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

1、基于單片機(jī)控制的車用儀表的設(shè)計(jì)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(duì)汽車的安全與經(jīng)濟(jì)行駛起著重要的作用，近年來(lái)，隨著汽車電子技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車儀表板上顯示的信息不斷增加，傳統(tǒng)的機(jī)械指針式汽車組合儀表越來(lái)越無(wú)法滿足使用的需要，特別是計(jì)算機(jī)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發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文介紹了汽車行駛過(guò)程中主要參數(shù)的測(cè)量原理，針對(duì)我國(guó)目前微型車及農(nóng)車普遍使用的機(jī)械式儀表現(xiàn)狀，尋求一種低成本、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(jī)械式儀表的無(wú)法回避的缺點(diǎn)，而且具有外形美觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔

2、、體積小、實(shí)時(shí)性好、功能擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞at89s52單片機(jī) 汽車儀表 多任務(wù)操作系統(tǒng)目 錄第1章 引言11.1 課題的背景和意義11.2 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究概況及存在問(wèn)題21.3 本課題研究?jī)?nèi)容5第2章 總體方案設(shè)計(jì)62.1 方案一62.2 方案二72.3 方案論證及確定8第3章 車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)103.1.1 at89s52芯片功能簡(jiǎn)介103.1.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路硬件設(shè)計(jì)133.1.3 單片機(jī)的復(fù)位電路硬件設(shè)計(jì)143.2 信號(hào)檢測(cè)及處理電路的硬件設(shè)計(jì)153.2.1 溫度傳感器ds18b20及其硬件接口電路設(shè)計(jì)153.2.2 測(cè)速傳感器及其硬件

3、接口電路設(shè)計(jì)173.2.3 其他模擬傳感器203.4 液晶顯示模塊硬件設(shè)計(jì)233.4.1 液晶顯示模塊lcm1010 簡(jiǎn)介233.4.2 液晶顯示模塊lcm1010與at89s52硬件接口設(shè)計(jì)253.5 can3.6 電源電路硬件電路設(shè)計(jì)32第4章 軟件設(shè)計(jì)344.1 開發(fā)語(yǔ)言簡(jiǎn)介344.2 汽車數(shù)字儀表系統(tǒng)主控程序結(jié)構(gòu)344.3 車速計(jì)算程序流程圖364.4 顯示流程圖36第5章 系統(tǒng)仿真調(diào)試38第6章 全文總結(jié)39參考文獻(xiàn)40致 謝41第1章 引言1.1 課題的背景和意義由于汽車排放、節(jié)能、安全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(lái)越高。汽車電子控制裝置必須迅速、準(zhǔn)確地處理

4、各種信息，并通過(guò)電子儀表顯示出來(lái)，使駕駛員通過(guò)視覺與聽覺獲取道路和交通狀況等車外信息的同時(shí)，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(guò)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)”的方向發(fā)展，其功能將不局限于現(xiàn)在的車速、里程、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、油量、水溫、方向燈指示，還可能增添一些功能，比如帶ecu的智能化汽車儀表，能指示安全系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，如輪胎氣壓、制動(dòng)裝置、安全氣囊等，這對(duì)汽車儀表技術(shù)提出了更高要求?，F(xiàn)代汽車正逐步采用abs、asr、安全氣囊、發(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)所需各項(xiàng)行駛信息的精度和信息種類

5、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(shí)現(xiàn)傳感器與汽車儀表同時(shí)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(guó)市場(chǎng)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(jī)結(jié)構(gòu)形式，所有傳感器的模擬或數(shù)字信號(hào)全部轉(zhuǎn)化成驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字信號(hào)，由中央處理器cpu處理完后，將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸送到各自的步進(jìn)電機(jī)式指示儀表并使之工作，這種用全數(shù)字技術(shù)驅(qū)動(dòng)的指示儀表精度高、統(tǒng)一機(jī)芯結(jié)構(gòu)成本低1 。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)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

