1、基于單片機(jī)控制的車(chē)用儀表的設(shè)計(jì)摘 要汽車(chē)儀表是駕駛員與汽車(chē)進(jìn)行信息交流的重要接口界面，對(duì)汽車(chē)的平安與經(jīng)濟(jì)行駛起著重要的作用，近年來(lái)，隨著汽車(chē)電子技術(shù)的不斷開(kāi)展，汽車(chē)儀表板上顯示的信息不斷增加，傳統(tǒng)的機(jī)械指針式汽車(chē)組合儀表越來(lái)越無(wú)法滿足使用的需要，特別是計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以嵌入式微處理器為核心的智能化數(shù)字式儀表將是汽車(chē)儀表開(kāi)展的必然趨勢(shì)。本文介紹了汽車(chē)行駛過(guò)程中主要參數(shù)的測(cè)量原理，針對(duì)我國(guó)目前微型車(chē)及農(nóng)車(chē)普遍使用的機(jī)械式儀表現(xiàn)狀，尋求一種低本錢(qián)、高可靠性、采用以嵌入式微處理器為核心的智能數(shù)字式汽車(chē)組合儀表解決方案，不僅能很好地克服了機(jī)械式儀表的無(wú)法回避的缺點(diǎn)，而且具有外形美觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔

2、、體積小、實(shí)時(shí)性好、功能擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞AT89S52單片機(jī) 汽車(chē)儀表 多任務(wù)操作系統(tǒng)目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc249440663 第1章 引言 PAGEREF _Toc249440663 h 1 HYPERLINK l _Toc249440664 1.1 課題的背景和意義 PAGEREF _Toc249440664 h 1 HYPERLINK l _Toc249440665 1.2 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究概況及存在問(wèn)題 PAGEREF _Toc249440665 h 2 HYPERLINK l _Toc249440666 1.3 本課題研究?jī)?nèi)

3、容 PAGEREF _Toc249440666 h 5 HYPERLINK l _Toc249440667 第2章 總體方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440667 h 6 HYPERLINK l _Toc249440668 2.1 方案一 PAGEREF _Toc249440668 h 6 HYPERLINK l _Toc249440669 2.2 方案二 PAGEREF _Toc249440669 h 7 HYPERLINK l _Toc249440670 2.3 方案論證及確定 PAGEREF _Toc249440670 h 8 HYPERLINK l _Toc249440671

4、 第3章 車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440671 h 10 HYPERLINK l _Toc249440672 3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc249440672 h 10 HYPERLINK l _Toc249440673 3.1.1 AT89S52芯片功能簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc249440673 h 10 HYPERLINK l _Toc249440674 3.1.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440674 h 13 HYPERLINK l _Toc249440675 3.1.3 單片機(jī)的復(fù)位電路硬件設(shè)計(jì)

5、 PAGEREF _Toc249440675 h 14 HYPERLINK l _Toc249440676 3.2 信號(hào)檢測(cè)及處理電路的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440676 h 15 HYPERLINK l _Toc249440677 3.2.1 溫度傳感器DS18B20及其硬件接口電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440677 h 15 HYPERLINK l _Toc249440678 3.2.2 測(cè)速傳感器及其硬件接口電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440678 h 17 HYPERLINK l _Toc249440679 3.2.3 其他模擬傳感器 PAG

6、EREF _Toc249440679 h 20 HYPERLINK l _Toc249440683 3.4 液晶顯示模塊硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440683 h 23 HYPERLINK l _Toc249440684 3.4.1 液晶顯示模塊LCM1010 簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc249440684 h 23 HYPERLINK l _Toc249440685 3.4.2 液晶顯示模塊LCM1010與AT89S52硬件接口設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440685 h 253.5 CAN HYPERLINK l _Toc249440690 3.6 電源電路硬件電路

7、設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440690 h 32 HYPERLINK l _Toc249440691 第4章 軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc249440691 h 34 HYPERLINK l _Toc249440692 4.1 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc249440692 h 34 HYPERLINK l _Toc249440693 4.2 汽車(chē)數(shù)字儀表系統(tǒng)主控程序結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc249440693 h 34 HYPERLINK l _Toc249440694 4.3 車(chē)速計(jì)算程序流程圖 PAGEREF _Toc249440694 h 36 HYPER

8、LINK l _Toc249440695 4.4 顯示流程圖 PAGEREF _Toc249440695 h 36 HYPERLINK l _Toc249440696 第5章 系統(tǒng)仿真調(diào)試 PAGEREF _Toc249440696 h 38 HYPERLINK l _Toc249440697 第6章 全文總結(jié) PAGEREF _Toc249440697 h 39 HYPERLINK l _Toc249440698 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc249440698 h 40 HYPERLINK l _Toc249440699 致 謝 PAGEREF _Toc249440699 h 41第1

9、章 引言1.1 課題的背景和意義由于汽車(chē)排放、節(jié)能、平安和舒適性等使用性能不斷提高，使得汽車(chē)電子控制程度也越來(lái)越高。汽車(chē)電子控制裝置必須迅速、準(zhǔn)確地處理各種信息，并通過(guò)電子儀表顯示出來(lái)，使駕駛員通過(guò)視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)獲取道路和交通狀況等車(chē)外信息的同時(shí)，也可獲得汽車(chē)本身的有關(guān)信息，以便做出可行的判斷， 正確駕駛汽車(chē)。因此，儀表便是駕駛員通過(guò)視覺(jué)了解汽車(chē)狀態(tài)的必備部件之一。目前，汽車(chē)儀表正向“綜合信息系統(tǒng)的方向開(kāi)展，其功能將不局限于現(xiàn)在的車(chē)速、里程、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油量、水溫、方向燈指示，還可能增添一些功能，比方帶ECU的智能化汽車(chē)儀表，能指示平安系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，如輪胎氣壓、制動(dòng)裝置、平安氣囊等，這對(duì)汽車(chē)儀表技

10、術(shù)提出了更高要求。現(xiàn)代汽車(chē)正逐步采用ABS、ASR、平安氣囊、發(fā)動(dòng)機(jī)電控噴射技術(shù)等，各種信息數(shù)據(jù)的處理正在不斷增加，對(duì)所需各項(xiàng)行駛信息的精度和信息種類(lèi)也提出了更高要求，這就需要開(kāi)發(fā)與汽車(chē)儀表同步匹配的、以各種新型材料制成的高技術(shù)、高精度和高靈敏度傳感器，并實(shí)現(xiàn)傳感器與汽車(chē)儀表同時(shí)規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和產(chǎn)品配套系列化。目前汽車(chē)儀表有兩種技術(shù)，一是傳統(tǒng)的模擬顯示，目前在中國(guó)市場(chǎng)上應(yīng)用份額還較大，但大多數(shù)用在前期引進(jìn)的車(chē)型或貨車(chē)、微型車(chē)上等；二是數(shù)字式儀表，數(shù)字式儀表采用步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式，所有傳感器的模擬或數(shù)字信號(hào)全部轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字信號(hào)，由中央處理器CPU處理完后，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸送到各自的步進(jìn)電機(jī)式

