畢業(yè)設(shè)計（論文）-基于單片機控制的車用儀表的設(shè)計

1、基于單片機控制的車用儀表的設(shè)計摘 要汽車儀表是駕駛員與汽車進(jìn)行信息交流的重要接口界面，對汽車的平安與經(jīng)濟(jì)行駛起著重要的作用，近年來，隨著汽車電子技術(shù)的不斷開展，汽車儀表板上顯示的信息不斷增加，傳統(tǒng)的機械指針式汽車組合儀表越來越無法滿足使用的需要，特別是計算機和通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以嵌入式微處理器為核心的智能化數(shù)字式儀表將是汽車儀表開展的必然趨勢。本文介紹了汽車行駛過程中主要參數(shù)的測量原理，針對我國目前微型車及農(nóng)車普遍使用的機械式儀表現(xiàn)狀，尋求一種低本錢、高可靠性、采用以嵌入式微處理器為核心的智能數(shù)字式汽車組合儀表解決方案，不僅能很好地克服了機械式儀表的無法回避的缺點，而且具有外形美觀、結(jié)構(gòu)簡潔

2、、體積小、實時性好、功能擴展方便等優(yōu)點。關(guān)鍵詞AT89S52單片機 汽車儀表 多任務(wù)操作系統(tǒng)目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc249440663 第1章 引言 PAGEREF _Toc249440663 h 1 HYPERLINK l _Toc249440664 1.1 課題的背景和意義 PAGEREF _Toc249440664 h 1 HYPERLINK l _Toc249440665 1.2 本課題在國內(nèi)外的研究概況及存在問題 PAGEREF _Toc249440665 h 2 HYPERLINK l _Toc249440666 1.3 本課題研究內(nèi)

3、容 PAGEREF _Toc249440666 h 5 HYPERLINK l _Toc249440667 第2章 總體方案設(shè)計 PAGEREF _Toc249440667 h 6 HYPERLINK l _Toc249440668 2.1 方案一 PAGEREF _Toc249440668 h 6 HYPERLINK l _Toc249440669 2.2 方案二 PAGEREF _Toc249440669 h 7 HYPERLINK l _Toc249440670 2.3 方案論證及確定 PAGEREF _Toc249440670 h 8 HYPERLINK l _Toc249440671

4、 第3章 車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc249440671 h 10 HYPERLINK l _Toc249440672 3.1 單片機最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc249440672 h 10 HYPERLINK l _Toc249440673 3.1.1 AT89S52芯片功能簡介 PAGEREF _Toc249440673 h 10 HYPERLINK l _Toc249440674 3.1.2 單片機的時鐘電路硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc249440674 h 13 HYPERLINK l _Toc249440675 3.1.3 單片機的復(fù)位電路硬件設(shè)計

5、 PAGEREF _Toc249440675 h 14 HYPERLINK l _Toc249440676 3.2 信號檢測及處理電路的硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc249440676 h 15 HYPERLINK l _Toc249440677 3.2.1 溫度傳感器DS18B20及其硬件接口電路設(shè)計 PAGEREF _Toc249440677 h 15 HYPERLINK l _Toc249440678 3.2.2 測速傳感器及其硬件接口電路設(shè)計 PAGEREF _Toc249440678 h 17 HYPERLINK l _Toc249440679 3.2.3 其他模擬傳感器 PAG

6、EREF _Toc249440679 h 20 HYPERLINK l _Toc249440683 3.4 液晶顯示模塊硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc249440683 h 23 HYPERLINK l _Toc249440684 3.4.1 液晶顯示模塊LCM1010 簡介 PAGEREF _Toc249440684 h 23 HYPERLINK l _Toc249440685 3.4.2 液晶顯示模塊LCM1010與AT89S52硬件接口設(shè)計 PAGEREF _Toc249440685 h 253.5 CAN HYPERLINK l _Toc249440690 3.6 電源電路硬件電路

7、設(shè)計 PAGEREF _Toc249440690 h 32 HYPERLINK l _Toc249440691 第4章 軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc249440691 h 34 HYPERLINK l _Toc249440692 4.1 開發(fā)語言簡介 PAGEREF _Toc249440692 h 34 HYPERLINK l _Toc249440693 4.2 汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)主控程序結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc249440693 h 34 HYPERLINK l _Toc249440694 4.3 車速計算程序流程圖 PAGEREF _Toc249440694 h 36 HYPER

8、LINK l _Toc249440695 4.4 顯示流程圖 PAGEREF _Toc249440695 h 36 HYPERLINK l _Toc249440696 第5章 系統(tǒng)仿真調(diào)試 PAGEREF _Toc249440696 h 38 HYPERLINK l _Toc249440697 第6章 全文總結(jié) PAGEREF _Toc249440697 h 39 HYPERLINK l _Toc249440698 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc249440698 h 40 HYPERLINK l _Toc249440699 致 謝 PAGEREF _Toc249440699 h 41第1

9、章 引言1.1 課題的背景和意義由于汽車排放、節(jié)能、平安和舒適性等使用性能不斷提高，使得汽車電子控制程度也越來越高。汽車電子控制裝置必須迅速、準(zhǔn)確地處理各種信息，并通過電子儀表顯示出來，使駕駛員通過視覺與聽覺獲取道路和交通狀況等車外信息的同時，也可獲得汽車本身的有關(guān)信息，以便做出可行的判斷， 正確駕駛汽車。因此，儀表便是駕駛員通過視覺了解汽車狀態(tài)的必備部件之一。目前，汽車儀表正向“綜合信息系統(tǒng)的方向開展，其功能將不局限于現(xiàn)在的車速、里程、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油量、水溫、方向燈指示，還可能增添一些功能，比方帶ECU的智能化汽車儀表，能指示平安系統(tǒng)運行狀態(tài)，如輪胎氣壓、制動裝置、平安氣囊等，這對汽車儀表技

