畢業(yè)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的汽車儀表的設(shè)計(jì)

1、 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院畢業(yè)論文步進(jìn)電機(jī)的汽車儀表的設(shè)計(jì) 專業(yè)：電子信息工程 班級(jí)：07電信一班 姓名： 學(xué)好： 指導(dǎo)老師： 論文目錄一章：引言 1.1： 設(shè)計(jì)的背景和意義 1.2： 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和難點(diǎn)二章： 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 2.1： 系統(tǒng)功能和要求 2.2： 系統(tǒng)的組成 2.2.1：步進(jìn)電機(jī)控制模塊 2.2.2： 測速與測溫模塊 2.2.3：電源模塊 2.2.4：單片機(jī)模塊 2.2.5：lcd顯示模塊 2.2.6：串口通信模塊三章：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1：單片機(jī)模塊功能的實(shí)現(xiàn)3.2：測水溫、燃油模塊3.3：測車速（轉(zhuǎn)速）里程模塊3.4：lcd顯示模塊3.5：步進(jìn)電機(jī)控制模塊3.6：串口通信模

2、塊3.7：單片機(jī)系統(tǒng)供電模塊、單片機(jī)系統(tǒng)電源模塊四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 4.1：系統(tǒng)軟件模塊劃分4.2：編程語言的選擇4.3：主程序的設(shè)計(jì) 4.3.1：轉(zhuǎn)速、車速、里程程序的設(shè)計(jì) 4.3.2：表頭驅(qū)動(dòng)子程序的設(shè)計(jì) 4.3.3：水溫測量子程序的設(shè)計(jì) 4.3.4：燃油測量子程序的設(shè)計(jì) 4.4：本章小結(jié)五章 系統(tǒng)功能的調(diào)試和性能測試 5.1：系統(tǒng)安裝與調(diào)試5.2：系統(tǒng)性能測試5.3：后期需要改進(jìn)的地方結(jié)束語 參考文獻(xiàn)和附錄（包括原理圖和部分程序）1.1 設(shè)計(jì)的背景和意義 目前的汽車儀表多為模擬式動(dòng)圈式機(jī)芯(線圈連同指針一起轉(zhuǎn)動(dòng))或動(dòng)磁式機(jī)芯(磁鋼連同指針一起轉(zhuǎn)動(dòng))儀表，主要是利用電磁感應(yīng)原理來實(shí)現(xiàn)儀表的

3、指示，指針的回轉(zhuǎn)回零則是利用彈簧游絲的彈性實(shí)現(xiàn)。動(dòng)圈式機(jī)芯儀表抗震性能差、過載能力弱、指針易抖動(dòng)等弱點(diǎn);而動(dòng)磁式機(jī)芯(主要是十字交叉機(jī)芯)儀表雖比較先進(jìn)，但也存在一致性、通用性差的缺點(diǎn)。同時(shí)，這兩種機(jī)芯的儀表都具有體積大、重量重、生產(chǎn)工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，因此，迫切需要一種一致性好、通用性強(qiáng)、可靠性高的驅(qū)動(dòng)機(jī)芯來取代。汽車儀表的發(fā)展，按技術(shù)規(guī)格來分經(jīng)過了四代:第一代汽車儀表是基于機(jī)械作用力而工作的機(jī)械式儀表，即機(jī)械機(jī)芯表;第二代汽車儀表的工作原理基于電測原理，即通過各類傳感器將被測的非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)加以測量，稱之為電氣式儀表;第三代為模擬電路電子式;第四代為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式全數(shù)字化汽車儀表從其應(yīng)用技術(shù)

4、手段上看，還是屬于電子技術(shù)范疇，也屬于電子式儀表。目前國內(nèi)大部分汽車廠商所生產(chǎn)的汽車中使用的儀表仍為傳統(tǒng)的動(dòng)圈式機(jī)芯或動(dòng)磁式機(jī)芯儀表，只是在部分高檔轎車上才使用了數(shù)字儀表系統(tǒng)。因此這一塊市場存在著很大的空白。1.2本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及難點(diǎn) 本文根據(jù)目前國內(nèi)汽車儀表的狀況和要求，完成基于stc12c5a08ad的步進(jìn)電機(jī)式汽車聯(lián)合儀表的實(shí)現(xiàn)，研究通用單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)汽車組合儀表的基本功能的解決方案。用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)指示汽車在行駛過程中的車速、轉(zhuǎn)速，水溫、油量、背光和各種狀態(tài)指示燈等信息。主要包括單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)、軟件結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。 通過對汽車儀表系統(tǒng)的基本功能的分析，完

5、成系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及基本框圖的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的關(guān)鍵問題，即如何消除指針的抖動(dòng)進(jìn)行分析和解決。 本設(shè)計(jì)主要是由兩個(gè)模塊組成來實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的目的測速模塊和測溫模塊。測溫模塊由溫度傳感器直接將測到的溫度數(shù)據(jù)（電阻信號(hào)）傳給單片機(jī)進(jìn)行處理，最后顯示在lcd上。這個(gè)設(shè)計(jì)的主要難度是在測速這個(gè)模塊上。最大的難點(diǎn)在于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)儀表指針指示車速時(shí)，如何消除指針的抖動(dòng)。其中便涉及到車速、轉(zhuǎn)速采樣頻率的問題，如果采樣過快，表盤指針抖動(dòng)厲害;如果采樣過慢，則儀表指針抖動(dòng)不靈敏，無法正確及時(shí)指示車速、轉(zhuǎn)速，因此如何使表盤指針正確指示所要求的車速、轉(zhuǎn)速是一個(gè)主要問題。第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 論文研究的是基于單片機(jī)的步進(jìn)式