11、指示儀表并使之工作，這種用全數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)的指示儀表精度高、統(tǒng)一機(jī)芯結(jié)構(gòu)本錢(qián)低1 。隨著微電子技術(shù)的飛速開(kāi)展和集成技術(shù)的日趨成熟以及芯片制造的產(chǎn)業(yè)化，為用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的汽車(chē)儀表克服技術(shù)瓶頸和本錢(qián)障礙創(chuàng)造了條件。由于單片機(jī)具有高可靠性、高控制性能和高速運(yùn)行速度，并能很好地解決儀表中的誤差修正和線性化處理等難題，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)間的轉(zhuǎn)換，有利于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、控制和存貯，易于與儀表模塊化和模擬指示驅(qū)動(dòng)相匹配，而且以在航空儀表及其它專(zhuān)用儀表上得到應(yīng)用；因此，用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)、制造汽車(chē)儀表正成為為世界上各先進(jìn)汽車(chē)儀表制造廠家競(jìng)相開(kāi)展的、最具潛力和優(yōu)勢(shì)的升級(jí)換代產(chǎn)品?；趩纹瑱C(jī)數(shù)字儀

12、表高精度和高可靠性 實(shí)現(xiàn)汽車(chē)儀表的電子化， 可為汽車(chē)駕駛員提供高精度的數(shù)據(jù)信息; 同時(shí)由于沒(méi)有機(jī)械儀表中的那些機(jī)械傳動(dòng)局部，從而減少了故障的發(fā)生率，大大提高了儀表的可靠性。未來(lái)汽車(chē)儀表開(kāi)展趨勢(shì)就是充分應(yīng)用光技術(shù)和機(jī)、電一體化技術(shù)，并突出現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，其功能將極大拓寬，指示形式將演變成計(jì)算機(jī)終端顯示器。隨著顯示器件 ，如液晶顯示器件 的性能，特別是工作溫度范圍的拓寬，在價(jià)格進(jìn)一步降低的前提下，汽車(chē)儀表的功能將被極大地拓寬，形式將 發(fā)生根本改變，外觀上就是一個(gè)高清晰度的計(jì)算機(jī)顯示器2 。隨著汽車(chē)電子的開(kāi)展，數(shù)字式車(chē)用儀表已經(jīng)開(kāi)始廣泛的投入使用。全數(shù)字式汽車(chē)儀表，尤其是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽

13、車(chē)儀表顯示裝置，是當(dāng)今和未來(lái)一段時(shí)間汽車(chē)儀表顯示裝置的主導(dǎo)技術(shù)，有著十分廣闊的市場(chǎng)前景。所以，本課題提出并設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的車(chē)用數(shù)字儀表。本課題的完成有相當(dāng)重要的價(jià)值。1.2 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究概況及存在問(wèn)題自1886年創(chuàng)造汽車(chē)以來(lái)，汽車(chē)走過(guò)了100多年的開(kāi)展歷程。汽車(chē)的出現(xiàn)和開(kāi)展，使汽車(chē)儀表也在不斷開(kāi)發(fā)和開(kāi)展之中。隨著光學(xué)、電子技術(shù)的迅速開(kāi)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車(chē)儀表中的廣泛應(yīng)用，汽車(chē)儀表正向數(shù)字化和智能化方向開(kāi)展。汽車(chē)儀表的開(kāi)展趨勢(shì)，從一個(gè)側(cè)面反映出汽車(chē)電子化水平的快速提高。為了充分了解汽車(chē)儀表開(kāi)展現(xiàn)狀，準(zhǔn)確地把握其未來(lái)開(kāi)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)單回憶其開(kāi)展過(guò)程。按汽車(chē)儀表在工作原理上取得的重大技術(shù)

14、創(chuàng)新來(lái)分，可以劃分為4個(gè)階段,或稱(chēng)為經(jīng)過(guò)4代。第1代汽車(chē)儀表是基于機(jī)械作用力而工作的機(jī)械式儀表，人們習(xí)慣稱(chēng)這類(lèi)儀表為機(jī)械機(jī)心表；第2代汽車(chē)儀表的工作原理基于電測(cè)原理，即通過(guò)各類(lèi)傳感器將被測(cè)的非電量變換成電信號(hào)加以測(cè)量,通常稱(chēng)這類(lèi)儀表為電氣式儀表;第3代為模擬電路電子式；第4代為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式全數(shù)字汽車(chē)儀表?，F(xiàn)代汽車(chē)儀表的現(xiàn)狀汽車(chē)儀表正在經(jīng)歷由第3代向第4代轉(zhuǎn)型時(shí)期。第3代汽車(chē)用儀表工作原理與電氣式儀表根本相同，只不過(guò)是用電子器件取代原來(lái)的電氣器件。其出現(xiàn)的時(shí)間大致在20世紀(jì)5060年代，隨著集成電路技術(shù)突飛猛進(jìn)的開(kāi)展，這種儀表現(xiàn)在均采用各種專(zhuān)用集成電路為汽車(chē)儀表專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的集成電路，國(guó)內(nèi)汽車(chē)儀表目

15、前的主流產(chǎn)品就是這種儀表,經(jīng)過(guò)20多年的開(kāi)展，其結(jié)構(gòu)形式經(jīng)歷了動(dòng)圈式機(jī)心線圈連同指針一起轉(zhuǎn)動(dòng)和動(dòng)磁式機(jī)心磁鋼連同指針一起轉(zhuǎn)動(dòng)2個(gè)根本階段。電子器件經(jīng)歷了分立器件和專(zhuān)用集成電路2個(gè)階段。在整個(gè)開(kāi)展過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員一直從未停止對(duì)其進(jìn)行改良。如圍繞降低本錢(qián)，不斷改良制作工藝，機(jī)械零件起初以金屬件為主，開(kāi)展到今天以塑料件為主；圍繞提高指示精度和指針平穩(wěn)性，由動(dòng)圈式開(kāi)展成動(dòng)磁式等。雖然，每次較大改良后整體性能價(jià)格比都有所提高，但受其工作原理的限制，其線性、精度、重復(fù)性、響應(yīng)速度等性能指標(biāo)難以有根本的突破?，F(xiàn)在看來(lái)，十字交叉動(dòng)磁式儀表肯定是第3代汽車(chē)儀表開(kāi)展的盡頭，必將讓位于第4代全數(shù)字式汽車(chē)儀

