拖拉機(jī)儀表顯示系統(tǒng)的設(shè)計方案緒論§1.1背景分析拖拉機(jī)在我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用十分巨大，很大程度上推動了我國農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化和機(jī)械化，大幅度的節(jié)省了勞動力，而儀表又是拖拉機(jī)的重要部件，直接顯示了拖拉機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，可以很好的提醒使用者很好的保護(hù)拖拉機(jī)，同時儀表涉及到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、教育教學(xué)、國防建設(shè)等領(lǐng)域，準(zhǔn)確顯示數(shù)據(jù)在眾多領(lǐng)域都是至關(guān)重要的?；趦x表顯示的直接性，通過步進(jìn)電機(jī)直觀的描述，實(shí)時了解發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)，以此判斷發(fā)動機(jī)的工作性能。還可以隨時觀測到油面的高度，冷卻水的溫度和高度，以及車輛總的工作時間等。具體來說通過這些指標(biāo)，來全面掌握車輛的情況，對某些機(jī)械故障有提前的預(yù)測，以便及時維修和保養(yǎng)，保證車輛有效工作?！?.1.1節(jié)約能源方面拖拉機(jī)是一種配備著大型柴油機(jī)的重要大型農(nóng)業(yè)機(jī)械，拖拉機(jī)轉(zhuǎn)速表可以顯示發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，反應(yīng)拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)工作狀況。由于拖拉機(jī)的油耗比較大，當(dāng)拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)的時候，如果此時發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速很高無疑是造成了油料的浪費(fèi)，所以我們有必有設(shè)計一個可以準(zhǔn)確反應(yīng)拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速表（怠速表）以便我們可以準(zhǔn)確的調(diào)教發(fā)動機(jī)的油泵使其工作在最經(jīng)濟(jì)省油的狀態(tài)。在拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)在正常工作時轉(zhuǎn)速應(yīng)該和發(fā)動機(jī)的其他參數(shù)（如水溫，油壓）應(yīng)該成一定的比例關(guān)系。例如轉(zhuǎn)速表反應(yīng)的轉(zhuǎn)速參數(shù)值與油壓表參數(shù)值不匹配或不在正常的匹配圍，這就說明柴油機(jī)出了故障需要專業(yè)人員來維修或調(diào)校柴油機(jī)。§1.1.2維護(hù)機(jī)器方面拖拉機(jī)的柴油機(jī)有一個正常工作的轉(zhuǎn)速圍，駕駛員在駕駛拖拉機(jī)時實(shí)時關(guān)注拖拉機(jī)轉(zhuǎn)速表不至于過度加油門損壞機(jī)器，從而讓柴油機(jī)在工作在安全的轉(zhuǎn)速圍。拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)速表參數(shù)與其他參數(shù) （水溫，油壓，氣壓等）不匹配時，說明拖拉機(jī)已經(jīng)出了問題要及時的維修與調(diào)校，否則就會出現(xiàn)大問題。如果小問題及時解決也就避免了大問題的出現(xiàn)從而減少了拖拉機(jī)的維修成本。所以精確的儀表顯示系統(tǒng)應(yīng)用于拖拉機(jī)可以讓我們知道拖拉機(jī)累計工作時間。拖拉機(jī)的很多部件在工作當(dāng)中會磨損，機(jī)油會消耗，從看小時計的讀數(shù)我們大致上可以知道哪些部件在什么時候需要更壞或調(diào)校和什么時候要更換機(jī)油，以保證拖拉機(jī)工作良好的狀態(tài)下?！?.2國外拖拉機(jī)儀表的現(xiàn)有技術(shù)早期的轉(zhuǎn)速表有離心式，電磁式，電動式等，那些儀器使用元件很多，成本較高，其測量精度卻不高。結(jié)構(gòu)笨重成本高是早期的轉(zhuǎn)速表的最大缺點(diǎn)。早期沒有小時計，人們難以準(zhǔn)確判斷機(jī)器的工作時間，所以很難對機(jī)器進(jìn)行及時而恰當(dāng)?shù)木S護(hù)。由于電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子器件的成本下降，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，精確度高的拖拉機(jī)儀表顯示系統(tǒng)才得以實(shí)現(xiàn)并很好的應(yīng)用在拖拉機(jī)上，進(jìn)而開發(fā)應(yīng)用到其他的機(jī)械儀器上。§1.2.1國現(xiàn)有技術(shù)車用儀表顯示系統(tǒng)在經(jīng)歷了機(jī)械式、電氣式、模擬電子式儀表時代后，進(jìn)入了如今的步進(jìn)電機(jī)顯示數(shù)字式儀表時代。目前，國大部分中、高檔轎車均配套使用步進(jìn)電機(jī)汽車儀表。其它汽車也正在配套該類型的儀表。車用步進(jìn)電機(jī)儀表將是未來一段時間車用儀表顯示系統(tǒng)的主導(dǎo)產(chǎn)品，有著十分重大的商業(yè)價值和廣闊的市場前景。為此，發(fā)展拖拉機(jī)步進(jìn)電機(jī)儀表顯示系統(tǒng)對于我國這樣的拖拉機(jī)生產(chǎn)和使用大國是一件迫切而重要的任務(wù)。而我國拖拉機(jī)生產(chǎn)始于建國初期，起步相對較晚，在車用儀表顯示系統(tǒng)方面與國外先進(jìn)水平也存在著一定差距。在早期的拖拉機(jī)上使用的都是老式的機(jī)械表或者是十字機(jī)芯類儀表顯示系統(tǒng)。改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，在車用儀表顯示系統(tǒng)方面取得了長足的進(jìn)步。我國在拖拉機(jī)儀表顯示系統(tǒng)方面經(jīng)歷了機(jī)械式、電氣式、模擬電子式儀表時代，在步進(jìn)電機(jī)數(shù)字式儀表顯示方面還只是剛剛起步。例如中國第一拖拉機(jī)股份公司紅80290輪式拖拉機(jī)儀表利用ATMEL公司生產(chǎn)的單片機(jī)AT90S2313實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)儀表的顯示功能,效果良好。AT90S2313屬于AVR90系列單片機(jī)，該系列單片機(jī)有多種引腳數(shù)目和存儲器容量的器件可供選擇。 AT90S2313具有良好的性能價格比,適合轉(zhuǎn)速表及小時計的制作。AT90S2313部集成了程序存儲器、EEPROM存儲器,大大簡化了儀表的電路。其 1/O引腳能夠吸收20mA電流,可以直接驅(qū)動LED或者繼電器線圈,為輸出指示、報警或者控制信號提供了極大的便利。AT90S2313支持在線編程(ISP),對芯片的編程可以放在整機(jī)裝配完成后進(jìn)行,這樣方便了針對不同的車型為儀表設(shè)置傳動比等常數(shù)以及以后的軟件升級。使用步進(jìn)電機(jī)制作拖拉機(jī)的組合儀表，相對傳統(tǒng)的拖拉機(jī)儀表提高了儀表的可靠性、測量精度和使用壽命，提高了拖拉機(jī)的整體性能和可靠性?！?.2.2國外現(xiàn)有技術(shù)在國外，隨著電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普遍應(yīng)用，許多國家都采用了基于單片機(jī)系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的表芯，更好地提高了拖拉機(jī)儀表的可靠性、測量精度和使用壽命,并且更容易實(shí)現(xiàn)一些相關(guān)的操作和控制。例如紐荷蘭Winner系列的Check-Panel電子系統(tǒng)、迪爾Intellitrak電子儀表系統(tǒng)、道依茲Agrotronic-I電子駕駛操縱系統(tǒng)、福格森Autotronic系統(tǒng)和Datatronic系統(tǒng)等。這些裝置主要檢測拖拉機(jī)的常規(guī)參數(shù)，如發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力和溫度、燃油量、電壓等的電子傳感；利用液晶圖形、聲光等顯示；也控制隨機(jī)工作性能參數(shù)，如實(shí)際行駛速度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、滑轉(zhuǎn)率、動力輸出軸(PTO)轉(zhuǎn)速、作業(yè)面積、作業(yè)效率及工作時間等。另外這種裝置還具有優(yōu)化駕駛操縱方案，故障診斷和報警，前驅(qū)動、差速鎖和動力輸出軸 (PTO)自動控制等功能。