汽車輪速傳感器測試硬件設(shè)計綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u16799汽車輪速傳感器測試硬件設(shè)計綜述 128170第一節(jié)電源模塊的設(shè)計 113473三設(shè)計過程 117863第二節(jié)時鐘設(shè)計 219014第三節(jié)復(fù)位電路設(shè)計 28419第四節(jié)單片機(jī)模塊設(shè)計 23312一單片機(jī)的選擇 225741（1）輸入 62075（2）輸入，輸出 725906（3）輸出 725050第五節(jié)開關(guān)模塊的設(shè)計 711916第六節(jié)電壓比較器模塊的設(shè)計 817706第七節(jié)液晶顯示模塊的設(shè)計 1032035第八節(jié)輸出信號模塊的設(shè)計 11第一節(jié)電源模塊的設(shè)計因系統(tǒng)所需的電壓為直流5V，而我國電壓為220V50hz交流電，所以這里需要設(shè)計電路。一電路工作原理220V交流電→變壓器→橋式整流電路→電容→三端穩(wěn)壓器→電容二電路圖圖3-1降壓電路三設(shè)計過程我國電壓為220V的50赫茲的交流電，把它變成所需的電流。則為得到降低的電壓，需要經(jīng)過變壓器。為了得到一個直流電路需要整流。使用的是含4個二極管的橋式整流電路。但整流器電壓出來較大，需接電容。若直接連接到負(fù)載電路，那么電路的電壓和電流將極其不穩(wěn)定。因此，這里連接一個三端電路以獲得更穩(wěn)定的電壓。三個端子是集成電路的組成部分，由一些三極管和電阻器組成。在分析電路時，能把它看做是一個能自動調(diào)電阻的原件。當(dāng)負(fù)載電流較大時，三端調(diào)壓器中的電阻減小，當(dāng)負(fù)載電流較小時，三端調(diào)壓器中的電阻增大，使調(diào)壓器的輸出電壓基本保持不變。但是考慮到有濾波和阻尼的作用，決定電容器連接在三端穩(wěn)壓器之后。第二節(jié)時鐘設(shè)計時鐘電路是單片機(jī)S52控制中心，所以它是不可或缺的，我們必須設(shè)計時鐘電路，時鐘電路的設(shè)計，只需讓引腳XTAL1和XTAL2按照圖3-2外接石英晶振和微調(diào)電容即可形成電路完成要求，構(gòu)成內(nèi)部震蕩。我們主要通過晶振大小的取值不同，導(dǎo)致內(nèi)部振蕩不同，從而得到工作頻率不同的系統(tǒng)。外接電容的大小影響著系統(tǒng)工作頻率，所以選擇合適的該電容是必要的。電路圖如下圖3-2所示：圖3-2時鐘電路復(fù)位電路設(shè)計復(fù)位電路是不可或缺的，單片機(jī)初始化需要復(fù)位，讓運行前或者正在運行中程序有錯誤或者操作失誤無法正常運行的單片機(jī)恢復(fù)也需要進(jìn)行復(fù)位。有三種方式的復(fù)位電路，他們分別是外部脈沖復(fù)位和上電自動復(fù)位，還有按鍵復(fù)位。本文設(shè)計的AT89S52微控制器內(nèi)部裝有看門狗電路定時裝置,與看門狗電路X5045相連。當(dāng)程序出現(xiàn)錯誤或無限循環(huán)時,看門狗電路將通過軟件重置系統(tǒng)。因此,不需要再設(shè)計一個CPU復(fù)位電路。單片機(jī)模塊設(shè)計一單片機(jī)的選擇根據(jù)本文設(shè)計需求，單片機(jī)有兩種選擇有MSP430系列單片機(jī)，該單片機(jī)開發(fā)環(huán)境快和功率消耗低等特點，但是它單片機(jī)的價格過高，我們不建議使用，所以我們可以選擇AT89S系列的AT89S52型號。它有哪些特點呢？它消耗小，使用的是高性能的CMOS8位微控制器，擁有內(nèi)存大的儲存器，該儲存器是能被系統(tǒng)編譯的8KFlash等優(yōu)點，最主要的是它的價格比較便宜，而且它的性價比也比較好，它的功能更是能滿足我們的要求。我們就可以由AT89S52解決我們所需要的眾多控制需求的系統(tǒng)和一些問題的解決方案。二性能參數(shù)AT89S52主要性能參數(shù)是什么呢？MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品是可以與它的兼容：（1）含有8KB系統(tǒng)可編譯Flash儲存器可以儲存數(shù)據(jù)；（2）1千次擦寫周期；（3）全靜態(tài)操作：（4）0赫茲到33兆赫茲；（5）三級加密程序儲存器保護(hù)數(shù)據(jù)的安全；（6）32個可編譯四口I/O口線；（7）3個16位定時/計數(shù)器；（8）8個中斷源；（9）全雙工UART串行通道；（10）含有低功耗空閑和掉電兩種模式；（11）掉電模式后我們可以使其中斷或者喚醒；（12）擁有看門狗定時器；（13）雙數(shù)據(jù)指針；（14）專屬掉電標(biāo)識符。三標(biāo)準(zhǔn)功能AT89S52提供標(biāo)準(zhǔn)功能：（1）含有8KB空間的Flash快速儲存器，（2）內(nèi)部256字節(jié)的RAM，（3）高功能8位微控制器，（4）功率低，（5）32個四口I/O口線，（6）看門狗定時器，（7）2個數(shù)據(jù)的指針，（8）3個16位定時/計數(shù)器，（8）1個六向量的二級中斷結(jié)構(gòu)，（9）1個全雙工串行的通信口，（10）片內(nèi)的振蕩器和時鐘電路。AT89S52降到0Hz的靜態(tài)以下，進(jìn)行邏輯操作，并可以選擇空閑，或者掉電的兩種工作模式。在空閑方式情況下，它能停止CPU的運行，但16位定時/計數(shù)器，RAM，中斷系統(tǒng)，以及串行通信口，都不會隨著CPU的停止而受到影響?？梢允沟綦姺绞?，保存RAM中的內(nèi)容，但是振蕩器會終止運行，并阻止單片機(jī)一切工作，除非等到下一個硬件發(fā)生復(fù)位。AT89S52芯片含引腳40個。用HMOS工藝制造的芯片，我們一般都是采用雙列直插式封裝，見圖3-3。圖3-3AT89S52芯片引腳結(jié)構(gòu)圖各引腳說明分別如下：（1）主電源引腳VCC口：它主要和外接+5伏電源正端相連。（2）GND口則是和外接+5伏電源地端相連。（3）外接晶體引腳口XTAL1，為反相放大器的輸入端口。（4）外接晶體引腳口XTAL2，為反相放大器的輸出端口，和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端口。在設(shè)計時鐘時，兩個外接晶體引腳XTAL1與XTAL2均要和晶振，還有電容相連，外接晶體和反相放大器一起就形成了一個振蕩器。I/O口說明：含四個口，32根。該單片機(jī)共三十二根平均分成四份，分給P0、P1、P2、P3，它們都有它們獨特的電路結(jié)構(gòu)，有屬于自己的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)，便于它們再數(shù)據(jù)輸出時候鎖存，簡單來說就是新的信號不來，舊的信號一直被保持不變。它只針對輸出的信號，不針對輸入信號的鎖存。我們該如何選擇這四個引腳口的使用呢？讓我們通過下面的介紹來了解吧。（5）輸入/輸出引腳P0口：是一組雙向四口的I/O端口，是8位的漏極開路，也就是地址/數(shù)據(jù)總線的綜合口。當(dāng)作為輸出端口使用時，可以通過接收電流的方法來使8個TTL邏輯門電路全部工作。當(dāng)需要看做高阻抗的輸入端時，我們需要在端口P0輸入“1”即可。在訪問外部數(shù)據(jù)或程序這兩個其中一個儲存器時，P0端口通常會被看做低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用，在此時，P0內(nèi)部的上拉電阻已經(jīng)消失了。（6）P1口：是一個內(nèi)部含有上拉電阻的8位雙向I/O端口，P1作為緩沖驅(qū)動器可以驅(qū)動的TTL邏輯電平和P0不同，卻和P2、P3一樣只可以驅(qū)動四個。在P1端口作為輸入的端口的時候，我們就需要在P1端口輸入“1”，并且經(jīng)過內(nèi)部上拉電阻把端口電平提升較高。用P1來輸入的時候，由于P1端口內(nèi)部擁有上拉電阻，在外部的信號降低到某一個引腳的時候就會輸出電流。