機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)開題報(bào)告

1、電氣與信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告基于單片機(jī)的機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)設(shè)計(jì) 余 飛 電子0443 張學(xué)敏 題目名稱：報(bào) 告 人：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)教師：基于單片機(jī)的機(jī)車自動(dòng)換擋設(shè)計(jì)開題報(bào)告課題的目的和意義 1研究目的搜集可行資料系統(tǒng)地運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，選用合適的芯片、元件和控制算法實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、信號(hào)變送、輸入處理、程序判斷、功率放大輸出的具體電路功能，以單片機(jī)為核心器件實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理以及對(duì)外圍電路系統(tǒng)的輸出控制?？梢愿鶕?jù)情況在實(shí)驗(yàn)室模擬仿真訓(xùn)練。獲取單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，為更進(jìn)一步的研究、開發(fā)生活息息相關(guān)電子產(chǎn)品奠定良好的基礎(chǔ)。研制以單片機(jī)為主芯片的電制控制單元（ECU）。

2、在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室wave仿真系統(tǒng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證和完善電路功能。將單片機(jī)輸出控制信號(hào)控制外圍電路并在線實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其控制性能。 2研究意義 計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展與嵌入式系統(tǒng)興起：單片機(jī)的出現(xiàn)是近代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，單片機(jī)的誕生標(biāo)志著計(jì)算機(jī)正式形成了通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)兩大分支。在單片機(jī)誕生之前，為了滿足工控對(duì)象的嵌入式應(yīng)用要求，只能將通用計(jì)算機(jī)進(jìn)行機(jī)械加固、電氣加固后嵌入到對(duì)象體系（如艦船）中構(gòu)成諸如自動(dòng)駕駛儀、輪機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。由于通用計(jì)算機(jī)的巨大體積和高成本，無法嵌入到大多數(shù)對(duì)象體系（如家用電器、汽車、機(jī)器人、儀器儀表等）中。單片機(jī)則應(yīng)嵌入式應(yīng)用而生。單片機(jī)的單芯片的微小體

3、積和極低的成本，可廣泛地嵌入到如玩具、家用電器、機(jī)器人、儀器儀表、汽車電子系統(tǒng)、工業(yè)控制單元、辦公自動(dòng)化設(shè)備、金融電子系統(tǒng)、艦船、個(gè)人信息終端及通信產(chǎn)品中，成為現(xiàn)代電子系統(tǒng)中最重要的智能化工具，單片機(jī)在生活的任一個(gè)方面的都關(guān)系著我們自身生活的水平。 我國汽車工業(yè)、機(jī)車工業(yè)有很長的發(fā)展史，在世界上是制造先進(jìn)智能交通工具為數(shù)不多的國家，同樣在其他智能產(chǎn)品雖然起步遲但同樣達(dá)到一定的水平。在研究基于機(jī)車自動(dòng)換檔方面我國也達(dá)到了很高的水平，其功能已經(jīng)很強(qiáng)大并不斷的被完善。我們研究單片機(jī)機(jī)車自動(dòng)換檔以對(duì)我們生活中高尖端科技基本的了解，通過研究和學(xué)習(xí)一種產(chǎn)品技術(shù)以延伸到各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，例如：單片機(jī)技術(shù)在離我們

4、生活相近的家電產(chǎn)品上面的運(yùn)用。二、文獻(xiàn)綜述目前，機(jī)車也使用液力機(jī)械變速器的液壓自動(dòng)換檔系統(tǒng)，但這種控制技術(shù)應(yīng)用并不廣泛，現(xiàn)在機(jī)械控制趨近于半自動(dòng)和全自動(dòng)控制的智能控制，電子集成技術(shù)和控制技術(shù)推進(jìn)的人工智能控制運(yùn)用各種自動(dòng)機(jī)器或智能機(jī)器、使人機(jī)交流可以通過各個(gè)界面實(shí)現(xiàn)并且延伸和實(shí)現(xiàn)人的某些操作，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的判斷、處理、及執(zhí)行等。智能控制的出現(xiàn)和發(fā)展促進(jìn)了自動(dòng)控制向非人工控制的方向發(fā)展。機(jī)械智能裝置的設(shè)計(jì)將是新一代機(jī)械制動(dòng)的研究方向。當(dāng)前自動(dòng)化技術(shù)日趨成熟，基于單片機(jī)高集成度控制系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)，其集成包括了單片機(jī)系統(tǒng)智能傳感器，網(wǎng)絡(luò)通信等高新技術(shù)，構(gòu)成了具有高性價(jià)比的智能化IC，這促進(jìn)了自動(dòng)化控制與智