§1.3拖拉機(jī)儀表顯示系統(tǒng)設(shè)計要求采集拖拉機(jī)的油量、水溫、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)，通過 A/D轉(zhuǎn)換送入單片機(jī)，由單片機(jī)STC12C5608AD空制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動角度， 最后將這些數(shù)據(jù)顯示在儀表盤上。利用部集成定時器和掉電存儲功能的小時計記錄拖拉機(jī)總的工作時間，在拖拉機(jī)停機(jī)狀態(tài)下不記時間，在開機(jī)狀態(tài)下工作時間可以累計，并將計數(shù)結(jié)果通過液晶顯示器顯示，在掉電狀態(tài)下小時計自動存儲計時時間并在下次上電時以上次計時時間為基數(shù)繼續(xù)計時。從總體上可以將系統(tǒng)分成六個模塊實(shí)現(xiàn)，分別為單片機(jī)模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、掉電檢測模塊、小時計模塊、電源模塊和數(shù)據(jù)采集模塊。步進(jìn)電機(jī)介紹本系統(tǒng)主要是對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，為了達(dá)到良好的控制效果，首先要了解步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理，下面對此進(jìn)行簡要描述。§1.4步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，步進(jìn)電機(jī)分為永磁式和反應(yīng)式。永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有磁極，依靠電磁轉(zhuǎn)矩工作。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)它有兩相、三相、多相之分。下面以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例進(jìn)行原理說明 ，如圖2-1所示，步進(jìn)電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子有6個磁極，每個磁極有繞組，對稱的磁極構(gòu)成一相控制繞組 ，轉(zhuǎn)子上有均勻分布的4個齒。oAdA-圖2-1步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)§1.5步進(jìn)電機(jī)原理反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)［10］是由相控繞組通電使對應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場 ，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，由于轉(zhuǎn)子齒槽磁導(dǎo)的差異，當(dāng)定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線不一致時，磁極將對轉(zhuǎn)子齒產(chǎn)生吸力，進(jìn)而形成電磁轉(zhuǎn)矩。換句話說，由于磁力線具有力求縮短的特性，使轉(zhuǎn)子齒軸線轉(zhuǎn)至與定子齒軸線一致 ，轉(zhuǎn)至磁導(dǎo)最大的位置。如果按照一定的順序給各相控制繞組輪流通電 ，將在定子空間形成步進(jìn)式磁極軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子在反應(yīng)式電磁轉(zhuǎn)矩的作用下 ，隨之作步進(jìn)式轉(zhuǎn)動，由此可見，錯齒是步進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的根本原因。如圖2-2所示，對于三相步進(jìn)電機(jī)來說，定子的每相磁極在空間相差120°,而相鄰磁極相差60°。如A相通電,B、C相不通電,在磁場作用下,齒1與A對齊,以此作為初始狀態(tài)。如 B相通電,A、C相不通電,齒2與B對齊,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)30°。如C相通電,A、B相不通電，齒3與C對齊，轉(zhuǎn)子又旋轉(zhuǎn)30°。女口A相通電,B、C相不通電,齒4與A對齊,轉(zhuǎn)子又旋轉(zhuǎn)30°。這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電的方法使轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn) ，當(dāng)通電順序為A^B^C—A時。定子磁場旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個齒距角 90°,每一步（即每一拍）移動30°,這種轉(zhuǎn)動一個齒距角所需的換相次數(shù)為 3次，稱為三拍工作方式。當(dāng)通電順序為A4BSCLAB時,稱為雙三拍工作方式。 當(dāng)通電順序為A—AB^B^BC^C^CA^A時,稱為六拍工作方式,可以提咼步進(jìn)精度每一步移動15°,這就是步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。 由此可見，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置和速度由導(dǎo)電次數(shù) （脈沖數(shù)）和頻率所決定，而旋轉(zhuǎn)方向由導(dǎo)電順序決定。圖2-2步進(jìn)電機(jī)工作原理§1.6細(xì)分驅(qū)動原理如圖2-3所示,每一分步電機(jī)旋轉(zhuǎn)60°,經(jīng)過180：1的齒輪減速,指針旋轉(zhuǎn)（1/3）。。如果要求步進(jìn)電機(jī)有更小的步距角 ，更高的分辨率（即脈沖當(dāng)量）,或者為減小電機(jī)振動、噪聲等原因，可以在每次輸入脈沖切換時，只改變相應(yīng)繞組中額定的一部分 ，則電機(jī)的合成磁勢只有旋轉(zhuǎn)步距角的一部分

轉(zhuǎn)子的每步運(yùn)行也只有步距角的一部分 ，繞組電流分成數(shù)個臺階，則轉(zhuǎn)子就以同樣的次數(shù)轉(zhuǎn)過一個步距角 ，這種將一個步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動方法稱為細(xì)分驅(qū)動。如圖2-3所示,細(xì)分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰 A、B相電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。I圖2-3細(xì)分驅(qū)動原理如圖2-4所示,用接近正弦波的梯形脈沖來驅(qū)動電機(jī) ,使電機(jī)以15°的微步步進(jìn)每一分步指針旋轉(zhuǎn)（1/12）°。帰沖序到一個周期 -T井步 帰沖序到一個周期 -T井步 1丁嫩出圖2-4細(xì)分驅(qū)動塊裁電壓§1.7驅(qū)動注意事項1、 防止指針抖動指針旋轉(zhuǎn)過程中，當(dāng)驅(qū)動頻率接近步進(jìn)電機(jī)的振動頻率時容易抖動。一般是發(fā)生在低頻時，因低頻時力矩大，使指針旋轉(zhuǎn)超過了平衡位置 ，然后在磁場的作用下被吸回到平衡位置 ，因此驅(qū)動的頻率要避開電機(jī)的振動頻率。2、 調(diào)整啟動頻率步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而減小 ，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)的各相繞組的電感將產(chǎn)生反向電動勢 ，頻率越高，反向電動勢越大，使電機(jī)相電流隨頻率（或轉(zhuǎn)速）的升高而減小,從而導(dǎo)致力矩減小。所以步進(jìn)電機(jī)啟動時 ,為保證有足夠的啟動力矩,先使用不高于啟動頻率的頻率來驅(qū)動 ,啟動后再提高驅(qū)動頻率直至最高頻率,頻率不能超過最高頻率,否則會出現(xiàn)失步。3、檢測零位點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時,為使指針旋轉(zhuǎn)到正確的位置,在儀表上電和斷電時,指針需回到零位。組合儀表刻度盤的圍一般不超過 300°,可以用步進(jìn)電機(jī)的部機(jī)械擋塊來定義儀表指針的零位點(diǎn)。使指針反向旋轉(zhuǎn) （逆時鐘）300°,這樣指針將停在零位點(diǎn)。為使指針平穩(wěn)地回到零位,并在旋轉(zhuǎn)300°前觸到電機(jī)部擋塊時不致于發(fā)生劇烈的沖擊,可以通過2種方法來解決:第1是減少電壓,第2是提高驅(qū)動的頻率,通常使用第2種方法。