6、汽車組合儀表的解決方案。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)核心;微型步進(jìn)電機(jī)是最直接最根本的控制對象;與汽車儀表密切相關(guān)的一些汽車基本行駛信息(車速、轉(zhuǎn)速、水溫、油量)，是單片機(jī)所需要處理的信息;通過對它們作理論分析和研究，可以對系統(tǒng)方案做出一個(gè)總體的設(shè)計(jì).2.1系統(tǒng)的功能與要求 設(shè)計(jì)一套車載智能儀表，用于顯示和記錄汽車行駛過程中的各種狀態(tài)信息，具體實(shí)現(xiàn)功能應(yīng)達(dá)到如下要求:1.采用通用單片機(jī)，用軟件實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。2.用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)表盤指針實(shí)時(shí)指示汽車在行駛中的車速信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)。3.用lcd模擬顯示汽車水箱溫度和油量。4.表盤展開角:車速展開角為0度，轉(zhuǎn)速的展開角為0度。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，展開角作為變量來處理，

7、根據(jù)實(shí)際需要，可以隨時(shí)調(diào)整。5.電源掉電和上電時(shí)，表頭指針能復(fù)位回零。6.系統(tǒng)電源由外接變壓器提供+12v電壓。7.系統(tǒng)要具有較強(qiáng)的抗干擾能力、較好的兼容性和通用性。2.2系統(tǒng)組成 步進(jìn)電機(jī)式汽車組合儀表系統(tǒng)由單片機(jī)模塊、測溫模塊、測速模塊、顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊、串口通信模塊、單片機(jī)電源和供電模塊等部分構(gòu)成。 系統(tǒng)組成圖如圖2.1所示：單 片 機(jī) 模 塊油量信號(hào)測量模塊水溫信號(hào)測溫模塊車速信號(hào)濾波和整形測速模塊lcd顯示步進(jìn)電機(jī)控制模塊步進(jìn)電機(jī)電源模塊串口通信模塊程序?qū)懭朕D(zhuǎn)速信號(hào)濾波和整形測速模塊 圖2.1 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 圖2.2.1 步進(jìn)電機(jī)控制模塊3. 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 在非超載

8、的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(即步進(jìn)角)。通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)最顯著特點(diǎn)就是:步距角固定。保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持

9、轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。汽車儀表中應(yīng)用的主要是兩相步進(jìn)電機(jī)，即步進(jìn)電機(jī)中有兩個(gè)獨(dú)立繞組（定子兩個(gè)相對極上的線圈串聯(lián)成獨(dú)立線圈）。步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)繞組的夾角一般有90和60兩種樣式，這里采用的是60樣式的vid2905，內(nèi)置減速比180:1的齒輪系，輸出軸的步進(jìn)角最小為1/12，最大轉(zhuǎn)速600/s。 系統(tǒng)選用的雖然為普通電機(jī)，但是。功能比較完備，精確度較高，而且性價(jià)比高，具有無累積誤差、成本低、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)。2.2.2測速與測溫模塊 汽車的基本信號(hào)有車速、轉(zhuǎn)速和水溫、燃油四個(gè)，都是通過傳感器采集。其中車速信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)為頻率信號(hào)，但

10、不符合標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)，水溫信號(hào)和燃油信號(hào)為電阻信號(hào)，是模擬信號(hào)，在送到單片機(jī)之前要對它們進(jìn)行處理。1. 車速（轉(zhuǎn)速）信號(hào) 車速信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)是通過傳感器從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)位置取出，多以非接觸方式獲取，如用霍爾、電渦流等傳感器獲取。取出的信號(hào)為頻率信號(hào)，但并非是標(biāo)準(zhǔn)的脈沖頻率信號(hào)。根據(jù)取信號(hào)的位置不同，取出的信號(hào)有下面幾種形式:(1)發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪齒取信號(hào)。信號(hào)比較穩(wěn)定，雜波較少，最小峰值為1.5v ,高溫時(shí)幅值較大。如圖2.5所示。(2) 點(diǎn)火線圈取信號(hào).點(diǎn)火時(shí)出現(xiàn)瞬時(shí)高峰值，最大值可達(dá)300v,緊接著迅速衰減。如圖2.6所示。(3)發(fā)電機(jī)取信號(hào)。又可以分相線和中性點(diǎn)取信號(hào)兩種，相線取信號(hào)類似方波，

