基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)式汽車(chē)組合儀表

機(jī)的步進(jìn)電機(jī)式汽車(chē)組合儀表第1章引言1.1設(shè)計(jì)的目的和意義目前的汽車(chē)儀表多為模擬式動(dòng)圈式機(jī)芯(線圈連同指針壹起轉(zhuǎn)動(dòng))或動(dòng)磁式機(jī)芯(磁鋼連同指針壹起轉(zhuǎn)動(dòng))儀表，主要是利用電磁感應(yīng)原理來(lái)實(shí)現(xiàn)儀表的指示，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(guò)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)，但也存在壹致性、通用性差的缺點(diǎn)。同時(shí)，這倆種機(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，迫切需要壹種壹致性好、通用性強(qiáng)、可靠性高的驅(qū)動(dòng)機(jī)芯來(lái)取代。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微步進(jìn)電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，這給汽車(chē)儀表的技術(shù)變革帶來(lái)了可能和機(jī)遇。微型步進(jìn)電機(jī)是壹種以脈沖信號(hào)作為驅(qū)動(dòng)信號(hào)的壹種特殊電機(jī)，用它來(lái)驅(qū)動(dòng)儀表指針，和先前的模擬式機(jī)心儀I湘比具有體積小、重量輕、指示精確、壹致性好、便于控制等特點(diǎn)，特別適合于用單片機(jī)控制。而單片機(jī)具有集成度高，抗干擾能力強(qiáng)，且具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和接口功能，所有功能由軟件實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用靈活，系統(tǒng)的擴(kuò)展、配置較典型、規(guī)范，容易構(gòu)成各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)。以單片機(jī)來(lái)控制微型步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)儀表指針來(lái)實(shí)現(xiàn)儀表指示功能已經(jīng)成功的應(yīng)用，充分地發(fā)揮了單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的所有優(yōu)勢(shì)，它們的完美結(jié)合構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)式數(shù)字化汽車(chē)組合儀表既保留了傳－第2頁(yè)－統(tǒng)儀表的指針式顯示模式，指示簡(jiǎn)單直觀，符合傳統(tǒng)視覺(jué)效果，更主要的是精度高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕、生產(chǎn)檢測(cè)工藝簡(jiǎn)單、壹致性和通用性好，非常適合現(xiàn)代汽車(chē)的生產(chǎn)?？墒悄壳斑@種新型的數(shù)字化儀表都是以單個(gè)的形式出現(xiàn)，每個(gè)表都是壹個(gè)獨(dú)立的整體，比如車(chē)速表、轉(zhuǎn)速表、油量表、水溫表、數(shù)字里程表等等，每壹個(gè)表都需要壹個(gè)MCU和儀表外殼，造成了很大的資源浪費(fèi)和成本的提高。因此，進(jìn)壹步提高發(fā)掘單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)在汽車(chē)儀表上的利用率和效能則是要繼續(xù)研究的重要課題。1.2本設(shè)計(jì)的背景和發(fā)展?fàn)顩r由于目前的汽車(chē)儀表多為傳統(tǒng)的動(dòng)圈式機(jī)芯(線圈連同指針壹起轉(zhuǎn)動(dòng))或動(dòng)磁式機(jī)芯(磁鋼連同指針壹起轉(zhuǎn)動(dòng))儀表，存在抗震性能差、過(guò)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)，但也存在壹致性、通用性差的缺點(diǎn)。同時(shí)，這倆種機(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)。但基于單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字汽車(chē)儀表則具有精度高、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕、生產(chǎn)檢測(cè)工藝簡(jiǎn)單、壹致性和通用性好等優(yōu)點(diǎn)，所以發(fā)展和研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字汽車(chē)儀表意義重大。:第壹代汽車(chē)儀表是基于;第二代汽車(chē)儀表的工作原理基于電測(cè)原理，即通過(guò)各類(lèi)傳感器將被測(cè)的非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)加以測(cè)量，稱(chēng)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(chē)儀表從其應(yīng)用技術(shù)手段上見(jiàn)，仍是屬于電子技術(shù)范疇，也屬于電子式儀表。目前國(guó)內(nèi)大部分汽車(chē)廠商所生產(chǎn)的汽車(chē)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(chē)上才使用了數(shù)字儀表系統(tǒng)。因此這壹?jí)K市場(chǎng)存在著很大的空白。1.3本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及難點(diǎn)本文根據(jù)目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)儀表的狀況和要求，完成基于STC5410的步進(jìn)電機(jī)式汽車(chē)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(lái)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)組合儀表的水溫等基本信息。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(guò)對(duì)汽車(chē)儀表系統(tǒng)的基本功能的分析，完成系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案及基本框圖的設(shè)計(jì):對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分的具體電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì);對(duì)系統(tǒng)主要功能部分的軟件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì);行分析和解決。本設(shè)計(jì)主要是由倆個(gè)模塊組成來(lái)實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)的目的－－測(cè)速模塊和測(cè)溫模－第4頁(yè)－塊。測(cè)溫模塊由溫度傳感器直接將測(cè)到的溫度數(shù)據(jù)（數(shù)字信號(hào)）傳給單片機(jī)LEDLED數(shù)碼顯示管上。