16、表。嚴(yán)格地說(shuō),第4代全數(shù)字式汽車(chē)儀表從其應(yīng)用的技術(shù)手段上看，還是電子技術(shù)范疇，也屬于電子式儀表，但信號(hào)處理方式已從模擬變成數(shù)字。僅憑信號(hào)處理方式的改變還缺乏以將全數(shù)字式汽車(chē)儀表劃分成一個(gè)新階段，其最顯著的特征是工作原理與第3代汽車(chē)儀表完全不同。如果一個(gè)產(chǎn)品在工作原理上有創(chuàng)新和突破，那么其設(shè)計(jì)思路、組成形式、功能和性能的改變將是根本性的。鑒于此，筆者將全數(shù)字式汽車(chē)儀表暫且列入第4代。關(guān)于全數(shù)字式汽車(chē)儀表早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)被提出，最初為“數(shù)字顯示形式的汽車(chē)儀表。雖然該儀表的工作方式是全數(shù)字式，技術(shù)水平和儀表的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了第3代汽車(chē)儀表，但其致命的缺點(diǎn)是只能顯示一組孤立的數(shù)字，沒(méi)有動(dòng)感，在

17、被測(cè)物理量如車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，只有數(shù)字翻動(dòng)，而沒(méi)有指示上升、下降直觀感，再加上讀數(shù)時(shí)間比擬長(zhǎng)，容易分散駕駛員的注意力等，這種形式的汽車(chē)儀表很難被駕駛員接受，因而國(guó)內(nèi)外都沒(méi)有普及與推廣。為了克服上述缺乏，后來(lái)出現(xiàn)了采用光點(diǎn)、光條或光帶模擬動(dòng)態(tài)顯示被測(cè)物理量形式的全數(shù)字汽車(chē)儀表，顯示器件主要有LED 、LCD和電致發(fā)光材料等。由于受到本錢(qián)的限制，目前光顯示汽車(chē)儀表只能選用字段顯示方式的顯示屏，無(wú)法選用顯示分辨率更高的點(diǎn)陣式顯示屏。因此，其視覺(jué)效果和顯示精度還不能令人滿意。隨著電子技術(shù)的開(kāi)展，特別是ECU性能的提高，主要表現(xiàn)在抗強(qiáng)電磁干擾、工作溫度范圍和對(duì)工作電源穩(wěn)定性要求等方面的改善，再

18、加上價(jià)格的大幅度降低，目前有條件在汽車(chē)儀表上使用ECU控制的全數(shù)字儀表。雖然全數(shù)字式汽車(chē)儀表曾經(jīng)出現(xiàn)多種款式，但業(yè)內(nèi)人士和專(zhuān)家一致看好“ECU 控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表以下簡(jiǎn)稱(chēng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表。它是針對(duì)目前廣泛使用的模擬電子式汽車(chē)儀表機(jī)心存在多方面缺乏，在其工作原理上做出技術(shù)創(chuàng)新，即徹底放棄了“動(dòng)磁式或“動(dòng)圈式模擬電子式汽車(chē)儀表，通過(guò)線包與磁鋼間產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)指針工作的形式。步進(jìn)電機(jī)式汽車(chē)儀表由ECU完成各種被測(cè)物理量的采集，經(jīng)過(guò)換算后直接控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，再由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)指針，在刻度盤(pán)上指示被測(cè)物理量，同時(shí)輔以被測(cè)物理量LCD數(shù)字顯示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表在指示方式上仍然保存了第3代儀

19、表指示直觀、有動(dòng)感、符合駕駛員習(xí)慣等特點(diǎn)，而且批量生產(chǎn)的本錢(qián)有望低于同等功能的模擬電子式汽車(chē)儀表，更可貴的是在工作原理上的創(chuàng)新和突破，帶來(lái)了技術(shù)性能質(zhì)的提高。由于其突出特點(diǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表在歐、美等國(guó)應(yīng)用已相當(dāng)普及。目前，國(guó)內(nèi)局部中、高檔轎車(chē)，如一汽紅旗世紀(jì)星，上汽帕薩特、賽歐、奇瑞，長(zhǎng)安世紀(jì)星等均配套使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表。其它型號(hào)的轎車(chē)急需配套該類(lèi)型的儀表，如捷達(dá)、富康等。供給國(guó)內(nèi)轎車(chē)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表主要是德國(guó)VDO公司和美國(guó)德科公司。有充足的理由相信，步進(jìn)電動(dòng)式汽車(chē)儀表將是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)汽車(chē)儀表的主導(dǎo)產(chǎn)品。我國(guó)的汽車(chē)儀表與國(guó)外興旺國(guó)家相比，技術(shù)水平有相當(dāng)大的差距。例如，當(dāng)今國(guó)

20、外興旺國(guó)家普遍使用全數(shù)字式汽車(chē)儀表，而且絕大局部是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表，并且正積極準(zhǔn)備向更高方向開(kāi)展。而國(guó)內(nèi)真正民族汽車(chē)儀表廠，還沒(méi)有批量生產(chǎn)出該類(lèi)型的儀表，只有德國(guó)VDO公司和美國(guó)德科公司在我國(guó)設(shè)廠生產(chǎn)。雖然國(guó)內(nèi)汽車(chē)儀表界一致看好全數(shù)字式汽車(chē)儀表，特別是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表。但我國(guó)民族汽車(chē)儀表生產(chǎn)廠家從事汽車(chē)儀表設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員，絕大局部還不具備這方面的知識(shí)能力，自主開(kāi)發(fā)還不具備技術(shù)條件。如果說(shuō)，20世紀(jì)80年代中期我國(guó)通過(guò)大規(guī)模技術(shù)引進(jìn)，迅速提高了汽車(chē)儀表的技術(shù)水平，即主要是當(dāng)時(shí)比擬先進(jìn)的十字交叉動(dòng)磁式模擬儀表機(jī)心技術(shù)。今天看來(lái)再通過(guò)技術(shù)引進(jìn)的方式，實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車(chē)儀表由第3代模擬電路電子式