第2章硬件設(shè)計方案本設(shè)計要現(xiàn)對拖拉機(jī)當(dāng)前工作狀態(tài)下水溫、油量、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速及工作時長等參數(shù)的記錄和顯示，顯示結(jié)果要相對精確，同時要求系統(tǒng)穩(wěn)定，指針正確歸零，在掉電的時候能夠?qū)?dāng)時的數(shù)據(jù)儲存下來，在下次開機(jī)時先讀出數(shù)據(jù)再進(jìn)行其他工作。從總體上可以將系統(tǒng)分成六個模塊實(shí)現(xiàn)，分別為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、單片機(jī)模塊、掉電檢測模塊、小時計模塊、電源模塊和數(shù)據(jù)采集模塊?！?.1單片機(jī)模塊的設(shè)計方案§2.1.1芯片選擇根據(jù)各功能實(shí)現(xiàn)的要求，此模塊中需要單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、傳感器、電阻、電容、開關(guān)以及晶振等。如果利用多個單一功能的器件來實(shí)現(xiàn)，需要占用很大的空間，對于生產(chǎn)實(shí)際不太實(shí)用。基于現(xiàn)實(shí)和對本設(shè)計功能實(shí)現(xiàn)的考慮，選擇宏晶公司的STC12C5608AD單片機(jī)作為整個設(shè)計的控制主體。STC12C5608AD單片機(jī)具有10位AD轉(zhuǎn)換功能，轉(zhuǎn)換精度完全可以滿足本設(shè)計的需求，同時該類型的單片機(jī)部還自帶了 4K字節(jié)的EEPROM可以擦寫10萬次以上，支持STC-ISP下載編程器在線編程，這樣不僅可以節(jié)省很大的空間，而且也節(jié)省了購買其他器件的費(fèi)用，使用起來也相對簡單一些。所以選擇STC系列12C5608AD型單片機(jī)作為設(shè)計控制芯片用于數(shù)據(jù)采集、掉電檢測、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片的控制。單片機(jī)模塊主要由單片機(jī)芯片和其外圍電路組成。由于采集水溫、油量和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的傳感器不在設(shè)計圍之，在設(shè)計實(shí)驗階段暫用電位器代替?zhèn)鞲衅鞑杉妷盒盘?，脈沖發(fā)生器代替電機(jī)轉(zhuǎn)速。§2.1.2STC12C5608AD概述超強(qiáng)抗干擾高抗靜電（ESD保護(hù)）輕松過4KV快速脈沖干擾（EFT測試）寬電壓，不怕電源抖動寬溫度圍,-40C?85C掉電模式：典型功耗<0.1卩A空閑模式：典型功耗<1.3mA正常工作模式：典型功耗2.7mA-7mA掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于電池供電系統(tǒng)，如水表、氣表、便攜設(shè)備等。其他特性：加密性強(qiáng),無法解密；在系統(tǒng)可編程,無需編程器,無需仿真器，可遠(yuǎn)程升級；部集成MAX810專用復(fù)位電路，原復(fù)位電路可以保留，也可以不用，不用時RESET腳直接短接到地。§2.1.3STC12C5608AD引腳圖引腳圖如圖3-1所示圖3-1STC12C5608AD單片機(jī)管腳圖§2.1.4實(shí)現(xiàn)方法簡介由STC12C5608AD單片機(jī)和外圍的晶振、復(fù)位電路構(gòu)成。傳感器部分在此一并說明（用電阻代替?zhèn)鞲衅鲗?shí)驗） 。STC12C5608AD單片機(jī)工作電壓圍寬，在5.5—3.5V之間；10位ADC,8通道，4路PWME可作為4路A/D使用，其轉(zhuǎn)換精度可滿足大多數(shù)場合的需求；芯片有4K字節(jié)的Flash程序存儲器，可擦寫10萬次以上。單片機(jī)模塊原理圖如圖3-2所示。首先由12MHZ晶振和單片機(jī)復(fù)位電路構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的基本功能，STC12C5608AD自身帶有A/D轉(zhuǎn)換功能，其P1端口八個輸出端均可作A/D轉(zhuǎn)換端口使用。通過調(diào)節(jié)電位器，可以得到不同的電壓值，然后由A/D采樣轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)傳送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片，利用外部中斷捕捉脈沖信號發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖信號，將數(shù)據(jù)傳送到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度。在實(shí)際中要不斷的采集數(shù)據(jù)，所以指針就可以根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)指示不同的位置。圖3-2單片機(jī)模塊原理圖§2.2電機(jī)驅(qū)動模塊設(shè)計方案§221芯片選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊主要由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作。由于設(shè)計中需要用3路步進(jìn)電機(jī)來測量發(fā)動機(jī)在工作狀態(tài)下的水溫、油量和電機(jī)轉(zhuǎn)速。因此在設(shè)計中選用可以同時驅(qū)動四路步進(jìn)電機(jī)的 VID6606步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片。而VID29系列步進(jìn)電機(jī)由VID6606驅(qū)動，其微步模式可以讓指針顯示更加精確。VID29儀表步進(jìn)電機(jī)是一種精密的微型步進(jìn)電機(jī)， 置減速比1/180的齒輪系，主要應(yīng)用于車輛的儀表指示盤， 也可以用于其他儀器儀表裝置中，將數(shù)字信號直接準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)為模擬的顯示輸出?！?22VID6606概述VID6606是一款專門為VID29系列微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動而設(shè)計的 CMOS[13]集成電路，VID6606最多同時驅(qū)動4路步進(jìn)電機(jī)。在驅(qū)動芯片的頻率控制端 F輸入脈沖序列，可以控制步進(jìn)電機(jī)的輸出軸以微步轉(zhuǎn)動，每個微步電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動 1/12度，最大角速度可達(dá)每秒 600度?！?23VID6606引腳圖引腳圖如圖3-3所示圖3-3VID6606 引腳分布及定義在F(SCX)的每個上升沿，對應(yīng)的電機(jī)指針軸輸出為1/12度，即一個微步。CCW/CW為步進(jìn)電機(jī)方向控制腳。CCW/CV為高電平時步進(jìn)電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)，為低電平時步進(jìn)電機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)?！?.2.4實(shí)現(xiàn)方法簡介由VID6606驅(qū)動芯片和三路VID29系列步進(jìn)電機(jī)以及驅(qū)動芯片外圍電路構(gòu)成。VID6606驅(qū)動芯片可以同時驅(qū)動四路步進(jìn)電機(jī)，第一路水溫指示步進(jìn)電機(jī)的四個輸入端分別接 VID6606的0UTA10UTA20UTA3和OUTA4VID6606的F(SCX)A為第一路步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸入端，由單片機(jī)的 P2.2端口控制，CW(~CCW)助第一路步進(jìn)電機(jī)的方向控制端，由單片機(jī)的 P2.3端口控制；第二路步進(jìn)電機(jī)速度指示的四個輸入端分別接VID6606的0UTD1、0UTD2、0UTD3和OUTD4VID6606的F(SCX)D為第二路步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸入端， 由單片機(jī)的P3.4端口控制，CW(~CCW)為第二路步進(jìn)電機(jī)的方向控制端， 由單片機(jī)的P3.5端口控制；第三路步進(jìn)電機(jī)油箱油量指示的四個輸入端分別接 VID6606的OUTB1OUTB2OUTB3和OUTB4VID6606的F(SCX)B為第三路步進(jìn)電機(jī)的脈沖輸入端，由單片機(jī)的 P2.0端口控制，CW(~CCW)為第三路步進(jìn)電機(jī)的方向控制端，由單片機(jī)的P2.1端口控制。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊電路原理圖如圖3-4所示。