5、能控制的發(fā)展同步。 自動(dòng)化技術(shù)是一種運(yùn)用控制理論、儀器儀表、計(jì)算機(jī)和其它信息技術(shù)，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到增加產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術(shù)，主要包括工業(yè)自動(dòng)化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)作為20世紀(jì)現(xiàn)代制造領(lǐng)域中最重要的技術(shù)之一，主要解決生產(chǎn)效率與一致性問題。雖然自動(dòng)化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對(duì)企業(yè)生產(chǎn)過程有明顯的提升作用。 我國工業(yè)控制自動(dòng)化的發(fā)展道路，大多是在引進(jìn)成套設(shè)備的同時(shí)進(jìn)行消化吸收，然后進(jìn)行二次開發(fā)和應(yīng)用。目前我國工業(yè)控制自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用都有了很大的發(fā)展，我國工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)形成。目前，工業(yè)

6、控制自動(dòng)化技術(shù)正在向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化方向發(fā)展。 以工業(yè)PC為基礎(chǔ)的低成本工業(yè)控制自動(dòng)化將成為主流. 眾所周知，從20世紀(jì)60年代開始，西方國家就依靠技術(shù)進(jìn)步（即新設(shè)備、新工藝以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用）開始對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)進(jìn)行改造，使工業(yè)得到飛速發(fā)展。在我國，不管中小型企業(yè)還是大型企業(yè)同樣趨向于走的低成本工業(yè)控制自動(dòng)化的道路。 工業(yè)控制自動(dòng)化主要包含三個(gè)層次，從下往上依次是基礎(chǔ)自動(dòng)化、過程自動(dòng)化和管理自動(dòng)化，其核心是基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化。 目前單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)主要有:低功耗CMOS化 MCS-51系列的8031推出時(shí)的功耗達(dá)630mW，而現(xiàn)在的單片機(jī)普遍都在100mW左右，隨著對(duì)單片機(jī)功耗要求越來越低，現(xiàn)

7、在的各個(gè)單片機(jī)制造商基本都采用了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補(bǔ)高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。所以這種工藝將是今后一段時(shí)期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。 微型單片化,現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(RAM)、只讀程序存儲(chǔ)器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時(shí)電路、時(shí)鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換

8、器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機(jī)將LCD(液晶)驅(qū)動(dòng)電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元電路就更多，功能就越強(qiáng)大。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，還要求其體積要小?，F(xiàn)在的許多單片機(jī)都具有多種封裝形式，其中SMD(表面封裝)越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)正朝微型化方向發(fā)展。 主流與多品種共存,現(xiàn)在雖然單片機(jī)的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和

9、中國臺(tái)灣的Winbond系列單片機(jī)。所以C8051為核心的單片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，中國臺(tái)灣的HOLTEK公司近年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，與其低價(jià)質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢(shì)，占據(jù)一定的市場(chǎng)分額。此外還有MOTOROLA公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時(shí)期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個(gè)單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補(bǔ)，相輔相成、共同發(fā)展的道路。 感器技術(shù)是現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)，是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一，其水平高低是衡量一個(gè)國家科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。傳感器產(chǎn)業(yè)也是國內(nèi)外公認(rèn)的具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，它以其技

10、術(shù)含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、滲透能力強(qiáng)、市場(chǎng)前景廣等特點(diǎn)為世人矚目。改革開放20多年來，我國的傳感器技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)取得了長足進(jìn)步，主要表現(xiàn)在：一是建立了“傳感技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“微米/納米國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“國家傳感技術(shù)工程中心”等研究開發(fā)基地；二是MEMS、MOEMS等研究項(xiàng)目列入了國家高新技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)；三是在“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目中，傳感器技術(shù)研究取得了51個(gè)品種86個(gè)規(guī)格的新產(chǎn)品；四是初步建立了敏感元件與傳感器產(chǎn)業(yè)，2000年總產(chǎn)量超過13億只，品種規(guī)格已有近6000種，并已在國民經(jīng)濟(jì)各部門和國防建設(shè)中得到一定應(yīng)用；五是全國已有1688家企事業(yè)單位從事傳感器的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，其中從事