10、術(shù)提出了更高要求。現(xiàn)代汽車正逐步采用ABS、ASR、平安氣囊、發(fā)動機電控噴射技術(shù)等，各種信息數(shù)據(jù)的處理正在不斷增加，對所需各項行駛信息的精度和信息種類也提出了更高要求，這就需要開發(fā)與汽車儀表同步匹配的、以各種新型材料制成的高技術(shù)、高精度和高靈敏度傳感器，并實現(xiàn)傳感器與汽車儀表同時規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和產(chǎn)品配套系列化。目前汽車儀表有兩種技術(shù)，一是傳統(tǒng)的模擬顯示，目前在中國市場上應(yīng)用份額還較大，但大多數(shù)用在前期引進(jìn)的車型或貨車、微型車上等；二是數(shù)字式儀表，數(shù)字式儀表采用步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)形式，所有傳感器的模擬或數(shù)字信號全部轉(zhuǎn)化成驅(qū)動步進(jìn)電機的數(shù)字信號，由中央處理器CPU處理完后，將驅(qū)動信號輸送到各自的步進(jìn)電機式

11、指示儀表并使之工作，這種用全數(shù)字技術(shù)驅(qū)動的指示儀表精度高、統(tǒng)一機芯結(jié)構(gòu)本錢低1 。隨著微電子技術(shù)的飛速開展和集成技術(shù)的日趨成熟以及芯片制造的產(chǎn)業(yè)化，為用單片機技術(shù)設(shè)計、制造的汽車儀表克服技術(shù)瓶頸和本錢障礙創(chuàng)造了條件。由于單片機具有高可靠性、高控制性能和高速運行速度，并能很好地解決儀表中的誤差修正和線性化處理等難題，同時便于實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號間的轉(zhuǎn)換，有利于對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、控制和存貯，易于與儀表模塊化和模擬指示驅(qū)動相匹配，而且以在航空儀表及其它專用儀表上得到應(yīng)用；因此，用單片機技術(shù)設(shè)計、制造汽車儀表正成為為世界上各先進(jìn)汽車儀表制造廠家競相開展的、最具潛力和優(yōu)勢的升級換代產(chǎn)品?；趩纹瑱C數(shù)字儀

12、表高精度和高可靠性 實現(xiàn)汽車儀表的電子化， 可為汽車駕駛員提供高精度的數(shù)據(jù)信息; 同時由于沒有機械儀表中的那些機械傳動局部，從而減少了故障的發(fā)生率，大大提高了儀表的可靠性。未來汽車儀表開展趨勢就是充分應(yīng)用光技術(shù)和機、電一體化技術(shù)，并突出現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，其功能將極大拓寬，指示形式將演變成計算機終端顯示器。隨著顯示器件 ，如液晶顯示器件 的性能，特別是工作溫度范圍的拓寬，在價格進(jìn)一步降低的前提下，汽車儀表的功能將被極大地拓寬，形式將 發(fā)生根本改變，外觀上就是一個高清晰度的計算機顯示器2 。隨著汽車電子的開展，數(shù)字式車用儀表已經(jīng)開始廣泛的投入使用。全數(shù)字式汽車儀表，尤其是步進(jìn)電動機式汽

13、車儀表顯示裝置，是當(dāng)今和未來一段時間汽車儀表顯示裝置的主導(dǎo)技術(shù)，有著十分廣闊的市場前景。所以，本課題提出并設(shè)計了基于單片機的車用數(shù)字儀表。本課題的完成有相當(dāng)重要的價值。1.2 本課題在國內(nèi)外的研究概況及存在問題自1886年創(chuàng)造汽車以來，汽車走過了100多年的開展歷程。汽車的出現(xiàn)和開展，使汽車儀表也在不斷開發(fā)和開展之中。隨著光學(xué)、電子技術(shù)的迅速開展，特別是計算機技術(shù)在汽車儀表中的廣泛應(yīng)用，汽車儀表正向數(shù)字化和智能化方向開展。汽車儀表的開展趨勢，從一個側(cè)面反映出汽車電子化水平的快速提高。為了充分了解汽車儀表開展現(xiàn)狀，準(zhǔn)確地把握其未來開展趨勢，簡單回憶其開展過程。按汽車儀表在工作原理上取得的重大技術(shù)

14、創(chuàng)新來分，可以劃分為4個階段,或稱為經(jīng)過4代。第1代汽車儀表是基于機械作用力而工作的機械式儀表，人們習(xí)慣稱這類儀表為機械機心表；第2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變換成電信號加以測量,通常稱這類儀表為電氣式儀表;第3代為模擬電路電子式；第4代為步進(jìn)電動機式全數(shù)字汽車儀表?，F(xiàn)代汽車儀表的現(xiàn)狀汽車儀表正在經(jīng)歷由第3代向第4代轉(zhuǎn)型時期。第3代汽車用儀表工作原理與電氣式儀表根本相同，只不過是用電子器件取代原來的電氣器件。其出現(xiàn)的時間大致在20世紀(jì)5060年代，隨著集成電路技術(shù)突飛猛進(jìn)的開展，這種儀表現(xiàn)在均采用各種專用集成電路為汽車儀表專門設(shè)計的集成電路，國內(nèi)汽車儀表目

15、前的主流產(chǎn)品就是這種儀表,經(jīng)過20多年的開展，其結(jié)構(gòu)形式經(jīng)歷了動圈式機心線圈連同指針一起轉(zhuǎn)動和動磁式機心磁鋼連同指針一起轉(zhuǎn)動2個根本階段。電子器件經(jīng)歷了分立器件和專用集成電路2個階段。在整個開展過程中，國內(nèi)外工程技術(shù)人員一直從未停止對其進(jìn)行改良。如圍繞降低本錢，不斷改良制作工藝，機械零件起初以金屬件為主，開展到今天以塑料件為主；圍繞提高指示精度和指針平穩(wěn)性，由動圈式開展成動磁式等。雖然，每次較大改良后整體性能價格比都有所提高，但受其工作原理的限制，其線性、精度、重復(fù)性、響應(yīng)速度等性能指標(biāo)難以有根本的突破?，F(xiàn)在看來，十字交叉動磁式儀表肯定是第3代汽車儀表開展的盡頭，必將讓位于第4代全數(shù)字式汽車儀

16、表。嚴(yán)格地說,第4代全數(shù)字式汽車儀表從其應(yīng)用的技術(shù)手段上看，還是電子技術(shù)范疇，也屬于電子式儀表，但信號處理方式已從模擬變成數(shù)字。僅憑信號處理方式的改變還缺乏以將全數(shù)字式汽車儀表劃分成一個新階段，其最顯著的特征是工作原理與第3代汽車儀表完全不同。如果一個產(chǎn)品在工作原理上有創(chuàng)新和突破，那么其設(shè)計思路、組成形式、功能和性能的改變將是根本性的。鑒于此，筆者將全數(shù)字式汽車儀表暫且列入第4代。關(guān)于全數(shù)字式汽車儀表早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)被提出，最初為“數(shù)字顯示形式的汽車儀表。雖然該儀表的工作方式是全數(shù)字式，技術(shù)水平和儀表的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了第3代汽車儀表，但其致命的缺點是只能顯示一組孤立的數(shù)字，沒有動感，在