除了這些，P1.0和P1.1也能夠分別成為定時/計數(shù)器2外部的計數(shù)輸入和輸入,可參見表3-1。表3-1P1.0與P1.1的第二功能引腳號功能特性P1.0T2[（定時/計數(shù)器2外部計數(shù)脈沖輸入)，時鐘輸出]P1.1T2EX[（定時/計數(shù)2捕獲/重裝載處罰)，還有和方向控制]（7）P2口：也是一個8位的雙向四口的I/O口，它的內(nèi)部和P1一樣有內(nèi)部上拉電阻，可以TTL邏輯門電路也和P1、P3一樣，只能控制四個，都是通過P2的輸出緩沖器來調(diào)控。在端口P2輸入“1”的時候，和P1類似可以由內(nèi)部的上拉電阻將P2端口的電平升高,這個時候P2端口能夠用作輸入口。用作輸入口應(yīng)用的時候，因為其存在有內(nèi)部的上拉電阻，當(dāng)外部的信號拉低某一個引腳的時候會發(fā)出一段電流。在瀏覽外部程序的儲存器或者16位地址的外部數(shù)據(jù)儲存器時，P2口輸出高8位地址的數(shù)據(jù)；在訪問8位地址外部數(shù)據(jù)儲存器的時候，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。（8）P3口：是一個8位的雙向四口的I/O口，它具有內(nèi)部上拉電阻，和P1、P2一樣控制4個TTL的邏輯門電路，它的該電路由P3的輸出緩沖器來控制。對P3端口輸入“1”的時候，會通過內(nèi)部上拉電阻將電位提升到較大的電位，并且與P2端口不同的是它是能夠當(dāng)做輸出的端口來使用。這個時候，由于內(nèi)部的電阻當(dāng)某一引腳被外部減小的時候會使用上拉電阻來發(fā)出電流。P3口除了用作一般的I/O接口使用以外，它的另一個性能是更為關(guān)鍵的地方，如表3-2所示。表3-2P3口的第二功能引腳號第二功能介紹P3.0RXD口（串行輸入）P3.1TXD口（串行輸出）P3.2INT0口(外部中斷0)P3.3INT0口(外部中斷0)P3.4T0口（定時器0外部輸入）P3.5T1口（定時器1外部輸入）P3.6WR口（外部數(shù)據(jù)儲存寫選通）P3.7RD口（外部數(shù)據(jù)儲存寫選通）進(jìn)行Flash編譯的時候，使用P0端口接收指令字節(jié)，但是進(jìn)行程序的檢驗的時候，輸出指令字節(jié)，并且當(dāng)我們進(jìn)行檢驗的時候，按照規(guī)定因此時上拉電阻消失了，我們就應(yīng)該外接上拉電阻。P1P2P3和P0就簡單多了，進(jìn)行Flash的編譯或程序的檢驗的時候，傳輸?shù)牡?位地址都可通過P1接收。接收高8位地址以及一些控制信號可以通過P2口實現(xiàn)。某些可以用于的控制信號可以通過P3口接收。就這些初步了解的，我們知道P1是標(biāo)準(zhǔn)口，P0當(dāng)作數(shù)據(jù)端口，P0端口可以通過定義分別成為各個口線的輸入或者輸出線。單片機(jī)在空閑狀況與掉電狀況下的工作狀況：空閑節(jié)電的狀況：在閑置工作狀態(tài)下，CPU本身將處于休眠狀態(tài)，但其所有片上外設(shè)仍處于激活狀態(tài)。此模式由軟件生成。此時，膠片中的RAM和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容都將被凍結(jié)?？臻g模式可以通過任意允許的中斷請求或硬件重置來停止。在這種情況下，片上硬件不能訪問內(nèi)部RAM，但可以訪問端口的pin。片上硬件不能訪問內(nèi)部RAM，從而防止在使用reset停止空閑模式時對端口的多余輸入，因此，激活空閑模式后的命令是不能對外部存儲器或端口的輸入命令。掉電狀況：如果停電，振蕩器將停止工作。進(jìn)入斷電模式的命令是最后一個要執(zhí)行的命令，在停止斷電模式之前，芯片中的RAM和特殊功能寄存器的內(nèi)容將被凍結(jié)。停止掉電模式的唯一方法是重置硬件。復(fù)位后，所有特殊功能寄存器將重新編譯，但RAM的內(nèi)容將不會被修改。在VCC再次達(dá)到正常工作水平之前，復(fù)位應(yīng)該不起作用，必須保持一定的時間，這樣振蕩器才能重新啟動并順利工作?？