圖3-4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊電路原理圖§2.3掉電檢測模塊設(shè)計方案§2.3.1芯片選擇掉電檢測模塊主要用于當(dāng)儀表系統(tǒng)掉電時當(dāng)電壓降到一定圍即被系統(tǒng)檢測到并作出相應(yīng)的控制反應(yīng)，如相應(yīng)數(shù)據(jù)的存儲指示指示指針的歸零等操作。本設(shè)計掉電檢測模塊采用電壓比較的方法來監(jiān)測系統(tǒng)掉電，通過系統(tǒng)電源電壓的分壓與預(yù)設(shè)電壓的比較從而判斷系統(tǒng)是否掉電。 LM2903是一款低功耗、低失調(diào)電壓、單電源雙比較器,用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓的分壓與預(yù)設(shè)電壓的比較，并輸出比較結(jié)果給單片機(jī)。§3.3.2LM2903概述LM2903是由兩個獨(dú)立的、高精度電壓比較器組成的集成電路。它專為獲得寬電壓圍、單電源供電設(shè)計(也可以雙電源供電)。具有精度高、失調(diào)電壓低、輸入共模電壓接近地電平和兼容邏輯電路等優(yōu)點(diǎn)。 常應(yīng)用于限幅比較器、簡單的模/數(shù)比較器、脈沖發(fā)生器、寬頻的壓控振蕩器等應(yīng)用電路中。§3.3.3LM2903引腳圖引腳圖如圖3-5所示：圖3-5LM2903引腳圖§3.3.2 實(shí)現(xiàn)方法簡介由LM2903的部一路比較器和外部電源電壓分壓電路及比較電壓預(yù)置電路構(gòu)成電壓比較器電路，其中VIN-=5.0V* (5.1K/(10K+5.1K))=1.68V，VIN+=VIN*(15/(51+15))。當(dāng)系統(tǒng)工作電壓正常時VIN+>VIN-，比較器輸出高電平，未觸發(fā)外部中斷；當(dāng)系統(tǒng)掉電時VIN+<VIN-，比較器輸出低電平給單片機(jī)P3.3端口觸發(fā)外部中斷，從而實(shí)現(xiàn)掉電檢測，并在外部中斷程序中執(zhí)行儀表表針掉電歸零等一系列操作。繪制的原理圖如圖3-6所示：圖3-6掉電檢測電路原理圖§2.4小時計模塊設(shè)計方案§2.4.1液晶選擇根據(jù)通信方式可以分為：串口液晶、并口液晶和串 /并口液晶。由于我們設(shè)計液晶顯示的目的之需要顯示時間數(shù)值，所以不需要采用一些點(diǎn)陣多行顯示的大塊液晶屏，只需要只顯示數(shù)字的單行顯示的液晶就可以。由于傳統(tǒng)的并口、串口液晶接口比較多，占用單片機(jī)的端口很多程序量很大并且不具備掉電存儲功能，需要通過單片機(jī)的控制在單片機(jī) EEPROM中時刻不停的存儲當(dāng)前計時時間，下次上電后還需要從單片機(jī) EEPROM^讀取上次斷電前的計時數(shù)值并以此為基礎(chǔ)累計計時。所以，傳統(tǒng)的液晶顯示模塊占用了大量的硬件資源并增加了程序的復(fù)雜度。因此，我們采用一款高度集成并具有自動掉電存儲功能的儀表專用液晶小時計HDW6812?！?42HDW6812小時計概述HDW6812是一款高度集成的儀表專用液晶小時計，模塊工作電壓為 5V,100小時計時誤差在6分鐘以。斷電有儲存計時功能，存儲精確度小于36秒，斷電存儲功能是指記錄計時器的最新數(shù)據(jù)，比如最新記錄是 0.3，時間是3分6秒斷電，要記錄0.3和3分6秒，以便加電時候在0.3和3分6秒的基礎(chǔ)上繼續(xù)計時。CLR腳是計時器清零功能腳，低電平有效，當(dāng)該腳為低電平的持續(xù)時間大于1秒，計時器全部清零，當(dāng)該腳再為高電平時，計時器又從初始狀態(tài)開始計時。§2.4.3實(shí)現(xiàn)方法簡介本設(shè)計用液晶單行顯示數(shù)字和提示符。液晶上最前端的沙漏狀光標(biāo)，我們讓它每隔0.5秒閃爍一次，以用來表明小時計式否正常工作。一共六位數(shù)字位，第一位和第二位之間有一個小數(shù)點(diǎn)，正常工作時這個小數(shù)點(diǎn)被點(diǎn)亮，用來區(qū)分計時時間是分鐘還是小時。小數(shù)點(diǎn)左邊以為即第一位代表十分之一小時即6分鐘，而第二位到第六位代表小時數(shù)。小時計電路原理圖如圖 3-7所示：圖3-7小時計電路原理圖§2.5電源模塊設(shè)計方案§2.5.1芯片選擇在整個設(shè)計系統(tǒng)中，單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片、 LM2903信號采集等都需要電源，其中LM2903可以選擇雙電源供電，和單電源兩種方案。而在實(shí)際應(yīng)用中一般為單電源供電， 所以總的來說系統(tǒng)需要5V的供電電源?；谠O(shè)計整體布局和外部供電電壓考慮，本儀表顯示系統(tǒng)由拖拉機(jī) 24V電瓶電源供

電，經(jīng)LM2576降壓后，得到5V電壓，可以作為單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片、LM2903等芯片的共走電源。24V電源加上二極管和分壓電路作為掉電檢測的檢測電源使用。而 KA78R05為帶有開關(guān)控制端的+5V穩(wěn)壓芯片，提供信號采集模塊的供電電源并能夠控制數(shù)據(jù)采集的頻率。§2.5.2LM2576概述LM2576是降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，具有非常小的電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率，具有3A的負(fù)載驅(qū)動能力，LM2576能夠輸出3.3V、5V、12V、15V的固定電壓和電壓可調(diào)節(jié)的可調(diào)電壓輸出方式。其 應(yīng)用時比較簡單且外圍元件較少，置頻率補(bǔ)償電路和固定頻率振蕩器。 LM2576系列產(chǎn)品的開關(guān)頻率為 52KHZ，所以應(yīng)用時可以使用小尺寸的濾波元件。LM2576的樣品圖如圖3-8所示：GndOJ5-Oh/OFrGndO34-Feedback15^GroundJZ-OutputLM257GT-XX或LM2576HVT-XX圖3-8LM2576視圖§2.5.3KA78R05概述KA78R05是一種低漏失、低壓差穩(wěn)壓器件，適合各種電子設(shè)備，具有TO220全模具包裝（4PIN），全速率電流模式（1A）下跌落電壓低于 0.5V，置過流保護(hù)、過熱保護(hù)、過壓保護(hù)以及輸出禁止功能。在控制端加 2V及以上的高電平時，電源導(dǎo)通，加低于 +0.8V低電平時，電源關(guān)閉。引腳圖如圖 3-9所示：圖3-9KA78R05引腳圖實(shí)現(xiàn)方法簡介LM2576可以高效的取代一般的三端線性穩(wěn)壓器，它能夠充分的減小散熱片的面積，在一些應(yīng)用條件下甚至可以不使用散熱片。在規(guī)定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下， LM2576輸出電壓的誤差圍為土4%;振蕩器的振蕩頻率誤差圍為土10%;典型的待機(jī)電流為 50卩A,且芯片置過流保護(hù)電路和過熱保護(hù)電路。整個電路系統(tǒng)由 24V電源供電，通電后，電路中2200uF電容充電，經(jīng)過電容電路濾波整形后，由 LM2576輸出5V的電壓，可以作為單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片、 LM2903等器件的電源。當(dāng)電路斷電后， 2200uF電容將放電，而由于二極管的單向?qū)?，使其?LM2575放電，給單片機(jī)提供掉電檢測和掉電指針歸零的短暫電源。KA78R05同普通的LM7805一樣簡單易用、價格低廉，很多電路中都有使用。它通過運(yùn)用其器件部電路來實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過熱保護(hù)，這使它的性能非常很穩(wěn)定。另外KA78R05帶有開關(guān)控制端Vdis，與單片機(jī)的P1.4連接。當(dāng)P1.4為高電平時打開穩(wěn)壓器， 輸出+5V電源給AD采集模塊；當(dāng)P1.4為低電平時關(guān)閉穩(wěn)壓器，從而關(guān)閉 AD采集。KA78R05的原理圖如圖3-10所示：圖3-10KA78R05原理圖§2.6PCB設(shè)計目前電子器材用于各類電子設(shè)備和系統(tǒng)仍然以印制電路板為主要裝配方式。實(shí)踐證明，即使電路原理圖設(shè)計正確，印制電路板設(shè)計不當(dāng)，也會對電子設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不利影響[14]。例如，如果印制板兩條細(xì)平行線靠得很近，則會形成信號波形的延遲，在傳輸線的終端形成反射噪聲。因此，在設(shè)計印制電路板的時候，應(yīng)注意采用正確的方法。§2.6.1PCB布局元件的布局與走線對產(chǎn)品的壽命、穩(wěn)定性、電磁兼容都有很大的影響，是應(yīng)該特別注意的地方。一般來說應(yīng)該有以下一些原則：先放置與結(jié)構(gòu)有關(guān)的固定位置的元器件，如電源插座、指示燈、開關(guān)、連接件之類，這些器件放置好后用軟件的lock功能將其鎖定，使之以后不會被誤移動。再放置線路上的特殊元件和大的元器件，如發(fā)熱元件、變壓器、IC等，最后放置小器件。