17、被測物理量如車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，只有數(shù)字翻動，而沒有指示上升、下降直觀感，再加上讀數(shù)時間比擬長，容易分散駕駛員的注意力等，這種形式的汽車儀表很難被駕駛員接受，因而國內(nèi)外都沒有普及與推廣。為了克服上述缺乏，后來出現(xiàn)了采用光點、光條或光帶模擬動態(tài)顯示被測物理量形式的全數(shù)字汽車儀表，顯示器件主要有LED 、LCD和電致發(fā)光材料等。由于受到本錢的限制，目前光顯示汽車儀表只能選用字段顯示方式的顯示屏，無法選用顯示分辨率更高的點陣式顯示屏。因此，其視覺效果和顯示精度還不能令人滿意。隨著電子技術(shù)的開展，特別是ECU性能的提高，主要表現(xiàn)在抗強電磁干擾、工作溫度范圍和對工作電源穩(wěn)定性要求等方面的改善，再

18、加上價格的大幅度降低，目前有條件在汽車儀表上使用ECU控制的全數(shù)字儀表。雖然全數(shù)字式汽車儀表曾經(jīng)出現(xiàn)多種款式，但業(yè)內(nèi)人士和專家一致看好“ECU 控制步進(jìn)電動機式汽車儀表以下簡稱步進(jìn)電動機式汽車儀表。它是針對目前廣泛使用的模擬電子式汽車儀表機心存在多方面缺乏，在其工作原理上做出技術(shù)創(chuàng)新，即徹底放棄了“動磁式或“動圈式模擬電子式汽車儀表，通過線包與磁鋼間產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動指針工作的形式。步進(jìn)電機式汽車儀表由ECU完成各種被測物理量的采集，經(jīng)過換算后直接控制步進(jìn)電動機，再由步進(jìn)電動機驅(qū)動指針，在刻度盤上指示被測物理量，同時輔以被測物理量LCD數(shù)字顯示。步進(jìn)電動機式汽車儀表在指示方式上仍然保存了第3代儀

19、表指示直觀、有動感、符合駕駛員習(xí)慣等特點，而且批量生產(chǎn)的本錢有望低于同等功能的模擬電子式汽車儀表，更可貴的是在工作原理上的創(chuàng)新和突破，帶來了技術(shù)性能質(zhì)的提高。由于其突出特點，步進(jìn)電動機式汽車儀表在歐、美等國應(yīng)用已相當(dāng)普及。目前，國內(nèi)局部中、高檔轎車，如一汽紅旗世紀(jì)星，上汽帕薩特、賽歐、奇瑞，長安世紀(jì)星等均配套使用步進(jìn)電動機式汽車儀表。其它型號的轎車急需配套該類型的儀表，如捷達(dá)、富康等。供給國內(nèi)轎車步進(jìn)電動機式汽車儀表主要是德國VDO公司和美國德科公司。有充足的理由相信，步進(jìn)電動式汽車儀表將是未來一段時間內(nèi)汽車儀表的主導(dǎo)產(chǎn)品。我國的汽車儀表與國外興旺國家相比，技術(shù)水平有相當(dāng)大的差距。例如，當(dāng)今國

20、外興旺國家普遍使用全數(shù)字式汽車儀表，而且絕大局部是步進(jìn)電動機式汽車儀表，并且正積極準(zhǔn)備向更高方向開展。而國內(nèi)真正民族汽車儀表廠，還沒有批量生產(chǎn)出該類型的儀表，只有德國VDO公司和美國德科公司在我國設(shè)廠生產(chǎn)。雖然國內(nèi)汽車儀表界一致看好全數(shù)字式汽車儀表，特別是步進(jìn)電動機式汽車儀表。但我國民族汽車儀表生產(chǎn)廠家從事汽車儀表設(shè)計的工程技術(shù)人員，絕大局部還不具備這方面的知識能力，自主開發(fā)還不具備技術(shù)條件。如果說，20世紀(jì)80年代中期我國通過大規(guī)模技術(shù)引進(jìn)，迅速提高了汽車儀表的技術(shù)水平，即主要是當(dāng)時比擬先進(jìn)的十字交叉動磁式模擬儀表機心技術(shù)。今天看來再通過技術(shù)引進(jìn)的方式，實現(xiàn)我國汽車儀表由第3代模擬電路電子式

21、向全數(shù)字式跨越的道路簡直是無法實現(xiàn)的。其主要原因是近幾年來國內(nèi)汽車儀表在價格上的惡性競爭，企業(yè)已沒有能力消化數(shù)千萬元人民幣的技術(shù)引進(jìn)費面對如此困難局面，我國汽車儀表生產(chǎn)廠家只有一條出路，那就是抓住國內(nèi)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型期短暫的珍貴時機，與國內(nèi)大、專院校聯(lián)合起來組織力量開展研究，爭取在一年以內(nèi)掌握該項技術(shù)形成具有完全知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。黃山金馬集團(tuán)與安徽機電學(xué)院合作，目前已根本掌握了步進(jìn)電動機式汽車儀表機心技術(shù)便是其中一例?，F(xiàn)在可以肯定地說，帶ECU的全數(shù)字式汽車儀表特別是步進(jìn)電動機式汽車儀表，是當(dāng)今和未來一段時間汽車儀表的主導(dǎo)技術(shù)3。未來汽車儀表的開展，應(yīng)是充分應(yīng)用光技術(shù)和機、電一體化技術(shù)，并突出現(xiàn)代信息技

22、術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，其功能將極大拓寬，指示形式將演變成計算機終端顯示器。雖然人們對未來汽車儀表做出種種預(yù)測，并賦予它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出現(xiàn)在汽車儀表多得多的功能。僅從技術(shù)本身的角度出發(fā)，就目前技術(shù)條件而言，實現(xiàn)這些功能并沒有什么問題，制約新技術(shù)在汽車儀表上應(yīng)用的主要因素是制造本錢。因為汽車儀表是一個量大、對本錢極為敏感的產(chǎn)品，在其改良和創(chuàng)新的過程中，不僅要考慮技術(shù)的可行性、功能的拓寬、性能的改善、使用的可靠性等，更重要的是其制造本錢。隨著技術(shù)開展的日新月異和制造本錢的逐步降低，電子式汽車儀表按照其不同功能和用途具有多種形式，它們正按照各自的功能特色而應(yīng)用于不同檔次的汽車。并且，隨著未來技術(shù)對汽車儀表提出更