21、向全數(shù)字式跨越的道路簡(jiǎn)直是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。其主要原因是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)汽車(chē)儀表在價(jià)格上的惡性競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)已沒(méi)有能力消化數(shù)千萬(wàn)元人民幣的技術(shù)引進(jìn)費(fèi)面對(duì)如此困難局面，我國(guó)汽車(chē)儀表生產(chǎn)廠家只有一條出路，那就是抓住國(guó)內(nèi)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型期短暫的珍貴時(shí)機(jī)，與國(guó)內(nèi)大、專(zhuān)院校聯(lián)合起來(lái)組織力量開(kāi)展研究，爭(zhēng)取在一年以內(nèi)掌握該項(xiàng)技術(shù)形成具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。黃山金馬集團(tuán)與安徽機(jī)電學(xué)院合作，目前已根本掌握了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表機(jī)心技術(shù)便是其中一例?，F(xiàn)在可以肯定地說(shuō)，帶ECU的全數(shù)字式汽車(chē)儀表特別是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車(chē)儀表，是當(dāng)今和未來(lái)一段時(shí)間汽車(chē)儀表的主導(dǎo)技術(shù)3。未來(lái)汽車(chē)儀表的開(kāi)展，應(yīng)是充分應(yīng)用光技術(shù)和機(jī)、電一體化技術(shù)，并突出現(xiàn)代信息技

22、術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，其功能將極大拓寬，指示形式將演變成計(jì)算機(jī)終端顯示器。雖然人們對(duì)未來(lái)汽車(chē)儀表做出種種預(yù)測(cè)，并賦予它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)在汽車(chē)儀表多得多的功能。僅從技術(shù)本身的角度出發(fā)，就目前技術(shù)條件而言，實(shí)現(xiàn)這些功能并沒(méi)有什么問(wèn)題，制約新技術(shù)在汽車(chē)儀表上應(yīng)用的主要因素是制造本錢(qián)。因?yàn)槠?chē)儀表是一個(gè)量大、對(duì)本錢(qián)極為敏感的產(chǎn)品，在其改良和創(chuàng)新的過(guò)程中，不僅要考慮技術(shù)的可行性、功能的拓寬、性能的改善、使用的可靠性等，更重要的是其制造本錢(qián)。隨著技術(shù)開(kāi)展的日新月異和制造本錢(qián)的逐步降低，電子式汽車(chē)儀表按照其不同功能和用途具有多種形式，它們正按照各自的功能特色而應(yīng)用于不同檔次的汽車(chē)。并且，隨著未來(lái)技術(shù)對(duì)汽車(chē)儀表提出更

23、高要求，必將引發(fā)汽車(chē)儀表業(yè)市場(chǎng)格局的大洗牌。1.3 本課題研究?jī)?nèi)容本課題研究?jī)?nèi)容是基于51單片機(jī)的車(chē)用數(shù)字儀表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，車(chē)輛儀表是駕駛員與汽車(chē)進(jìn)行信息交流的重要接口和界面，是車(chē)輛平安行駛的重要保證。隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)汽車(chē)儀表逐漸被微處理器為核心的電子控制數(shù)字儀表取代已成為必然趨勢(shì)。然而，目前國(guó)內(nèi)車(chē)輛儀表數(shù)字化水平還不高，絕大局部?jī)x表還是模擬式的，而大多數(shù)模擬儀表表頭的體積較大、數(shù)量多，使得顯示系統(tǒng)擁擠不堪，影響美觀；另外一些模擬儀表故障率高，增加了用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，減小了車(chē)輛行使的平安系數(shù)。為克服這些缺點(diǎn)，文中提出用單片機(jī)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件及數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，霍爾傳感器等

24、對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改良，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了新型全數(shù)字儀表系統(tǒng)，該儀表系統(tǒng)有顯示直觀準(zhǔn)確、靈敏度高、使用壽命長(zhǎng)、靈巧美觀、本錢(qián)低等優(yōu)點(diǎn)。題目來(lái)源于工程生產(chǎn)，指導(dǎo)教師對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案、軟、硬件結(jié)構(gòu)等具備一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)根底，學(xué)生對(duì)相關(guān)根底理論的掌握也已具備，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下，通過(guò)模擬方式，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求的根本功能。設(shè)計(jì)條件及相關(guān)技術(shù)資料已準(zhǔn)備就緒。通過(guò)對(duì)基于51單片機(jī)的車(chē)用數(shù)字儀表設(shè)計(jì)要求的分析，經(jīng)切題資料查詢和調(diào)研工作，首先確定系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，根據(jù)方案，采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，顯示，經(jīng)信號(hào)檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集及處理等的硬件及軟件設(shè)計(jì)來(lái)完成。其研究?jī)?nèi)容如下：1設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的總體方案，畫(huà)出整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖；2

25、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：包括CPU型號(hào)的選擇、指紋模塊及檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)、電源電路等；3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序流程圖及主要的子程序流程圖和相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，如主程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集子程序、顯示子程序、告警子程序等。第2章 總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)控制的車(chē)用數(shù)字儀表，此儀表系統(tǒng)要求顯示直觀、準(zhǔn)確，使用方便、可靠，具有信息語(yǔ)音播報(bào)、告警等特點(diǎn)，同時(shí)展現(xiàn)車(chē)用儀表系統(tǒng)未來(lái)的開(kāi)展趨勢(shì)和廣闊開(kāi)發(fā)空間。在第一章論述根底之上，本章主要論述車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)的兩種設(shè)計(jì)方案，并將這兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比照論證分析，已確定本系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)方案。2.1 方案一基于CAN總線式全數(shù)字汽車(chē)儀表，其系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)圖2-1。

26、圖2-1 方案一系統(tǒng)框圖方案一是CAN總線式全數(shù)字儀表系統(tǒng)。系統(tǒng)分為CAN通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊等幾個(gè)局部。系統(tǒng)作為汽車(chē)CAN總線系統(tǒng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)CAN總線網(wǎng)絡(luò)提取車(chē)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油量、冷卻水溫度及報(bào)警等各種脈沖、模擬量和開(kāi)關(guān)信號(hào)， 以SM89516A微處理器為控制主體，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理后，送至數(shù)據(jù)顯示模塊，采用數(shù)字式及動(dòng)態(tài)模式LCD液晶顯示，既利用了現(xiàn)代電子技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使儀表具有多功能、智能和高精度的特點(diǎn)，又照顧到了駕駛員的使用習(xí)慣。與傳統(tǒng)車(chē)用儀表相比，方案一具有以下優(yōu)點(diǎn)：1根本設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求具有高位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。2大大減少了車(chē)身布

