電控設(shè)計機油壓力檢測控制設(shè)計模板

電控設(shè)計機油壓力檢測控制設(shè)計資料內(nèi)容僅供參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系本人改正或者刪除。交通與汽車工程學(xué)院課程設(shè)計說明書課程名稱:汽車電控系統(tǒng)實習(xí)及課程設(shè)計課程代碼:6010319題目:機油壓力控制系統(tǒng)年級/專業(yè)/班:級汽車電子一班 學(xué)生姓名: 學(xué)號: 開始時間:年1月6日完成時間:年1月10日課程設(shè)計成績:學(xué)習(xí)態(tài)度及平時成績(30)技術(shù)水平與實際能力(20)創(chuàng)新(5)說明書(計算書、圖紙、分析報告)撰寫質(zhì)量(45)總分(100)指導(dǎo)教師簽名:年月日目錄摘要…………………………21引言………………………31.1問題的提出……………31.2任務(wù)與分析……………32方案設(shè)計…………………42.1系統(tǒng)設(shè)計方案…………42.2系統(tǒng)總體框圖…………4 3系統(tǒng)硬件設(shè)計……………53.1AT89C51單片機……………………53.2ADC0808………………83.3時鐘電路………………113.4復(fù)位電路………………113.5MPX4115壓力傳感器…………………123.6LM061L液晶顯示器…………………123.7直流電機控制電路 ……………………133.8黃燈預(yù)警電路…………144系統(tǒng)軟件設(shè)計……………154.1Proteus軟件環(huán)境介紹………………154.2KileuVision4軟件環(huán)境介紹………15 4.3Protel軟件環(huán)境介紹………………16 4.4程序流程圖…………174.5位置式PID控制原理………………195系統(tǒng)調(diào)試過程…………20設(shè)計總結(jié)……………………26致謝…………………………27參考文獻……………………28附錄1………………………29摘要機油壓力是汽車發(fā)動機的重要參數(shù)之一。如何利用已學(xué)知識模擬機油壓力檢測,而且對機油壓力進行電控是開始本設(shè)計的初衷。本此設(shè)計經(jīng)過以AT89C51單片機為中心,經(jīng)過MPX4115模擬產(chǎn)生一個信號,經(jīng)過ADC0808數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換送入單片機進行處理,再從單片機P0口將電平信號送入液晶顯示器C實現(xiàn)動態(tài)顯示。并在超過機油壓力安全值時由單片機控制LED進行光報警,同時當機油壓力過高或者過低時經(jīng)過電機控制活塞閥進行放油處理。此說明書給出了系統(tǒng)的設(shè)計原理圖,以及PCD印制板圖,并在Proteus軟件中進行仿真實現(xiàn)設(shè)計功能。關(guān)鍵詞:AT89C51單片機機油壓力電機控制

1引言1.1問題的提出隨著進入電氣時代,越來越多的電子技術(shù)被應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上。汽車也將由單純的機械產(chǎn)品向高級的機電一體化產(chǎn)品方向發(fā)展。由于實時駕駛信息系統(tǒng)及多媒體設(shè)備在汽車上普及,汽車更具個性化、通用性、安全性和舒適性。汽車在人們的生活中不但僅是代步工具,而逐步成為一種生活的方式。在汽車電子領(lǐng)域的研究成為汽車研發(fā)中最活躍的一部分。隨著進入電氣時代,電子測控裝置被廣泛應(yīng)用于各種電器機械產(chǎn)品上,本次課程設(shè)計的任務(wù)就是基于單片機設(shè)計機油壓力電控系統(tǒng),檢測機油壓力,對油壓超過預(yù)定值則使用LED報警,而且能夠進行控制。1.2任務(wù)與分析本次設(shè)計的任務(wù)是基于單片機機油壓力電控系統(tǒng)設(shè)計。要求是本此設(shè)計經(jīng)過以AT89C51單片機為中心,經(jīng)過MPX4115模擬產(chǎn)生一個信號,經(jīng)過ADC0808數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換送入單片機進行處理,再從單片機P0口將電平信號送入液晶顯示器LM061L實現(xiàn)動態(tài)顯示。并在超過機油壓力安全值時由單片機控制LED進行光報警,同時當機油壓力過時經(jīng)過電機控制活塞閥進行控制。此說明書給出了系統(tǒng)的設(shè)計原理圖,以并在Proteus軟件中進行仿真實現(xiàn)設(shè)計功能。本系統(tǒng)能夠分為以下6大主要模塊:(1)AT89C51模塊:用于數(shù)據(jù)處理,初值設(shè)定。(2)ADC0808:進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,將壓力傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。(3)MPX4115:采集模擬壓力信號。(4)液晶顯示器LM061L:用于實時的顯示機油壓力信息。(5)LED二極管:超過機油壓力下限值,則LED亮燈報警。