-34-機動車制動檢驗臺系統(tǒng)硬件設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u14315機動車制動檢驗臺系統(tǒng)硬件設(shè)計案例 1249431.1設(shè)計各部分電路 1179271.1.1設(shè)計單片機最小系統(tǒng) 1172851.1.2設(shè)計傳感器檢測電路 274681.1.3設(shè)計鍵盤的接口電路 4240611.1.4設(shè)計顯示器的接口電路和RS232接口電路 596411.1.5設(shè)計放大電路 756291.1.6設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器 8322351.1.7設(shè)計電源電路 101.1設(shè)計各部分電路1.1.1設(shè)計單片機最小系統(tǒng)單片機（SCM）的組成部分有中央處理器（CPU）、隨機存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、計時器/計數(shù)器、輸入/輸出接口電路、總線等基本環(huán)節(jié)，每一個部分有著其專門的功能，共同配合以實現(xiàn)單片機的功能[13]。（1）中央計算機處理單元（CPU）是單片機的核心，它包括計算機處理單元、控制器和寄存器。（2）存儲器是專門用來存儲數(shù)據(jù)和程序的空間。單片機芯片有隨機存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）兩種類型的存儲器。RAM可以由處理器隨機讀取和寫入，但是當用于存儲臨時數(shù)據(jù)信息的單片機發(fā)生斷電之后，里面存儲的數(shù)據(jù)信息就會消失。ROM信息只能由CPU讀取，CPU不能寫入，通常用于存儲系統(tǒng)程序和固定表數(shù)據(jù)，ROM內(nèi)容可由專用程序員提前寫入。（3）I/O接口是單片機與外部設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)信息交流的橋梁，通過I/O接口可以實現(xiàn)單片機與外部設(shè)備（鍵盤、顯示器等）之間的信息傳輸。（4）總線是一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它是CPU、內(nèi)存、輸入、輸出公用通道，主機的各個部件通過總線相連接，外部設(shè)備通過相應(yīng)的接口電路再與總線相連接。根據(jù)本設(shè)計要求，我選用了STM32F103RBT6單片機，其引腳圖如圖3-1所示：圖3-1STM32F103RBT6引腳圖1.1.2設(shè)計傳感器檢測電路車軸負荷傳感器用于車輛跟蹤系統(tǒng)中的車軸負荷控制和車輛負荷控制。軸荷傳感器可以提供模擬信號，可以向車輛跟蹤系統(tǒng)提供諸如車輛位置、裝卸時間等重要信息。在利用反作用制動平臺的汽車制動性能測試中，為了了解汽車的軸承，軸承測量裝置是不可或缺的設(shè)備。軸承測量裝置可以測量機動車軸承的各方面信息，顧名思義，車軸（輪）的重量顯示器也用于測量汽車車軸（輪）的重量。從構(gòu)造上看，搭載機分為機械式和電子式兩種構(gòu)造。從實用角度來看，電子輪轂搭載機具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、可發(fā)送電信號的方便計算機網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛[14]。機動車制動平臺內(nèi)藏著多家企業(yè)生產(chǎn)的軸（輪）規(guī)。對應(yīng)上面的支撐板，制動平臺下面有4個傳感器。從傳感器的重量中減去了被稱為輪重量（輪重量）的平臺的重量。圖3-2示出了汽車的軸重量的測量。圖3-2機動車軸重檢測流程根據(jù)規(guī)范要求，采用YZC-528-3T型軸重傳感器，其基本原理如圖所示3-3。測量壓力的傳感器采用S型結(jié)構(gòu)，柔性強，密封技術(shù)先進，IP65密封等級，可在高濕度條件下工作，具有多孔結(jié)構(gòu)和雙孔結(jié)構(gòu)；該傳感器具有柔性成形結(jié)構(gòu)和由彈性板材組成的剪切結(jié)構(gòu)[15]。