臻e和掉電模式下，各端口的引腳狀態(tài)如表3-3所示：表3-3空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)模式程序儲存器內(nèi)外部ALE端口PSEN端口P0端口P1端口P2端口P3端口空閑模式內(nèi)11數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑模式外11浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電模式內(nèi)00數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電模式外00浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)綜上，這個單片機(jī)共有三總線的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)，分別是：地址總線由P2和P0構(gòu)成的16位，和數(shù)據(jù)總線由P0口分時和分用形成，還有控制總線由共10個引腳組成。該十個引腳分別為ALE，PSEN，RST，EA與P3口中的INT0，INT1，T0，T1，WR，RD。它的含有功能強，儲存空間大等特點，可以滿足本文設(shè)計要求?？刂凭€：（1）輸入RST；復(fù)位后，晶振工作期間，持續(xù)兩個機(jī)械周期的高電平，使得AT89S52單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG:在訪問外部程序的儲存器或者數(shù)據(jù)的儲存器時，會用ALE（輸出脈沖進(jìn)行鎖存地址的低8位字節(jié)。通常這種情況下，ALE是作為對外輸出時鐘或作為定時的用途，可通過依舊用1/6的時鐘振蕩頻率輸出脈沖信號是固定的，從而進(jìn)行操作。但應(yīng)注意，每次訪問外部數(shù)據(jù)儲存器時，將省略信號脈沖。當(dāng)FLASH內(nèi)存被編譯時，該引腳將作為脈沖來進(jìn)行輸入編譯。終止ALE的操作，可以用特定功能寄存器區(qū)中8EH單元D0位置位在必要的時候。但在該單元該位置后面的，激發(fā)ALE只能依靠一條MOVX和MOVC命令才可以。另外，該引腳會被從而稍微提高，系統(tǒng)進(jìn)行外部程序時，設(shè)置ALE的停止位應(yīng)該無法使用了。輸入，輸出EA/VPP：允許外部訪問。如果EA端必須保持低級別電平，CPU才能如我們所想的只訪問外部程序的內(nèi)存。需要特別注意的是，如果編譯了加密碼的LB1位，這么在重置期間EA端將被內(nèi)部鎖存狀態(tài)。如果EA終端處于更高級別電平，那么內(nèi)部程序存儲器命令將被CPU發(fā)出。編譯FLASH儲存器時，該引腳端口與12V編譯電源相連。一起，設(shè)備必須用12V編譯電壓VPP。（3）輸出PSEN：程序儲存器能輸出外部程序儲存器的讀選通信號。當(dāng)AT89S52單片機(jī)通過外部程序的儲存器和通過外部數(shù)據(jù)的儲存器是不同，讀取外部程序儲存器的命令時，有兩次PSEN信號存在每一個機(jī)械循環(huán)，即發(fā)出兩個脈沖。在此時，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)的儲存器時，跳過兩個PSEN信號，即該信號不被激活發(fā)出。第五節(jié)開關(guān)模塊的設(shè)計為了能夠?qū)λ穆份喫傩盘栠M(jìn)行控制,需要使用多路選擇開關(guān)。設(shè)置多路開關(guān),開路電阻無窮大,接通電阻為零,并且還得要求速度迅速、噪音低、壽命足夠、工作牢靠、控制開關(guān)動作需要的功耗小?；谝陨线@些因素,本文的設(shè)計選擇CD4052做為四選一多路開關(guān)。CD4052可以看做一個雙刀四擲開關(guān),如圖3-4所示,由A、B兩個輸入狀態(tài)來決定譯碼器輸出端的哪一端去控制電子開關(guān)的閉合,對應(yīng)的多路輸入端和輸出端的連通。