(6)直流電機:當機油壓力過高時,經(jīng)過電機控制活塞閥,從而控制機油壓力。2系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)設(shè)計方案本此設(shè)計經(jīng)過以AT89C51單片機為中心,經(jīng)過MPX4115模擬產(chǎn)生一個信號,經(jīng)過ADC0808數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換送入單片機進行處理。指定機油壓力正常的范圍是20—80(MPa),當機油壓力在正常范圍內(nèi)時,僅僅從單片機P0口將電平信號送入液晶顯示器LM061L實現(xiàn)動態(tài)顯示。當檢測到低于機油壓力安全值(即<=20Mpa)時,由單片機控制LED進行亮光報警,當檢測到高于機油壓力安全值(即>=80Mpa)時,由單片機經(jīng)過電機控制活塞閥進行放油等緊急措施。2.2系統(tǒng)總體框圖 當程序啟動后,程序進入初始化階段。時鐘電路的晶振產(chǎn)生外部振蕩脈沖信號送入AT89C51單片機的XTAL2口。單片機AT89C51執(zhí)行編寫在其內(nèi)部的程序,處理從ADC0808送來的信號,并送到P0口輸出到液晶顯示器LM061L顯示。當檢測到低于機油壓力安全值(即<=20Mpa)時,由單片機控制LED進行亮光報警,當檢測到高于機油壓力安全值(即>=80Mpa)時,由單片機經(jīng)過電機控制活塞閥進行放油等緊急措施。3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1AT89C51單片機

經(jīng)過對多種單片機性能的分析,最終認為89C51是最理想的電子時鐘開發(fā)芯片。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL的89C51是一種高效微控制器,而且它與MCS-51兼容,且具有4K字節(jié)可編程閃爍存儲器和1000寫/擦循環(huán),數(shù)據(jù)保留時間為等特點,是最好的選擇。MCS-51系列單片機是Intel公司1980年推出的高性能8位單片微型計算機主要有8031、8051、8751這三種機型,她們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容,僅片內(nèi)ROM有所不同。主要功能為:·8位CPU;·片內(nèi)帶振蕩器,振蕩頻率f的范圍為1.2-12MHZ,可有時鐘輸出;·128B片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器;·4KB片內(nèi)程序存儲器;·程序存儲器的尋址范圍為64KB;·片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為64KB;·21B專用寄存器;·4個8位并行I/O口:P0,P1,P2,P3;·1個全雙工串行I/O口,可多機通信;·2個16位定時/計數(shù)器;·中斷系統(tǒng)有5個中斷源,可編程為兩個優(yōu)先級;·111條指令,含乘法指令和除法指令;·有強的位尋址,位處理能力;·片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu);圖3-189C51單片機引腳圖89C51單片機與早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引腳和指令系統(tǒng)完全兼容,只不過用FlashROM替代了ROM/EPROM而已。89C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。圖3-289C51單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖各引腳的功能如下:·VCC:供電電壓。·GND:接地。

·P0口:P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口,每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時,被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器,它能夠被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時,P0口作為原碼輸入口,當FIASH進行校驗時,P0輸出原碼,此時P0外部必須被拉高?！1口:P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口,P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后,被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入,P1口被外部下拉為低電平時,將輸出電流,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時,P1口作為第八位地址接收?！2口:P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收,輸出4個TTL門電流,當P2口被寫”1”時,其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高,且作為輸入。并因此作為輸入時,P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時,P2口輸出地址的高八位。在給出地址”1”時,它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢,當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時,P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