元件布局還要特別注意散熱問題，對于大功率電路，應(yīng)該將那些發(fā)熱元件如功率管、變壓器等盡量靠邊分散布局放置，便于熱量散發(fā)，不要集中在一個地方，也不要離電容太近以免使電解液過早老化?！?.6.2PCB布線走線的學(xué)問是非常高深的，每人都會有自己的體會，但還是有些通行的原則的。在這一過程中，需要自己慢慢去體會，一步一步去積累經(jīng)驗。從而能很好的去體會和使用這些通行的原則，而且可以有自己的一整套行之有效的方法，例如同一級電路的接地點(diǎn)應(yīng)盡量靠近，并且本級電路的電源濾波電容也應(yīng)接在該級接地點(diǎn)上。特別是本級晶體管基極、發(fā)射極的接地點(diǎn)不能離得太遠(yuǎn)，否則因兩個接地點(diǎn)間的銅箔太長會引起干擾與自激[15]，采用這樣“一點(diǎn)接地法”的電路，工作較穩(wěn)定，不易自激。阻抗高的走線盡量短，阻抗低的走線可長一些，因為阻抗高的走線容易發(fā)笛和吸收信號，引起電路不穩(wěn)定。電源線、地線、無反饋組件的基極走線、發(fā)射極引線等均屬低阻抗走線，射極跟隨器的基極走線、收錄機(jī)兩個聲道的地線必須分開，各自成一路，一直到功效末端再合起來，如兩路地線連來連去，極易產(chǎn)生串音，使分離度下降。相關(guān)聯(lián)的兩引線端不要距離太大， 一般為2?3/10英寸左右較合適[16]進(jìn)出線端盡可能集中在1至2個側(cè)面，不要太過離散。設(shè)計布線圖時要注意管腳排列順序，組件腳間距要合理。在保證電路性能要求的前提下，設(shè)計時應(yīng)力求走線合理，少用外接跨線，并按一定順充要求走線，力求直觀，便于安裝，高度和檢修。設(shè)計布線圖時走線盡量少拐彎，力求線條簡單明了。布線條寬窄和線條間距要適中，電容器兩焊盤間距應(yīng)盡可能與電容引線腳的間距相符。設(shè)計應(yīng)按一定順序方向進(jìn)行，例如可以由左往右和由上而下的順序進(jìn)行。第3章軟件設(shè)計小時計程序流程圖首先EEPROM由設(shè)計要求畫出主程序流程圖，如圖4-1所示。程序開始執(zhí)行后，將進(jìn)行初始化操作，將LCD首先EEPROM圖4-1主程序流程圖圖4-2掉電流程圖如果在程序執(zhí)行過程中發(fā)生掉電中斷[17]，則立即進(jìn)入掉電回零狀態(tài)，執(zhí)行存儲數(shù)據(jù)程序后進(jìn)行低電壓檢測，若電壓恢復(fù)則系統(tǒng)軟復(fù)位，否則結(jié)束。以下幾個子程序為設(shè)計中比較重要的子程序。在此作單獨(dú)的子程序加以注釋分析。液晶驅(qū)動子程序//********SM06103寄存器*********************//#defineCMDOFF0x00#defineCMDON0x01#defineCMDLCDOFF0x02#defineCMDLCDON0x03#defineCMDB3C40x29//********SM06103硬件管腳*********************//sbitCSPIN=P1A1;//用戶自定義CS對應(yīng)引sbitCLKPIN=P3A1;//用戶自定義CLK對應(yīng)引腳sbitDIPIN=P3A0;//用戶自定義DI對應(yīng)引腳//********SM06103子程序*********************//voidlcdwbit(bitn)//送入到SM06103一位數(shù)據(jù){DIPIN=n;//采用的IIC方案_nop_();_nop_();CLKPIN=1;_nop_();_nop_();CLKPIN=0;_nop_();_nop_();CLKPIN=1;}voidlcdwc(unsignedcharcmdcode)// 送入控制字，每個控制字有八位，采用{unsignedchari; //左移移位方式送入CSPIN=0;lcdwbit(1);lcdwbit(0);lcdwbit(0);for(i=0;i<8;i++){if((cmdcode&0x80)==0x80)lcdwbit(1);elselcdwbit(0);cmdcode<<=1;}lcdwbit(0);DIPIN=1;//左移CSPIN=1;}voidlcdreset()//初始化{lcdwc(CMDOFF);//掉電lcdwc(CMDLCDOFF);//關(guān)閉lcdwc(CMDON);//上電lcdwc(CMDLCDON);//顯示lcdwc(CMDB3C4);//模式設(shè)置lcdwd(12,0x00);//不顯第1小數(shù)點(diǎn)}送6位地址送6位地址+8位數(shù)據(jù){unsignedchari;CSPIN=1;CSPIN=0;lcdwbit(1);lcdwbit(0);lcdwbit(1);address<<=2;for(i=0;i<6;i++)//送6位地址{if((address&0x80)==0x80)lcdwbit(1);elselcdwbit(0);

address<<=1;for(i=0;i<8;i++){if((data1&0x01)==0x01)lcdwbit(1);elselcdwbit(0);data1>>=1;}DIPIN=1;CSPIN=1;}voiddisplay(void)//送8位數(shù)據(jù)//顯示函數(shù)tmp=min%10;lcdwd(0,w1[tmp]);tmp=min/10;lcdwd(2,w1[tmp]);//送8位數(shù)據(jù)//顯示函數(shù)tmp=min%10;lcdwd(0,w1[tmp]);tmp=min/10;lcdwd(2,w1[tmp]);//第6數(shù)碼管不帶小數(shù)點(diǎn)//第5數(shù)碼管不帶小數(shù)點(diǎn)tmp=hourl%10;lcdwd(4,w1[tmp]+0x08);//第4數(shù)碼管顯第4小數(shù)點(diǎn)tmp=hourl/10;lcdwd(6,w1[tmp]);tmp=hourh%10;lcdwd(8,w1[tmp]);tmp=hourh%10;lcdwd(10,w1[tmp]);//第3數(shù)碼管//第2數(shù)碼管不顯COL不顯第3小數(shù)點(diǎn)//第1數(shù)碼管不顯第2小數(shù)點(diǎn)定時器中斷子程序voidtimer0()interrupt1//定時器中斷{TH0=0x9E; //T0重裝計數(shù)值，計時0.05sTL0=0x58;Timer0_Interrupt_Times++;{if(Timer0_Interrupt_Times==20)//計時1S{Timer0_Interrupt_Times=0;if(TL1>10) //檢測是否有發(fā)動機(jī)脈沖{//有則計時sec++; //秒加一flag_Z1=~flag_Z1;//閃動Z1if(flag_Z1)lcdwd(12,0x04);//顯Z1elselcdwd(12,0x00); //不顯Z1}}if(sec==60){sec=0;min++;if(min==60){min=0;hourl++;if(hourl==100){hourl=0;hourh++;if(hourh==100)hourh=0;display();}display();}display();}}掉電中斷子程序voidPower_Down_Interrupt()interrupt0{EA=0;//寫//寫EEPRO；Merase_eeprom(0x0200);write_eeprom(hourl,0x0200);erase_eeprom(0x0000);write_eeprom(min,0x0000);}第4章試驗與結(jié)論§4.1試驗環(huán)境和步驟為了驗證拖拉機(jī)儀表顯示系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，在實(shí)驗室利用拖拉機(jī)儀表測試平臺對本顯示系統(tǒng)進(jìn)行了一些測試，此實(shí)驗臺測試容包括上電自檢、水溫指示、速度指示、油量指示、燈檢測、小時計顯示及掉電歸零等檢測。§4.1.1試驗條件1、試驗時間及天氣情況：溫度 32C（2012年5月25日上午）;2、 實(shí)驗臺、秒表等；§4.1.2試驗步驟1、測試上電歸零和自檢：實(shí)驗臺開機(jī)默認(rèn)斷電，按一次上電 /斷電健上電（再按一次斷電），上電后觀察儀表指針指示和 LED燈狀態(tài)；2、 燈檢測：按下實(shí)驗臺燈檢測鍵，觀察燈檢測現(xiàn)象及儀表指示狀況；3、水溫檢測：分別檢測實(shí)驗臺上水溫 1、水溫2和水溫歸零鍵按下時對應(yīng)的水溫指針及其他指針的位置和 LED狀態(tài)；4、油量檢測：分別檢測實(shí)驗臺上油量 1、油量2和油量歸零鍵按下時對應(yīng)的油量指針及其他指針的位置和 LED狀態(tài)；5、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測：分別檢測實(shí)驗臺上速度 1、速度2、速度3和速度歸零鍵按下時對應(yīng)的速度指針及其他指針的位置和 LED狀態(tài)6、小時計檢測：用秒表對發(fā)動機(jī)工作時間進(jìn)行計時（認(rèn)為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速不為0時為工作狀態(tài)）與小時計上數(shù)據(jù)進(jìn)行比較檢測小時計計時準(zhǔn)確性，并多次斷電上電檢測小時計是否具有掉電存儲功能；7、掉電歸零檢測：讓顯示儀表各指示指針處于指示最大值時掉電，觀察指針的掉電歸零情況，并讓指針指示位置處于各種隨機(jī)位置時多次試驗，觀察指針掉電歸零情況；§4.2試驗結(jié)果及分析實(shí)驗結(jié)果由下面記錄表及現(xiàn)象描述中所示，從表中數(shù)據(jù)可以看出，儀表顯示結(jié)果滿足測試標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)測量穩(wěn)定，滿足設(shè)計要求。