具有良好的線性和重復(fù)性，平衡傳感器的準確度和靈敏度，保證傳感器的長期穩(wěn)定性。圖3-3傳感器電路原理圖1.1.3設(shè)計鍵盤的接口電路1.鍵盤分類根據(jù)鍵盤的構(gòu)成不同，可以將其分為機械鍵盤、導(dǎo)電性橡膠鍵盤、箔鍵盤等。根據(jù)鍵盤的功能不同，也可以將其分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種基本形式。①編碼鍵盤編碼式鍵盤是通過數(shù)字電路直接產(chǎn)生對應(yīng)于按鍵的ASCⅡ碼，不僅自動檢測鍵，還通過除去抖動、補充鍵等，來進行鍵碼（例如可以傳遞對應(yīng)于打印處理器的功能的ASCII代碼）。②非編碼鍵盤鍵盤提供了一個簡單的支柱鍵接觸矩陣。鍵盤識別、鍵盤標記和輸入、手抖距離等功能將用其他的軟件來進行補充[16]。2.鍵盤接口的功能和原理鍵盤接口必須具有四個主要功能：防抖動、防串鍵、按鍵識別和密鑰代碼生成。①抖動：按下開關(guān)時，機械鍵幾次打開和關(guān)閉，直到開關(guān)可靠地打開。防抖動：有硬件和軟件兩種，抗混軟件用于延時（10ms），硬件混合電阻采用RS觸發(fā)器。②串鍵：同時按多個鍵或不按一個鍵，然后按新的。解決方案：雙鎖，N和循環(huán)。雙鎖鎖定：如果你想按兩個或兩個以上的鍵，那么只有最后一個輸出的鍵才被認為是有效的，并創(chuàng)建相應(yīng)的代碼。N鍵周期：N年，在此期間按多個鍵可以根據(jù)鍵的排列順序創(chuàng)建相應(yīng)的鍵代碼。③按鍵識別：線路掃描法、線路傳輸法。掃描字符串的方法：這個方法的基本思想是程序按行掃描鍵盤并根據(jù)列的輸出狀態(tài)定義代理.因此需要創(chuàng)建輸入端口和輸出端口。本次設(shè)計根據(jù)任務(wù)書的要求選用按鍵鍵盤，其電路原理圖如下圖3-4所示：圖3-4鍵盤電路原理圖1.1.4設(shè)計顯示器的接口電路和RS232接口電路常用的顯示器有LED顯示器、液晶顯示器、CRT顯示器等，LED顯示器有7段、米字型兩種類型[17]。每個LED可以連接到共同的陽極或公共陰極。而且必須是不同段的驅(qū)動程序。在通用的陽極顯示器中，在通常的時間段內(nèi)驅(qū)動輸出較低的情況下，LED電路的LED段需要吸收現(xiàn)場的額定電流。當區(qū)分驅(qū)動輸出電路高于通常時間時，區(qū)分電路的LED點火必須提供區(qū)分電路的額定電導(dǎo)電流。LED顯示接口分為動態(tài)和靜態(tài)兩種類型。動態(tài)：每個監(jiān)視器都有相應(yīng)的段碼連接到同一I/O端口，該端口由另一I/O端口控制；靜態(tài)：每個顯示器的段碼由另一個I/O控制，并將火控終端連接到固定水平。顯示原理靜態(tài)顯示：把要顯示的數(shù)的段碼送相應(yīng)的I/O口，不需要動態(tài)掃描；動態(tài)顯示:選擇第一個要顯示的IED燈位，送出該燈位對應(yīng)的段碼，延時1ms，選擇第二個要顯示的LED燈位，送出該燈位對應(yīng)的段碼，延時1ms，依次類推。動態(tài)顯示需要不斷掃描。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，需要使用兩個四位數(shù)碼管的顯示器，其電路原理圖如圖3-5所示：圖3-5四位數(shù)碼管顯示器接線圖在串行通信的情況下，通信雙方都必須使用標準接口，不過最終結(jié)果可以連接不同的設(shè)備以便于通信[18]。（“RS-485-C”只表示RS-485的版本，所以它和RS-485一樣短），它代表了一種一致的通信標準。本次設(shè)計選用RS-485電路來與上位機進行通信，其基礎(chǔ)電路圖如圖3-6所示。RS-485-C接口連接器通常使用DB-9連接器，通常在DCE端連接器，在DTE端連接器RS-485端口是第9個插槽。RS-232/RS-485通風(fēng)口是DB-9連接器，RS-485線用于屏蔽的雙絞線。圖3-6RS485接口電路1.1.5設(shè)計放大電路基本放大電路是常見電路的一種，可以應(yīng)用在電路施工中，其電路原理圖如圖3-7所示。