27、線，并且具有反響快，可靠度高的特性，同時(shí)具有較好的擴(kuò)展性，是汽車(chē)儀表數(shù)字化智能化的必然開(kāi)展趨勢(shì)。3基于信息技術(shù)的車(chē)輛運(yùn)行管理系統(tǒng)，有利于更好地消除行車(chē)中的平安隱患，可以提高行駛的舒適性。4增大了儀表顯示的信息量，還便于擴(kuò)充其他功能，滿足了汽車(chē)新技術(shù)包括汽車(chē)電子技術(shù)迅速開(kāi)展的需求5。2.2 方案二方案二是單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)式車(chē)用儀表系統(tǒng)，該系統(tǒng)是針對(duì)目前廣泛使用的電子式車(chē)用儀表機(jī)心存在多方面缺乏，在其工作原理上做出的技術(shù)創(chuàng)新，即徹底放棄了普通電子式車(chē)用儀表機(jī)心 “ 動(dòng)磁式或 “ 動(dòng)圈式形式，靠電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)指針的工作原理。步進(jìn)電機(jī)式機(jī)心使用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)指針，同時(shí)輔以液晶

28、數(shù)字顯示。其系框圖見(jiàn)圖2-2。圖2-2 方案二系統(tǒng)框圖從方案二框圖可見(jiàn)，其主要組成也包含以下幾個(gè)局部：信息檢測(cè)模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，液晶及LED顯示模塊等。步進(jìn)電機(jī)式機(jī)心與普通電子式車(chē)用儀比，其技術(shù)性能有質(zhì)的提高，主要表達(dá)在方面。1指示精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。2重復(fù)性好，分度均勻。3響應(yīng)速度快、無(wú)抖動(dòng)。4產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性和可靠性有根本保證。5適用范圍廣，根本上能滿足所有車(chē)型。2.3 方案論證及確定如果采用方案一，通過(guò)資料查詢得知,利用CAN總線構(gòu)建的車(chē)用數(shù)字儀表，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：1整車(chē)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及總線通信協(xié)議比擬復(fù)雜，硬件上的要求比擬高，需要有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處

29、理能力，而且系統(tǒng)本錢(qián)比擬高。2總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問(wèn)題。3高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸 。4確定最大傳輸時(shí)的延時(shí)大小及實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特性。5安裝與維護(hù)中的布線 。6網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加與軟硬件更新(可擴(kuò)展性)。經(jīng)分析，由于本設(shè)計(jì)面向的是群眾化的傳統(tǒng)汽車(chē)，本錢(qián)成為器件選用的最重要標(biāo)準(zhǔn)。盡管方案一具備許多方案二沒(méi)有的特點(diǎn)，但是由于其技術(shù)還不十分成熟以及存在的技術(shù)瓶頸。還有其昂貴的價(jià)格，使其僅在一些中高檔轎車(chē)得到應(yīng)用。而單片機(jī)控制的車(chē)用數(shù)字儀表其卓越的性能價(jià)格比已引起我國(guó)車(chē)用儀表界的廣泛關(guān)注。與此同時(shí)，采用基于單片機(jī)控制的車(chē)用數(shù)字儀表，可以防止出現(xiàn)上述問(wèn)題，這種基于單片

30、機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的汽車(chē)儀表，具有集成度高、功能強(qiáng)、體積小、速度快、存儲(chǔ)量大、指令豐富、抗干擾性強(qiáng)、通用性好、推廣范圍大、工作可靠、指示準(zhǔn)確、易于匹配、使用壽命長(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)高等一系列優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車(chē)儀表?；诖?，本系統(tǒng)中采用方案二作為本系統(tǒng)的最終總體設(shè)計(jì)方案6。第3章 車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)在上一章中論證了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并且最終確定了方案。本章將要介紹車(chē)用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包含：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、各傳感器的功能簡(jiǎn)介及其應(yīng)用、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示等幾局部。3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，開(kāi)展很快。目前主要型號(hào)為：8031、AT89C

31、52、AT89S52、AT892051。本系統(tǒng)采用的是AT89S52單片機(jī)，AT89S52單片機(jī)是低功耗，高性能，采用CMOS工藝的8位單片機(jī)，它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與Inter80C3X單片機(jī)完全相同，在應(yīng)用中可直接替換。AT89S52內(nèi)部有FLASH程序存貯器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可在線使之處于編程狀態(tài)對(duì)其編程。變成編程速度快，擦除時(shí)也無(wú)需紫外線，非常方便。 AT89S52芯片功能簡(jiǎn)介AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Fl

32、ash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。主要性能 與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器 1000次擦寫(xiě)周期 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程I/O口線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門(mén)狗定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)符1、功能特性概述AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門(mén)狗

33、定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。2、振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件,XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器,因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)

34、任何要求,但必須保證脈沖上下電平要求的寬度。3、芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms來(lái)完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫(xiě)“1且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外,AT89S52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下,CPU停止工作。但RAM,定時(shí)器,計(jì)數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下,保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。4、看門(mén)狗定時(shí)器WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。WDT由13位計(jì)數(shù)器和特殊功

35、能存放器中的看門(mén)狗定時(shí)器復(fù)位存儲(chǔ)器WDTRST構(gòu)成。WDT在默認(rèn)情況下無(wú)法工作；為了激活WDT，戶用必須往WDTRST 存放器地址：0A6H中依次寫(xiě)入01EH和0E1H。當(dāng)WDT激活后，晶振工作，WDT在每個(gè)機(jī)器周期都會(huì)增加。WDT計(jì)時(shí)周期依賴于外部時(shí)鐘頻率。除了復(fù)位硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位，沒(méi)有方法停止WDT工作。當(dāng)WDT溢出，它將驅(qū)動(dòng)RSR引腳一個(gè)高個(gè)電平輸出。1WDT的使用為了激活WDT，用戶必須向WDTRST存放器地址為0A6H的SFR依次寫(xiě)入0E1H和0E1H。 當(dāng) WDT激活后，用戶必須向 WDTRST寫(xiě)入01EH和0E1H喂狗來(lái)防止 WDT溢出。當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)8191(1FFFH)時(shí)

36、，13位計(jì)數(shù)器將會(huì)溢出，這將會(huì)復(fù)位器件。晶振正常工作WDT激活后，每一個(gè)機(jī)器周期WDT都會(huì)增加。為了復(fù)位WDT，用戶必須向WDTRST寫(xiě)入01EH和0E1HWDTRST是只讀存放器。WDT計(jì)數(shù)器不能讀或?qū)?。?dāng)WDT計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將給RST引腳產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖輸出，這個(gè)復(fù)位脈沖持續(xù)96個(gè)晶振周期TOSC，其中TOSC=1/FOSC。為了很好地使用WDT，應(yīng)該在一定時(shí)間內(nèi)周期性寫(xiě)入那局部代碼，以防止WDT復(fù)位。2掉電和空閑方式下的WDT在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這WDT也停止了工作。在這種方式下，用戶不必喂狗。有兩種方式可以離開(kāi)掉電模式：硬件復(fù)位或通過(guò)一個(gè)激活的外部中斷。通過(guò)硬件復(fù)位退出掉