LED數(shù)碼顯示管顯示速度不是這個(gè)設(shè)計(jì)的最大難點(diǎn)，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(chē)速時(shí)，如何消除指針的抖動(dòng)。其中便涉及到車(chē)速采樣頻率的問(wèn)題，如果采樣過(guò)快，表盤(pán)指針抖動(dòng)厲害;車(chē)速，因此如何使表盤(pán)指針正確指示所要求的車(chē)速是壹個(gè)主要問(wèn)題。本設(shè)計(jì)采取的是10s鐘采樣壹次。另外，此次設(shè)計(jì)不對(duì)車(chē)速進(jìn)行非常精確的指示，而是“模糊指示”，所謂模糊指示，是指壹定車(chē)速區(qū)間內(nèi)設(shè)壹個(gè)點(diǎn)，例如100km/h~150km/h之間的任何車(chē)速，在儀表盤(pán)顯示的則是125km/h，以此類(lèi)推。當(dāng)然測(cè)速模塊上的LED數(shù)碼管顯示的是“精確”指示，直接指示當(dāng)時(shí)的車(chē)速。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)式汽車(chē)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(duì)象;和汽車(chē)儀表密切相關(guān)的壹些汽車(chē)基本行駛信息()，是單片機(jī)所需要處理的信息;系統(tǒng)軟件是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能根本手段;系統(tǒng)的抗干擾能力是系統(tǒng)能否穩(wěn)定可靠工作的基本保證。通過(guò)對(duì)它們作理論分析和研究，能夠?qū)ο到y(tǒng)方案做出壹個(gè)總體的設(shè)計(jì).2.1系統(tǒng)的功能和要求設(shè)計(jì)壹套車(chē)載智能儀表，用于顯示和記錄汽車(chē)行駛過(guò)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(duì)系統(tǒng)的控制。2.用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)表盤(pán)指針實(shí)時(shí)指示汽車(chē)在行駛中的車(chē)速信號(hào)。3.用數(shù)碼管顯示汽車(chē)油箱溫度。4.表盤(pán)展開(kāi)角:車(chē)速展開(kāi)角為0度，轉(zhuǎn)速的展開(kāi)角為0度。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，展開(kāi)角作為變量來(lái)處理，根據(jù)實(shí)際需要，能夠隨時(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，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都必須考慮。8.系統(tǒng)要有較好的兼容性和通用性，標(biāo)定和檢測(cè)方便。2.2系統(tǒng)組成步進(jìn)電機(jī)式汽車(chē)組合儀表系統(tǒng)由單片機(jī)模塊、測(cè)溫模塊、測(cè)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)電源模塊、單片機(jī)供電模塊－第6頁(yè)－等部分構(gòu)成。系統(tǒng)組成圖如圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2.1步進(jìn)電機(jī)控制模塊1.步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)是壹種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的壹種特殊電機(jī)。汽車(chē)儀表所使用的(Coin)(RotorShaft)、針軸(PointerShaft)(GearReduction)和四個(gè)分布對(duì)稱(chēng)的觸點(diǎn)(Contacts)組成。如圖2.2和圖2.31和引腳23和引腳4入信號(hào)。2.步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)步進(jìn)電機(jī)分三種:永磁式(PM)(VR)和混合式(HB)7.5度或15度:反應(yīng)式步進(jìn)壹般為三1.5美等發(fā)達(dá)國(guó)家80;混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，它又分為倆相和五相:倆相步進(jìn)角壹般為1.8度，而五相步進(jìn)角壹般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。3.步進(jìn)電機(jī)的工作原理在非超載的情況下，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)加壹個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)壹個(gè)步距角。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到壹個(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)壹個(gè)固定的角度(即步進(jìn)角)。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)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)的工作原理，當(dāng)電流信號(hào)經(jīng)由四個(gè)觸點(diǎn)輸入時(shí)，引起電機(jī)線圈的磁場(chǎng)變化，從而引起轉(zhuǎn)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，而后再通過(guò)齒輪差速比裝置帶動(dòng)針軸的旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)能夠作順時(shí)針和逆時(shí)針倆個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，順時(shí)針運(yùn)動(dòng)和逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，取決于電流信號(hào)的給定和變化。電機(jī)的正反轉(zhuǎn)是由電平的高低來(lái)決定的。當(dāng);－第8頁(yè)－如圖2.41,2和3,4中輸入相位差為60度的三相電流信號(hào)(圖2.4中順時(shí)針運(yùn)動(dòng)的時(shí)序圖)1右側(cè)運(yùn)動(dòng)到位置4，完成壹個(gè)整步運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，電機(jī)作順時(shí)針運(yùn)動(dòng);當(dāng)四個(gè)引腳1,2和3,4中輸入相位差為60度的三相電流信號(hào)(圖2.4中逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)的時(shí)序圖)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由位置1左側(cè)運(yùn)動(dòng)到位置4運(yùn)動(dòng)。在圖2.4中，指針由1(4)的位置運(yùn)動(dòng)到4(1)的位置完成壹個(gè)整步運(yùn)動(dòng);如圖2.41(2)的位置運(yùn)動(dòng)到2(1)個(gè)相位相差180度。