6、用單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的汽車儀表克服技術(shù)瓶頸和成本障礙創(chuàng)造了條件。由于單片機(jī)具有高可靠性、高控制性能和高速運(yùn)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(shí)便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)間的轉(zhuǎn)換，有利于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、控制和存貯，易于與儀表模塊化和模擬指示驅(qū)動(dòng)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(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)、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(jìng)相發(fā)展的、最具潛力和優(yōu)勢(shì)的升級(jí)換代產(chǎn)品。基于單片機(jī)數(shù)字儀表高精度和高可靠性 實(shí)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(shí)由于沒有機(jī)械儀表中的那些機(jī)械傳動(dòng)部分，從而減少了故障的發(fā)生率，大

7、大提高了儀表的可靠性。未來(lái)汽車儀表發(fā)展趨勢(shì)就是充分應(yīng)用光技術(shù)和機(jī)、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(jì)算機(jī)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(jià)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(gè)高清晰度的計(jì)算機(jī)顯示器2 。隨著汽車電子的發(fā)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(dòng)機(jī)式汽車儀表顯示裝置，是當(dāng)今和未來(lái)一段時(shí)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(chǎng)前景。所以，本課題提出并設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的車用數(shù)字儀表。本課題的完成

8、有相當(dāng)重要的價(jià)值。1.2 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究概況及存在問(wèn)題自1886年發(fā)明汽車以來(lái)，汽車走過(guò)了100多年的發(fā)展歷程。汽車的出現(xiàn)和發(fā)展，使汽車儀表也在不斷開發(fā)和發(fā)展之中。隨著光學(xué)、電子技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)在汽車儀表中的廣泛應(yīng)用，汽車儀表正向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。汽車儀表的發(fā)展趨勢(shì)，從一個(gè)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發(fā)展現(xiàn)狀，準(zhǔn)確地把握其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，簡(jiǎn)單回顧其發(fā)展過(guò)程。按汽車儀表在工作原理上取得的重大技術(shù)創(chuàng)新來(lái)分，可以劃分為4個(gè)階段,或稱為經(jīng)過(guò)4代。第1代汽車儀表是基于機(jī)械作用力而工作的機(jī)械式儀表，人們習(xí)慣稱這類儀表為機(jī)械機(jī)心表；第2代汽車儀表的工作原

9、理基于電測(cè)原理，即通過(guò)各類傳感器將被測(cè)的非電量變換成電信號(hào)加以測(cè)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(dòng)機(jī)式全數(shù)字汽車儀表。現(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(shí)期。第3代汽車用儀表工作原理與電氣式儀表基本相同，只不過(guò)是用電子器件取代原來(lái)的電氣器件。其出現(xiàn)的時(shí)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)的發(fā)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(jì)的集成電路），國(guó)內(nèi)汽車儀表目前的主流產(chǎn)品就是這種儀表,經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，其結(jié)構(gòu)形式經(jīng)歷了動(dòng)圈式機(jī)心（線圈連同指針一起轉(zhuǎn)動(dòng)）和動(dòng)磁式機(jī)心（磁鋼連同指針一起轉(zhuǎn)動(dòng)）2個(gè)基本階段。

10、電子器件經(jīng)歷了分立器件和專用集成電路2個(gè)階段。在整個(gè)發(fā)展過(guò)程中，國(guó)內(nèi)外工程技術(shù)人員一直從未停止對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。如圍繞降低成本，不斷改進(jìn)制作工藝，機(jī)械零件起初以金屬件為主，發(fā)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(dòng)圈式發(fā)展成動(dòng)磁式等。雖然，每次較大改進(jìn)后整體性能價(jià)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(lái)，十字交叉動(dòng)磁式儀表肯定是第3代汽車儀表發(fā)展的盡頭，必將讓位于第4代全數(shù)字式汽車儀表。嚴(yán)格地說(shuō),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(hào)處理方式已從模擬變成數(shù)字。僅憑信號(hào)處