23、高要求，必將引發(fā)汽車儀表業(yè)市場格局的大洗牌。1.3 本課題研究內(nèi)容本課題研究內(nèi)容是基于51單片機的車用數(shù)字儀表設(shè)計與實現(xiàn)，車輛儀表是駕駛員與汽車進(jìn)行信息交流的重要接口和界面，是車輛平安行駛的重要保證。隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)汽車儀表逐漸被微處理器為核心的電子控制數(shù)字儀表取代已成為必然趨勢。然而，目前國內(nèi)車輛儀表數(shù)字化水平還不高，絕大局部儀表還是模擬式的，而大多數(shù)模擬儀表表頭的體積較大、數(shù)量多，使得顯示系統(tǒng)擁擠不堪，影響美觀；另外一些模擬儀表故障率高，增加了用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，減小了車輛行使的平安系數(shù)。為克服這些缺點，文中提出用單片機、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件及數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，霍爾傳感器等

24、對其進(jìn)行技術(shù)改良，設(shè)計并實現(xiàn)了新型全數(shù)字儀表系統(tǒng)，該儀表系統(tǒng)有顯示直觀準(zhǔn)確、靈敏度高、使用壽命長、靈巧美觀、本錢低等優(yōu)點。題目來源于工程生產(chǎn)，指導(dǎo)教師對設(shè)計系統(tǒng)的方案、軟、硬件結(jié)構(gòu)等具備一定的實際經(jīng)驗和技術(shù)根底，學(xué)生對相關(guān)根底理論的掌握也已具備，在現(xiàn)有實驗條件下，通過模擬方式，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求的根本功能。設(shè)計條件及相關(guān)技術(shù)資料已準(zhǔn)備就緒。通過對基于51單片機的車用數(shù)字儀表設(shè)計要求的分析，經(jīng)切題資料查詢和調(diào)研工作，首先確定系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，根據(jù)方案，采用單片機最小系統(tǒng)，顯示，經(jīng)信號檢測，數(shù)據(jù)采集及處理等的硬件及軟件設(shè)計來完成。其研究內(nèi)容如下：1設(shè)計控制系統(tǒng)的總體方案，畫出整個系統(tǒng)的原理框圖；2

25、系統(tǒng)硬件設(shè)計：包括CPU型號的選擇、指紋模塊及檢測電路的設(shè)計、電源電路等；3系統(tǒng)軟件設(shè)計：要求設(shè)計系統(tǒng)的主程序流程圖及主要的子程序流程圖和相關(guān)軟件設(shè)計，如主程序設(shè)計、數(shù)據(jù)采集子程序、顯示子程序、告警子程序等。第2章 總體方案設(shè)計本次設(shè)計主要是基于單片機控制的車用數(shù)字儀表，此儀表系統(tǒng)要求顯示直觀、準(zhǔn)確，使用方便、可靠，具有信息語音播報、告警等特點，同時展現(xiàn)車用儀表系統(tǒng)未來的開展趨勢和廣闊開發(fā)空間。在第一章論述根底之上，本章主要論述車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的兩種設(shè)計方案，并將這兩種設(shè)計方案進(jìn)行比照論證分析，已確定本系統(tǒng)的最終設(shè)計方案。2.1 方案一基于CAN總線式全數(shù)字汽車儀表，其系統(tǒng)原理框圖見圖2-1。

26、圖2-1 方案一系統(tǒng)框圖方案一是CAN總線式全數(shù)字儀表系統(tǒng)。系統(tǒng)分為CAN通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊等幾個局部。系統(tǒng)作為汽車CAN總線系統(tǒng)上的一個節(jié)點CAN總線網(wǎng)絡(luò)提取車速、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、燃油量、冷卻水溫度及報警等各種脈沖、模擬量和開關(guān)信號， 以SM89516A微處理器為控制主體，對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時分析處理后，送至數(shù)據(jù)顯示模塊，采用數(shù)字式及動態(tài)模式LCD液晶顯示，既利用了現(xiàn)代電子技術(shù)的優(yōu)勢，使儀表具有多功能、智能和高精度的特點，又照顧到了駕駛員的使用習(xí)慣。與傳統(tǒng)車用儀表相比，方案一具有以下優(yōu)點：1根本設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求具有高位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。2大大減少了車身布

27、線，并且具有反響快，可靠度高的特性，同時具有較好的擴展性，是汽車儀表數(shù)字化智能化的必然開展趨勢。3基于信息技術(shù)的車輛運行管理系統(tǒng)，有利于更好地消除行車中的平安隱患，可以提高行駛的舒適性。4增大了儀表顯示的信息量，還便于擴充其他功能，滿足了汽車新技術(shù)包括汽車電子技術(shù)迅速開展的需求5。2.2 方案二方案二是單片機控制的步進(jìn)電機式車用儀表系統(tǒng)，該系統(tǒng)是針對目前廣泛使用的電子式車用儀表機心存在多方面缺乏，在其工作原理上做出的技術(shù)創(chuàng)新，即徹底放棄了普通電子式車用儀表機心 “ 動磁式或 “ 動圈式形式，靠電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動指針的工作原理。步進(jìn)電機式機心使用單片機控制步進(jìn)電機，由步進(jìn)電機直接驅(qū)動指針，同時輔以液晶

28、數(shù)字顯示。其系框圖見圖2-2。圖2-2 方案二系統(tǒng)框圖從方案二框圖可見，其主要組成也包含以下幾個局部：信息檢測模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，電機驅(qū)動模塊，液晶及LED顯示模塊等。步進(jìn)電機式機心與普通電子式車用儀比，其技術(shù)性能有質(zhì)的提高，主要表達(dá)在方面。1指示精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。2重復(fù)性好，分度均勻。3響應(yīng)速度快、無抖動。4產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性和可靠性有根本保證。5適用范圍廣，根本上能滿足所有車型。2.3 方案論證及確定如果采用方案一，通過資料查詢得知,利用CAN總線構(gòu)建的車用數(shù)字儀表，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題有以下幾個方面：1整車的系統(tǒng)設(shè)計以及總線通信協(xié)議比擬復(fù)雜，硬件上的要求比擬高，需要有強大的數(shù)據(jù)處

