單片機控制汽車巡航的系統(tǒng)方案設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5028單片機控制汽車巡航的系統(tǒng)方案設(shè)計案例 1153841.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計 1321841.2系統(tǒng)主要器件選型（系統(tǒng)各功能模塊方案設(shè)計） 246251.1.1單片機選型 2273391.1.2電機驅(qū)動模塊選型 3314911.1.3車速傳感器方案選擇 4102631.1.4節(jié)氣門位置傳感器方案選擇 4165981.1.5電源電路方案選擇 4110331.3軟件開發(fā)環(huán)境選擇 4208621.4硬件開發(fā)環(huán)境選擇 51.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計本課題是采用一款單片機來進(jìn)行設(shè)計，以此來對汽車巡航控制系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。它的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)我們用一個框架圖能夠更好的了解，如下圖2-1所示。設(shè)定車速設(shè)定車速控制器節(jié)氣門控制信號節(jié)氣門執(zhí)行器發(fā)動機及變速器車輛外界干擾實際車速節(jié)氣門傳感器車速傳感器節(jié)氣門反饋信號K1實際車速反饋信號K2圖2-1電動式巡航執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖其中：當(dāng)電動式執(zhí)行機構(gòu)使用一種步進(jìn)電動機來為其提供動力的動力源時，由于步進(jìn)電動機有一種功能就是將CCSECU發(fā)出的數(shù)字信號這一類指令信號改變成為一定角度的位移量的大小。CCS

ECU每發(fā)出一個代表控制信號的脈沖，步進(jìn)電動機就能夠改變節(jié)氣門上的器件轉(zhuǎn)動一個很微小角度(這個角度就叫做步進(jìn)角，它的大小可以根據(jù)設(shè)計的需要在設(shè)計電動機功能時進(jìn)行賦能)。因此說步進(jìn)電動機是可以調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度并且能夠保證節(jié)氣門可以平穩(wěn)準(zhǔn)確地達(dá)到理想的進(jìn)行轉(zhuǎn)動。1.2系統(tǒng)主要器件選型（系統(tǒng)各功能模塊方案設(shè)計）1.1.1單片機選型方案一：AT89C52單片機。MCS-52系列單片機是在上世紀(jì)九十年代被一家推出的一款8位單片機。8位單片機所具有的功能特別強大，而且由于生產(chǎn)原料的關(guān)系它的價格相對于其他類型型號的單片機來說是很低的，這一款單片機的品種相對來說是比較齊全的，所以工業(yè)控制在工業(yè)控制上非常的受歡迎，在智能接口和儀表儀器等一些領(lǐng)域也有著自己的獨特的地位。并且目前生產(chǎn)MCS-52系列單片機的廠商也非常多，不許考慮貨源問題。MCS-52系列單片機可以說是目前為止使用的次數(shù)和頻率最廣泛的機型了。AT89C52這一款單片機內(nèi)含有的字節(jié)的大小是很多的，能有8千字節(jié)的只讀程序寄存器，而且在這款單片機里面還有著可以反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器，除此之外這款單片機還有著可以隨機存取數(shù)據(jù)的一個存儲器，這一單片機的器件使用的是一家公司的非常先進(jìn)的技術(shù)，這種技術(shù)具有兩個很好的功能，其中一個就是高密度，還有一個功能是非易失性存儲，這兩個功能可以很好地幫助人們使用這款單片機。AT89C52這一單片機就具有六個中斷源，三個定時器以及自帶看門狗的功能。不過這一款單片機雖然性能優(yōu)良，適用性也很強大。