·P3口:P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入”1”后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流(ILL)這是由于上拉的緣故。·RST:復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時,要保持RST腳兩個機器周期高電平時間?！LE/PROG:當訪問外部存儲器時,地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間,此引腳用于輸入編程脈沖。在平時,ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號,此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是:每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時,將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時,ALE只有在執(zhí)行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無效?！?外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間,每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時,這兩次有效的信號將不出現(xiàn)?！?當保持低電平時,則在此期間CPU只訪問外部程序存儲器(0000H-FFFFH),不論是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時,將內(nèi)部鎖定為RESET;當端保持高電平時,則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源(VPP)?！TAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。

·XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。

3.2ADC0808為了滿足多種需要,當前國內(nèi)外各半導(dǎo)體器件生產(chǎn)廠家設(shè)計并生產(chǎn)出了多種多樣的ADC芯片。僅美國AD公司的ADC產(chǎn)品就有幾十個系列、近百種型號之多。從性能上講,它們有的精度高、速度快,有的則價格低廉。從功能上講,有的不但具有A/D轉(zhuǎn)換的基本功能,還包括內(nèi)部放大器和三態(tài)輸出鎖存器;有的甚至還包括多路開關(guān)、采樣保持器等,已發(fā)展為一個單片的小型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān),它能夠根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號,只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本,功能基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D轉(zhuǎn)換,實際使用時采用ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,它有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器。圖3-3AD0808引腳圖1)主要技術(shù)指標和特性(1)分辨率:8位。(2)總的不可調(diào)誤差:ADC0808為±1/2LSB,ADC0809為±1LSB。(3)轉(zhuǎn)換時間:取決于芯片時鐘頻率,如CLK=500kHz時,TCONV=128μs。(4)單一電源:+5V。(5)模擬輸入電壓范圍:單極性0～5V;雙極性±5V,±10V(需外加一定電路)。(6)具有可控三態(tài)輸出緩存器。(7)啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖),上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零,下降沿使A/D轉(zhuǎn)換開始。(8)使用時不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。