11、理方式的改變還不足以將全數(shù)字式汽車儀表劃分成一個(gè)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(gè)產(chǎn)品在工作原理上有創(chuàng)新和突破，則其設(shè)計(jì)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(guò)了第3代汽車儀表，但其致命的缺點(diǎn)是只能顯示一組孤立的數(shù)字，沒有動(dòng)感，在被測(cè)物理量（如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速）發(fā)生變化時(shí)，只有數(shù)字翻動(dòng)，而沒有指示上升、下降直觀感，再加上讀數(shù)時(shí)間比較長(zhǎng)，容易分散駕駛員的注意力等，這種

12、形式的汽車儀表很難被駕駛員接受，因而國(guó)內(nèi)外都沒有普及與推廣。為了克服上述不足，后來(lái)出現(xiàn)了采用光點(diǎn)、光條或光帶模擬動(dòng)態(tài)顯示被測(cè)物理量形式的全數(shù)字汽車儀表，顯示器件主要有l(wèi)ed 、lcd和電致發(fā)光材料等。由于受到成本的限制，目前光顯示汽車儀表只能選用字段顯示方式的顯示屏，無(wú)法選用顯示分辨率更高的點(diǎn)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)的發(fā)展，特別是ecu性能的提高，主要表現(xiàn)在抗強(qiáng)電磁干擾、工作溫度范圍和對(duì)工作電源穩(wěn)定性要求等方面的改善，再加上價(jià)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

13、“ecu 控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表”（以下簡(jiǎn)稱步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表）。它是針對(duì)目前廣泛使用的模擬電子式汽車儀表機(jī)心存在多方面不足，在其工作原理上做出技術(shù)創(chuàng)新，即徹底放棄了“動(dòng)磁式”或“動(dòng)圈式”模擬電子式汽車儀表，通過(guò)線包與磁鋼間產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)指針工作的形式。步進(jìn)電機(jī)式汽車儀表由ecu完成各種被測(cè)物理量的采集，經(jīng)過(guò)換算后直接控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，再由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)指針，在刻度盤上指示被測(cè)物理量，同時(shí)輔以被測(cè)物理量lcd數(shù)字顯示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表在指示方式上仍然保留了第3代儀表指示直觀、有動(dòng)感、符合駕駛員習(xí)慣等特點(diǎn)，而且批量生產(chǎn)的成本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)

14、新和突破，帶來(lái)了技術(shù)性能質(zhì)的提高。由于其突出特點(diǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表在歐、美等國(guó)應(yīng)用已相當(dāng)普及。目前，國(guó)內(nèi)部分中、高檔轎車，如一汽紅旗世紀(jì)星，上汽帕薩特、賽歐、奇瑞，長(zhǎng)安世紀(jì)星等均配套使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表。其它型號(hào)的轎車急需配套該類型的儀表，如捷達(dá)、富康等。供應(yīng)國(guó)內(nèi)轎車步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表主要是德國(guó)vdo公司和美國(guó)德科公司。有充足的理由相信，步進(jìn)電動(dòng)式汽車儀表將是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)汽車儀表的主導(dǎo)產(chǎn)品。我國(guó)的汽車儀表與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，技術(shù)水平有相當(dāng)大的差距。例如，當(dāng)今國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家普遍使用全數(shù)字式汽車儀表，而且絕大部分是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表，并且正積極準(zhǔn)備向更高方向發(fā)展。而國(guó)內(nèi)真正民族汽車儀表