由于步進(jìn)電機(jī)也能夠?qū)⒁紓€(gè)整步分為三個(gè)分步來(lái)完成，所以完成壹個(gè)分步所需的脈沖數(shù)也只有完成壹個(gè)整步所需脈沖數(shù)的1/3了，相鄰的倆個(gè)相位相差60度，可是，它的步距角始終不變。利用分步能夠完成更準(zhǔn)確的指示。4.步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的壹個(gè)最顯著特點(diǎn)就是:沒(méi)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)之壹，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，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之壹。壹般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。汽車(chē)儀表在實(shí)際應(yīng)用中要求精度高、功能全，微特步進(jìn)電機(jī)正好具備這些要求，除此之外，它仍具有體積小、控制操作方便的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)選用的雖然為普通電機(jī)，可是。功能比較完備，精確度較高，而且性?xún)r(jià)比高，具有無(wú)累積誤差、成本低、控制簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。2.2.2測(cè)速和測(cè)溫模塊汽車(chē)的基本信號(hào)有車(chē)速、水溫倆個(gè)，都是通過(guò)傳感器采集。其中車(chē)速信號(hào)為頻率信號(hào)，但不符合標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)，水溫信號(hào)為電阻信號(hào)，是模擬信號(hào)，在送到單片機(jī)之前要對(duì)它們進(jìn)行處理。采用何種方式和電路處理，則要對(duì)它們進(jìn)行分析。1.車(chē)速信號(hào)車(chē)速信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)是通過(guò)傳感器從汽車(chē)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)，但且非是標(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)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－第10頁(yè)－衰減。如圖2.6所示。(3)2.7: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(duì)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(zhuān)門(mén)時(shí)傳感器產(chǎn)生，信號(hào)較好，諧波分量1.8v近于正弦波，只要經(jīng)過(guò)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(guò)傳感器采集來(lái)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(guò)單片機(jī)處理，顯示在LCD顯示液晶屏上。3輸入信號(hào)的處理轉(zhuǎn)速、車(chē)速倆路頻率信號(hào)通過(guò)限幅、濾波，再經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器整形變成符合要求的脈沖信號(hào)送CPU計(jì)數(shù)器:水溫、燃油量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng)限幅濾波送入A/D轉(zhuǎn)換器，得到數(shù)字量再送CPU.2.2.3電源模塊（單片機(jī)系統(tǒng)供電模塊、單片機(jī)電源模塊）系統(tǒng)的電路由于有模擬電路和數(shù)字電路倆部分，電源的要求也會(huì)不同。通常模擬電路的電源為+12V.;數(shù)字電路的電源則+9VCPU則為+5V求相當(dāng)嚴(yán)格，能夠采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)，尤其是脈寬調(diào)制型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器件組成開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電源，具有體積小效率高、外圍元件少、應(yīng)用簡(jiǎn)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。除了對(duì)電源電壓的大小有要求外，仍要考慮電源對(duì)系統(tǒng)硬件的干擾。在單片機(jī)儀表系統(tǒng)中，危害最嚴(yán)重的是來(lái)自電源的噪聲干擾，而電源內(nèi)阻是引起電源干擾噪聲的主要原因，如果沒(méi)有這種電阻，任何噪聲都會(huì)被電源短路，在線路中不會(huì)建立任何干擾電壓，但事實(shí)上，電源內(nèi)阻不可能不存在。電源噪聲主要來(lái)源于壹些大功率設(shè)備的使用及電源本身的配置的不合理性。單片機(jī)數(shù)據(jù)采集的電源干擾主要原因是因過(guò)壓、欠壓或尖峰電壓的出現(xiàn)引發(fā)。過(guò)壓和欠壓的危害是顯而易見(jiàn)的，它會(huì)使系統(tǒng)的直流工作電壓偏離允許范圍，而處于非正常工作狀態(tài)。而對(duì)于尖峰電壓，由于它持續(xù)時(shí)間很短，壹般不會(huì)毀.甚至破壞源程序。解決之上問(wèn)題的辦法是使用具有噪聲抑制能力的交流電源調(diào)節(jié)器或穩(wěn)壓器。對(duì)于抗干擾的問(wèn)題，本文在后面的章節(jié)中仍會(huì)詳細(xì)介紹。2.2.4單片機(jī)模塊－第12頁(yè)－:輸入數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換且驅(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X公司生產(chǎn)的STC12C5410通用單片機(jī)。STC12C5410單片機(jī)簡(jiǎn)介STC12C5410是由宏晶X公司生產(chǎn)的和AtmelX公司生產(chǎn)的AT89C52性能相當(dāng)?shù)囊挤N8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM-FalsbProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，高性能CMOSS位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)。該器件采用高密度非易失存MCS-51將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，它是壹種高效微控制IntelX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)之壹。STC12C5410芯片圖：圖2.9STC12C5410芯片圖2.2.5LED顯示模塊由單片機(jī)直接控制LED數(shù)碼管顯示車(chē)速和溫度。LED數(shù)碼顯示管原理簡(jiǎn)介：發(fā)光二極管LED在工作的時(shí)候只有倆種狀態(tài),或者熄滅或者點(diǎn)亮,把LED按照壹定的結(jié)果排列就能夠組成比較復(fù)雜的顯示設(shè)備.當(dāng)某壹個(gè)發(fā)光二極管導(dǎo)通的時(shí)候,相應(yīng)的壹個(gè)點(diǎn)或壹條被點(diǎn)亮,控制不同組合的二極管導(dǎo)通就能顯示字符.MCS-51單片機(jī)對(duì)LED管的顯示能夠分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示倆種。