11、但是有尖峰干擾信號(hào)，必須作前級(jí)濾波處理，如圖2.7所示。中性點(diǎn):直流成分較大，高頻成分較多，必須作前級(jí)濾波處理。如圖2.8所示。 比較上面三個(gè)信號(hào)的特點(diǎn)，結(jié)合系統(tǒng)對輸入脈沖信號(hào)的要求，決定從發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪齒取信號(hào)。因?yàn)樗男盘?hào)由專門時(shí)傳感器產(chǎn)生，信號(hào)較好，諧波分量少，更穩(wěn)定，更規(guī)則，幅值大于1.8v ，雖不完全是較好的頻率信號(hào)，但很接近于正弦波，只要經(jīng)過濾波、整形等處理，很容易得到系統(tǒng)所要求的脈沖波形。2.水溫信號(hào)通過傳感器采集來的水溫屬于電阻信號(hào)，要進(jìn)行濾波處理和a/d轉(zhuǎn)換才能送入單片機(jī).最后通過單片機(jī)處理，顯示在lcd液晶屏上。3.燃油信號(hào)通過傳感器采集來的燃油屬于電阻信號(hào)，要進(jìn)行濾波處理和

12、a/d轉(zhuǎn)換才能送入單片機(jī).最后通過單片機(jī)處理，顯示在lcd液晶屏上。2.2.3單片機(jī)電源和供電模塊系統(tǒng)的電路由于有模擬電路和數(shù)字電路兩部分，電源的要求也會(huì)不同。通常模擬電路的電源為+12v.要求不太高，經(jīng)過一般穩(wěn)壓即可;數(shù)字電路的電源則不同，一般電路為+9v，可以用集成穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)，cpu則為+5v，而且要求相當(dāng)嚴(yán)格，可以采用開關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)，尤其是脈寬調(diào)制型開關(guān)穩(wěn)壓器件組成開關(guān)的開關(guān)電源，具有體積小效率高、外圍元件少、應(yīng)用簡單、輸出電壓可調(diào)、誤差小、輸出電流大、轉(zhuǎn)換速率快、保護(hù)功能強(qiáng)等特點(diǎn)，特別適合于給單片機(jī)供電。本系統(tǒng)中用三端穩(wěn)壓(7805)ic來組成穩(wěn)壓電源所需要的外圍器件極少，ic型號(hào)

13、后面的數(shù)字代表該三端穩(wěn)壓ic電路的輸出電壓，7805表示輸出電壓為+5v,電路內(nèi)部還有過流、過熱和調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來方便、可靠，價(jià)格便宜2.2.4 單片機(jī)模塊 單片機(jī)模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，完成以下功能:輸入數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換并驅(qū)動(dòng)表頭、驅(qū)動(dòng)液晶顯示里程、按鍵處理、系統(tǒng)標(biāo)定等所有功能。根據(jù)系統(tǒng)的要求和現(xiàn)實(shí)的考慮，選用宏晶公司生產(chǎn)的stc12c5a08ad通用單片機(jī)。 stc12c5a08ad單片機(jī)簡介 stc12c5a08ad是由宏晶公司生產(chǎn)的和atmel公司生產(chǎn)的at89c52性能相當(dāng)?shù)囊环N8k字節(jié)可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(fperom-falsbprogrammable and erasa

14、ble read only memory)的低電壓，高性能cmos位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和可編程存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，它是一種高效微控制器，為很多嵌式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。和intel公司的mcs-51系列單片機(jī)相兼容，是廣泛應(yīng)用的單片機(jī)之一。 圖 2.9 stc12c5a08ad 的結(jié)構(gòu)圖 2.2.5 lcd顯示模塊 由單片機(jī)控制ht1621b芯片驅(qū)動(dòng)lcd顯示燃油、水溫、里程小計(jì)和總里程， ht1621是一個(gè)128（32*4）點(diǎn)lcd驅(qū)動(dòng)器，它可有軟件配置成

15、1/2或1/3的lcd驅(qū)動(dòng)器偏壓和2、3或4個(gè)公共端口，這一特性使 ht1621 適用于多種 lcd 應(yīng)用場合， lcd 驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘有系統(tǒng)時(shí)鐘分頻產(chǎn)生， 顯示內(nèi)存（ram）靜態(tài)顯示內(nèi)存 ram 以 (32 *4) 位的格式儲(chǔ)存所顯示的數(shù)據(jù)，ram 的數(shù)據(jù)直接映象lcd驅(qū)動(dòng)器，可以用 read、write 和 read-modify-write 命令訪問 ram 映 像 圖ht1621可以用軟件設(shè)置兩種模式的命令，可以配置ht1621和傳送lcd所顯示的數(shù)據(jù)，ht1621的配置模式稱為命令模式，命令模式類型碼為100，命令模式包括一個(gè)系統(tǒng)配置命令，一個(gè)系統(tǒng)頻率選擇命令，一個(gè)lcd配置命令，一個(gè)聲音

16、頻率選擇命令，一個(gè)定時(shí)器/wdt設(shè)置命令和一個(gè)操作命令，數(shù)據(jù)模式包括 read write和read-modify-write操作， 操作 模式 類型碼 read 數(shù) 據(jù) 110 write 數(shù) 據(jù) 101 read-modify-rite 數(shù) 據(jù) 101 command 命 令 100模式命令應(yīng)在數(shù)據(jù)和命令傳送前運(yùn)行，如果執(zhí)行連續(xù)的命令，命令模式代碼即100，將被忽略，當(dāng)系統(tǒng)在不連續(xù)命令模式或不連續(xù)地址數(shù)據(jù)模式下，管腳/cs 應(yīng)設(shè)為1，而且先前的操作模式將復(fù)位，當(dāng)管腳/cs返回“0”時(shí)，新的操作模式類型碼應(yīng)先運(yùn)行。2.2.6 串口通信模塊 單片機(jī)的串口通信模塊主要是用于擴(kuò)展單片機(jī)的功能，使其