因為AT89C52這款單片機是屬于51系列，所以51系列單片機的缺點沒有自編程也在這款單片機里體現(xiàn)，這一點來說對于本設(shè)計就有一些不適用了。方案二：STC8單片機。STC系列的單片機就是在原有的51系列單片機的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，這款單片機內(nèi)置了帶電可擦可編程只讀寄存器還擁有硬件看門狗功能，不但有擁有掉電模式功能,而且有512b的內(nèi)存等51系列單片機之間并不相匹配的特點。這款單片機也是支持ISP的下載模式,可以不需要任何編程器也能夠開始寫程序。STC這款單片機實際上是一款功能強大,而且很齊全的單片機。STC單片機一般是很難被破解的，而且STC單片機還擁有一個功能就是防外部電子輻射，這一功能是非常實用的，可以在運行這款單片機的時候減少外部的干擾，使單片機能夠穩(wěn)定的運行。以上是列舉了一些STC單片機的優(yōu)點，下面我來說一下這款單片機的缺點。STC單片機的缺點還是很明顯的，這款單片機在使用時的功耗是比較高的，而且只接受5V電源的供電，運行速度相對于其他型號的單片機來說是很慢的，硬件乘法器在這款單片機中是找不到的，而且乘除法的運算也都是只有4周期的指令，這款單片機還有一個致命的缺點就是內(nèi)部集成的資源是很少的，一些功能也就得不到應(yīng)有的保障，所以也不適用與此次設(shè)計。方案三：STM8單片機。STM8系列中的STM8S是這一系列中的標(biāo)準(zhǔn)系列，它是一款功能很好地八位單片機。CPU時鐘的頻率在STM8S207R8系列單片機中能夠?qū)崿F(xiàn)到24MHz,當(dāng)這款單片機的CPU時鐘頻率能夠達(dá)到16MHz及或者在這個標(biāo)準(zhǔn)以下時就會訪問存儲器零等待,該系列單片機配備著非常高級的內(nèi)核就是STM8內(nèi)核。STM8S這款單片機在模擬性能和資源配備上也非常強大,內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換器達(dá)到了十位而且都擁有著ADC功能，16路轉(zhuǎn)換通道和80個引腳是這個STM8S系列的單片機能夠擁有的最多的轉(zhuǎn)換通道和引腳個數(shù)，60個I/O引腳是其可以安裝的最多的引腳個數(shù),當(dāng)然了這之中是需要高灌電流輸出的引腳個數(shù)是十八個,這款單片機中是具備I/O內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常厲害的。該STM8系列單片機還有連個基本的模塊，這兩個模塊其中一個是單線接口模塊另一個就是調(diào)試模塊，我們不但可以在這款單片機上面進(jìn)行設(shè)計的在線編程還能夠進(jìn)行一些非侵入的調(diào)試測試，這兩個功能對于我們來說就很實用。經(jīng)過對以上述方案分析比較，我這個設(shè)計更傾向于STM8系列的這款單片機，以下就是STM8S207這款單片機的介紹：STM8S207這款單片機能夠擁有的最多的程序存儲Flash可以到128KB,STM8S207這款單片機能夠在55℃的高溫環(huán)境下可以保存數(shù)據(jù)而且可以堅持十幾二十年之久,可以包含一些真正的數(shù)據(jù)是在帶電可擦可編程只讀存儲器中，最多可以到2KB,擦寫次數(shù)有很多，最多能夠擦寫三十萬次左右，芯片RAM容量最多能夠支持到6KB。單片機還擁有寬泛的工作電壓范圍,它能夠支持的工作電壓的范圍在1.95V到5.5V之間。具備4種時鐘源可選,它的時鐘控制體系是可以做到很靈活的,可將系統(tǒng)工作時鐘進(jìn)行配置，還能輸入外部晶體振蕩器,而且還帶有時鐘監(jiān)控。通過電源管理的這個功能我們也是可以充分利用的，我們知道低功耗模式是有兩種模式的，可以將這款單片機的運轉(zhuǎn)模式變成低功耗模式，有一個可以單獨關(guān)閉的情況就是工作時鐘在單片機內(nèi)外中的情況,上電和掉電復(fù)位這兩個比較耗電的功能在這款單片機中也能夠降低其功耗達(dá)到節(jié)約的效果。在STM8S207這款單片機中我們還可以找到TIM1這個16位高級型定時器，具備自動喚醒定時器單元,還擁有兩種看門狗單元。