其具體真值表見表3-4。圖3-4CD4052引腳圖表3-4CD4052多路開關(guān)真值表輸入狀態(tài)接通通道狀態(tài)INHBA000“0”X，“0”Y001“1”X，“1”Y010“2”X，“2”Y011“3”X，“3”Y1——均不接通第六節(jié)電壓比較器模塊的設(shè)計為了方便測量輸出電壓的原始信號的頻率，本文的設(shè)計首先得將正弦波信號整形為方波，然后再通過進(jìn)一步的處理求得。將正弦波信號整形成方波可以用LM339實現(xiàn)這一功能，下面就是對LM339的一些簡單介紹。LM339集成塊內(nèi)部，是包含多個電壓比較器，它共計含有四個，此電壓比較器的特征是什么呢？此電壓比較器有失調(diào)電壓較小的特點；2毫伏為此失調(diào)電壓的經(jīng)典值；電源電壓包含有兩種變化電壓，分別是單電源和雙電源電壓；信號的內(nèi)阻較好；共模范圍比較大；能自由選擇輸出端的電位；它的差動輸入電壓較寬，等同于電源的電壓的寬。本文用C-14型封裝LM339集成塊，引腳說明圖表3-5和外型及引腳排列圖圖3-5在下面已經(jīng)展示。由于LM339使用的出現(xiàn)，世界慢慢出現(xiàn)了研究出許多四電壓比較器，這些比較器的參數(shù)大致相同，是相互可以互通運用的。圖3-5電壓比較器LM339引腳圖表3-5引腳功能圖引腳端口符號功能介紹1OUTPUT2（端口）輸出端2口2OUTPUT1（端口）輸出端1口3V+（端口）電源正口4INPUT1-（端口）反相輸入端1口5INPUT1+（端口）同相輸入端1口6INPUT2-（端口）反相輸入端2口7INPUT2+（端口）同相輸入端2口8INPUT3-（端口）反相輸入端3口9INPUT3+（端口）同相輸入端3口10INPUT4-（端口）反相輸入端4口11INPUT4+（端口）同相輸入端4口12GND（端口）電源地口13OUTPUT4（端口）輸出端4口14OUTPUT3（端口）輸出端3口LM339再使用過程中的作用是什么呢？它可以當(dāng)作什么來使用呢？其實一般情況下我們把它當(dāng)成一個運算放大器，而且是那種增益卻不可調(diào)的放大器。它含有的四個電壓比較器，每一個比較器都含有它們獨自的輸出的端口和輸入的端口，和其他的不共用，其中輸出端口有一個，輸入端口有兩個。在兩個輸入的端口中，其中一個我們命為同相輸入的端口，設(shè)置特征符號為“Y”。那么剩下的一個則取名為反相輸入的端口，設(shè)置特征符號為“N”。當(dāng)我們需要這兩個兩電壓進(jìn)行對比時，我們只需要隨便將其中一個輸入端口，加上一個需要進(jìn)行比較的信號電壓，而剩下的輸入端口，加上做參考電壓（固定電壓）。當(dāng)我們設(shè)置特殊符號“Y”端電壓比另一端“N”端低時，說明輸出管達(dá)到極限，即輸出端接的是較低電位。反之，當(dāng)“N”端電壓比“Y”端低時，輸出管會被停止，此時輸出端就是開路，沒有外接。我們怎么才能保證輸出能從一種狀況平穩(wěn)轉(zhuǎn)變到另一種狀況呢？這就需要它的兩輸入端電壓相差必須比10毫伏這個值高，所以LM339可以進(jìn)行弱信號的檢測，這是我們所希望的理想狀態(tài)下才能完成的。不接通集電極電阻的晶體三極管，就和LM339的輸出端口一樣，在使用過程中，把這樣的三級管輸出的端口到正電源只接單個電阻。此三極管輸出端口的高電位值，依據(jù)上拉電阻阻值不同而變化，形成相對應(yīng)的值。當(dāng)停止輸出時，由上拉電阻和負(fù)載的值的大小，決定該集電極的電壓。另外，我們需要注意的是：每個比較器輸出的端口，是可以互相連接使用的。第七節(jié)液晶顯示模塊的設(shè)計為更準(zhǔn)地顯示輪速感應(yīng)器的工作狀態(tài)，我需要使用液晶顯示器，它能在輪速感應(yīng)器正常工作時顯示連續(xù)工作時間，當(dāng)輪速感應(yīng)器出現(xiàn)問題時能立即報警并顯示連續(xù)工作時間。所以選用24064點陣液晶顯示器，它能顯示4行15列的文字，并且能兼容51系列單片機(jī)，滿足本文的設(shè)計要求。其主要