37、電模式后，用戶就應(yīng)該給WDT喂狗，就如同通常AT89S52復(fù)位一樣。通過(guò)中斷退出掉電模式的情形有很大的不同。中斷應(yīng)持續(xù)拉低很長(zhǎng)一段時(shí)間，使得晶振穩(wěn)定。當(dāng)中斷拉高后，執(zhí)行中斷效勞程序。為了防止WDT在中斷保持低電平的時(shí)候復(fù)位器件，WDT直到中斷拉低后才開(kāi)始工作。這就意味著WDT應(yīng)該在中斷效勞程序中復(fù)位。為了確保在離開(kāi)掉電模式最初的幾個(gè)狀態(tài)WDT不被溢出，最好在進(jìn)入掉電模式前就復(fù)位WDT。在進(jìn)入待機(jī)模式前，特殊存放器AUXR的WDIDLE位用來(lái)決定WDT是否繼續(xù)計(jì)數(shù)。默認(rèn)狀態(tài)下，在待機(jī)模式下，WDIDLE0，WDT繼續(xù)計(jì)數(shù)。為了防止WDT在待機(jī)模式下復(fù)位AT89S52，用戶應(yīng)該建立一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)

38、離開(kāi)待機(jī)模式，喂狗，再重新進(jìn)入待機(jī)模式。5、空閑模式在空閑工作模式下，CPU處于睡眠狀態(tài)，而所有片上外部設(shè)備保持激活狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過(guò)軟件產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，片上RAM和特殊功能存放器的內(nèi)容保持不變。空閑模式可以被任一個(gè)中斷或硬件復(fù)位終止。由硬件復(fù)位終止空閑模式只需兩個(gè)機(jī)器周期有效復(fù)位信號(hào)，在這種情況下，片上硬件禁止訪問(wèn)內(nèi)部RAM，而可以訪問(wèn)端口引腳。空閑模式被硬件復(fù)位終止后，為了防止預(yù)想不到的寫(xiě)端口，激活空閑模式的那一條指令的下一條指令不應(yīng)該是寫(xiě)端口或外部存儲(chǔ)器。6、掉電模式在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上RAM和特殊功能存放器保持原值，直到掉電模式

39、終止。掉電模式可以通過(guò)硬件復(fù)位和外部中斷退出。復(fù)位重新定義了SFR的值，但不改變片上RAM的值。在VCC未恢復(fù)到正常工作電壓時(shí)，硬件復(fù)位不能無(wú)效,并且應(yīng)保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間以使晶振重新工作和初始化7。表3-1空閑模式和掉電模式下的外部引腳的狀態(tài)模式程序存儲(chǔ)器ALEPSENPORT0PORT1PORT2PORT3空閑內(nèi)部1 1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑外部1 1浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電 內(nèi)部0 0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電 外部0 0浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 單片機(jī)的時(shí)鐘電路硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可由單片機(jī)內(nèi)時(shí)鐘電路產(chǎn)生，可以直接使用外部時(shí)鐘信號(hào)。因此，單片機(jī)時(shí)鐘電路通

40、常可以有兩種形式內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。1內(nèi)部振蕩方式MCS單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反響元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。這種方式為內(nèi)部振蕩方式，如以下圖3-1： 圖3-1 內(nèi)部振蕩方式 圖3-2 外部振蕩方式圖中C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，其容值一般在530pF。2外部振蕩方式外部振蕩方式就是把外部自己有時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式是用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。外部振蕩方式電路接法如上圖3-2：本系統(tǒng)中利用內(nèi)部振蕩方式，電路見(jiàn)圖

41、3-1，其參數(shù)選擇如下：fosc=11.0592MHz C1=C2=30pF 單片機(jī)的復(fù)位電路硬件設(shè)計(jì)復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。在振蕩器正在運(yùn)行的情況下，復(fù)位是靠在RST/Vn或RST引腳處至少保持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩器周期)的高電平而實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)復(fù)位電路包括片內(nèi)，片外兩局部。片外復(fù)位信號(hào)通過(guò)引腳RST加到內(nèi)部復(fù)位電路上。內(nèi)部復(fù)位電路在每個(gè)機(jī)器周期S5P2對(duì)片外復(fù)位信號(hào)采樣一次，當(dāng)RST引腳出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，單片機(jī)就能完成一次復(fù)位。RST

42、端的外部復(fù)位電路有兩種復(fù)位操作形式：上電自動(dòng)復(fù)位電路和按鍵手動(dòng)電平復(fù)位電路。在本系統(tǒng)中采用手動(dòng)電平自動(dòng)復(fù)位。如以下圖3-4：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位的工作過(guò)程如下：1上電自動(dòng)復(fù)位電路對(duì)于MCS-51系列來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路就是由一個(gè)電阻和一個(gè)電容構(gòu)成的。在系統(tǒng)上電時(shí)，經(jīng)C1與R1充電，使VRST端為高電平，持續(xù)時(shí)間2T，完成復(fù)位。電容充電結(jié)束后，系統(tǒng)復(fù)位結(jié)束，開(kāi)始正常工作。一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電時(shí)應(yīng)保持20ms以上的高電平。在圖3-3中，RC時(shí)間常數(shù)越大，上電時(shí)RST保持的高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，典型值為C=10uF，8。2按鍵手動(dòng)復(fù)位電路按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式

43、兩種。按鍵脈沖復(fù)位電路那么是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路圖這里略過(guò)。按鍵電平復(fù)位電路是通過(guò)是使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc接通來(lái)實(shí)現(xiàn)的，按下按鍵，VREST =5V 4.2V 持續(xù)時(shí)間2T,完成復(fù)位。其電路如圖3-4： 圖3-3 上電自動(dòng)復(fù)位電路 圖3-4 手動(dòng)電平復(fù)位電路經(jīng)以上分析設(shè)計(jì)，有關(guān)系統(tǒng)中AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖3-5所示。 圖3-5 AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)硬件電路原理圖3.2 信號(hào)檢測(cè)及處理電路的硬件設(shè)計(jì) 溫度傳感器DS18B20及其硬件接口電路設(shè)計(jì)一、溫度傳感器DS18B20簡(jiǎn)介DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有

44、3引腳TO92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點(diǎn)使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。主要特點(diǎn)有:1、用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限溫度值。2 、需要外部組件,能測(cè)量-55+125范圍內(nèi)的溫度。3 、-10+85范圍內(nèi)的測(cè)溫準(zhǔn)確度為。4 、通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式

45、,可在至多750ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12b的數(shù)字,測(cè)溫分辨率可達(dá)010625。5 、獨(dú)特的單總線接口方式,與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。溫度傳感器技術(shù)指標(biāo)1獨(dú)特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。2可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0V。3測(cè)溫范圍：-55+125,在-10+85范圍內(nèi),精度為固有測(cè)溫分辨率為。4通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。5用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。6支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。7負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱

46、而燒毀，但不能正常工作。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部功能模塊,主要由4局部組成:64位光刻ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器。ROM中的64位序列號(hào)是出廠前被光刻好的,他可以看作是該DS18B20的地址序列碼,每個(gè)DS18B20的64位序列號(hào)均不相同。上下溫報(bào)警觸發(fā)器TH和 TL ,配置存放器均由一個(gè)字節(jié)的E2PROM組成,使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)TH,TL或配置存放器寫(xiě)入。配置存放器中R1,R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù):R1R0=“00”,9 位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93175ms;R1R0=“01”,10位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為18715ms;R1

47、R0=“10”,11位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ms;R1R0=“11”,12位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms;未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫2存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除ERAM ,后者存放高溫和低溫觸發(fā)器TH,TL和結(jié)構(gòu)存放器。暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié),前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息,第1個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位,第2個(gè)字節(jié)是溫度的高8位。第3個(gè)和第4個(gè)字節(jié)是TH,TL的易失性拷貝,第5個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)存放器的易失性拷貝,這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第6、7、8個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第9個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié),校驗(yàn)前面所有8個(gè)字節(jié)的C

48、RC碼,可用來(lái)保證通信正確。二、DS18B20與單片機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)DS18B20與AT89S52的接口電路圖如圖3-6所示，其中DS18B20工作在外部電源供電方式，單片機(jī)AT89S52采用和DS18B20通信。通過(guò)預(yù)先對(duì)DS18B20可編程溫度傳感器的編程,完成轉(zhuǎn)換位數(shù),精度,高、低溫報(bào)警觸發(fā)器TH , TL的溫度設(shè)置。進(jìn)入測(cè)溫模式后,DS18B20可編程溫度傳感器將所測(cè)的溫度值直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,通過(guò)其獨(dú)有的單總線協(xié)議,實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸,完成數(shù)據(jù)采集。再結(jié)合軟件及相應(yīng)外圍電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控9。 測(cè)速傳感器及其硬件接口電路設(shè)計(jì)一、測(cè)速傳感器簡(jiǎn)介二、 基于速度傳感器的車(chē)速計(jì)算過(guò)程1測(cè)量車(chē)速

49、脈沖周期本設(shè)計(jì)中使用定時(shí)器2通道的捕獲功能來(lái)檢測(cè)車(chē)速脈沖下降沿有效.將連續(xù)兩次的捕獲到的定時(shí)器計(jì)時(shí)值相減，便可以獲取一個(gè)完整脈沖的計(jì)時(shí)時(shí)間周期。為了加快中斷進(jìn)程，防止中斷占用系統(tǒng)太多時(shí)間，在中斷程序只是先將兩次捕獲的值分別保存，并通過(guò)標(biāo)志位收到新車(chē)速脈沖標(biāo)志去通知后臺(tái)程序進(jìn)行處理。2根據(jù)脈沖周期求車(chē)速測(cè)量到輸入的脈沖周期后，就可以根據(jù)下面兩個(gè)公式計(jì)算即時(shí)車(chē)速。= 1-1車(chē)速km/h=脈沖頻率 1-2實(shí)際上：為了提高后面計(jì)算的精度，系統(tǒng)車(chē)速的表示值為實(shí)際車(chē)速的8倍。也就是說(shuō)在計(jì)算車(chē)速時(shí)還要乘以放大倍數(shù)8。因此，公式1-2演變成1-3。 車(chē)速km/h=放大倍數(shù)脈沖頻率 (1-3)將公式1-1和1-

50、3合并后推到出公式1-4。車(chē)速km/h=放大倍數(shù) (1-4)在1-4中：總線頻率=2457600Hz；分頻因子=16；每小時(shí)秒數(shù)=3600s；放大倍數(shù)=8.把這些參數(shù)代入公式，最后推導(dǎo)出下面簡(jiǎn)單的公式1-5。車(chē)速km/h= (1-5)3.4 液晶顯示模塊硬件設(shè)計(jì) 液晶顯示模塊LCM1010 簡(jiǎn)介一、特點(diǎn)及功能LCM1010為10位8段式 .8.8.8.8.8.8.8.液晶顯示模塊3-4線串行接口可與任何單片機(jī)接口IC接口低功耗特性顯示狀態(tài)50A(典型值)省電模式1A 工作電壓視角比照度可調(diào)顯示清晰穩(wěn)定可靠使用編程簡(jiǎn)單。二、 模塊參數(shù)表3-3 LCM1010的模塊參數(shù)以下參數(shù)條件為: T=25

51、VDD=3V 5V下內(nèi)為值工作電壓工作電流晶體工作電流RC關(guān)顯示電流靜態(tài)電流I/O高電平I/O低電平數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)頻率工作/存貯溫度極限電壓100(50)/200(110)A200(120)/400(200)A60(35)/120(60)A10(03)A5V300kHz/500kHz-20-60/-30-70三、引腳說(shuō)明表3-4引腳符號(hào)說(shuō)明輸入/輸出1/1NTWDT/定時(shí)器輸出集，電極開(kāi)路輸出不用，可不接輸出2VDD正電源，必須接輸入3VLCDLCD屏工作電壓調(diào)整,可調(diào)整視角比照度,必須接輸入4GND負(fù)電源接地線,必須接5DATA數(shù)據(jù)輸入/輸出內(nèi)部上拉,必須接輸入/輸出6/WR模塊數(shù)據(jù)/指令寫(xiě)入控

52、制線內(nèi)部上拉,必須接輸入7/CS模塊片選內(nèi)部上拉,必須接輸入 液晶顯示模塊LCM1010與AT89S52硬件接口設(shè)計(jì) 圖3-12 液晶顯示模塊LCM1010與AT89S52硬件接口設(shè)計(jì)由于LCM1010內(nèi)部有上拉電阻為保證低功耗每次送數(shù)之后，/CS 、/WR、 DATA 必須接高電平或懸浮。根據(jù)采用的MCU不同，采用不同方接口，不必使用分壓電阻。由于MCU與 LCM1010工作電壓相同，可直接相接 。CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實(shí)現(xiàn)CAN總線協(xié)議的局部和實(shí)現(xiàn)與微處理器接口局部的電路組成。對(duì)于不同型號(hào)的CAN總線通信控制器，實(shí)現(xiàn)CAN協(xié)議局部電路的結(jié)構(gòu)和功能大多相同