17、功能更加強(qiáng)大，操作更加方便，在有串口通信模塊的情況下，可以實(shí)現(xiàn)在電腦上直接對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作，如監(jiān)控該系統(tǒng)，直接獲取相關(guān)信息到電腦上，如車速，溫度；也可以在計(jì)算上直接對該系統(tǒng)單片機(jī)進(jìn)行讀寫控制，如可以直接寫入本設(shè)計(jì)需要的程序，直接控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，直接控制與測溫相關(guān)的溫度調(diào)節(jié)。串口通信模塊最主要的功能是用于后續(xù)功能擴(kuò)展，以使單片機(jī)具備更多的功能。本系統(tǒng)中用的是spi接口模式的ht93lc66芯片，spi接口需要兩條控制線（cs和sclk）和兩條數(shù)據(jù)線（din/sdi和dout/sdo）。在這里從從設(shè)備的角度出發(fā)說明三線接口的數(shù)據(jù)線。din是從設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入線，dout是從設(shè)備的數(shù)據(jù)讀出線。這里

18、我們使用cs，sclk，din和dout來定義三線接口中的各條線。 下圖為ht93lc66與單片機(jī)連接圖 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)模塊功能的實(shí)現(xiàn) 采用stc12c5a08ad單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)模塊各項(xiàng)功能。單片機(jī)模塊接線如圖3.1所示。 單 片 機(jī) 模 塊單片機(jī)模塊管腳連接簡介：1. 對從測溫傳感器、測油量傳感器、測車速傳感器和測轉(zhuǎn)速傳感器四個(gè)信號(hào)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。2. 車速、轉(zhuǎn)速和里程，fp2out、zhsi、chsi分別是里程信號(hào)輸入、轉(zhuǎn)速輸入和車速輸入，送入單片機(jī)處理。3. 水溫、燃油模塊，owaterled、oryled、qy1、qy2、slpw和slpr分別是水溫報(bào)警、燃油

19、報(bào)警、水溫a/d轉(zhuǎn)換輸入、燃油a/d轉(zhuǎn)換輸入、水溫輸入信號(hào)、燃油輸入信號(hào)。 4. 串口通信模塊，cs2l、sck2l和sio2l三個(gè)管腳連接ht93lc66芯片與單片機(jī)，擴(kuò)展單片機(jī)的功能，5. 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)表頭，使儀表能指示車速、轉(zhuǎn)速。cw、fa、fb三個(gè)管腳連接的是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊芯片sti6608,用于單片機(jī)控制sti6608進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)來指示車速和轉(zhuǎn)速。6. 編程部分，rxd、txd用于單片機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的通信。7. 將從測溫傳感器、測油量傳感器、測速傳感器測轉(zhuǎn)速傳感器等幾個(gè)信號(hào)中獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)處理后，送入ht1621芯片顯示數(shù)據(jù)，data、wr、cs是ht1621與單片機(jī)

20、通信的接口，控制液晶屏顯示。 8. key是復(fù)位按鍵，用于系統(tǒng)的復(fù)位和顯示內(nèi)容的切換。3.2測水溫、燃油模塊 燃 油 部 分 水 溫 部 分燃油、水溫是在液晶屏上模擬顯示的，水溫、燃油的輸入信號(hào)是電阻信號(hào)，經(jīng)過電阻的分壓轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)過限幅濾波送入a/d轉(zhuǎn)換器，得到數(shù)字量送入單片機(jī)處理，最后在液晶屏上模擬顯示水溫和油量，3.3測車速（轉(zhuǎn)速）里程模塊 轉(zhuǎn) 速 部 分 車 速 里 程 表 部 分 車速輸出部分轉(zhuǎn)速、車速兩路頻率信號(hào)通過限幅、濾波，再經(jīng)過三極管電子開關(guān)的整形變成符合要求的脈沖信號(hào)送cpu計(jì)數(shù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3.4 lcd顯示模塊lcd的顯示主要通過ht1621芯片顯示數(shù)據(jù)的，單

21、片機(jī)把要顯示的數(shù)據(jù)送到ht1621b的ram內(nèi)，通過單片機(jī)的讀寫控制要顯示的內(nèi)容， l c d 液晶屏部分 h t1621 控制芯片3.5步進(jìn)電機(jī)控制模塊采用sti6008芯片控制步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)功能，模塊接線圖如下圖 3.6串口通信模塊 采用max232a來實(shí)現(xiàn)串口通信模塊各功能，用以向單片機(jī)寫入程序。串口通信模塊接線圖如圖所示。 串 口 通 信 部 分3.7單片機(jī)電源（供電）模塊 采用l7805芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)供電系統(tǒng)模塊各項(xiàng)功能，用以向單片機(jī)中各其它模塊提供電源。模塊接線圖如下圖所示。 電 源 部 分第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件功能主要是完成數(shù)據(jù)的采集與轉(zhuǎn)換、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、