15、廠，還沒有批量生產(chǎn)出該類型的儀表，只有德國(guó)vdo公司和美國(guó)德科公司在我國(guó)設(shè)廠生產(chǎn)。雖然國(guó)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(dòng)機(jī)式汽車儀表。但我國(guó)民族汽車儀表生產(chǎn)廠家從事汽車儀表設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員，絕大部分還不具備這方面的知識(shí)能力，自主開發(fā)還不具備技術(shù)條件。如果說(shuō)，20世紀(jì)80年代中期我國(guó)通過(guò)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(shí)比較先進(jìn)的十字交叉動(dòng)磁式模擬儀表機(jī)心技術(shù)。今天看來(lái)再通過(guò)技術(shù)引進(jìn)的方式，實(shí)現(xiàn)我國(guó)汽車儀表由第3代模擬電路電子式向全數(shù)字式跨越的道路簡(jiǎn)直是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。其主要原因是近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)汽車儀表在價(jià)格上的惡性競(jìng)爭(zhēng)，企業(yè)已沒有能力消化數(shù)千萬(wàn)元人民幣的

16、技術(shù)引進(jìn)費(fèi)面對(duì)如此困難局面，我國(guó)汽車儀表生產(chǎn)廠家只有一條出路，那就是抓住國(guó)內(nèi)產(chǎn)品轉(zhuǎn)型期短暫的寶貴時(shí)機(jī)，與國(guó)內(nèi)大、專院校聯(lián)合起來(lái)組織力量開展研究，爭(zhēng)取在一年以內(nèi)掌握該項(xiàng)技術(shù)形成具有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。黃山金馬集團(tuán)與安徽機(jī)電學(xué)院合作，目前已基本掌握了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表機(jī)心技術(shù)便是其中一例?，F(xiàn)在可以肯定地說(shuō)，帶ecu的全數(shù)字式汽車儀表特別是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)式汽車儀表，是當(dāng)今和未來(lái)一段時(shí)間汽車儀表的主導(dǎo)技術(shù)3。未來(lái)汽車儀表的發(fā)展，應(yīng)是充分應(yīng)用光技術(shù)和機(jī)、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(jì)算機(jī)終端顯示器。雖然人們對(duì)未來(lái)汽車儀表做出種種預(yù)測(cè)，并賦予它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出

17、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(shí)現(xiàn)這些功能并沒有什么問(wèn)題，制約新技術(shù)在汽車儀表上應(yīng)用的主要因素是制造成本。因?yàn)槠噧x表是一個(gè)量大、對(duì)成本極為敏感的產(chǎn)品，在其改進(jìn)和創(chuàng)新的過(guò)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，更重要的是其制造成本。隨著技術(shù)發(fā)展的日新月異和制造成本的逐步降低，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(lái)技術(shù)對(duì)汽車儀表提出更高要求，必將引發(fā)汽車儀表業(yè)市場(chǎng)格局的大洗牌。1.3 本課題研究?jī)?nèi)容本課題研究?jī)?nèi)容是基于51單片機(jī)的車用數(shù)字儀表設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，車

18、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，是車輛安全行駛的重要保證。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(shì)。然而，目前國(guó)內(nèi)車輛儀表數(shù)字化水平還不高，絕大部分儀表還是模擬式的，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)，減小了車輛行使的安全系數(shù)。為克服這些缺點(diǎn)，文中提出用單片機(jī)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件及數(shù)字式溫度傳感器ds18b20，霍爾傳感器等對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)并實(shí)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(zhǎng)、靈巧美觀、成本低等優(yōu)點(diǎn)。題

19、目來(lái)源于工程生產(chǎn)，指導(dǎo)教師對(duì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案、軟、硬件結(jié)構(gòu)等具備一定的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)基礎(chǔ)，學(xué)生對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)理論的掌握也已具備，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下，通過(guò)模擬方式，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)要求的基本功能。設(shè)計(jì)條件及相關(guān)技術(shù)資料已準(zhǔn)備就緒。通過(guò)對(duì)基于51單片機(jī)的車用數(shù)字儀表設(shè)計(jì)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(jì)方案，根據(jù)方案，采用單片機(jī)最小系統(tǒng)，顯示，經(jīng)信號(hào)檢測(cè)，數(shù)據(jù)采集及處理等的硬件及軟件設(shè)計(jì)來(lái)完成。其研究?jī)?nèi)容如下：（1）設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的總體方案，畫出整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖；（2）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：包括cpu型號(hào)的選擇、指紋模塊及檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)、電源電路等；（3）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主程序流