2)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳ADC0808/0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如圖11.19和圖11.20所示。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中已一目了然,在此就不再贅述,下面僅對各引腳定義分述如下:圖3-4ADC0808/0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(1)IN0～IN7——8路模擬輸入,經(jīng)過3根地址譯碼線ADDA、ADDB、ADDC來選通一路。(2)D7～D0——A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端,為三態(tài)可控輸出,故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。8位排列順序是D7為最高位,D0為最低位。(3)ADDA、ADDB、ADDC——模擬通道選擇地址信號,ADDA為低位,ADDC為高位。地址信號與選中通道對應(yīng)關(guān)系如表11.3所示。(4)VR(+)、VR(-)——正、負參考電壓輸入端,用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準電壓。在單極性輸入時,VR(+)=5V,VR(-)=0V;雙極性輸入時,VR(+)、VR(-)分別接正、負極性的參考電壓。表3-1地址信號與選中通道的關(guān)系地址選中通道ADDCADDBADDA000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7(5)ALE——地址鎖存允許信號,高電平有效。當此信號有效時,A、B、C三位地址信號被鎖存,譯碼選通對應(yīng)模擬通道。在使用時,該信號常和START信號連在一起,以便同時鎖存通道地址和啟動A/D轉(zhuǎn)換。(6)START——A/D轉(zhuǎn)換啟動信號,正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零,下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟動脈沖,則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止,重新從頭開始轉(zhuǎn)換。(7)EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號,高電平有效。該信號在A/D轉(zhuǎn)換過程中為低電平,其余時間為高電平。該信號可作為被CPU查詢的狀態(tài)信號,也可作為對CPU的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下,EOC也可作為啟動信號反饋接到START端,但在剛加電時需由外電路第一次啟動。(8)OE——輸出允許信號,高電平有效。當微處理器送出該信號時,ADC0808/0809的輸出三態(tài)門被打開,使轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下,該信號往往是CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。3)工作時序與使用說明當通道選擇地址有效時,ALE信號一出現(xiàn),地址便馬上被鎖存,這時轉(zhuǎn)換啟動信號緊隨ALE之后(或與ALE同時)出現(xiàn)。START的上升沿將逐次逼近寄存器SAR復(fù)位,在該上升沿之后的2μs加8個時鐘周期內(nèi)(不定),EOC信號將變低電平,以指示轉(zhuǎn)換操作正在進行中,直到轉(zhuǎn)換完成后EOC再變高電平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降腅OC信號后,便立即送出OE信號,打開三態(tài)門,讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。模擬輸入通道的選擇能夠相對于轉(zhuǎn)換開始操作獨立地進行(當然,不能在轉(zhuǎn)換過程中進行),然而一般是把通道選擇和啟動轉(zhuǎn)換結(jié)合起來完成(因為ADC0808/0809的時間特性允許這樣做)。這樣能夠用一條寫指令既選擇模擬通道又啟動轉(zhuǎn)換。在與微機接口時,輸入通道的選擇可有兩種方法,一種是經(jīng)過地址總線選擇,一種是經(jīng)過數(shù)據(jù)總線選擇。如用EOC信號去產(chǎn)生中斷請求,要特別注意EOC的變低相對于啟動信號有2μs+8個時鐘周期的延遲,要設(shè)法使它不致產(chǎn)生虛假的中斷請求。為此,最好利用EOC上升沿產(chǎn)生中斷請求,而不是靠高電平產(chǎn)生中斷請求。3.3時鐘系統(tǒng)利用芯片內(nèi)部振蕩電路,在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件,內(nèi)部振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩,用示波器能夠觀察到XTAL2輸出時鐘信號。振蕩晶體選擇12MHz。