靜態(tài)顯示是各個(gè)LED管腳能穩(wěn)定的顯示字符;動(dòng)態(tài)顯示是指各LED輪流壹次壹次的顯示各自字符,其實(shí)每次只有壹個(gè)數(shù)碼管在顯示,可是由于人視覺(jué)的惰性,能夠見(jiàn)到各LED似乎是在同時(shí)點(diǎn)亮.靜態(tài)顯示需要占用很多CPU端口資源,而動(dòng)態(tài)顯示則需要很少的端口就能實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)顯示是壹位壹位的輪流點(diǎn)亮各位數(shù)碼管,這種諸位點(diǎn)亮的方式稱(chēng)為位掃描.通常各位數(shù)碼館的段選線相應(yīng)且聯(lián)在壹起,由壹個(gè)8為的I/O;各位的位選線有另外的I/O口線控制.同臺(tái)方式顯示是各數(shù)碼管分時(shí)輪流選通,要使其穩(wěn)定顯示必須采取動(dòng)態(tài)掃描方式,即在每壹時(shí)刻只選通壹位數(shù)碼管,且送出相應(yīng)的段碼,在另壹時(shí)刻選通另外的壹位數(shù)碼管,且送出相應(yīng)的碼段。圖3.0數(shù)碼管顯示部分電路圖3.11顯示電路中，CS1，CS2，CS3三個(gè)引腳為片選，而A到DP為八3流，圖上使用的為三位壹體的共陰數(shù)碼管。而CS1B，CS2B，CS3B分別接到單片機(jī)的P2.0到P2.3口，起到片選作用。.2.2.6串口通信模塊－第14頁(yè)－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，能夠?qū)嵁?dāng)下電腦上直接對(duì)整個(gè)也能夠在計(jì)算上直接對(duì)該系統(tǒng)單片機(jī)進(jìn)行讀寫(xiě)控制，如能夠直接寫(xiě)入本設(shè)計(jì)需要的程序，直接控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，直接控制和測(cè)溫相關(guān)的溫度調(diào)節(jié)。串盡管此次設(shè)計(jì)中沒(méi)有用到這個(gè)串口通信模塊，但有了此模塊后，本單片機(jī)系統(tǒng)在以后的功能擴(kuò)展上將具備更多的便利，如和溫度監(jiān)控系統(tǒng)，汽車(chē)超速報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)更多的功能。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STC12C5410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。圖3.1單片機(jī)模塊單片機(jī)模塊管腳連接簡(jiǎn)介：對(duì)從測(cè)溫傳感器和測(cè)速傳感器倆個(gè)信號(hào)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。P3.7連接測(cè)溫模塊芯片DB18B20。A0,B0,C0,D04個(gè)管腳連接的是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊芯片ST188,用于單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。LED數(shù)碼管顯示管，分別顯示水溫和車(chē)速。a,b,c,..-dp這8個(gè)管腳用于連接4個(gè)LED數(shù)碼管，CS1,CS2,CS3,CS4，這4個(gè)管腳為片選管腳，用于根據(jù)程序選擇4個(gè)LED數(shù)碼管中其中壹個(gè)數(shù)碼管點(diǎn)亮。P3.3~P3.53.2測(cè)溫模塊采用DS18B20溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)測(cè)溫模塊各項(xiàng)功能。測(cè)溫模塊各項(xiàng)功能如圖3.2圖3.2測(cè)溫模塊DS18B20的性能特點(diǎn)：DS18B20溫度傳感器是美國(guó)Dallas半導(dǎo)體X公司最新推出的壹種改進(jìn)型智且且可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字值讀數(shù)方式。DS18B20的性能特點(diǎn)可歸納如下：獨(dú)特的單線接口僅需要壹個(gè)端口進(jìn)行通信。多個(gè)DS18B20能夠且聯(lián)在唯壹的3線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能無(wú)需外部器件－第16頁(yè)－可通過(guò)數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0-5.5V零待機(jī)功耗溫度以9或12位數(shù)字量用戶(hù)可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置報(bào)警搜索命令識(shí)別且標(biāo)志超過(guò)程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件。負(fù)電壓特性，電源極性相反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。3.3測(cè)速模塊采用ST188芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)速模塊的各項(xiàng)功能，測(cè)速模塊的接線圖如圖3.3。圖3.3測(cè)速模塊ST188芯片特點(diǎn)：采用高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管組成。檢測(cè)距離可調(diào)整范圍大，4-13mm可用。采用非接觸檢測(cè)方式。應(yīng)用范圍：IC卡電度表脈沖采樣集中抄表系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳真機(jī)紙張檢測(cè)表3.1ST188芯片光電特性表3.4LED顯示模塊采用4個(gè)LED數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示模塊的各項(xiàng)功能，顯示模塊接線圖如圖3.4。圖3.4顯示模塊該模塊由單片機(jī)直接控制,顯示水溫。3.5步進(jìn)電機(jī)控制模塊采用ULN2803A芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制模塊各項(xiàng)功能，模塊接線圖如圖3.5所示。圖3.5步進(jìn)電機(jī)控制模塊東芝ULN2803芯片系列是高電壓，高電流達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)芯片，由8對(duì)NPNLED)ULN2803芯片特性：輸出電流（單輸出）500mA(最大）持續(xù)高電壓輸出50V（Min)輸出箝位二極管輸入兼容各類(lèi)型電平封裝AP型號(hào)：DIP-18pin－第18頁(yè)－封裝AFW型號(hào)：SOL-18pin表3.2東芝ULN2803芯片特性表特性表：特性符號(hào)范圍單位VCE(SUS)V輸出持續(xù)高電壓－0.5-50Iout500mA輸出電流VinV輸入電壓－0.5-30VR50V箝位二極管反相電壓IF500mA箝位二極管前向電壓PD1.47W電能消耗Topr工作溫度－40-85°CTstg存儲(chǔ)溫度－55-150°C3.6串口通信模塊采用MAX232A通信模塊接線圖如圖3.6所示。圖3.6串口通信模塊MAX232A芯片簡(jiǎn)介：MAX232A系列芯片為MAXIMX公司推出的驅(qū)動(dòng)器/接收器,?為EIA/TIA232A以及V.28/V.24通信接口設(shè)計(jì)，尤其是為無(wú)法提供＋－12V的電源的應(yīng)用。