53、，而與微處理器接口局部的結(jié)構(gòu)和方式存在一些差異。這里主要以SJA1000為代表對(duì)CAN控制器的功能作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。SJA1000是一種獨(dú)立CAN控制器，它是PHILIPS公司的PCA82C200 CAN控制器的替代產(chǎn)品。SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式，PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議。SJA1000在軟件和引腳上都是與它的前一款PCA82C200獨(dú)立CAN控制器兼容的(SJA1000引腳功能如表1所示)，在此根底上增加了很多新的功能。為了實(shí)現(xiàn)軟件兼容，SJA1000采用了兩種工作方式：BasicCAN方式(PCA82C200兼容方式)

54、，PeliCAN方式(擴(kuò)展特性方式)。工作方式通過(guò)時(shí)鐘分頻存放器中的CAN方式位來(lái)選擇。上電復(fù)位默認(rèn)工作方式是BasicCAN方式。BasicCAN和PeliCAN方式的區(qū)別如下。在PeliCAN方式下，SJA1000有一個(gè)重新設(shè)計(jì)的含很多新功能的存放器組。SJA1000包含PCA82C200中的所有位，同時(shí)增加了一些新的功能位。PeliCAN方式支持協(xié)議規(guī)定的所有功能(29位的標(biāo)識(shí)符)。SJA1000 的主要新功能如下：標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)報(bào)文的接收和發(fā)送64字節(jié)的接收FIFO標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展幀格式都具有單/雙接收濾波器(含接收屏蔽和接收碼存放器)可進(jìn)行讀/寫(xiě)訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制最近

55、一次的錯(cuò)誤代碼存放器每一個(gè)CAN總線錯(cuò)誤都可以產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷具有喪失仲裁定位功能的喪失仲裁中斷單發(fā)方式(當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或喪失仲裁時(shí)不重發(fā))只聽(tīng)方式(監(jiān)聽(tīng)CAN總線，無(wú)應(yīng)答，無(wú)錯(cuò)誤標(biāo)志)支持熱插拔(無(wú)干擾軟件驅(qū)動(dòng)位速率檢測(cè))硬件禁止CLKOUT輸出符號(hào)引腳功能AD0AD7地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線ALE/RD/WRCLKOUTVSS1XTAL1XTAL2MODE方式選擇輸入端：1=Intel方式，0=Motorola方式VDD3輸出驅(qū)動(dòng)器5V電源TX0由輸出驅(qū)動(dòng)器0至物理總線的輸出端TX1由輸出驅(qū)動(dòng)器1至物理總線的輸出端VSS3輸出驅(qū)動(dòng)器地/INT中斷輸出端，用于向微控制器提供中斷信號(hào)/RST復(fù)位輸入端，用于

56、重新啟動(dòng)CAN接口 低電平有效VDD2輸入比擬器5V電源RX0 RX1VSS2輸入比擬器地VDD1邏輯電路5V電源二CAN 總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)本文中所設(shè)計(jì)的CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)，采用89C51作為節(jié)點(diǎn)的微處理器，在CAN總線通信接口中，采用PHILIPS公司的SJA1000和82C250芯片。SJA1000是獨(dú)立CAN通信控制器，82C250為高性能CAN總線收發(fā)器。如圖1所示為CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路原理圖。從圖中可以看出，電路主要由四局部所構(gòu)成：微控制器89C51、獨(dú)立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器82C250和高速光電耦合器6N137。微處理器89C5

57、1負(fù)責(zé)SJA1000的初始化，通過(guò)控制SJA1000實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。SJA1000的AD0AD7連接到89C51的P0口，連接到89C51的P2.0，0的CPU片外存貯器地址可選中SJA1000,CPU通過(guò)這些地址可對(duì)SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫(xiě)操作。SJA1000的、ALE分別與89C51的對(duì)應(yīng)引腳相連，接89C51的，89C51也可通過(guò)中斷方式訪問(wèn)SJA1000。為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，SJA1000的TX0和RXO并不是直接與82C250的TXD 和RXD相連，而是通過(guò)高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好的實(shí)現(xiàn)了總線上各CAN 節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。

58、不過(guò)，應(yīng)該特別說(shuō)明的一點(diǎn)是光耦局部電路所采用的兩個(gè)電源VCC和VDD必須完全隔離，否那么采用光耦也就失去了意義。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多5V隔離輸出的開(kāi)關(guān)電源模塊實(shí)現(xiàn)。這些局部雖然增加了節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜，但是卻提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和平安性。82C250與CAN總線的接口局部也采用了一定的平安和抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過(guò)一個(gè)120的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護(hù)82C250免受過(guò)流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30P的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根CAN總線接入端與地之間分別反

59、接了一個(gè)保護(hù)二極管，當(dāng)CAN總線有較高的負(fù)電壓時(shí)，通過(guò)二極管的短路可起到一定的過(guò)壓保護(hù)作用。82C250的Rs腳上接有一個(gè)斜率電阻，電阻大小可根據(jù)總線通訊速度適當(dāng)調(diào)整，一般在16K140K之間。在這里斜率電阻選擇了47K。3.6 電源電路硬件電路設(shè)計(jì)汽車(chē)蓄電池提供12V左右的電源，而該儀表板需要兩路電源:+5V和+12電源。5V電源用于給AT89S52、電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片STI-6606、蜂鳴器等供電?？紤]到本錢(qián)和易購(gòu)性，我們選用7805芯片作為電源轉(zhuǎn)換芯片。為了在掉電的時(shí)候可以及時(shí)地保存里程數(shù)據(jù)，在電源地輸入端加一個(gè)1000F的電解電容，當(dāng)電源斷開(kāi)的時(shí)候，大電容可以維持單片機(jī)電源足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使得

60、單片機(jī)可以完成外部中斷的效勞程序。如圖3-14所示。 圖3-14 電源電路硬件電路第4章 軟件設(shè)計(jì)本章節(jié)在上一章介紹硬件根底上設(shè)計(jì)了汽車(chē)數(shù)字儀表系統(tǒng)的軟件。這一章主要介紹了程序的整體構(gòu)架以及主程序、時(shí)間調(diào)度程序的流程圖、車(chē)速計(jì)算程序流程圖等。4.1 開(kāi)發(fā)語(yǔ)言簡(jiǎn)介在開(kāi)發(fā)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)程序的編寫(xiě)效率在很大程度上決定了目標(biāo)系統(tǒng)的研制成效。早期在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，大多以匯編語(yǔ)言作為軟件工具。但由于匯編語(yǔ)言不是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言程序較難編寫(xiě)和調(diào)試，程序本身的編寫(xiě)效率較低。隨著單片機(jī)硬件性能的提高，其工作速度越來(lái)越快。因此在編寫(xiě)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，更著重于程序本身的編寫(xiě)效率。為了適