29、理能力，而且系統(tǒng)本錢比擬高。2總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級、節(jié)點容量等技術(shù)問題。3高電磁干擾環(huán)境下的可靠數(shù)據(jù)傳輸 。4確定最大傳輸時的延時大小及實時控制網(wǎng)絡(luò)的時間特性。5安裝與維護(hù)中的布線 。6網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的增加與軟硬件更新(可擴展性)。經(jīng)分析，由于本設(shè)計面向的是群眾化的傳統(tǒng)汽車，本錢成為器件選用的最重要標(biāo)準(zhǔn)。盡管方案一具備許多方案二沒有的特點，但是由于其技術(shù)還不十分成熟以及存在的技術(shù)瓶頸。還有其昂貴的價格，使其僅在一些中高檔轎車得到應(yīng)用。而單片機控制的車用數(shù)字儀表其卓越的性能價格比已引起我國車用儀表界的廣泛關(guān)注。與此同時，采用基于單片機控制的車用數(shù)字儀表，可以防止出現(xiàn)上述問題，這種基于單片

30、機技術(shù)設(shè)計、制造的汽車儀表，具有集成度高、功能強、體積小、速度快、存儲量大、指令豐富、抗干擾性強、通用性好、推廣范圍大、工作可靠、指示準(zhǔn)確、易于匹配、使用壽命長、標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)高等一系列優(yōu)勢和特點，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車儀表?；诖?，本系統(tǒng)中采用方案二作為本系統(tǒng)的最終總體設(shè)計方案6。第3章 車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計在上一章中論證了各方案的優(yōu)缺點，并且最終確定了方案。本章將要介紹車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計，包含：單片機最小系統(tǒng)、各傳感器的功能簡介及其應(yīng)用、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示等幾局部。3.1 單片機最小系統(tǒng)單片機作為微型計算機的一個重要分支，應(yīng)用面很廣，開展很快。目前主要型號為：8031、AT89C

31、52、AT89S52、AT892051。本系統(tǒng)采用的是AT89S52單片機，AT89S52單片機是低功耗，高性能，采用CMOS工藝的8位單片機，它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與Inter80C3X單片機完全相同，在應(yīng)用中可直接替換。AT89S52內(nèi)部有FLASH程序存貯器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可在線使之處于編程狀態(tài)對其編程。變成編程速度快，擦除時也無需紫外線，非常方便。 AT89S52芯片功能簡介AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Fl

32、ash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。主要性能 與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0Hz33Hz 三級加密程序存儲器 32個可編程I/O口線 三個16位定時器/計數(shù)器 八個中斷源 全雙工UART串行通道 低功耗空閑和掉電模式 掉電后中斷可喚醒 看門狗定時器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識符1、功能特性概述AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗

33、定時器，2個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。2、振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件,XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器,因此對外部時鐘信號的脈寬無

34、任何要求,但必須保證脈沖上下電平要求的寬度。3、芯片擦除：整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合,并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫“1且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外,AT89S52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下,CPU停止工作。但RAM,定時器,計數(shù)器,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下,保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能,直到下一個硬件復(fù)位為止。4、看門狗定時器WDT是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。WDT由13位計數(shù)器和特殊功

35、能存放器中的看門狗定時器復(fù)位存儲器WDTRST構(gòu)成。WDT在默認(rèn)情況下無法工作；為了激活WDT，戶用必須往WDTRST 存放器地址：0A6H中依次寫入01EH和0E1H。當(dāng)WDT激活后，晶振工作，WDT在每個機器周期都會增加。WDT計時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復(fù)位硬件復(fù)位或WDT溢出復(fù)位，沒有方法停止WDT工作。當(dāng)WDT溢出，它將驅(qū)動RSR引腳一個高個電平輸出。1WDT的使用為了激活WDT，用戶必須向WDTRST存放器地址為0A6H的SFR依次寫入0E1H和0E1H。 當(dāng) WDT激活后，用戶必須向 WDTRST寫入01EH和0E1H喂狗來防止 WDT溢出。當(dāng)計數(shù)到達(dá)8191(1FFFH)時

36、，13位計數(shù)器將會溢出，這將會復(fù)位器件。晶振正常工作WDT激活后，每一個機器周期WDT都會增加。為了復(fù)位WDT，用戶必須向WDTRST寫入01EH和0E1HWDTRST是只讀存放器。WDT計數(shù)器不能讀或?qū)?。?dāng)WDT計數(shù)器溢出時，將給RST引腳產(chǎn)生一個復(fù)位脈沖輸出，這個復(fù)位脈沖持續(xù)96個晶振周期TOSC，其中TOSC=1/FOSC。為了很好地使用WDT，應(yīng)該在一定時間內(nèi)周期性寫入那局部代碼，以防止WDT復(fù)位。2掉電和空閑方式下的WDT在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這WDT也停止了工作。在這種方式下，用戶不必喂狗。有兩種方式可以離開掉電模式：硬件復(fù)位或通過一個激活的外部中斷。通過硬件復(fù)位退出掉

37、電模式后，用戶就應(yīng)該給WDT喂狗，就如同通常AT89S52復(fù)位一樣。通過中斷退出掉電模式的情形有很大的不同。中斷應(yīng)持續(xù)拉低很長一段時間，使得晶振穩(wěn)定。當(dāng)中斷拉高后，執(zhí)行中斷效勞程序。為了防止WDT在中斷保持低電平的時候復(fù)位器件，WDT直到中斷拉低后才開始工作。這就意味著WDT應(yīng)該在中斷效勞程序中復(fù)位。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài)WDT不被溢出，最好在進(jìn)入掉電模式前就復(fù)位WDT。在進(jìn)入待機模式前，特殊存放器AUXR的WDIDLE位用來決定WDT是否繼續(xù)計數(shù)。默認(rèn)狀態(tài)下，在待機模式下，WDIDLE0，WDT繼續(xù)計數(shù)。為了防止WDT在待機模式下復(fù)位AT89S52，用戶應(yīng)該建立一個定時器，定時