電容只無嚴格要求,但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響,C1和C2可在20-100pF取值,但在,60-70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。 圖3-5內(nèi)部時鐘電路3.4復(fù)位電路復(fù)位電路一般采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。本次設(shè)計采用按鍵復(fù)位電路。按鍵復(fù)位電路是在按鍵瞬間接地來實現(xiàn)的,其電路如圖所示。按下復(fù)位按鈕后,電源對按鍵RESET端維持兩個機器周期的高電平實現(xiàn)復(fù)位的。圖3-6復(fù)位電路3.5MPX4115壓力傳感器MPX4115系列壓電電阻傳感器是一個硅壓力傳感器。這個傳感器結(jié)合了高級的微電機技術(shù),薄膜鍍金屬。還能為高水準模擬輸出信號提供一個均衡壓力。在0℃-85℃的溫度下誤差不超過1.5%,溫度補償是-40℃-125℃。圖3-7壓力傳感器3.6液晶顯示器LM061LLM016L液晶模塊采用HD44780控制器,hd44780具有簡單而功能較強的指令集,能夠?qū)崿F(xiàn)字符移動,閃爍等功能,LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式,hd44780控制器由兩個8位寄存器,指令寄存器(IR)和數(shù)據(jù)寄存器(DR)忙標志(BF),顯示數(shù)RAM(DDRAM),字符發(fā)生器ROMA(CGOROM)字符發(fā)生器RAM(CGRAM),地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼,只能寫入不能讀出,DR用于寄存數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù),BF為1時,液晶模塊處于內(nèi)部模式,不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù),DDTAM用來存儲顯示的字符,能存儲80個字符碼,CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應(yīng)關(guān)系,CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的,它的容量僅64字節(jié),能夠自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符,AC能夠存儲DDRAM和CGRAM的地址,如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC,同時選擇DDRAM或CGRAM但愿,LM016L 液晶模塊的引腳功能如下表所示:圖3-8LM061L引腳圖3.7直流電機控制電路 直流電機是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機,將電能轉(zhuǎn)換為機械能;作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機,將機械能轉(zhuǎn)換為電能。直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子,定子的主要作用是產(chǎn)生磁場,由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子,其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢,是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐,因此一般又稱為電樞,由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。直流電機在控制中使用了脈寬調(diào)制(PWM)控制的方法。PWM的占空比決定輸出到直流電機的平均電壓.PWM不是調(diào)節(jié)電流的。PWM的意思是脈寬調(diào)節(jié),也就是調(diào)節(jié)方波高電平和低電平的時間比,一個20%占空比波形,會有20%的高電平時間和80%的低電平時間,而一個60%占空比的波形則具有60%的高電平時間和40%的低電平時間,占空比越大,高電平時間越長,則輸出的脈沖幅度越高,即電壓越高.如果占空比為0%,那么高電平時間為0,則沒有電壓輸出.如果占空比為100%,那么輸出全部電壓。