放大器可以實現(xiàn)信號或者功率的增大，在處理信號的過程中可以發(fā)揮極大的作用，對其輸入小信號，經(jīng)過放大電路可以得到大信號，這樣可以方便人們進行后續(xù)的觀察分析以及研究。信號放大電路可分為單級放大電路和多級放大電路[19]。（1）場效應(yīng)晶體管（FET）是一種單極晶體管增益電路，它是由場效應(yīng)晶體管作為放大元件組成的放大電路。與雙極晶體管一樣，F(xiàn)ET是電路的核心器件，它控制小，控制功能大，為FET工作在直流區(qū)提供了合適的位移電壓。N溝道結(jié)構(gòu)FET-Mop晶體管的快門由自調(diào)諧電路組成，由RG電阻接地，源為RS電阻。這種位移方法稱為自反應(yīng)電路，其核心是電網(wǎng)和電源的位移電壓，即RSID電源上電流產(chǎn)生的徑流。場效應(yīng)晶體管：場效應(yīng)晶體管或低信號模型中使用的非線性器件，如果輸入信號電壓很低，場效應(yīng)晶體管也被認為是雙端口網(wǎng)絡(luò)。例如，網(wǎng)絡(luò)和源之間的FET端口連接，以及河流和源之間的出口端口。無論FET的類型如何，電源電流都可以認為是零，輸入被認為是一個開環(huán)，電壓只存在于電源和電源之間。共源：與雙極晶體管上的共發(fā)射極放大器相比，共源放大電路具有以下特點：高輸入阻抗并聯(lián)，輸出電阻為0，等效開環(huán)RDS等效開環(huán)FET共源放大電路對應(yīng)于壓控電源。放大電路：一般的散射放大電路，又稱源中繼器或源中繼器，與一般的集電極放大電路具有相同的特性。雙極型的單級放大電路，單級放大電路一般是指由一個三極管或一個場效應(yīng)管組成的放大電路。它又可分為共發(fā)射極、共集電極和共基極。每一種放大電路都有其各自的特點，實現(xiàn)功能方面也有所不同。圖3-7信號調(diào)理放大電路1.1.6設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器是A/D轉(zhuǎn)換器或ADC，通常指電子部件的數(shù)字信號中的模擬信號。A/D轉(zhuǎn)換器包括直接轉(zhuǎn)換型和間接轉(zhuǎn)換型，直接轉(zhuǎn)換型又可以分為并聯(lián)比較型和反饋比較型，其中反饋比較型又可以細分為計數(shù)型和逐次漸進型；而間接轉(zhuǎn)換型可以分為雙積分型（V-T變換型）和V-F變換型。A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理是在預(yù)定時間間隔之后測試模擬輸入信號，并與一些標準數(shù)字信號進行比較。數(shù)字信號逐漸收斂，直到兩個信號相同。有很多類型的模擬轉(zhuǎn)換器，例如直接。間接、高速、高精度、超高速等都有多種形式，模擬、數(shù)字轉(zhuǎn)換器的功能被稱為解碼器，模擬、數(shù)字轉(zhuǎn)換器的功能被稱為數(shù)字轉(zhuǎn)換器。數(shù)字的量轉(zhuǎn)化為變化的模擬量，有各種各樣的種類和形式[20]。模數(shù)轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化和編碼這幾個步驟。取樣、保持要遵循取樣定理，即為了保證可以從取樣信號恢復(fù)被取樣信號，必須滿足取樣信號的頻率大于等于輸入信號的最高頻率的兩倍。把輸出數(shù)字量為1時所對應(yīng)的輸入模擬電壓稱為量化單元，也可以將其稱為“最小數(shù)量單位”，然后把采樣保持后的值用這個量化單元的整數(shù)倍來表示，就是量化。將上述量化之后的結(jié)果用代碼來表示，就是最后一個步驟編碼。A/D轉(zhuǎn)換器主要的指標有分辨率、轉(zhuǎn)換速率、量化誤差、偏移誤差、滿刻度誤差、線性度等。其中分辨率是指數(shù)字量變化最小量時模擬信號的變化量；轉(zhuǎn)換時間是指完成一次從模擬量轉(zhuǎn)換到數(shù)字量的整個過程所需要的時間，其倒數(shù)就是轉(zhuǎn)換速率；需要注意的是采樣速率必須要小于或者等于轉(zhuǎn)換速率；量化誤差是由于A/D轉(zhuǎn)換器的有限分辨率而引起的誤差。當然，A/D轉(zhuǎn)換器還有絕對精度、相對精度、微分非線性、單調(diào)性和無錯碼、總諧波失真和積分非線性等指標