38、離開待機模式，喂狗，再重新進(jìn)入待機模式。5、空閑模式在空閑工作模式下，CPU處于睡眠狀態(tài)，而所有片上外部設(shè)備保持激活狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過軟件產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，片上RAM和特殊功能存放器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可以被任一個中斷或硬件復(fù)位終止。由硬件復(fù)位終止空閑模式只需兩個機器周期有效復(fù)位信號，在這種情況下，片上硬件禁止訪問內(nèi)部RAM，而可以訪問端口引腳?？臻e模式被硬件復(fù)位終止后，為了防止預(yù)想不到的寫端口，激活空閑模式的那一條指令的下一條指令不應(yīng)該是寫端口或外部存儲器。6、掉電模式在掉電模式下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上RAM和特殊功能存放器保持原值，直到掉電模式

39、終止。掉電模式可以通過硬件復(fù)位和外部中斷退出。復(fù)位重新定義了SFR的值，但不改變片上RAM的值。在VCC未恢復(fù)到正常工作電壓時，硬件復(fù)位不能無效,并且應(yīng)保持足夠長的時間以使晶振重新工作和初始化7。表3-1空閑模式和掉電模式下的外部引腳的狀態(tài)模式程序存儲器ALEPSENPORT0PORT1PORT2PORT3空閑內(nèi)部1 1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)空閑外部1 1浮空數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)掉電 內(nèi)部0 0數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)掉電 外部0 0浮空數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 單片機的時鐘電路硬件設(shè)計單片機的時鐘信號用來提供單片機內(nèi)各種微操作的時間基準(zhǔn)，這個時鐘信號可由單片機內(nèi)時鐘電路產(chǎn)生，可以直接使用外部時鐘信號。因此，單片機時鐘電路通

40、常可以有兩種形式內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。1內(nèi)部振蕩方式MCS單片機內(nèi)有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反響元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。這種方式為內(nèi)部振蕩方式，如下列圖3-1： 圖3-1 內(nèi)部振蕩方式 圖3-2 外部振蕩方式圖中C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，其容值一般在530pF。2外部振蕩方式外部振蕩方式就是把外部自己有時鐘信號引入單片機內(nèi)。這種方式是用來使單片機的時鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式電路接法如上圖3-2：本系統(tǒng)中利用內(nèi)部振蕩方式，電路見圖

41、3-1，其參數(shù)選擇如下：fosc=11.0592MHz C1=C2=30pF 單片機的復(fù)位電路硬件設(shè)計復(fù)位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動，計算機在啟動時，都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。在振蕩器正在運行的情況下，復(fù)位是靠在RST/Vn或RST引腳處至少保持2個機器周期(24個振蕩器周期)的高電平而實現(xiàn)的。單片機復(fù)位電路包括片內(nèi)，片外兩局部。片外復(fù)位信號通過引腳RST加到內(nèi)部復(fù)位電路上。內(nèi)部復(fù)位電路在每個機器周期S5P2對片外復(fù)位信號采樣一次，當(dāng)RST引腳出現(xiàn)連續(xù)兩個機器周期的高電平時，單片機就能完成一次復(fù)位。RST

42、端的外部復(fù)位電路有兩種復(fù)位操作形式：上電自動復(fù)位電路和按鍵手動電平復(fù)位電路。在本系統(tǒng)中采用手動電平自動復(fù)位。如下列圖3-4：單片機復(fù)位的工作過程如下：1上電自動復(fù)位電路對于MCS-51系列來說，最簡單的上電復(fù)位電路就是由一個電阻和一個電容構(gòu)成的。在系統(tǒng)上電時，經(jīng)C1與R1充電，使VRST端為高電平，持續(xù)時間2T，完成復(fù)位。電容充電結(jié)束后，系統(tǒng)復(fù)位結(jié)束，開始正常工作。一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電時應(yīng)保持20ms以上的高電平。在圖3-3中，RC時間常數(shù)越大，上電時RST保持的高電平的時間越長。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，典型值為C=10uF，8。2按鍵手動復(fù)位電路按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式

43、兩種。按鍵脈沖復(fù)位電路那么是利用RC微分電路產(chǎn)生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路圖這里略過。按鍵電平復(fù)位電路是通過是使復(fù)位端經(jīng)電阻與Vcc接通來實現(xiàn)的，按下按鍵，VREST =5V 4.2V 持續(xù)時間2T,完成復(fù)位。其電路如圖3-4： 圖3-3 上電自動復(fù)位電路 圖3-4 手動電平復(fù)位電路經(jīng)以上分析設(shè)計，有關(guān)系統(tǒng)中AT89S52單片機最小系統(tǒng)硬件設(shè)計原理圖如圖3-5所示。 圖3-5 AT89S52單片機的最小系統(tǒng)硬件電路原理圖3.2 信號檢測及處理電路的硬件設(shè)計 溫度傳感器DS18B20及其硬件接口電路設(shè)計一、溫度傳感器DS18B20簡介DS18B20是DALLAS公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有

44、3引腳TO92小體積封裝形式；溫度測量范圍為55125,可編程為9位12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達(dá)，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式產(chǎn)生；多個DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上，CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。以上特點使DS18B20非常適用于遠(yuǎn)距離多點溫度檢測系統(tǒng)。主要特點有:1、用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限溫度值。2 、需要外部組件,能測量-55+125范圍內(nèi)的溫度。3 、-10+85范圍內(nèi)的測溫準(zhǔn)確度為。4 、通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式

45、,可在至多750ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12b的數(shù)字,測溫分辨率可達(dá)010625。5 、獨特的單總線接口方式,與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現(xiàn)與微處理器雙向通訊。溫度傳感器技術(shù)指標(biāo)1獨特的單線接口方式：DS18B20與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20的雙向通訊。2可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍：+3.0V。3測溫范圍：-55+125,在-10+85范圍內(nèi),精度為固有測溫分辨率為。4通過編程可實現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式。5用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值。6支持多點組網(wǎng)功能，多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點測溫。7負(fù)壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱

46、而燒毀，但不能正常工作。DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DS18B20內(nèi)部功能模塊,主要由4局部組成:64位光刻ROM、溫度傳感器、非易失性的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置存放器。ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的,他可以看作是該DS18B20的地址序列碼,每個DS18B20的64位序列號均不相同。上下溫報警觸發(fā)器TH和 TL ,配置存放器均由一個字節(jié)的E2PROM組成,使用一個存儲器功能命令可對TH,TL或配置存放器寫入。配置存放器中R1,R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù):R1R0=“00”,9 位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為93175ms;R1R0=“01”,10位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為18715ms;R1