誤差來源應(yīng)該有以下幾個方面:1、 單片機(jī)部A/D采集轉(zhuǎn)換時的誤差；2、 單片機(jī)部定時器的誤差及計數(shù)器捕捉脈沖的誤差。對于以上多方面的原因?qū)е碌恼`差，可以通過對單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理（建立水溫表、增加修正系數(shù)等），提高儀表準(zhǔn)確度；實(shí)驗表格及現(xiàn)象描述：表一：水溫檢測試驗數(shù)據(jù)表按鍵表針位置LED狀態(tài)水溫160C無變化水溫2110C無變化水溫歸零0C無變化表二：油量檢測試驗數(shù)據(jù)表按鍵表針位置LED狀態(tài)油量11/4油量低指示燈點(diǎn)亮油量21油量低指示燈熄滅油量歸零0油量低指示燈點(diǎn)亮表三：發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速檢測試驗數(shù)據(jù)表按鍵表針位置LED狀態(tài)小時計狀態(tài)轉(zhuǎn)速1/歸零1500轉(zhuǎn)/歸零無變化歸零時停止/1500轉(zhuǎn)時計時轉(zhuǎn)速22000轉(zhuǎn)無變化計時轉(zhuǎn)速32500轉(zhuǎn)無變化計時轉(zhuǎn)速43000轉(zhuǎn)無變化計時現(xiàn)象：1、上電后所有指針逆時針旋轉(zhuǎn) 60°,歸零后所有指針再分別順時針方向旋轉(zhuǎn)60°然后逆時針旋轉(zhuǎn)60°；2、燈檢測鍵按下后，儀表下排指示燈依次從左至右點(diǎn)亮， ->左轉(zhuǎn)向->右轉(zhuǎn)向->儀表照明->全部點(diǎn)亮3秒鐘->符號指示燈熄滅，儀表照明點(diǎn)亮，此時的水溫、油量、轉(zhuǎn)速表都應(yīng)該指向最低位，油量低指示燈點(diǎn)亮；3、當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速指針不為零時按下秒表開始計時，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速指針為零時停止計時，一段時間后比較小時計走時和秒表走時，二者大致相等。將儀表系統(tǒng)斷電然后再上電，小時計繼續(xù)上次計時時間計時；4、儀表各指示指針處于指示最大值或者其他隨機(jī)值時，讓系統(tǒng)掉電，各指示指針歸零；結(jié)論本設(shè)計通過對步進(jìn)電機(jī)的研究，總結(jié)出了步進(jìn)電機(jī)控制理論及驅(qū)動時應(yīng)注意事項，在此基礎(chǔ)上給出了拖拉機(jī)儀表顯示系統(tǒng)硬件設(shè)計方案，并繪制了硬件原理圖和PCB版圖，焊接了樣機(jī)，完成了畢業(yè)設(shè)計的要求。經(jīng)測試該拖拉機(jī)儀表顯示系統(tǒng)總體穩(wěn)定可靠、可操作性強(qiáng)，為下面的軟件編程工作打下了良好的硬件環(huán)境基礎(chǔ)。在老師辛苦的指導(dǎo)下，經(jīng)反復(fù)調(diào)試，最終完成了本次畢業(yè)設(shè)計的要求，同時在此設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，有待于進(jìn)一步研究的問題如下：1、硬件掉電檢測采用了大電容，對電容充電需一定時間，造成開機(jī)一定時間再次掉電時，電容電量不足無法完成掉電回零工作；2、電機(jī)的回零效果不是很完善，目前回零采用了提高驅(qū)動頻率的方該方案設(shè)置不恰當(dāng)時會在一定程度上對電機(jī)壽命造成損害；案，同時本系統(tǒng)還可以做出以下完善工作：1、 增加CAN總線，將系統(tǒng)檢測到得數(shù)據(jù)實(shí)時得分享給車的微型電腦等,實(shí)現(xiàn)智能化的故障檢測等功能；2、 使用高分辨率的彩色顯示屏或觸摸屏，完善顯示效果，使設(shè)計更加人性化。參考文獻(xiàn)偉.單片機(jī)原理及應(yīng)用.:機(jī)械工業(yè),2002:188--201剛，林凌，葦.系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用技巧.:航空航天大學(xué),2003:195--206俊謨.單片機(jī)中級教程.:航空航天大學(xué)出版,2002:1—18亮.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā).:人民郵電,2002肖來勝，建蘭,夏術(shù)泉.單片機(jī)技術(shù)實(shí)用教程.:華中科技大學(xué),2004新民.智能儀表原理及設(shè)計.:工業(yè)大學(xué),1989閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).:高等教育,2004:69--88王慶利，袁建敏.單片機(jī)設(shè)計案例實(shí)踐教程.:郵電大學(xué),2008汪德彪.MCS-51單片機(jī)原理及接口技術(shù).:電子工業(yè),2001:166--198房小翠，王金鳳.單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù).:國防工業(yè).1999:133-150航空航天大學(xué),2006高等教育,1999:321－航空航天大學(xué),2006高等教育,1999:321－349嘉奎，宣月清,軍.電子線路線性部分童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).:高等教育，2003:154--176徐崢穎.Protel99SE電子線路設(shè)計教程.:機(jī)械工業(yè),2005:39--50[15]王守剛[15]王守剛.電路原理圖與電路板設(shè)計教程希望電子,2000四改.Protel99SEEDA技術(shù)及應(yīng)用.:交通大學(xué)，2000:89--103小忠，黃寧，小俠.單片機(jī)接口技術(shù)實(shí)用子程序.:人民郵電,2005:100--136.MCU-Memory..vid.wellgain..21ic.在本次設(shè)計中，我的導(dǎo)師王新勇、顯紅老師給予了極大的幫助，老師們指導(dǎo)我不要去盲目地追求高分，關(guān)鍵是要學(xué)到真東西，這也使我受益匪淺，這與導(dǎo)師的辛苦指導(dǎo)是分不開的。在此，特別感王新勇、顯紅老師的悉心指導(dǎo)與教誨，做設(shè)計以來，幾乎每天老師都跟我們在一起，給我們指引，答疑。老師犧牲休息時間給予我的認(rèn)真輔導(dǎo)，以及他極端負(fù)責(zé)的態(tài)度，讓我很受鼓舞很感動！無論是做事還是做人，都給了我許多積極的影響與教益，小到一個概念的澄清，大到對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度、處事為人的方法，所有這一切都將使我受用一生、終生難忘。特別感！我也感在畢業(yè)設(shè)計中國濤、馬群等同學(xué)在技術(shù)上給予的極大支持，每當(dāng)我被問題所困擾時，都有他們的鼎力支持，讓我少走了不少彎路，在此特別感他們！另外還要感電信學(xué)院電工電子實(shí)驗中心在實(shí)驗設(shè)備上的支持，實(shí)驗中心為我們提供了設(shè)計中必須的所有芯片、電路板及液晶顯示器等實(shí)驗器材。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，我們的畢業(yè)設(shè)計進(jìn)程沒有為硬件問題而停止過。如果沒有實(shí)驗中心提供的如此優(yōu)越的條件我們的畢業(yè)設(shè)計不會如此順利的進(jìn)行。感學(xué)院為我們做的努力，也感所有關(guān)心和支持我們的各位老師！