1.1.2電機驅(qū)動模塊選型電機的驅(qū)動模塊中通常有含有三個模塊，除此之外的一些小型微特電機也會存在利用集成驅(qū)動模塊的現(xiàn)象。我們利用驅(qū)動模塊工作的目的是很簡單的，就是為了看看類庫的功能是不是我們想要有著正確的作用；通過PWM波的傳遞，達(dá)到調(diào)速目的，這就是電機驅(qū)動電路功能，我們需要這種電路的功能有以下的幾種性能來實現(xiàn)我們的設(shè)計。一種就是要安全可靠，只有安全的電路運行才是我們計劃成功的第一步，電機的功率是靠電路輸出的電流和電壓決定的，所以要決定好這兩個的取值范圍。還有就是我們要知道不能有高電壓輸入進(jìn)入主控電路，這樣可以提高電路對輸入端的影響，以求能夠高效率的實現(xiàn)我們的目的。L298N電機驅(qū)動模塊功能是很好地，可以同時驅(qū)動兩種類型的單片機。其中一款就是直流電機，步進(jìn)電機就是另外一個，而且一片驅(qū)動芯片就能夠讓兩個直流電機轉(zhuǎn)動不一樣的轉(zhuǎn)速。L298N這款電機驅(qū)動模塊還擁有自身反饋檢測的功能和過熱使其自身斷開。TB6612電機驅(qū)動模塊也是和L298N一樣的雙驅(qū)動模式，這一款電機驅(qū)動模塊的電源輸出的大小為5V，在這款驅(qū)動模塊中還擁有電機編碼器的AB相，而且電壓是靠電源ADC模塊來輸出的。所以說為了達(dá)到我們的設(shè)計的目的，所以在本設(shè)計中將選用TB6612這一款電機驅(qū)動模塊，可以更好的和本設(shè)計中的電機相使用，以此來達(dá)到更好的演示效果。1.1.3車速傳感器方案選擇車速傳感器可以將汽車行駛時的車速的大小信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換傳輸給ECU，可以當(dāng)評判實際車速的依據(jù)，可以根據(jù)ECU的判斷來確定汽車是不是在巡航控制系統(tǒng)的所要求的哪一個確定的車速大小。由于條件所限，本設(shè)計中是不合適車速傳感器的使用的，所以選用一個電位器來代替。1.1.4節(jié)氣門位置傳感器方案選擇發(fā)動機的節(jié)氣門開度的大小是利用一個元器件節(jié)氣門傳感器來測量的，當(dāng)ECU接收到一個和節(jié)氣門開度大小呈現(xiàn)一定比例關(guān)系的電壓的數(shù)值信號時，這是ECU就會將接收到的信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化處理后來控制操作。由于條件所限，本設(shè)計是用一個電位器來替代節(jié)氣門位置傳感器。1.1.5電源電路方案選擇電源電路是很重要的，尤其是在本設(shè)計中更顯得重要，因為這個是整個設(shè)計中的一個動力的提供，如果電源設(shè)計的和本身的整體設(shè)計有出入的話，自身的設(shè)計就體現(xiàn)不出來你想要的結(jié)果，結(jié)果也就是事倍功半。因為電機驅(qū)動是需要12V來進(jìn)行驅(qū)動，但是單片機是只能接收5V的電壓，所以設(shè)計的電源電路就是要把12V的電壓通過降壓器將電壓降低到5V。1.3軟件開發(fā)環(huán)境選擇這次設(shè)計中我們會用到兩個軟件，分別是IARSystems和Altium，以下就是這兩款軟件的一些介紹。IARSystems是一款非常厲害的軟件，這款軟件有C語言編譯器還有和這個編譯器在相互作用的調(diào)試器。我們可以利用這款軟件來設(shè)計能夠是巡航控制系統(tǒng)來運行的程序，還能夠用這款軟件來調(diào)試我們所設(shè)計的程序，以求能夠和設(shè)計的硬件能夠匹配使用。Altium是一款功能十分強大的軟件，能夠設(shè)計電路，這款軟件可以十分便捷的找到我們需要的電器元器件，并且繪制在它給我們提供的電路圖上，還可以經(jīng)過多次試驗以此來達(dá)到我們預(yù)期的原理圖，并利用這個原理圖來完善我們的設(shè)計。是一款十分良好的輔助繪制原理圖的工具。這款軟件應(yīng)用十分廣泛，所以學(xué)習(xí)資源也最廣。1.4硬件開發(fā)環(huán)境選擇在本次設(shè)計中我選擇的硬件有很多，分別是STM8S2