11、MEMS研制生產(chǎn)的已有50多家。目前全行業(yè)正在執(zhí)行“十五”計(jì)劃，MEMS等5項(xiàng)新型傳感器已列入研究開發(fā)的重點(diǎn)。 三、研究（設(shè)計(jì)）內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題 1研究內(nèi)容（1）研究和設(shè)計(jì)基單片機(jī)自動(dòng)換檔設(shè)計(jì)前端信號(hào)采集處理電路。（2）建立前端模塊、單片機(jī)核心、控制電路的設(shè)計(jì)模型，并實(shí)現(xiàn)仿真。（3）以AT89C2051單片機(jī)為主芯片的ECU電路，編程軟件。（4）輸出控制電路效果驗(yàn)證和更進(jìn)。 2研究途徑收集資料和文獻(xiàn)，系統(tǒng)學(xué)習(xí)電路整體設(shè)計(jì)技術(shù)和單片機(jī)控制技術(shù)，按照單片機(jī)控制理論建立控制模型制定控制策略及選用適當(dāng)控制算法，建立完整仿真模型并仿真，對(duì)控制部分進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)以AT89C2051單片機(jī)為主芯片、以

12、兩個(gè)霍爾速度傳感器采集信號(hào)、8751集成電路或者門電路對(duì)信號(hào)整形、以LM331把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)、采用施密特比較后輸出比較信號(hào)、以單片機(jī)處理輸出控制信號(hào)為輸出信號(hào)的ECU電路，制作硬件并在線調(diào)試程序。 3技術(shù)路線（1）根據(jù)機(jī)車速度控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和精確性和機(jī)車節(jié)能性，選用精確信號(hào)處理芯片和節(jié)能的CHMOS或CMOS芯片相集合最佳值的控制策略，控制算法，以放大信號(hào)輸出直接驅(qū)動(dòng)的機(jī)車電磁閥為執(zhí)行元件。（2）以ATMEL公司的8位高性能單片機(jī)AT89C2051為核心控制器研制機(jī)車換擋控制系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)單片機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)采用Protel DXP制作原理圖和印刷電路板，軟件設(shè)計(jì)計(jì)劃采用匯

13、編語言編程，以有效提高軟件開發(fā)和維護(hù)效率。（3）在線調(diào)試在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室WAVE仿真系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行，用兩個(gè)不相關(guān)的滾筒速度代替車輪速度和柴油機(jī)速度，通過霍爾速度傳感器測(cè)得兩個(gè)滾筒速度速度，通過前端電路計(jì)算和比較出兩個(gè)速度大小率信號(hào)，然后由單片機(jī)電路進(jìn)行決策，輸出信號(hào)控制固態(tài)繼電器進(jìn)一步控制速度電磁閥的開關(guān)，實(shí)現(xiàn)機(jī)車系統(tǒng)的加壓、減壓和保壓控制以控制速度的過程，使制動(dòng)過程保持在最精確速度比較率，達(dá)到良好的制動(dòng)效果。 4擬解決的關(guān)鍵問題所要解決本課題的主要問題是：控制策略的開發(fā)和仿真，以及ECU的設(shè)計(jì)、調(diào)試。四、研究（設(shè)計(jì)）方案與進(jìn)度計(jì)劃安排 1研究（設(shè)計(jì)）方案：從設(shè)計(jì)的要求看，系統(tǒng)的完成是分模塊設(shè)計(jì)

14、的，那么在進(jìn)行方案比較論證時(shí)，也是對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行方案論證，系統(tǒng)核心有主控制器和信號(hào)產(chǎn)生兩部分，基于此，只對(duì)這兩部分的方案選擇進(jìn)行說明。主控制單元的選擇方案： 8031、8051、8751的比較8031/8051/8751是Intel公司早期的產(chǎn)品，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，同有8位的CPU，128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，21個(gè)字節(jié)專用寄存器，4個(gè)8位并行I/O口，1個(gè)全雙工串行I/O口，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源。不同的是：8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲(chǔ)器多為EPROM的2764系列。用戶若想對(duì)寫入到EPROM中