22、數(shù)據(jù)的顯示、系統(tǒng)的復(fù)位等等，它包含主程序和若干個(gè)子程序。如何使電機(jī)平滑地轉(zhuǎn)動(dòng)(尤其是在車速和轉(zhuǎn)速較高時(shí))是設(shè)計(jì)重點(diǎn)。要保證這一點(diǎn)，需要做好兩方面的工作:一是信號(hào)的采樣頻率的選定;二是表頭驅(qū)動(dòng)程序的合理設(shè)計(jì)。在編程過程中采用模塊化的編程技術(shù)，對所有項(xiàng)目分模塊進(jìn)行編程。4.1系統(tǒng)軟件模塊劃分 根據(jù)系統(tǒng)任務(wù)分析，程序分為系統(tǒng)初始化、中斷處理、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、車速轉(zhuǎn)速測量、水溫、燃油測量、串行通信、顯示等模塊。1. 初始化模塊。初始化模塊用于系統(tǒng)程序運(yùn)行之前完成系統(tǒng)功能參數(shù)的初始化。2. 中斷處理模塊。獲取程序所需的各種參數(shù)。3. 車速里程測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成車速里程的計(jì)算、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)。4. 轉(zhuǎn)速

23、測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成轉(zhuǎn)速的計(jì)算、轉(zhuǎn)換。5. 水溫測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成水溫的計(jì)算、轉(zhuǎn)換。6. 燃油測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成水溫的計(jì)算、轉(zhuǎn)換。7. 串行通信模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成數(shù)據(jù)段的發(fā)送。4.2編程語言的選擇現(xiàn)在單片機(jī)的編程語言主要有三種:匯編語言、c語言和plm語言。其中c語言和plm語言屬于高級(jí)語言，它們的優(yōu)點(diǎn)是本身具有豐富的庫函數(shù)和數(shù)據(jù)類型封裝，程序編制簡單，可讀性強(qiáng)，缺點(diǎn)是程序生成機(jī)器代碼的效率低。匯編語言則相反。本系統(tǒng)既對機(jī)器代碼的效率有較高的要求，又對數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理要求也較高。因此，系統(tǒng)軟件程序c語言的形式編程。4.3主程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件是由一個(gè)主程序和若干子程序

24、構(gòu)成，主程序的主要功能是設(shè)定程序執(zhí)行過程中用到的相關(guān)變量，分配寄存器，對所需要的參數(shù)進(jìn)行初始化，然后按照要求在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間調(diào)用相應(yīng)的處理模塊和子程序，來對系統(tǒng)進(jìn)行處理。主程序具體簡述如下:1. 定義系統(tǒng)運(yùn)行過程中所需的變量;2. 分配硬件系統(tǒng)所提供的相關(guān)資源，如寄存器、rom以及中斷資源和堆棧:3. 完成系統(tǒng)的自檢;4. 在程序的運(yùn)行過程中，按要求依次完成對系統(tǒng)各模塊的調(diào)用，并將結(jié)果提供給用戶;5. 在各模塊的調(diào)用過程中，實(shí)現(xiàn)調(diào)用過程的現(xiàn)場保護(hù)，以確保程序正確執(zhí)行;保存系統(tǒng)運(yùn)行過程中的必要參數(shù)。下圖為主程序流程圖。開始點(diǎn)火開關(guān)是否打開發(fā)動(dòng)機(jī)是否打開車速顯示水溫顯示燃油顯示轉(zhuǎn)速顯示 4.3.1 車

25、速、轉(zhuǎn)速，里程程序的設(shè)計(jì)第四代車速里程表無論選擇哪種傳感器它們輸出的信號(hào)都要是脈沖信號(hào)，從而使得非接觸式轉(zhuǎn)速傳感器得以迅速發(fā)展。也只有選擇產(chǎn)生脈沖信號(hào)的傳感器才能滿足本課題的要求。故本系統(tǒng)選用霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器?；魻柼筋^組件安裝在變速箱輸出軸上，里程計(jì)數(shù)、車速計(jì)時(shí)脈沖產(chǎn)生的工作原理如下圖所示。八個(gè)磁鋼與變速箱輸出軸同步旋轉(zhuǎn)?；魻柼筋^固定在變速箱殼體上靜止不動(dòng)，當(dāng)輸出軸上某只磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)到霍爾探頭對應(yīng)位置時(shí)，霍爾探頭中的霍爾敏感器件受到磁鋼磁場作用，霍爾探頭輸出一個(gè)低電平，當(dāng)沒有磁鋼與霍爾探頭對準(zhǔn)時(shí)，霍爾探頭不再受到磁場作用，輸出高電平。輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，霍爾探頭有八個(gè)方波輸出。如果以速比為1：540的