20、程圖及主要的子程序流程圖和相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，如主程序設(shè)計(jì)、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(jì)本次設(shè)計(jì)主要是基于單片機(jī)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(yǔ)音播報(bào)、告警等特點(diǎn)，同時(shí)展現(xiàn)車用儀表系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)和廣闊開發(fā)空間。在第一章論述基礎(chǔ)之上，本章主要論述車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的兩種設(shè)計(jì)方案，并將這兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比論證分析，已確定本系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)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。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

21、幾個(gè)部分。系統(tǒng)作為汽車can總線系統(tǒng)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)can總線網(wǎng)絡(luò)提取車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油量、冷卻水溫度及報(bào)警等各種脈沖、模擬量和開關(guān)信號(hào)， 以sm89516a微處理器為控制主體，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析處理后，送至數(shù)據(jù)顯示模塊，采用數(shù)字式及動(dòng)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(shì)，使儀表具有多功能、智能和高精度的特點(diǎn)，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(diǎn)：（1）基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求具有高位速率，高抗電磁干擾性，而且能夠檢測(cè)出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。（2）大大減少了車身布線，并且具有反應(yīng)快，可靠度高的特性，同時(shí)具有較好的擴(kuò)展性，是汽車儀表數(shù)字化智能化的必然發(fā)展趨勢(shì)。（3）基

22、于信息技術(shù)的車輛運(yùn)行管理系統(tǒng)，有利于更好地消除行車中的安全隱患，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(kuò)充其他功能，滿足了汽車新技術(shù)包括汽車電子技術(shù)迅速發(fā)展的需求5。2.2 方案二方案二是單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)式車用儀表系統(tǒng)，該系統(tǒng)是針對(duì)目前廣泛使用的電子式車用儀表機(jī)心存在多方面不足，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(jī)心 “ 動(dòng)磁式”或 “ 動(dòng)圈式”形式，靠電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)指針的工作原理。步進(jìn)電機(jī)式機(jī)心使用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)指針，同時(shí)輔以液晶數(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

23、幾個(gè)部分：信息檢測(cè)模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，液晶及l(fā)ed顯示模塊等。步進(jìn)電機(jī)式機(jī)心與普通電子式車用儀比，其技術(shù)性能有質(zhì)的提高，主要體現(xiàn)在方面。（1）指示精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。（2）重復(fù)性好，分度均勻。（3）響應(yīng)速度快、無(wú)抖動(dòng)。（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，基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(guò)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(wèn)題有以下幾個(gè)方面：（1）整車的系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及總線通信協(xié)議比較復(fù)雜，硬件上的要求比較高，需要有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，而且系統(tǒng)成本比較高。（2）總線傳輸信息的速率、容量、優(yōu)先等級(jí)

24、、節(jié)點(diǎn)容量等技術(shù)問(wèn)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(shí)的延時(shí)大小及實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間特性。（5）安裝與維護(hù)中的布線 。（6）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的增加與軟硬件更新(可擴(kuò)展性)。經(jīng)分析，由于本設(shè)計(jì)面向的是大眾化的傳統(tǒng)汽車，成本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(diǎn)，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(jià)格，使其僅在一些中高檔轎車得到應(yīng)用。而單片機(jī)控制的車用數(shù)字儀表其卓越的性能價(jià)格比已引起我國(guó)車用儀表界的廣泛關(guān)注。與此同時(shí)，采用基于單片機(jī)控制的車用數(shù)字儀表，可以避免出現(xiàn)上述問(wèn)題，這種基于單片機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)、制造的汽車儀表，具有集成度高、功能強(qiáng)