這些芯片特別適合電池供電的系統(tǒng)，這是由于其低功耗關(guān)斷模式能夠?qū)⒐臏p小到5μW以?xún)?nèi)。應(yīng)用于：便攜式計(jì)算機(jī)，低功耗調(diào)制解調(diào)器?3.7單片機(jī)系統(tǒng)供電模塊、單片機(jī)系統(tǒng)電源模塊采用U3LM模塊提供電源。模塊接線圖如圖3.7所示。圖3.7單片機(jī)系統(tǒng)供電模塊采用MC7805T供電源。模塊接線圖如圖3.8所示。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)的采集和轉(zhuǎn)換、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、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－第20頁(yè)－使電機(jī)平滑地轉(zhuǎn)動(dòng)(尤其是在車(chē)速和轉(zhuǎn)速較高時(shí))需要做好倆方面的工作:壹是信號(hào)的采樣頻率的選定;二是表頭驅(qū)動(dòng)程序的合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(chē)速轉(zhuǎn)速測(cè)量、水溫測(cè)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(chē)速里程測(cè)量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成車(chē)速里程的計(jì)算、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)。4.轉(zhuǎn)速測(cè)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(cè)量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成燃油水溫的計(jì)算、轉(zhuǎn)換。6.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(yǔ)言的選擇當(dāng)下單片機(jī)的編程語(yǔ)言主要有三種:匯編語(yǔ)言、C語(yǔ)言和PLM語(yǔ)言。其中C語(yǔ)言和PLM語(yǔ)言屬于高級(jí)語(yǔ)言，它們的優(yōu)點(diǎn)是本身具有豐富的庫(kù)函數(shù)和數(shù)匯編語(yǔ)言則相反。本系統(tǒng)既對(duì)機(jī)器代碼的效率有較高的要求，又對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)C語(yǔ)言混編的形式編程。4.3主程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件是由壹個(gè)主程序和若干子程序構(gòu)成，主程序的主要功能是設(shè)定程序執(zhí)行過(guò)程中用到的相關(guān)變量，分配寄存器，對(duì)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(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行處理。主程序具體簡(jiǎn)述如下:1.定義系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)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(guò)程中，按要求依次完成對(duì)系統(tǒng)各模塊的調(diào)用，且將結(jié)果提供給用戶(hù);5.;保存系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的必要參數(shù)。圖4.1為主程序流程圖。－第22頁(yè)－圖4.1主程序流程圖4.4表頭驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì)在進(jìn)行表頭驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)時(shí)，要使表頭指針能夠平滑無(wú)抖動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)，關(guān)鍵是要做到信號(hào)采樣頻率的選定和表頭驅(qū)動(dòng)程序的合理設(shè)計(jì)這倆點(diǎn)。4.4.1采樣頻率的選定由于步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)要保持步距角恒定，如果采集頻率選擇不當(dāng)?shù)脑?huà)，將會(huì)引起儀表指針的抖動(dòng)，為使指針能夠平滑地轉(zhuǎn)動(dòng)，選擇恰當(dāng)?shù)牟杉l率是非常重要的。1.車(chē)速和轉(zhuǎn)速信號(hào)采樣頻率的選定車(chē)速和轉(zhuǎn)速屬于頻率信號(hào)，且變化較快。在選擇采樣頻率時(shí)，既不能太快也不能太慢，太慢則指示滯后，不能反映車(chē)速和轉(zhuǎn)速真實(shí)性，太快則會(huì)導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)跟不上節(jié)奏，也會(huì)出現(xiàn)指針抖動(dòng)現(xiàn)象。對(duì)于車(chē)速信號(hào)，由于設(shè)計(jì)的車(chē)速的滿(mǎn)度為140公里/時(shí)，對(duì)應(yīng)此速度的脈沖頻率即最高輸入頻率為1940.2548個(gè)脈沖則為滿(mǎn)度(即最大的采樣值為48,采樣完了之后馬上刷新表盤(pán))。245度/48余數(shù)為55會(huì)后5沖頻率為45度的抖動(dòng)。產(chǎn)生抖動(dòng)的主要原因是信號(hào)頻率太低，表的相應(yīng)速度又不能太慢，所以在時(shí)間上產(chǎn)生了錯(cuò)位。因此采樣周期為0.25秒，采樣頻率為4赫茲。當(dāng)下，假設(shè)汽車(chē)以恒定的140公里/時(shí)行走時(shí)，則在某壹秒中第壹個(gè)計(jì)數(shù)周期采樣的值如果為4849周期的采樣值仍為48495何整數(shù)值被40,1,2,30產(chǎn)生5度的抖動(dòng)了;如若不然，即使速度是恒定的，每個(gè)采樣周期的采樣值都不壹樣，進(jìn)而輸出的結(jié)果也就會(huì)隨之變化，儀表就會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，可是每相連的倆個(gè)采樣值的差值不會(huì)超過(guò)2，因?yàn)橛鄶?shù)的最大差值為2。對(duì)此解決抖動(dòng)的方法就是測(cè)量脈沖寬度，只是要求信號(hào)的占空比恒定。這樣如果每相鄰的倆個(gè)采樣值之差的絕對(duì)值小于2采樣頻率為4或42樣，儀表指針就會(huì)做到連續(xù)平滑無(wú)抖動(dòng)地轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于轉(zhuǎn)速信號(hào)，其滿(mǎn)度輸入頻率為9000赫茲，單位為轉(zhuǎn)/分，由于滿(mǎn)度輸8－第24頁(yè)－信號(hào)的整形處理壹致，均采用相同的電路，這樣轉(zhuǎn)速指針也可連續(xù)平滑的轉(zhuǎn)動(dòng)。2.水溫信號(hào)的采樣頻率的選定由于水溫信號(hào)的變化要慢很多，同時(shí)對(duì)它的要求也較低，因此采樣頻率能夠相對(duì)較低。4.4.2表頭驅(qū)動(dòng)子程序設(shè)計(jì);當(dāng)車(chē)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?lè)较蜻\(yùn)動(dòng)，這是反轉(zhuǎn);而當(dāng)車(chē)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，即壹個(gè)微步。