47、R0=“10”,11位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為375ms;R1R0=“11”,12位精度,最大轉(zhuǎn)換時間為750ms;未編程時默認(rèn)為12位精度。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫2存RAM和一個非易失性的可電擦除ERAM ,后者存放高溫和低溫觸發(fā)器TH,TL和結(jié)構(gòu)存放器。暫存存儲器包含了8個連續(xù)字節(jié),前兩個字節(jié)是測得的溫度信息,第1個字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位,第2個字節(jié)是溫度的高8位。第3個和第4個字節(jié)是TH,TL的易失性拷貝,第5個字節(jié)是結(jié)構(gòu)存放器的易失性拷貝,這3個字節(jié)的內(nèi)在每一次上電復(fù)位時被刷新。第6、7、8個字節(jié)用于內(nèi)部計算。第9個字節(jié)是冗余檢驗字節(jié),校驗前面所有8個字節(jié)的C

48、RC碼,可用來保證通信正確。二、DS18B20與單片機的硬件接口設(shè)計DS18B20與AT89S52的接口電路圖如圖3-6所示，其中DS18B20工作在外部電源供電方式，單片機AT89S52采用和DS18B20通信。通過預(yù)先對DS18B20可編程溫度傳感器的編程,完成轉(zhuǎn)換位數(shù),精度,高、低溫報警觸發(fā)器TH , TL的溫度設(shè)置。進(jìn)入測溫模式后,DS18B20可編程溫度傳感器將所測的溫度值直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,通過其獨有的單總線協(xié)議,實現(xiàn)與單片機的數(shù)據(jù)傳輸,完成數(shù)據(jù)采集。再結(jié)合軟件及相應(yīng)外圍電路進(jìn)行實時監(jiān)控9。 測速傳感器及其硬件接口電路設(shè)計一、測速傳感器簡介二、 基于速度傳感器的車速計算過程1測量車速

49、脈沖周期本設(shè)計中使用定時器2通道的捕獲功能來檢測車速脈沖下降沿有效.將連續(xù)兩次的捕獲到的定時器計時值相減，便可以獲取一個完整脈沖的計時時間周期。為了加快中斷進(jìn)程，防止中斷占用系統(tǒng)太多時間，在中斷程序只是先將兩次捕獲的值分別保存，并通過標(biāo)志位收到新車速脈沖標(biāo)志去通知后臺程序進(jìn)行處理。2根據(jù)脈沖周期求車速測量到輸入的脈沖周期后，就可以根據(jù)下面兩個公式計算即時車速。= 1-1車速km/h=脈沖頻率 1-2實際上：為了提高后面計算的精度，系統(tǒng)車速的表示值為實際車速的8倍。也就是說在計算車速時還要乘以放大倍數(shù)8。因此，公式1-2演變成1-3。 車速km/h=放大倍數(shù)脈沖頻率 (1-3)將公式1-1和1-

50、3合并后推到出公式1-4。車速km/h=放大倍數(shù) (1-4)在1-4中：總線頻率=2457600Hz；分頻因子=16；每小時秒數(shù)=3600s；放大倍數(shù)=8.把這些參數(shù)代入公式，最后推導(dǎo)出下面簡單的公式1-5。車速km/h= (1-5)3.4 液晶顯示模塊硬件設(shè)計 液晶顯示模塊LCM1010 簡介一、特點及功能LCM1010為10位8段式 .8.8.8.8.8.8.8.液晶顯示模塊3-4線串行接口可與任何單片機接口IC接口低功耗特性顯示狀態(tài)50A(典型值)省電模式1A 工作電壓視角比照度可調(diào)顯示清晰穩(wěn)定可靠使用編程簡單。二、 模塊參數(shù)表3-3 LCM1010的模塊參數(shù)以下參數(shù)條件為: T=25

51、VDD=3V 5V下內(nèi)為值工作電壓工作電流晶體工作電流RC關(guān)顯示電流靜態(tài)電流I/O高電平I/O低電平數(shù)據(jù)讀/寫頻率工作/存貯溫度極限電壓100(50)/200(110)A200(120)/400(200)A60(35)/120(60)A10(03)A5V300kHz/500kHz-20-60/-30-70三、引腳說明表3-4引腳符號說明輸入/輸出1/1NTWDT/定時器輸出集，電極開路輸出不用，可不接輸出2VDD正電源，必須接輸入3VLCDLCD屏工作電壓調(diào)整,可調(diào)整視角比照度,必須接輸入4GND負(fù)電源接地線,必須接5DATA數(shù)據(jù)輸入/輸出內(nèi)部上拉,必須接輸入/輸出6/WR模塊數(shù)據(jù)/指令寫入控

52、制線內(nèi)部上拉,必須接輸入7/CS模塊片選內(nèi)部上拉,必須接輸入 液晶顯示模塊LCM1010與AT89S52硬件接口設(shè)計 圖3-12 液晶顯示模塊LCM1010與AT89S52硬件接口設(shè)計由于LCM1010內(nèi)部有上拉電阻為保證低功耗每次送數(shù)之后，/CS 、/WR、 DATA 必須接高電平或懸浮。根據(jù)采用的MCU不同，采用不同方接口，不必使用分壓電阻。由于MCU與 LCM1010工作電壓相同，可直接相接 。CAN的通信協(xié)議主要由CAN控制器完成。CAN控制器主要由實現(xiàn)CAN總線協(xié)議的局部和實現(xiàn)與微處理器接口局部的電路組成。對于不同型號的CAN總線通信控制器，實現(xiàn)CAN協(xié)議局部電路的結(jié)構(gòu)和功能大多相同

53、，而與微處理器接口局部的結(jié)構(gòu)和方式存在一些差異。這里主要以SJA1000為代表對CAN控制器的功能作一個簡單介紹。SJA1000是一種獨立CAN控制器，它是PHILIPS公司的PCA82C200 CAN控制器的替代產(chǎn)品。SJA1000具有BasicCAN和PeliCAN兩種工作方式，PeliCAN工作方式支持具有很多新特性的CAN2.0B協(xié)議。SJA1000在軟件和引腳上都是與它的前一款PCA82C200獨立CAN控制器兼容的(SJA1000引腳功能如表1所示)，在此根底上增加了很多新的功能。為了實現(xiàn)軟件兼容，SJA1000采用了兩種工作方式：BasicCAN方式(PCA82C200兼容方式)

