可用 — 提供片選碼。 單片機實現(xiàn)數(shù)字氣壓計的程序流程如圖 所示 ： 圖 單片機實現(xiàn)數(shù)字氣壓計的 程序流程圖 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25 4 系統(tǒng)的 調(diào) 試 硬件 調(diào)試 本設(shè)計選擇了 STC5A60S2 單片機，此單片機具有 A/D 轉(zhuǎn)換和時鐘斷電保護功能。MPX4105 氣壓傳感器、 MC78L05 電源電路、 DS1302 時鐘電路以及 1602 字符型 LCD等器件做硬件開發(fā) ，具體功能在上文已經(jīng)描述。 調(diào)試步驟 (1) 采用 proteus 的系統(tǒng)總體執(zhí)行效果調(diào)試方法，調(diào)試單片機的供應(yīng)電源和復(fù)位電路部分。這里單片機時鐘工作在 ，電源電路、晶振電路和復(fù)位電路是整個系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，應(yīng)首先保證它們的正常工作。 (2) 應(yīng)用 Protel 軟件使用電氣規(guī)則功能 (ERC)檢查原理圖的連接是否合理和正確。給出檢查報告，若有錯誤則要根據(jù)錯誤進行改正。 (3) 電路中各器件的元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接通過網(wǎng)絡(luò)表進行檢查，通過該表可以確認(rèn)各個元件和它們之間的關(guān)系。 (4) 對于 PCB 圖的檢查主要從這幾個方面進行檢查： PCB 設(shè)計檢查、 PCB 電氣特性檢查、 PCB 物理特性檢查、 PCB 印制板的設(shè)計要求檢查、 PCB 導(dǎo)線圖形檢查等。 軟件 調(diào) 試 C 語言是一種編譯型的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，具有簡單的語法結(jié)構(gòu)和強大的處理功能，具有運行速度快、編譯效率高、移植性好和可 讀性強等多種優(yōu)點，可以實現(xiàn)對系統(tǒng)便件的直接操作。用 C 語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，可以大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而開發(fā)出大規(guī)模、高性能的應(yīng)用系統(tǒng)。具體優(yōu)點已在上一章節(jié)中有詳細(xì)敘述。 本設(shè)計是使用 C 語言在 Keil C 環(huán)境下實現(xiàn)的。 Keil 軟件簡介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。與匯編相比， C 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能 強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。 Keil 可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用 IDE沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 本身或其它編輯器編輯 C 或匯編源文件。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標(biāo)文件 (.OBJ)。目標(biāo)文件可由 LIB51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) L51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件 (.ABS)。 ABS 文件由 OH51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 Hex 文件，以供調(diào)試器dScope51 或 tScope51 使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存儲器中。 Keil u Vision2 ADE 是 Keil software 公司的產(chǎn)品，它集項目管理、編譯工具、代碼編寫工具、代碼調(diào)試以及完全仿真于一體，適合個人開發(fā)或人數(shù)少、對開發(fā)過程的管理還不成熟的開發(fā)團體。 u Vision2 本身自帶項目管理器，其開發(fā)流程步驟如下： (1) 開啟 u Vision2，建立工程文件并且從器件數(shù)據(jù)庫里挑選出項目實際使用的器件。 (2) 建立一個新的源文件，并且把這個源文件添加到工程中去。 (3) 為單片機添加并且設(shè)置啟動代碼。 (4) 設(shè)置硬件相關(guān)的選項。 (5) 編譯整個工程并且生成下載到存儲器用的 HEX 文件。 整體 調(diào)試 本 設(shè)計以 STC5A60S2 單片機為整個系統(tǒng)的核心，通過氣壓傳感器對氣壓信號的采集、控制、放大等處理完成氣壓參數(shù)的自動獲取，以及進行數(shù)字顯示等等。在此過程中需要利用 STC5A60S2 單片機內(nèi)部的定時器對其進行度量，再使用軟件模塊對其進行處理，即得到了 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。我們就可以采集到脈沖序列的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行適當(dāng)?shù)奶幚?，最后通過 LCD 顯示電路顯示給用戶 。 MXP4105 氣壓傳感器、 DS1302 時鐘電路以及 LCD 與單片機連接，通過語言控制 實現(xiàn)了整個系統(tǒng)設(shè)計的基本功能。 并有時鐘顯示功能。 硬件和軟件設(shè)計完成后，接 下來要做的是系統(tǒng)仿真。 系統(tǒng)仿真 Proteus 與其它單片機仿真軟件不同的是，它不僅能仿真單片機 CPU 的工作情況，也能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其它電路的工作情況。因此在仿真和程序調(diào)試時，關(guān)心的不再是某些語句執(zhí)行時單片機寄存器和存儲器內(nèi)容的改變，而是從工程的角度直接看程序運行和電路工作的過程和結(jié)果。對于這樣的仿真實驗，從某種意義上沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 27 講，是彌補了實驗和工程應(yīng)用間脫節(jié)的