表頭驅(qū)動(dòng)程序執(zhí)行過(guò)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)前指針的位置和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)針走壹微步，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)針走壹微步，且當(dāng)前值加15.(當(dāng)前值不等于理論值)500微秒執(zhí)行壹次(驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)壹微步)指針指向理論值。表頭驅(qū)動(dòng)程序流程圖如圖4.2所示。4.5車(chē)速采樣測(cè)量子程序設(shè)車(chē)速和轉(zhuǎn)速的采樣測(cè)量基本相同，不同的是在測(cè)量車(chē)速的同時(shí)，仍要根據(jù)車(chē)速的輸入脈沖數(shù)把里程數(shù)也計(jì)算出來(lái)。計(jì)算公式如下:里程數(shù)X=總的接受到的脈沖數(shù)/(傳動(dòng)比*傳感器極對(duì)數(shù))，單位為千米其中:傳動(dòng)比=637，傳感器極對(duì)數(shù)=8車(chē)速V=(3600*單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù))/(傳動(dòng)比.傳感器極對(duì)數(shù))/時(shí)其中:傳動(dòng)比=637，傳感器極對(duì)數(shù)=8轉(zhuǎn)速n=(60.每秒脈沖數(shù))/齒數(shù)比，單位為轉(zhuǎn)/分其中:齒數(shù)比=1281/4秒，即車(chē)速表的刷新周期為250微秒，而電機(jī)的最小驅(qū)動(dòng)間隔為0.125微秒，即電機(jī)的執(zhí)行周期為0.125微秒，設(shè)置采樣濾波周期，每個(gè)周期中設(shè)置倆個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，時(shí)間間隔差為0.5微秒。根據(jù)指針偏角度公式“指針偏角=(角度/脈沖比)*頻率/4”計(jì)算出指針實(shí)際偏轉(zhuǎn)角度。圖4.2為測(cè)量車(chē)速程序流程圖。－第26頁(yè)－圖4.3車(chē)速測(cè)量子程序流程圖4.6水溫采樣測(cè)量子程序設(shè)計(jì)水溫屬于電阻信號(hào)，通過(guò)測(cè)量水溫傳感器電阻信號(hào)，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)直接通過(guò)MCU處理，最后顯示在LED上。測(cè)溫子程序函數(shù)流程圖：圖4.4測(cè)溫模塊程序流程圖4.7本章小結(jié)本章對(duì)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;對(duì)于其它程序的設(shè)計(jì)只作了簡(jiǎn)單的介紹。第5章系統(tǒng)功能調(diào)試和性能測(cè)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)，且對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和相應(yīng)的功能測(cè)試。5.1系統(tǒng)安裝和調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試包括硬件和軟件倆個(gè)方面的調(diào)試。由于本設(shè)計(jì)包括2才去調(diào)試下壹個(gè)模塊。硬件調(diào)試方面：硬件方面主要的問(wèn)題:拼接時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題。硬件安裝調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題主要是焊點(diǎn)、芯片管腳焊錯(cuò)的問(wèn)題。壹般情況下，主要避免犯之上倆個(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(guò)主要的問(wèn)題是剛開(kāi)始把步進(jìn)電機(jī)關(guān)系到相位的4腳，步進(jìn)電機(jī)便能正常地運(yùn)行。其次是測(cè)溫模塊，也是將溫度傳感器焊錯(cuò)了管腳，導(dǎo)致無(wú)法顯示溫度，通過(guò)用萬(wàn)用表測(cè)量電壓，找出錯(cuò)誤，改正后，測(cè)溫模塊便能正常運(yùn)行。軟件調(diào)試方面：調(diào)試工具：VC通過(guò)將單片機(jī)系統(tǒng)和電腦相連接，直接用VC燒寫(xiě)程序至單片機(jī)系統(tǒng)。－第28頁(yè)－都是由于沒(méi)有完全掌握好Cif方，導(dǎo)致最后的循環(huán)嵌套語(yǔ)句出現(xiàn)錯(cuò)誤，出的結(jié)果和預(yù)期應(yīng)該會(huì)出現(xiàn)的結(jié)果LED數(shù)碼顯示管上沒(méi)有溫度顯示，后來(lái)檢查程序時(shí)，才發(fā)現(xiàn)沒(méi)有對(duì)溫度傳感器中LED修改，修改不了的就找同學(xué)幫忙修改。程序這壹?jí)K是最難做的，可是壹個(gè)個(gè)的解決，最終仍是在硬件上實(shí)現(xiàn)既定功能。5.2系統(tǒng)性能測(cè)試由于本設(shè)計(jì)只測(cè)車(chē)速、轉(zhuǎn)速以及溫度倆個(gè)信號(hào)。根據(jù)車(chē)速，水溫倆路信號(hào)的LED顯示和車(chē)速表頭的指針變化及在表盤(pán)的位置。另壹方面，改變軟件中采樣周期，觀察指針的轉(zhuǎn)動(dòng)和抖動(dòng)情況。倆種參數(shù)的改變測(cè)試，測(cè)試結(jié)果和參照車(chē)型儀表的測(cè)試指標(biāo)完全壹致，證明了論文中系統(tǒng)的方案和技術(shù)理論的正確性。當(dāng)然，實(shí)際性能測(cè)試中，由于受條件所限，不可能將溫度傳感器放入水中測(cè)試水溫（如不小心會(huì)使水接觸電路，使電路短路），因此實(shí)際性能測(cè)試中，采用了三個(gè)溫度點(diǎn)－－室溫、姆手溫度、筆記本電腦出風(fēng)口旁溫度，以測(cè)定測(cè)溫系統(tǒng)的性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)。以下是測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)表：表5.1測(cè)溫結(jié)果表測(cè)溫點(diǎn)室內(nèi)溫度姆指溫度筆記本電腦出風(fēng)口溫度28.43348溫度計(jì)實(shí)測(cè)溫度28.633.248.1本系統(tǒng)測(cè)出溫度由于DS18B20的精度是0.0625,對(duì)于實(shí)際使用中,這樣壹個(gè)精度已經(jīng)相當(dāng)?shù)母?所以誤差由此可見(jiàn),系統(tǒng)測(cè)得溫度和溫度計(jì)測(cè)得的實(shí)際溫度之間的誤差應(yīng)該不是DS18B20本身所產(chǎn)生的,而是由系統(tǒng)自身不可避免的誤差所產(chǎn)生,例如測(cè)溫模塊中的A/D,D/A轉(zhuǎn)換電路,系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的誤差等,都能引入壹定程度上的誤差。總的來(lái)說(shuō)，這樣的誤差是能夠接受的。