因此經(jīng)過調(diào)節(jié)占空比,能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的,而且輸出電壓能夠無級連續(xù)調(diào)節(jié).脈寬調(diào)制(PWM)是利用數(shù)字輸出對模擬電路進行控制的一種有效技術(shù),特別是在對電機的轉(zhuǎn)速控制方面,可大大節(jié)省能量。PWM具有很強的抗噪性,且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟等特點。模擬控制電路有以下缺陷:模擬電路容易隨時間漂移,會產(chǎn)生一些不必要的熱損耗,以及對噪聲敏感等。而在用了PWM技術(shù)后,避免了以上的缺陷,實現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號,能夠大幅度降低成本和功耗。圖3-8直流電機控制電路3.8黃燈預(yù)警電路當油壓在正常范圍內(nèi)(20—80Mpa)時黃燈不亮,當油壓低于最低的閥值時,單片機控制黃燈亮起,達到警示的作用。圖3-9黃燈警示電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1Proteus軟件環(huán)境介紹本系統(tǒng)的硬件設(shè)計首先是在Proteus軟件環(huán)境中仿真實現(xiàn)的。Proteus軟件是來自英國Labcenterelectronics公司的EDA工具軟件,Proteus軟件有十多年的歷史,在全球廣泛使用,除了具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外,其革命性的功能是,它的電路仿真是互動的。針對微處理器的應(yīng)用,還能夠直接在基于原理圖的虛擬原型上編程,并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試。如果有顯示及輸出,配合系統(tǒng)配置的虛擬儀器如示波器、邏輯分析儀等,還能看到運行后輸入輸出的效果。Proteus建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境,特別重要的是ProteusLite能夠完全免費,也能夠花微不足道的費用注冊達到更好的效果。Proteus是當前最好的模擬單片機外圍器件的工具。能夠仿真51系列、AVR、PIC等常見的MCU及其外圍電路(如LCD,RAM,ROM,鍵盤,馬達,LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件...)。其實Proteus與multisim比較類似,只不過它能夠仿真MCU,當然,軟件仿真精度有限,而且不可能所有的器件都找得到相應(yīng)的仿真模型,用開發(fā)板和仿真器當然是最好選擇,可是初學(xué)者擁有它們的可能性比較小。當然,硬件實踐還是必不可少的。在沒有硬件的情況下,Proteus能像pspice仿真模擬/數(shù)字電路那樣仿真MCU及外圍電路。另外,即使有硬件,在程序編寫早期用軟件仿真一下也是很有必要的。Proteus軟件主要具有以下幾個方面的特點:1)設(shè)計和仿真軟件Proteus是一個很有用的工具,它能夠幫助學(xué)生和專業(yè)人士提高她們的模擬和數(shù)字電路的設(shè)計能力。2)它允許對電路設(shè)計采用圖形環(huán)境,在這種環(huán)境中,能夠使用一個特定符號來代替元器件,并完成不會對真實電路造成任何損害的電路仿真操作。3)它能夠仿真儀表以及可描述在仿真過程中所獲得的信號的圖表。4)它能夠仿真當前流行的單片機,如PICS,ATMEL-AVR,MOTOROLA,8051等。5)在設(shè)計綜合性方案中,還能夠利用ARES開發(fā)印制電路板。4.2KeilμVision軟件環(huán)境介紹KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學(xué)易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案,經(jīng)過一個集成開發(fā)環(huán)境(uVision)將這些部分組合在一起。運行Keil軟件需要WIN98、NT、WIN、WINXP等操作系統(tǒng)。如果你使用C語言編程,那么Keil幾乎就是你的不二之選,即使不使用C語言而僅用匯編語言編程,其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。C51工具包的整體結(jié)構(gòu),uVision與Ishell分別是C51forWindows和forDos的集成開發(fā)環(huán)境(IDE),能夠完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)立生成庫文件,也能夠與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的Hex文件,以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調(diào)試,也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試,也能夠直接寫入程序存貯器如EPROM中。4.3Protel軟件介紹Protel印制板設(shè)計軟件包是澳大利亞ProtelTechnology公司與1990年推出的電子CAD產(chǎn)品,具有方便、易學(xué)、實用、快速以及高速度、高步通率的特點。它采用了分層次下拉窗口菜單結(jié)構(gòu)形式,用戶基本上不需要記背太多的鍵盤命令,用鼠標點擊菜單命令就能操作,Protel有著很高的自動布線布通率。布通率是電子產(chǎn)CAD產(chǎn)品的一項重要指標,它反映電子元件在電路圖中連接關(guān)系有多少能在印刷版圖中實現(xiàn)。在設(shè)計常見的單、雙面印制板時只要選擇適當?shù)脑季趾筒季€策略方法,Protel就能夠輕易的達到98%-100%的布通率。對于極少數(shù)不能布通的定方,Protel能夠用飛線指示出來,引導(dǎo)用戶用手工方法連通。