54、，PeliCAN方式(擴展特性方式)。工作方式通過時鐘分頻存放器中的CAN方式位來選擇。上電復(fù)位默認(rèn)工作方式是BasicCAN方式。BasicCAN和PeliCAN方式的區(qū)別如下。在PeliCAN方式下，SJA1000有一個重新設(shè)計的含很多新功能的存放器組。SJA1000包含PCA82C200中的所有位，同時增加了一些新的功能位。PeliCAN方式支持協(xié)議規(guī)定的所有功能(29位的標(biāo)識符)。SJA1000 的主要新功能如下：標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴展結(jié)構(gòu)報文的接收和發(fā)送64字節(jié)的接收FIFO標(biāo)準(zhǔn)和擴展幀格式都具有單/雙接收濾波器(含接收屏蔽和接收碼存放器)可進(jìn)行讀/寫訪問的錯誤計數(shù)器可編程的錯誤報警限制最近

55、一次的錯誤代碼存放器每一個CAN總線錯誤都可以產(chǎn)生錯誤中斷具有喪失仲裁定位功能的喪失仲裁中斷單發(fā)方式(當(dāng)發(fā)生錯誤或喪失仲裁時不重發(fā))只聽方式(監(jiān)聽CAN總線，無應(yīng)答，無錯誤標(biāo)志)支持熱插拔(無干擾軟件驅(qū)動位速率檢測)硬件禁止CLKOUT輸出符號引腳功能AD0AD7地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線ALE/RD/WRCLKOUTVSS1XTAL1XTAL2MODE方式選擇輸入端：1=Intel方式，0=Motorola方式VDD3輸出驅(qū)動器5V電源TX0由輸出驅(qū)動器0至物理總線的輸出端TX1由輸出驅(qū)動器1至物理總線的輸出端VSS3輸出驅(qū)動器地/INT中斷輸出端，用于向微控制器提供中斷信號/RST復(fù)位輸入端，用于

56、重新啟動CAN接口 低電平有效VDD2輸入比擬器5V電源RX0 RX1VSS2輸入比擬器地VDD1邏輯電路5V電源二CAN 總線系統(tǒng)智能節(jié)點硬件電路設(shè)計本文中所設(shè)計的CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點，采用89C51作為節(jié)點的微處理器，在CAN總線通信接口中，采用PHILIPS公司的SJA1000和82C250芯片。SJA1000是獨立CAN通信控制器，82C250為高性能CAN總線收發(fā)器。如圖1所示為CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點硬件電路原理圖。從圖中可以看出，電路主要由四局部所構(gòu)成：微控制器89C51、獨立CAN通信控制器SJA1000、CAN總線收發(fā)器82C250和高速光電耦合器6N137。微處理器89C5

57、1負(fù)責(zé)SJA1000的初始化，通過控制SJA1000實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送等通信任務(wù)。SJA1000的AD0AD7連接到89C51的P0口，連接到89C51的P2.0，0的CPU片外存貯器地址可選中SJA1000,CPU通過這些地址可對SJA1000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。SJA1000的、ALE分別與89C51的對應(yīng)引腳相連，接89C51的，89C51也可通過中斷方式訪問SJA1000。為了增強CAN總線節(jié)點的抗干擾能力，SJA1000的TX0和RXO并不是直接與82C250的TXD 和RXD相連，而是通過高速光耦6N137后與82C250相連，這樣就很好的實現(xiàn)了總線上各CAN 節(jié)點間的電氣隔離。

58、不過，應(yīng)該特別說明的一點是光耦局部電路所采用的兩個電源VCC和VDD必須完全隔離，否那么采用光耦也就失去了意義。電源的完全隔離可采用小功率電源隔離模塊或帶多5V隔離輸出的開關(guān)電源模塊實現(xiàn)。這些局部雖然增加了節(jié)點的復(fù)雜，但是卻提高了節(jié)點的穩(wěn)定性和平安性。82C250與CAN總線的接口局部也采用了一定的平安和抗干擾措施。82C250的CANH和CANL引腳各自通過一個120的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護(hù)82C250免受過流的沖擊。CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個30P的小電容，可以起到濾除總線上的高頻干擾和一定的防電磁輻射的能力。另外在兩根CAN總線接入端與地之間分別反

59、接了一個保護(hù)二極管，當(dāng)CAN總線有較高的負(fù)電壓時，通過二極管的短路可起到一定的過壓保護(hù)作用。82C250的Rs腳上接有一個斜率電阻，電阻大小可根據(jù)總線通訊速度適當(dāng)調(diào)整，一般在16K140K之間。在這里斜率電阻選擇了47K。3.6 電源電路硬件電路設(shè)計汽車蓄電池提供12V左右的電源，而該儀表板需要兩路電源:+5V和+12電源。5V電源用于給AT89S52、電機驅(qū)動芯片STI-6606、蜂鳴器等供電?？紤]到本錢和易購性，我們選用7805芯片作為電源轉(zhuǎn)換芯片。為了在掉電的時候可以及時地保存里程數(shù)據(jù)，在電源地輸入端加一個1000F的電解電容，當(dāng)電源斷開的時候，大電容可以維持單片機電源足夠長的時間，使得

60、單片機可以完成外部中斷的效勞程序。如圖3-14所示。 圖3-14 電源電路硬件電路第4章 軟件設(shè)計本章節(jié)在上一章介紹硬件根底上設(shè)計了汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)的軟件。這一章主要介紹了程序的整體構(gòu)架以及主程序、時間調(diào)度程序的流程圖、車速計算程序流程圖等。4.1 開發(fā)語言簡介在開發(fā)一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)時，系統(tǒng)程序的編寫效率在很大程度上決定了目標(biāo)系統(tǒng)的研制成效。早期在研制單片機應(yīng)用系統(tǒng)時，大多以匯編語言作為軟件工具。但由于匯編語言不是一種結(jié)構(gòu)化語言，匯編語言程序較難編寫和調(diào)試，程序本身的編寫效率較低。隨著單片機硬件性能的提高，其工作速度越來越快。因此在編寫單片機應(yīng)用系統(tǒng)程序時，更著重于程序本身的編寫效率。為了適