26、車型為例，汽車行駛一公里，則霍爾傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)共為85404320個(gè)。步進(jìn)電機(jī)式車速里程表機(jī)芯的轉(zhuǎn)動(dòng)和lcd中里程的顯示都是受控于霍爾探頭輸出的方波個(gè)數(shù)。記錄4320個(gè)脈沖表示汽車行駛1公里，記錄單個(gè)脈沖的周期算出汽車行駛的速度，具體應(yīng)用將在相應(yīng)章節(jié)中介紹。 車速里程表的速比表示的是：車輪轉(zhuǎn)軸在汽車行駛一公里時(shí)所轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)數(shù)。步進(jìn)電機(jī)式車速里程表采用的是霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器。這種車速里程表轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器將感應(yīng)發(fā)出八個(gè)脈沖?，F(xiàn)在以速比為1：540的車型為例，汽車行駛一公里，則霍爾傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)共為85404320個(gè)，也就是說，每個(gè)脈沖代表了1/4320公里的路程。將這些脈沖信號(hào)輸入給

27、單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，利用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能，使之計(jì)到432個(gè)脈沖產(chǎn)生一個(gè)中斷，中斷后進(jìn)入計(jì)數(shù)器中斷子程序，在這個(gè)中斷子程序中，實(shí)現(xiàn)對小計(jì)里程的累計(jì)和總里程的累加。若累加了總里程則把累加的總里程數(shù)送到e2prom芯片ht93lc66中保存，并從芯片ht93lc66中調(diào)出送給lcd顯示。從以上章節(jié)，我們已經(jīng)知道lcd分別顯示出小計(jì)里程和總里程，其中小計(jì)里程進(jìn)位時(shí)，也同時(shí)累計(jì)至總計(jì)里程。小計(jì)里程顯示為000.0999.9km，總里程液晶顯示為000000999999km。液晶里程顯示屏見圖2-5所示，其中上一排4位顯示小雞里程，且小計(jì)里程的最后一位為小數(shù)。下一排6位顯示總里程，器件子地址的傳送順序

28、是從上排左首至右結(jié)束，接著再從下排右首開始，至左首結(jié)束，上下兩排都是左首為高位。小計(jì)里程顯示的復(fù)位是通過外部中斷key來實(shí)現(xiàn)的，小計(jì)里程以0.1km為最低顯示數(shù)字，停車關(guān)掉電門后不保存，總里程顯示數(shù)值保存在e2prom中，從而掉電不會(huì)丟失總里程數(shù)值，當(dāng)打開電門，即刻顯示上次總里程累計(jì)數(shù)。下次行車總里程繼續(xù)累計(jì)相加，總里程累計(jì)超過顯示范圍999999km時(shí)，不再響應(yīng)里程數(shù)的變化，而一直顯示999999 km。小計(jì)里程超過顯示范圍999.9km時(shí)即刻清零，并從000.0開始重新計(jì)數(shù)。 4.3.2表頭驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)平滑的正反轉(zhuǎn)控制是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。當(dāng)車速轉(zhuǎn)換后的信號(hào)頻率增大時(shí)，電機(jī)就向順時(shí)針方

29、向運(yùn)動(dòng)，這是正轉(zhuǎn);當(dāng)車速和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換后的信號(hào)頻率減小時(shí)，電機(jī)就向逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)，這是反轉(zhuǎn);而當(dāng)車速恒定時(shí)，指針也不發(fā)生改變。在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，要設(shè)定各步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)間隔定時(shí)器和計(jì)數(shù)器,設(shè)定各表指針需要達(dá)到的角度位置和實(shí)際角度位置，均為1/12度，即一個(gè)微步。表頭驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行過程如下:1.驅(qū)動(dòng)時(shí)間間隔到，中斷程序被觸發(fā)，驅(qū)動(dòng)間隔計(jì)數(shù)器清零。2. 檢查當(dāng)前指針的位置與由采樣程序算得的理論值。3. 如果相等則不作驅(qū)動(dòng)。4. 如果當(dāng)前值理論值，驅(qū)動(dòng)指針逆時(shí)針走一微步，且當(dāng)前值減1:如果當(dāng)前值理論值，驅(qū)動(dòng)指針順時(shí)針走一微步，且當(dāng)前值加15. 返回系統(tǒng)程序，由主循環(huán)安排定時(shí)循環(huán)。當(dāng)目標(biāo)值一旦發(fā)生變化(當(dāng)前值

30、不等于理論值)，則上述過程每500微秒執(zhí)行一次(驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一微步)，直到指針指向理論值。表頭驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖4.2所示。 4.3.3 水溫采樣測量子程序設(shè)計(jì)水溫屬于電阻信號(hào)，通過測量水溫傳感器電阻信號(hào)，然后經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)直接通過mcu處理，最后模擬顯示在lcd上。測溫子程序函數(shù)流程圖： 初始化顯示空格讀取命令讀取溫度信號(hào) 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令 溫度計(jì)算處理模擬顯示 4.3.4 燃油采樣測量子程序設(shè)計(jì)和水溫信號(hào)一樣，燃油也屬于電阻信號(hào)，通過測量燃油傳感器電阻信號(hào)，然后經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)直接通過mcu處理，最后模擬顯示在lcd上。測油量子程序函數(shù)流程圖： 初始化顯示空格讀取命令讀

