【正文】 。通過(guò)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。 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) 。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)。如果不是零，就讀取車速的參數(shù)來(lái)計(jì)算車速。 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(guò)接口電路送入單片機(jī)的脈沖信號(hào)成正比，通過(guò)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)。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。 (當(dāng)前值 )與程序算得的理論值。當(dāng)車速和轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，指針理論上是不動(dòng)的。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?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，這叫做正轉(zhuǎn) 。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。 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)。 ，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。 39 ，如寄存器、 ROM 以及中斷資源和堆棧等。包括初始化指針和里程數(shù)等。這樣，及可以節(jié)約許多時(shí)間，還可以提高編程的質(zhì)量。 。例如 :顯示驅(qū)動(dòng)。一旦出現(xiàn)問(wèn)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。 。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)。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。 。 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(xiě)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)。 隨著國(guó)內(nèi)單片機(jī)開(kāi)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。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。 (7)支持軟件重用。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。這 是實(shí)現(xiàn)軟件重用的基礎(chǔ)。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。使用高級(jí)語(yǔ)言編程，不僅能夠加快系統(tǒng)開(kāi)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。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 。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。 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)。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。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。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。我們要想解決這類問(wèn)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。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(wèn)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。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。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。用 C語(yǔ)言編寫(xiě)目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開(kāi)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)。 語(yǔ)言選擇 C 語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 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。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，展開(kāi)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。 (累計(jì) )。 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。在設(shè)計(jì)中采用微分電路配合開(kāi)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。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。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)。但是，這種 傳感器主要靠進(jìn)口，所以成本高。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。 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。 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)。經(jīng)過(guò)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)。 TLC 15431DW 為 20 腳 DIP 封裝的 CMOS 10 位開(kāi)關(guān)電容逐次 A/D 逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓做多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)的值，這樣做的目的是為了得到更精確的數(shù)字量。轉(zhuǎn)換電路如圖 所示 : TLC 1543IDW 是美國(guó) TI 公司生產(chǎn)的一種的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。當(dāng)在整個(gè)電阻外部接上固定電壓時(shí)，燃油高 度就可根據(jù)接片 相對(duì)地線的電壓變化輸出測(cè)量值。浮子一可變電阻式液位傳感 29 器是由浮子、內(nèi)裝滑動(dòng)電阻的本體以及連接這兩者的浮子臂構(gòu)成。 同車速信號(hào)一樣，轉(zhuǎn)速信號(hào)在受到干擾情況下也屬于不規(guī)則不符合要求的頻率信號(hào)，我們也必須經(jīng)過(guò)限幅、濾波、整形等接口電路。 霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器是利用霍爾效應(yīng)的原理制成的，霍爾效應(yīng)是指在一個(gè)矩形半導(dǎo)體薄片上有一電流通過(guò)，此時(shí)如有一磁場(chǎng)也作用于該半導(dǎo)體材料上，則在垂直于電流方向的半導(dǎo)體兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很小的電壓，該電壓就稱為霍爾 電壓。所以，本系統(tǒng)選用霍爾式傳感器，該傳感器采用雙極半導(dǎo)體技術(shù)，將放大、溫度補(bǔ)償、信號(hào)處理都集成在一塊芯片上?？勺兇抛枋絺鞲衅鞯膬?yōu)點(diǎn)是價(jià)格低、尺寸小、自發(fā)交流信號(hào)無(wú)需外電源、具有良好的溫 度穩(wěn)定性 。但是該傳感器尺寸中等、價(jià)格中等、需要外接電源。該傳感器的優(yōu)點(diǎn)是 :可傳感零轉(zhuǎn)速，傳感器空氣間隙最大可達(dá) 3mm,具有良好的溫度穩(wěn)定性 (最高工作溫度可達(dá) 20039。 PCF8576 的引腳圖如圖 所示 : 26 4．電路原理圖 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表 27 目前，對(duì)于轉(zhuǎn)速的測(cè) 量主要有三種類型的傳感器 :磁控電阻式、可變磁阻式、霍爾式。 ( 5 )最大輸出電流 25mA。 ( 3 )閩值 (工作點(diǎn) )磁通典型值 1506。C12539。其內(nèi)部框圖如圖 所示 : 在本系統(tǒng)中選用了 UGS3040T 霍爾 集成式傳感器， UGS3040T 有如下特性 : ( l )電源電壓 。由于器件內(nèi)部固有的磁滯特性，使得由于外來(lái)雜散磁場(chǎng)及本身的抖動(dòng)而引起的磁場(chǎng)強(qiáng)度的少許變化，不會(huì)引發(fā)錯(cuò)誤的輸出信號(hào)。 (4)輸出高低電平的占空比與磁體的占空比成一定程度的線性關(guān)系。 (3)輸出信號(hào)幅值不變。 (2)具有高速響應(yīng)特性及很高的工作頻 率。 霍爾傳感器的工作特點(diǎn) : (1)工作電壓范圍寬。當(dāng)磁屏蔽葉輪的一個(gè)葉片轉(zhuǎn)到磁鐵和霍爾集成式傳感 器之間的空隙時(shí)，磁 場(chǎng)就中斷了 :當(dāng)磁屏蔽葉輪的一個(gè)窗口轉(zhuǎn)到磁鐵和霍爾集成式傳感器之間的空隙時(shí)，允許磁場(chǎng)通過(guò)，并不受阻礙的傳到霍爾集成式傳感器上。霍爾原件可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用，可以用它檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化?；魻栐曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 所以，本設(shè)計(jì)選擇了有良好的低速性能和抗干擾性能的霍爾式傳感器作為車速傳感器。磁電式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測(cè)中有很多的應(yīng)用。其中光電式傳感器的特點(diǎn)是分辨率高，能夠從零速度開(kāi)始測(cè)量。 12V 電源的電路一般要求輸出信號(hào)幅值 。一般由元件的材料和結(jié)構(gòu)來(lái)保證。在汽車電氣系統(tǒng)中存在著較為惡劣的電磁環(huán)境，因此要求產(chǎn)品本身要具有較強(qiáng)的抗各種干擾脈沖的能力，同時(shí)其輸出也應(yīng)不受脈沖干擾而引起輸出信號(hào)的不 穩(wěn)定。汽車速度傳感器工作環(huán)境 22 惡劣、干擾嚴(yán)重，因此對(duì)性能的要求很高。按鍵電平復(fù)位是通過(guò)使復(fù)位端經(jīng)電阻與 V cc 電源接通而實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或 操作錯(cuò)誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。 圖 。此電路采 用 6MHz 的石英晶體。電源電 路圖如下圖： 圖 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)，單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。在本設(shè)計(jì)中，整個(gè)電路需要 +5V 電源。 電源電路為整個(gè)電路提供電源，是電路設(shè)計(jì)不可缺少的一部分。瞬變性過(guò)壓是指電系工作時(shí)，瞬時(shí)性出現(xiàn)的高于電源額定電壓的現(xiàn)象。汽車上的電氣設(shè)備多，種類復(fù)雜，開(kāi)關(guān)頻繁，對(duì)電系干擾大，主要表現(xiàn)為欠壓和過(guò)壓兩種情況。其選用它的另一個(gè)更主要的原因就是，該芯片的設(shè)計(jì)是專門用來(lái)驅(qū)動(dòng) X ，它和 是配套使用的，該芯片可同時(shí)驅(qū)動(dòng)四個(gè)步進(jìn)電機(jī)。選用的是 SWITCH 公司生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)芯片 。 我們選用與步進(jìn)電機(jī)相匹配的驅(qū)動(dòng)芯片為 ，該芯片除了能驅(qū)動(dòng)四個(gè)步進(jìn)電機(jī)外，還具有精確度高、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 19 (6)適用的溫度范圍大 (40℃一 +10539。 (4)靜態(tài)扭矩大 。 (2)電流功耗低 。功能比較完備，精確度較高，而且性價(jià)比高，具有無(wú)累積 誤差、成本低、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 AT89C51 的主要特性 :兼容 MCS52 微控制器， 8K 字節(jié) FLASH 存貯器支持在系統(tǒng)編程ISP 1000次擦寫(xiě)周期， 256字節(jié)片內(nèi) RAM工作電壓 ，全靜態(tài)時(shí)鐘 O Hz到 33MHz，三級(jí)程序加密， 32 個(gè)可編程 I/O 口， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 6個(gè)中斷源，全雙工 DART，低功耗支持 Idle 和 Powerdown 模式， Powerdown 模式支持中斷喚醒，看門狗定時(shí)器，雙數(shù)據(jù)指針，上電復(fù)位標(biāo)志。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。其引腳圖如圖 所示 : 18 AT89C51 是由 ATMEL 公司生 產(chǎn)的一種 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦 除只讀存儲(chǔ)器(FPEROMFlash Programmable and ErasableRead Only Memory)的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。各種傳感器采集到的模擬或數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)整形、濾波后將符合標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸入給單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后發(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。該智能數(shù)字儀表精度高、線性度好、響應(yīng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、記錄準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、車儀表的技術(shù)指標(biāo)。 17 第 3 章 汽車智能數(shù)字儀表的硬件設(shè)計(jì) 汽車智能數(shù)字儀表