二零一二年五月于科技大學(xué)附錄1樣機(jī)原理圖附錄1樣機(jī)原理圖附錄2樣機(jī)PCB板圖||附錄3設(shè)計實(shí)物圖外文資料原文AVR109:SelfProgrammingI、FeaturesC-codesampleapplicationforSelfProgrammingReadandWriteBothFlashandEEPROMMemoriesReadandWriteLockBitsReadFuseBitsDesignedtoworkwithAVR911OpenSourceProgrammerCompatiblewithAVRProgProtocoloptimizedforefficientprogrammingn>IntroductionThisapplicationnotedescribeshowanAVRwiththeStoreProgramMemory(SPM)instructioncanbeconfiguredforSelf-programming.ThesampleapplicationcommunicatesviatheUARTwithaPCrunningtheAVROpenSourceProgrammer(AVROSP)fromApplicationnoteAVR911.ThisenablesFlashandEEPROMprogrammingwithouttheneedforanexternalprogrammer.ThecodeisalsocompatiblewithAVRProg(onlyfordevicessupportedbyAVRProg).ABootLoaderprogramisplacedinsidetheBootSectionoftheFlashmemory.ThisprogramhandlescommunicationwiththehostPC,andfacilitatesprogrammingofbothFlashandEEPROM.Onceprogrammed,differentlevelsofprotectioncanbeindividuallyappliedtoboththebootandapplicationportionoftheFlashmemory.TheAVRthusoffersauniqueflexibility,allowingtheuserextensivedegreesofmemoryprotection.川、SPMExplainedTogetabetterunderstandingoftheAVRs'Self-programmingcapabilities,thebasicsofthisfeatureareexplainedbelow.1、MemoryOrganizationTheFlashmemoryisdividedintotwosections,oneApplication sectionandoneBootLoadersection. TheApplication sectioncontainsthemaincodefortheapplication,whiletheBootLoadersectioncontainsthecodefortheactualSelf-programming. TheSPMinstructioncan onlybeexecutedfromtheBootLoadersection.(Note:TheBootLoadersectioncanalsobeusedforordinaryapplicationcode.)TheFlashmemoryisdivided intopagescontaining32,64,or128wordseach.Theusageofpagesisexplainedlater.Theentirememoryspan,bothApplication andBootLoadersections,isdividedintopages.Forinstanee,adevicewith8KBofFlashandpagesizeof32words(64bytes)willthereforehaveatotalof128pages.ThememoryorganizationisshowninFigure1.Flash存儲蠱/Page13/期尸程序區(qū)/Page14//f32飛4或PE\字\Page16\Page16XBootLoader區(qū)Figure1.MemoryOrganizationThesizeoftheBootLoadersectioncanbeselectedusingthetwoBOOTSZxFuses.Thefusesselectoneoffourpredefinedsizes.TheBOOTSZxFusescanbechangedusingSerialorParallelProgramming.Refertothedevices'datasheetfordetails.IfaBootLoaderisimplemented, itcanbecalledeitherdirectlyfromtheApplicationcodeusingcallsorjumps,orbyprogrammingtheBOOTRSTFuse.WhentheBOOTRSTFuseisprogrammed,theCPUwillstartexecutionintheBootLoadersectiononReset,insteadofstartingataddress0.TheBOOTRSTFusecanbechangedusingSerialorParallelProgramming.executionintheBootLoader2、Read-While-WriteCapabilitiesInadditiontotheselectabledivisionbetweentheapplication andBootLoadersections,theFlashisalsodividedintotwofixed-size sections.ThefirstsectionistheRead-While-Write(RWW)section.ThesecondistheNo-Read-While-Write(NRWW)section.TheNRWWsectionsizealwaysequalsthelargestselectableBootLoadersectionsize,thustheBootLoadersectionoccupiesall orpart oftheNRWWsection.ThisisillustratedinFigure2.Flash密惦陳可雯BdoILoaderFigure2.RWWandNRWWSectionsThediffereneebetweenthesectionsisthattheNRWWsectionisaccessiblewhileupdatingtheRWWection.ItisnotpossibletoaccesstheRWWectionwhenit'sbeingupdated.WhentheNRWWupdated(e.g.,updatingtheBootLoadercodeitself),theCPUishaltedduringthewholeoperation.Inotherwords,No-Read-While-WritingtotheNRWWsection,butpossibletoRead-While-Writing totheRWWection. Refertothedevices'datasheetfordetails.Thisfunctionality makesitpossibletocontinueexecution ofcriticalcodewhileupdatingtheRWWection.NotethatthiscriticalcodemustbecontainedwithintheNRWWsection(notnecessarilyintheBootLoadersection).Seethesectiononinterruptsbelowformoreinformation.TheATmega163andATmega323devicesdon'thaveNRWWhdRWWections,onlytheselectable division intoapplication andBootLoadersections.AnyupdatestoFlashmemoryonthesedeviceshalttheCPUduringthewholeoperation.3、UsingtheSPMInstructionAllSelf-programmingoperationsareperformedusingtheSPMinstruction.TheoperationisselectedusingtheSPMCRRegister(SPMCSRinsomedevices).TheregisterisorganizedasshowninFigure3.垃0SPMIEHWWSB-RWWSREBLBSETPGWRTPGERSSPMEMFigure3.TheSPMCRRegisterWhenusingtheSPMfunction,theSPMENbitmustalwaysbesetwithinfourcyclespriortoexecutingtheSPMinstruction. ThisistopreventunintentionalFlashupdates.ThesoftwaremustensurethatnointerruptroutinesarecalledbetweensettingtheSPMENbitandexecutingtheSPMinstruction,thusexceedingthe4-cyclelimit.Theotherfourhighlightedbitschoosebetweenthedifferent SPMfunctions.TheSPMENbitisautomaticallyclearedtogetherwiththefunctionbitwhentheoperationiscompleted.TheSPMfunctionsaredescribedbelow.、PageEraseAllFlashmemoryupdatesaredonepagebypage.Beforewritingnewdatatoapage,thepagemustbeerased.TheZ-registerisusedtoselectthepagetobeerased.SetuptheZ-registertopointtoabyteinthepagetobeerased.Thelowerbitsselectingthebytewithinthepageareignored.Forinstanee,onadevicewithapagesizeof32words(64bytes),thelowersixbitsoftheZ-registerareignored.Toeraseapage,setthe PGERSandSPMENbitsintheSPMCRRegisterandexecutetheSPMinstruction.