15、的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒有什么保密性可言。8051片內(nèi)有4k ROM，無須外接外存儲(chǔ)器和373，更能體現(xiàn)“單片”的簡練。但是你編的程序你無法燒寫到其ROM中，只有將程序交芯片廠代你燒寫，并是一次性的，今后你和芯片廠都不能改寫其內(nèi)容。8751與8051基本一樣，但8751片內(nèi)有4k的EPROM，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的EPROM中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線燈照射一定時(shí)間擦除后再燒寫。 AT89C51、AT89S51的比較 AT89C51是ATMEL公司推出的一種帶4K字節(jié)閃速可編程

16、可擦除只讀存儲(chǔ)器(FLASH ROM)的低電壓、高性能CMOS 8位微控制器。器件使用ATMEL公司高密度、非易失性技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)的MSC-51指令系統(tǒng)和8051引腳兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。與8051相比其最大的特點(diǎn)是：4KB可編程Flash存儲(chǔ)器，可進(jìn)行1000次擦寫；全靜態(tài)時(shí)鐘0-24MHz；三級(jí)程序加密；低功耗支持Idle（空閑）工作模式和Power-Down（斷電）工作模式。AT89S51是2003年ATMEL推出的新型品種，除了完全兼容8051外，還多了ISP編程和看門狗功能。 AT89C1051、AT

17、89C2051的比較AT89C1051是一種帶1K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FLASH ROM)的低電壓、高性能CMOS 8位微控制器，該器件采用ATMEL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的指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C1051是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一種靈活性高且價(jià)廉的解決方案。AT89C1051有以下特點(diǎn)：1k字節(jié)EPROM、64字節(jié)RAM、15根I/O線、2 個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)全雙向的串行口、并且內(nèi)含精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，具有4

18、.25V至5.5V的電壓工作范圍和12MHz/24MHz工作頻率，同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖、掉電和時(shí)鐘電路等。此外，AT89C1051還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式?？臻e時(shí)，CPU停止，而讓RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。AT89C2051結(jié)構(gòu)與可實(shí)現(xiàn)的功能跟AT89C1051基本一樣，只是閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FLASH ROM)升級(jí)到2K，還有內(nèi)部RAM為128字節(jié)。由上可知，8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，8051與8751在程序燒寫上很不方便而且8051的ROM只能用一次，使用它們很不方便。而AT89C51和AT89S51不但和8051指令、管腳

19、完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。何況，AT89C51、AT89S51目前的售價(jià)比8031還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。顯然可見，AT89C51和AT89S51更實(shí)用。 所以選用AT89C51或AT89S51一片，作為主控制器，實(shí)現(xiàn)速度比較信號(hào)采集與輸出顯示、按鍵掃描功能以及輸出控制電磁閥等；我們選用AT89C1051或AT89C2051，因?yàn)槟壳癆T89C51和AT89S51價(jià)格相當(dāng)，固選用功能更好的AT89S5

20、1；因?yàn)樵陂L春電子城中AT89C2051容易購買，所以選用了AT89C2051。速度比較信號(hào)產(chǎn)生模塊的方案：方案一：完全采用TTL數(shù)字集成芯片，傳輸延遲時(shí)間短(5-10ns)，但是功耗大。 方案二：完全采用CMOS芯片，COMS電路的速度慢，傳輸延遲時(shí)間長(25-50ns),但功耗低，COMS電路本身的功耗與輸入信號(hào)的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(xiàn)象。COMS電路由于輸入太大的電流，內(nèi)部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時(shí)，COMS的內(nèi)部電流能達(dá)到40mA以上，很容易燒毀芯片COMS的輸入電流超過1mA，就有可能燒壞COMS，該方案可以在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過不超過規(guī)定電壓，實(shí)現(xiàn)稍微困難，故不采用。方案三：考慮工作速度或功耗等方面的要求,需要采用多種邏輯器件混合使用。如TTL門電路和CMOS門電路混合使用,因而需要考慮TTL門電路與CMOS門電路的接口問題。TTL門電路和CMOS門電路由于電壓和電流參數(shù)各不相同,這可以再設(shè)計(jì)中簡單地實(shí)現(xiàn)兩種芯片對(duì)接。 所以本設(shè)計(jì)采用方案二，作為速度比較信號(hào)產(chǎn)生模塊 2進(jìn)度計(jì)劃安排階 段起始日期終止日期進(jìn) 度技術(shù)指標(biāo)第一階段完成選題和資料收集，論證設(shè)計(jì)可行性全面豐富課題內(nèi)容第二階段確定方案和技術(shù)關(guān)鍵