31、取燃油信號(hào) 發(fā)燃油轉(zhuǎn)換命令 燃油計(jì)算處理模擬顯示4.4本章小結(jié) 本章對系統(tǒng)軟件功能模塊的劃分，介紹了主程序及部分子程序的流程圖，其中重點(diǎn)介紹了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)子程序的設(shè)計(jì)思想、流程圖和程序設(shè)計(jì)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)子程序是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是軟件的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，它關(guān)系到儀表指針能否無抖動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)關(guān)鍵問題，本章對其作了較為詳細(xì)的討論和闡述;對于其它程序的設(shè)計(jì)只作了簡單的介紹。第5章 系統(tǒng)功能調(diào)試與性能測試 系統(tǒng)在完成了上述硬件及軟件設(shè)計(jì)后，做成樣機(jī)，并對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和相應(yīng)的功能測試。5.1 系統(tǒng)安裝與調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件和軟件兩個(gè)方面的調(diào)試。 由于本設(shè)計(jì)包括2個(gè)以上的模塊，因此為了防止一次性做完后出現(xiàn)

32、大問題的情況，系統(tǒng)調(diào)試主要是采取了分模塊進(jìn)行調(diào)試的方法，調(diào)試一塊，成功一塊，才去調(diào)試下一個(gè)模塊。 硬件調(diào)試方面： 硬件方面主要的問題:由于是分模塊進(jìn)行硬件焊接、調(diào)試，所以避免了在最后拼接時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重問題。硬件安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問題主要是焊點(diǎn)、芯片管腳焊錯(cuò)的問題。一般情況下，主要避免犯以上兩個(gè)錯(cuò)誤，硬件都能安裝成功。 在安裝步進(jìn)電機(jī)模塊時(shí)，出現(xiàn)過主要的問題是剛開始把步進(jìn)電機(jī)關(guān)系到相位的4個(gè)焊點(diǎn)焊錯(cuò)，導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)無法轉(zhuǎn)動(dòng)。后來很快就發(fā)現(xiàn)了問題，重新焊腳，步進(jìn)電機(jī)便能正常地運(yùn)行。液晶屏模塊也是是否虛焊，連焊 也是硬件調(diào)試中經(jīng)常遇見的問題。 軟件調(diào)試方面： 調(diào)試工具： keil uvision 3 通過將

33、單片機(jī)系統(tǒng)和電腦相連接，將程序編譯后的hex文件燒寫至單片機(jī)系統(tǒng)。在編寫程序的過程中， 主要遇到了一些子程序的具體算法的實(shí)現(xiàn)，這其中涉及到算法的穩(wěn)定性和對其它模塊的影響 ，另一個(gè)問題就是各個(gè)模塊的的協(xié)同工作，上述兩個(gè)問題是在軟件調(diào)試遇到的最大的問題，最終通過不斷的調(diào)試和請教，終于儀表設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)功能5.2系統(tǒng)性能測試 本設(shè)計(jì)測車速、轉(zhuǎn)速以及溫度，燃油幾個(gè)重要信號(hào)。根據(jù)車速、轉(zhuǎn)速和水溫、燃油兩路信號(hào)的特點(diǎn)和參數(shù)，用直流電機(jī)來模擬車速信號(hào)，用可調(diào)電阻來作為水溫燃油信號(hào)輸入，輸入相應(yīng)接口，不斷改變相關(guān)參數(shù)的取值，觀察lcd顯示和車速、轉(zhuǎn)速表頭的指針變化及在表盤的位置。另一方面，改變軟件中采樣周期，

34、觀察指針的轉(zhuǎn)動(dòng)和抖動(dòng)情況。兩種參數(shù)的改變測試，測試結(jié)果和參照車型儀表的測試指標(biāo)完全一致，證明了論文中系統(tǒng)的方案和技術(shù)理論的正確性。經(jīng)過以上系統(tǒng)的功能測試表明，論文所研究設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)的步進(jìn)式汽車組合儀表性能表現(xiàn)基本符合要求，達(dá)到技術(shù)要求，不但何積小、重量輕、生產(chǎn)檢測工藝簡單，而且精度高，可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、兼容性高、通用性強(qiáng)、開發(fā)成本低、開發(fā)周期短，非常適合規(guī)?；a(chǎn)。5.3后期需要改進(jìn)地方 由于本人水平有限，此次設(shè)計(jì)出來的基于單片機(jī)的汽車組合儀表是比較簡單，比較初級(jí)的，功能不是很完善，蓄電池量顯示，方向燈、倒車?yán)走_(dá)等雖然在硬件系統(tǒng)中，但是并沒有把這些功能用軟件實(shí)現(xiàn)控制它們。這些地方需要

35、極大改進(jìn)，相信在以后的學(xué)習(xí)中，能夠更加深入的了解到有關(guān)基于單片機(jī)的汽車儀表方面的知識(shí)和技術(shù)，使該設(shè)計(jì)更加完善，更加人性化，更加直觀。結(jié)束語 經(jīng)過幾年的學(xué)習(xí)和研究，此次的設(shè)計(jì)主要是完成了以下幾個(gè)方面的工作;數(shù)字式步進(jìn)電機(jī)組合儀表總體方案設(shè)計(jì)；儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì);儀表系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì);系統(tǒng)的功能測試。 本文設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)式汽車組合儀表，用單片機(jī)技技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)汽車儀表中，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)汽車儀表的基本功能，用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)表盤指針實(shí)時(shí)指示汽車在行駛中的車速和轉(zhuǎn)速信號(hào);用lcd模擬顯示汽車水溫和燃油信號(hào)。通過對儀表系統(tǒng)功能測試，系統(tǒng)各方面性能表現(xiàn)良好，基本達(dá)到實(shí)際要求。 此次設(shè)計(jì)中主要是做了以下