測(cè)速模塊性能測(cè)試：測(cè)速模塊主要包括LED－第30頁(yè)－LED和本人水平有限，為簡(jiǎn)化難度，當(dāng)下只能在儀表盤(pán)上指示實(shí)時(shí)測(cè)出的轉(zhuǎn)速，通過(guò)程序換算車(chē)速，最后在儀表盤(pán)上指針指示的是車(chē)速的范圍，具體就是：系統(tǒng)測(cè)得的車(chē)速在0-25km/h范圍內(nèi)的，指針指示的是0-50刻度之間的中心位置；系統(tǒng)測(cè)得的車(chē)速在25-50km/h范圍內(nèi)，則指針指示的是25-50km/h50-75km/h范圍內(nèi)，則指針指示的是50-75km/h的中心位置，以此類(lèi)推。轉(zhuǎn)速的改變主要是通過(guò)改變直流電機(jī)的電壓以達(dá)到改變直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，從而改變所需要測(cè)試的條件。在程序換算方面，仍然是限于硬件條件（不可能真正地用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)壹輪胎進(jìn)行測(cè)速）和本人水平條件，對(duì)車(chē)速采取如下方法：直流電機(jī)在4V的電壓下的轉(zhuǎn)速1500r/min計(jì)算方便，我們這里設(shè)該直流電機(jī)所驅(qū)動(dòng)的輪胎的直徑為20厘米，按照這樣的設(shè)定所計(jì)算出來(lái)的車(chē)速應(yīng)該為113km/h設(shè)定符合實(shí)際情況。以下為轉(zhuǎn)速－車(chē)速測(cè)試結(jié)果表：表5.2轉(zhuǎn)速-車(chē)速測(cè)試表直流電機(jī)電壓LED顯示的轉(zhuǎn)速（每?jī)x表盤(pán)上的指針位置經(jīng)計(jì)算得出的車(chē)速(km/h)10s的轉(zhuǎn)速）（km/h)6.42258100~125116.68.91368150~175166.398.30348150~175157.47.31303125~150137.0LED在這之中，仍然會(huì)出現(xiàn)指針指示不穩(wěn)定的情況，可是基本上是穩(wěn)定的。經(jīng)過(guò)之上系統(tǒng)的功能測(cè)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(chē)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(cè)工藝簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)成本低、開(kāi)發(fā)周期短，非常適合規(guī)?；a(chǎn)。5.3后期需要改進(jìn)地方比較初級(jí)的，功能比較單壹，沒(méi)有將汽車(chē)儀表中常見(jiàn)的油量顯示，蓄電池量顯示，方向燈等壹起做到系統(tǒng)中，同時(shí)車(chē)速顯示也是過(guò)于粗糙，只是顯示大(km/h)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(chē)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(yǔ)－第32頁(yè)－;數(shù)字;儀表系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì);系統(tǒng)的功能測(cè)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(chē)組合儀表，用單片機(jī)技技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)汽車(chē)儀表中，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)汽車(chē)儀表的基本功能，用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)表盤(pán)和LED指針實(shí)時(shí)指示汽車(chē)在行駛中的車(chē)速信號(hào);用LED顯示汽車(chē)水溫信號(hào)。通過(guò)對(duì)儀表系統(tǒng)功能測(cè)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)中主要是做了以下幾件事：1.以ST5410各個(gè)組成部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和介紹，尤其是對(duì)能給系統(tǒng)性能的車(chē)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(guò)程中，為了使測(cè)量準(zhǔn)備、表頭指針轉(zhuǎn)動(dòng)平滑無(wú)抖動(dòng)和增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性，對(duì)車(chē)載信號(hào)中的車(chē)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(guò)程中，對(duì)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(wú)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(lái)減小指針抖動(dòng)。4.對(duì)儀表系統(tǒng)功能進(jìn)行了反復(fù)地模擬測(cè)試，通過(guò)改變溫度、直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，不斷進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)測(cè)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(jiǎn)單的基于單片機(jī)系統(tǒng)的汽車(chē)儀表，且且達(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(chē)儀表中的功能都沒(méi)有集成進(jìn)這個(gè)系統(tǒng)，最重要的車(chē)速顯示非常粗糙，只是顯示了范圍，沒(méi)有顯示在這個(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(chē)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)師嚴(yán)彬老師的悉心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師在研究的選題、研究方案的制定、研究進(jìn)度、論文撰寫(xiě)等多方面給予了耐心細(xì)致的指導(dǎo)，我的每壹點(diǎn)進(jìn)步無(wú)不傾注著導(dǎo)師的心血。在論文完成之際，我謹(jǐn)向嚴(yán)彬老師及其幫助過(guò)我的所有老師表示衷心的感謝，感謝她給予我的幫助。衷心感謝機(jī)電所有老師在學(xué)習(xí)生活和課題工作中對(duì)我的各種幫助和支持，在他們的親切關(guān)懷和諄諄教導(dǎo)下，使我順利完成了學(xué)士階段的學(xué)業(yè)。最后，感謝我的父母和家人，感謝他們對(duì)我工作學(xué)習(xí)的理解和支持以及生活上無(wú)微不至的關(guān)懷!陳剛二零零七年五月于地大參考文獻(xiàn)：－第34頁(yè)－[1]楊忠敏.汽車(chē)儀表的發(fā)展現(xiàn)狀.汽車(chē)電器，2004,(4):1-3[2]許德章.現(xiàn)代汽車(chē)儀表技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì).汽車(chē)電器，2002,(5):127--129[3]劉友慶.汽車(chē)儀表北京:人民交通出版社，1993:10-94[4]Mizushima.DevelopmentofLiqudCrystalDisplayModuleforAutomobile.ShapuGiho/SharpTechnical.1993,(97):73-76[5]鄭發(fā)農(nóng).