另外,Protel有強大的宏命令設(shè)置功能,利用宏命令功能多定義的熱鍵能夠大大提高操作速度。 Protel已成為印制板設(shè)計加工方面的工業(yè)標準。據(jù)初步統(tǒng)計Protel在CAD的市場占有率達95%,成為電子產(chǎn)品制造業(yè)界的首選CAD軟件。4.4程序流程圖(1)主程序流程圖開始開始系統(tǒng)初始化采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化子程序采集數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化子程序調(diào)用顯示程序,調(diào)用顯示程序,LCD顯示是否超過油壓上下限?是否超過油壓上下限?NY低于油壓下限,使用警示燈超過油壓上限,使用電機控制低于油壓下限,使用警示燈超過油壓上限,使用電機控制結(jié)束圖4-1主程序流程圖主程序流程圖說明:程序初期,定時器、寄存器初始化,將傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)傳給ADC0808,經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序?qū)⒛M信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號信號經(jīng)過顯示子程序,將數(shù)字顯示在LCD上。而且判斷機油壓力是否低于最低值,低于則經(jīng)過P3.7口LED報警;機油壓力是否高于最高值高于則經(jīng)過電機轉(zhuǎn)動控制活塞閥調(diào)節(jié),相反則返回程序,繼續(xù)測量油壓。(2)A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖:AD子程序流程圖說明:在此流程圖中,主要說明的是本次設(shè)計的A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程。單片機AT89C51的P3.1、P3.0、P3.3口連接ADC0808的OE、START和EOC端口,壓力信號經(jīng)過IN0端口傳給ADC0808進行模數(shù)轉(zhuǎn)換,將檢測的數(shù)據(jù)傳送給單片機。顯示子程序流程說明: 開始階段,將液晶顯示器初始化,然后將寫入光標跳到目標位,單片機P0口控制LCD的D0-D7口,讀入數(shù)據(jù)顯示實時機油壓力。調(diào)用延時程序,返回程序繼續(xù)顯示。4.5位置式PID控制原理當今的自動控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個部分:測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量,與期望值相比較,用這個誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。PD控制器由比例單元(P)、微分單元(D)組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關(guān)系為其中kp為比例系數(shù);TD為微分時間常數(shù)由于計算機控制是一種采樣控制,它只能根據(jù)采樣時刻的偏差來計算控制量,因此,在計算機控制系統(tǒng)中,必須首先對上述公式進行離散化處理,用數(shù)字形式的差分方程代替連續(xù)系統(tǒng)的微分方程,離散化后的PID表示式是為:根據(jù)遞推原理,能夠?qū)懗鰇-1的PID輸出表示式則其中由上式可知,要計算第k次的輸出值,只需知道、、、即可,比最初公式要簡單許多。在程序設(shè)計中,Now_speed[1]=Now_speed[0]表示E(t-1)Now_speed[0]=(int)(setspeed-speed);E(t)由此就能夠得到相應(yīng)的比例部分,積分部分,微分部分:P=KP*(Now_speed[0]);I=KI*(Now_speed[0]+pre_speed);D=KD*(Now_speed[0]-Now_speed[1]);注:pre_speed表示的之前差值之和。5系統(tǒng)調(diào)試過程經(jīng)過上面的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計過程,設(shè)計的工作已經(jīng)基本完成,接下來的工作就是對所設(shè)計好的應(yīng)用系統(tǒng)進行調(diào)試。經(jīng)過調(diào)試能夠檢查出系統(tǒng)出現(xiàn)的一些錯誤,從而進行下一步的修改。Protel電路調(diào)試 在Protel的元件庫里建立89C51,沒有LCD液晶顯示器,單擊【Edit】按鍵,對元件庫的進行編輯,再建立新的封裝庫編寫其封裝,連線。電路調(diào)試:單擊【ERC】按鍵,進行節(jié)氣點ERC檢查;單擊【BillofMaterial】生成元件列表,檢查元器件封裝;單擊【CreatNetlist】生成網(wǎng)絡(luò)列表。圖5-1Protel原理圖 KeiluVision3中程序編寫與調(diào)試將已經(jīng)設(shè)計好的程序?qū)懭隟eiluVision3軟件中,用C語言進行程序編譯。