、LoadingPageBufferTowritenewdatatoapage,thePageBuffermustbefilledfirst.ThePageBufferisaseparate(notSRAM)write-onlybufferholdingonetemporarypage.Thisbuffermustbefilledwordbyword.ThebufferiscopiedtoFlashmemoryinoneoperation.TheZ-registerisusedtoselectthewordtobewritten intothebuffer.TheLSBofZisignored,asanentirewordisalwayswritteninoneoperation.Singlebyteaccessisthusnotpossible.ThehigherbitsofZselectingthepageareignoredwhenwritingtothePageBuffers.TheZ-registerbitstructurefora32-word(64-byte)pageisshowninFigure4.Largerpagesizesusemorebitsforwordselection.TowriteawordtothePageBuffer,loadthewordintotheR1:R0Registers.SettheZregistertopointtothecorrectwordandsetonlytheSPMENbitintheSPMCRRegister.TheSPMinstructionmustthenbeexecutedwithinfourcycles.WordSelectZ?lIIIIIIF32-wordPageBuffer'?=■AdWordSelectZ?lIIIIIIF32-wordPageBuffer'?=■AdFigure4.WritingtoPageBuffer、PageWriteWhenthePageBufferisloadedwithnewdata,itmustbewrittentoFlashmemory.Todothis,setuptheZ-registerthesamewayasdescribedinthesectionregardingPageErase.Thensetthe PGWRTandSPMEhbitsintheSPMCFRegisterandexecutetheSPMinstruction withinfourcycles.TheR1:R0Registercontentsareignored.Theuseofthe

FlashMemoryPage4SPAge46Figure5.WritingaPagetoFlashFlashMemoryPage4SPAge46Figure5.WritingaPagetoFlashTheSPMEhbitcanbepolledtofindoutwhentheCPUisreadyforfurtherpageupdates.Theupdateprocedurecanalsobeinterruptcontrolled.Seethesectiononinterruptsbelowformoreinformation.、TheRWWSectionBusyFlagWhenperforming aPageEraseorPageWriteoperation ontheRWWfection,theRWWSBFlagissetbyhardware,indicatingthatthesectionisinaccessible.TheRWWSBFlagshouldbeclearedinsoftwarewhentheSPMoperationiscompleted.Thisisdonebysetting theRWWSR&dSPMENbitsintheSPMCRRegister,followedbyanSPMinstructionwithinfourcycles.Alternatively,theflagisautomaticallyclearedbystartingtoloadthePageBuffers.TheRWWSBFlagcanbeusedbyotherpartsoftheapplication tochecktheRWWection'scurrent accessibility.Refertothedevices'datasheetformoredetails.NotethatthecontentsoftheZ-registerandtheR1:R0RegistersareignoredwhenusingtheRWWSREfunction.NotethatiftheRWWsectionaccessedwithoutre-enablingitafteraneraseorwriteoperation,alladdressesintheRRV^ection readOxFFFF.ThisappliesbothwhenreadingtheFlashusingLPMandifperformingcallsorjumpsintotheRWWsection.TheconsequeneeofperformingajumpintotheRWWsectionwithoutenablingitwillthereforebethattheprogramcode“OxFFFF”isexecuted,eventuallyleadingtothattheprogramcounter“falls”throughthecodespaceuntilitmeetsthefirstexecutablecode.ThefirstexecutablecodewouldinthatcasebeencounteredonthefirstaddressoftheNRWWsection.TheBootLockBitsTheapplication andBootLoadersectioncanbeprotectedondifferentlevels.Therearefourlevelsofprotection forbothsections. Ashortdescriptionofthemodesfollows.ModeBitsDescription111Fullread/writeaccess210Nowriteaccess300Nowriteaccessandnoreadaccess(dataorinterruptexecution)fromtheothersection.401Noreadaccess(dataorinterrupt execution) fromtheothersection.Table1.BootLockModesNotethatonceprogrammed(cleared),itisimpossibletounprogramthebitsagainwithoutusingserialorparallel programming.Forinstanee,toimplementanapplicationthatistobeupdatedonce,setBootLockmode1ontheApplication section, andmode4ontheBootLoadersection.ThispreventstheapplicationfromaccessingtheBootLoader,whilegivingtheBootLoaderfullaccesstoupdatetheapplicationsection.Onceupdated,theBootLoaderwouldsetmode3ontheApplicationsection,thusblockingallfurtheraccessToprogramtheBootLockbits,loadtheRORegisterwiththecorrectbits,settheBLBSETandSPMENbitsintheSPMCRRegisterandexecutetheSPMinstructionwithinfourcycles.ThecontentsoftheZ-registerareignored.UsingtheLPMinstructioninsteadoftheSPMinstructionwillreadthebits.4、 InterruptConsiderationsItispossibletouseinterruptswhilewritingtotheRWWsection,butthesoftwaremustpreventanyotheraccesstotheRWWsection.Inotherwords,interruptserviceroutinestobeexecutedwhileupdatingtheRWWsectionmustbeplacedintheNRWWsection,includingtheInterruptVectors.UsingtheIVSELbitintheGICRRegister,theapplicationcanbeusedtoimplementtwoseparateIn