36、幾件事： 1.以stc12c5a08ad單片機(jī)為核心完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，對系統(tǒng)的各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和介紹，尤其是對能給系統(tǒng)性能的車載輸入信號(hào)的性質(zhì)特征進(jìn)行了細(xì)致的分析，為后面系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。 2.在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)過程中，為了使測量準(zhǔn)備、表頭指針轉(zhuǎn)動(dòng)平滑無抖動(dòng)和增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性，對車載信號(hào)中的車速信號(hào)進(jìn)行了整形和濾波。 3.在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過程中，對步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序作了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何使表頭指針能平滑無抖動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)中，采取設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)間隔定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的方法來減小指針抖動(dòng)。 4.對儀表系統(tǒng)功能進(jìn)行了反復(fù)地模擬測試，通過改變溫度信號(hào)、

37、燃油信號(hào)和直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，不斷進(jìn)行測試，通過測試，系統(tǒng)各方面性能表現(xiàn)良好，基本達(dá)到技術(shù)要求，從而證明了系統(tǒng)方案的可行性和實(shí)用性。 盡管此次設(shè)計(jì)出了較為簡單的基于單片機(jī)系統(tǒng)的汽車儀表 ，并且達(dá)到了基本目標(biāo)，但仍然離實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)非常遠(yuǎn)，許多實(shí)際汽車儀表中的功能都沒有集成進(jìn)這個(gè)系統(tǒng)，最重要的車速顯示非常粗糙，只是顯示了范圍，沒有顯示精確的車速，這是一個(gè)極大需要改進(jìn)的地方。 我會(huì)在以后的學(xué)習(xí)中更加努力，在這個(gè)方面進(jìn)行更加深入的學(xué)習(xí)，繼續(xù)研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的汽車儀表方面的內(nèi)容，完善這個(gè)系統(tǒng)，使其功能更加強(qiáng)大，更加易用，更加人性化。 此篇論文是在我的導(dǎo)師張素妍老師的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師在研究的選題、

38、研究方案的制定、研究進(jìn)度、論文撰寫等多方面給予了耐心細(xì)致的指導(dǎo)，我的每一點(diǎn)進(jìn)步無不傾注著導(dǎo)師的心血。在論文完成之際，我謹(jǐn)向張素妍老師及其幫助過我的所有老師表示衷心的感謝，感謝她給予我的幫助。 衷心感謝單位里的領(lǐng)導(dǎo)對我的關(guān)懷和照顧，李經(jīng)理和金經(jīng)理和鄭工程師在論文設(shè)計(jì)中給了我各種幫助和支持，在他們的親切關(guān)懷和諄諄教導(dǎo)下，使我順利完成論文課題的設(shè)計(jì)。 最后，感謝我的父母和家人，感謝他們對我工作學(xué)習(xí)的理解與支持以及生活上無微不至的關(guān)懷! 尚賽 二零一一年五月于浙江振展附錄： 系統(tǒng)組成的原理圖表頭顯示程序：#include#include#defineuchar unsigned char#define

39、uint unsigned inttypedef unsigned char int8u;typedef unsigned int int16u;#define enable_isp 0x87 uint csplv3=0,zsplv3=0;uint csplvn = 0,zsplvn = 0;uint csplvo = 0, zsplvo = 0;uint zstc,cstc,zstn,zstc,swtn,swtc,rytn,rytc,cstn;uint stepcsn,stepcso,stepzsn,stepzso,stepswn,stepswo,stepryn,stepryo;uchar

40、tempmil1=0,tempmil2=0,totalmil1=0,totalmil2=0,totalmil3=0,totalmilx=0;uchar ryvalue9=0,swvalue9=0;uchar ryvaluen=0, swvaluen=0;uchartempseg10=0xbf,0x07,0x7d,0x5f,0xc7,0xdb,0xfb,0x0f,0xff,0xdf;uchartotalp7=0x00,0x12,0x10,0x0e,0x0c,0x0a,0x08;/define step moto drive ic-sti6608/*sbitcsfd = p00;/sbit zsf

41、c = p01;sbitswfb = p03;/sbitryfa = p13;sbitryfa = p10;sbit ccw = p02;*/sbit fb = p00;sbit cw = p01;sbit fa = p02;sbit owaterled = p25;sbit oryled = p03;bit cszerof = 0;bit zszerof = 0;bit ryflag = 0;bit swflag = 0;bit csoverf = 0;bit zsoverf = 0;bit adsfirstf = 0;bit adrfirstf = 0;bit mflag = 0;bit totalzero = 0;bit keyflag = 0;bit keyflag1 = 0;bit keyzhflag = 0; union union_tem