將有錯誤提示的程序修改過來,顯示0error,0warning,最后hex文件的生成,為電路仿真做準備。(3)在Proteus中,對硬件電路圖進行設(shè)計和繪制、仿真。首先列出單片機芯片AT89C51,ADC0808,內(nèi)部時鐘電路,復(fù)位電路,電機控制電路等,然后連線。將在Keil軟件里已經(jīng)編譯好的程序輸入單片機。雙擊單片機,加載編譯好的程序生成的.hex文件,按下仿真按鈕,觀察仿真是否正常進行。當機油壓力值處于正常范圍內(nèi)也就是在20—80Mpa時,高壓報警黃燈不亮,直流電機不轉(zhuǎn)動,此時程序只執(zhí)行顯示子程序。圖5-2proteus電路仿真全圖(機油壓力正常時)圖5-3proteus電路仿真電機部分圖(機油壓力正常時) 圖5-4proteus電路仿真顯示部分圖(機油壓力正常時) 當機油壓力值超過最高峰也就是高于80Mpa時,電機轉(zhuǎn)動,電機控制電磁閥,該閥底端與潤滑油油路相連通,由于潤滑油均具有一定的壓力,該壓力即會把活塞閥推動,使燃燒油路通暢的供應(yīng)燃油,發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)。圖5-5proteus電路仿真圖1(機油壓力為84Mpa時)圖5-5proteus電路仿真電機部分1(機油壓力為84Mpa時)圖5-6proteus電路仿真圖2(機油壓力為92Mpa時)圖5-7proteus電路仿真電機部分圖2(機油壓力為92Mpa時) 當機油壓力低于最低值也就是低于20Mpa時,此時黃燈報警燈亮,起到警示作用。圖5-6proteus電路仿真圖(機油壓力為17時)設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計是要求我們基于單片機設(shè)計機油壓力電控系統(tǒng),其功能是以AT89C51單片機為中心,在MPX4115模擬產(chǎn)生一個信號后,經(jīng)過ADC0808將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換送入單片機進行處理,再從單片機P0口將電平信號送入液晶顯示器LM061L實現(xiàn)動態(tài)顯示。并在高于或低于機油壓力安全值時由單片機控制LED以及直流電機分別作出相應(yīng)的反應(yīng)。 設(shè)計一個控制系統(tǒng),最重要的是要深刻理解其原理以及其實際用途,然后才能根據(jù)其原理進行整個系統(tǒng)的設(shè)計。用理論指導(dǎo)實踐能夠達到事倍功半的效果,而有堅實的理論做基礎(chǔ)也會使設(shè)計變得得心應(yīng)手。在設(shè)計電路的過程中應(yīng)注意充分利用并擴展所學(xué)過的基礎(chǔ)知識,設(shè)計的過程就是學(xué)習(xí)的過程,在設(shè)計過程中驗證理論的正確性,彌補知識的漏洞。正確對待設(shè)計過程中遇到的錯誤,遇到錯誤與問題要敢于面對并設(shè)法找到解決的辦法。經(jīng)過對該電路的設(shè)計過程,而且我還查閱了不少相關(guān)資料,更深刻地認識和鞏固了平時所學(xué)的知識,使理論與實踐有機結(jié)合,提高了我對所學(xué)專業(yè)的興趣并積累了一些相關(guān)經(jīng)驗。我認為這就是一種很好的提高自身能力的方法。這個設(shè)計的大部分內(nèi)容都是在網(wǎng)上和書籍上找的內(nèi)容,自己做了一點點小小的改動,在上網(wǎng)找資料的同時也學(xué)到了許多東西,找到了很多學(xué)習(xí)單片機的網(wǎng)站,里面的內(nèi)容都比較適合我初學(xué)者去學(xué),有些網(wǎng)站還專門介紹這種單片機的類型、用法、功能等等。經(jīng)過這個課程設(shè)計,使我發(fā)現(xiàn),小小的一片單片機有這么強大的功能,能應(yīng)用于各種領(lǐng)域。我應(yīng)該在自己以后的學(xué)習(xí)中,不但要有刻苦努力,要有鉆研精神,還要有創(chuàng)新,對自己感興趣的一定要用心去學(xué)。雖然自己盡了很大的努力,可是還有很多不盡人意的地方,我想大概是由于開展獨立開發(fā)經(jīng)驗不足的緣故吧,作為一個學(xué)汽車電子的學(xué)生,我想我有必要經(jīng)過這次課更多的了解自己的不足,從而在以后的學(xué)習(xí)工作中不斷增強自己的動手能力,爭取在電路設(shè)計方面取進步。該電路還有很多缺陷。今后我要加強學(xué)習(xí),去認識更深層的科學(xué)知識,使我設(shè)計出來的東西更加完美。要嚴格要求自己,就像嚴格要求設(shè)計的每一個細節(jié)一樣。致謝在趙玲老師以及同學(xué)的指導(dǎo)和幫助之下,我終于完成了本次的課程設(shè)計,其中關(guān)于單片機設(shè)計的各種書籍也給了我很大的幫助和指導(dǎo)。也正是經(jīng)過這次的課程設(shè)計的學(xué)習(xí)與提高,讓我對單片機有了更進一步的認識,對硬件以及軟件的設(shè)計也有很大的提高。讓我能夠?qū)⒁郧霸谡n堂上學(xué)到的知識與實踐緊密的結(jié)合起來,對自己的能力也是一種很好的鍛煉。在此,我向趙老師和幫助過我的老師和同學(xué)們,表示崇高的敬意和衷心的感謝

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