電動(dòng)電子車(chē)速里程表的研究.汽車(chē)電9,1999,(6):1-3[6]馬蘭皋.數(shù)字儀表和顯示器件.北京:電子工業(yè)出版社，1989:140-145[7]陳寶江.MCS單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)使用指南.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1997,(7):130--171[8]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)(第二版)北京:清華大學(xué)出版社，2000:75-80[9]王曦，董燕飛.步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)的控制.微計(jì)算機(jī)信息，2005,21(2):29-30[10]潘旭峰.現(xiàn)代汽車(chē)電子技術(shù)北京:北京理工大學(xué)出版社，1995:229-232[11]李潮青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1999:56-70[12]宋培義，劉立新.單片機(jī)原理、接口技術(shù)及應(yīng)用.北京:中國(guó)廣播電視出版社，1991,(1):73-78[13]譚浩強(qiáng).C程序設(shè)計(jì)(第二版)北京:清華大學(xué)出版社，2000:75-80[14].單片機(jī)AT90S2313在汽車(chē)?yán)锍瘫碇械膽?yīng)用.電子技術(shù)，2001,(3):35-38[15]鄔寬明.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè)壹數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊(cè).北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998:56--90[16]TimBour,StanGage.IntegratedLEDDisplayTechnologyforAutomobiles.ElectronicInstrumentPanelDisplays.Paper970192:127-134[17]孫德剛，劉越.強(qiáng)烈電磁干擾情況下車(chē)內(nèi)傳感器信號(hào)的檢測(cè).計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量和控制，2000,(8):57-59[18]徐雁.單片機(jī)測(cè)量頻率的倆種方法.電測(cè)和儀表，1995,(3):22-25[19]王柏林.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的誤區(qū)和對(duì)策.電子技術(shù)應(yīng)用，2002;28(2):22-25[20]CraigSzydiowski.AGatewayforCANSpecification2.oNon-PassiveDivices.AutomotiveMicrio-controllers.Paper930005:201--209[21]FumihikoAndoh,HiroshiShimamoto,andYoshihiroFujita.ADigitalPixelImageSensorforReal-TimeReadout.IEEETransactionsonElectronDevices/theInstituteofElectricalandElectronicsEngineers,2000,47(11):2123--2127附錄：系統(tǒng)組成原理圖：測(cè)溫模塊程序：#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineDisdataP1#definediscanP2#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitDQ=P3^7;sbitDIN=P1^0;uinth;//////////////////////////ucharcodeditab[16]={0x00,0x01,0x01,0x02,0x03,0x03,0x04,0x04,0－第36頁(yè)－x05,0x06,0x06,0x07,0x08,0x08,0x09,0x09};ucharcodedis_7[13]={0x03,0x9F,0x25,0x0D,0x99,0x49,0x41,0x1F,0x01,0x09,0xFD,0xff,0xbf};ucharcodescan_con[4]={0xfe,0xfd,0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{uchari,j;ucharvalue=0;－第38頁(yè)－for(i=8;i>0;i--){DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();value>>=1;DQ=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(DQ)value|=0x80;delay(72);}DQ=1;return(value);}/////////////////////////read_temp(){ow_reset();write_byte(0xCC);write_byte(0xBE);temp_data[0]=read_byte();temp_data[1]=read_byte();ow_reset();write_byte(0xCC);write_byte(0x44);}//////////////////////////work_temp(){ucharn=0;if(temp_data[1]>127){temp_data[1]=(256-temp_data[1]);temp_data[0]=(256-temp_data[0]);n=1;}display[4]=temp_data[0]&0x0f;display[0]=ditab[display[4]];display[4]=((temp_data[0]&0xf0)>>4)|((temp_data[1]&0x0f)<<4);display[3]=display[4]/100;display[1]=display[4]%100;display[2]=display[1]/10;display[1]=display[1]%10;if(!display[3]){display[3]=0x0A;if(!display[2]){display[2]=0x0A;}}if(n){display[3]=0x0B;}}///////////////////main(){Disdata=0xff;discan=0xff;for(h=0;h<4;h++){display[h]=8;}ow_reset();write_byte(0xCC);write_byte(0x44);for(h=0;h<5000;h++){scan();}while(1){read_temp();work_temp();for(h=0;h<5000;h++)－第40頁(yè)－{scan();}}}測(cè)速模塊程序：#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineLedPortP1sbitCS1=P2^0;sbitCS2=P2^1;sbitCS3=P2^2;sbitCS4=P2^3;sbitA0=P2^4;sbitA1=P2^5;sbitA2=P2^6;sbitA3=P2^7;uinta;uchardatacon50ms=0x00;bittrue;/*************************/charcodedis_7[11]={0x03,0x9F,0x25,0x0D,0x99,0x49,0x41,0x1F,0x01,0x09,0xFD};/*共