25、、體積小、速度快、存儲(chǔ)量大、指令豐富、抗干擾性強(qiáng)、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(zhǎng)、標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)高等一系列優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車儀表。基于此，本系統(tǒng)中采用方案二作為本系統(tǒng)的最終總體設(shè)計(jì)方案6。第3章 車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)在上一章中論證了各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，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(jì)，包含：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、各傳感器的功能簡(jiǎn)介及其應(yīng)用、a/d轉(zhuǎn)換、液晶顯示等幾部分。3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。目前主要型號(hào)為：8031、at89c52、at89s52、at892051。本系統(tǒng)采

26、用的是at89s52單片機(jī)，at89s52單片機(jī)是低功耗，高性能，采用cmos工藝的8位單片機(jī)，它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與inter80c3x單片機(jī)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(duì)其編程。變成編程速度快，擦除時(shí)也無(wú)需紫外線，非常方便。3.1.1 at89s52芯片功能簡(jiǎn)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(chǔ)器。使用atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)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flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適

27、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(jī)產(chǎn)品兼容 8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器 1000次擦寫周期 全靜態(tài)操作：0hz33hz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 32個(gè)可編程i/o口線 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 八個(gè)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(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 掉電標(biāo)識(shí)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，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器

28、/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)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?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)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(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)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(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件,xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器,因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求,但必須保證脈沖高低電平要求的

29、寬度。3、芯片擦除：整個(gè)perom陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合,并保持ale管腳處于低電平10ms來(lái)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(chǔ)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(shí)器,計(jì)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(gè)硬件復(fù)位為止。4、看門狗定時(shí)器wdt是一種需要軟件控制的復(fù)位方式。wdt由13位計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時(shí)器復(fù)位存儲(chǔ)器（

30、wdtrst）構(gòu)成。wdt在默認(rèn)情況下無(wú)法工作；為了激活wdt，戶用必須往wdtrst 寄存器（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(gè)機(jī)器周期都會(huì)增加。wdt計(jì)時(shí)周期依賴于外部時(shí)鐘頻率。除了復(fù)位（硬件復(fù)位或wdt溢出復(fù)位），沒有辦法停止wdt工作。當(dāng)wdt溢出，它將驅(qū)動(dòng)rsr引腳一個(gè)高個(gè)電平輸出。（1）wdt的使用為了激活wdt，用戶必須向wdtrst寄存器（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(lái)避免 wdt溢出。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到8191(1fffh)時(shí)，13位計(jì)數(shù)器將

31、會(huì)溢出，這將會(huì)復(fù)位器件。晶振正常工作wdt激活后，每一個(gè)機(jī)器周期wdt都會(huì)增加。為了復(fù)位wdt，用戶必須向wdtrst寫入01eh和0e1h（wdtrst是只讀寄存器）。wdt計(jì)數(shù)器不能讀或?qū)?。?dāng)wdt計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將給rst引腳產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖輸出，這個(gè)復(fù)位脈沖持續(xù)96個(gè)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(shí)間內(nèi)周期性寫入那部分代碼，以避免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(guò)一個(gè)激活的外部中斷。通過(guò)硬件復(fù)位退出掉電模

32、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(guò)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(zhǎng)一段時(shí)間，使得晶振穩(wěn)定。當(dāng)中斷拉高后，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。為了防止wdt在中斷保持低電平的時(shí)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)該在中斷服務(wù)程序中復(fù)位。為了確保在離開掉電模式最初的幾個(gè)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(jī)模式前，特殊寄存器auxr的wdidle位用來(lái)決定wdt是否繼續(xù)計(jì)數(shù)。默認(rèn)狀態(tài)下，在待機(jī)模式下，wdidle0，wdt繼續(xù)計(jì)數(shù)。為了防止wdt在待機(jī)模式下復(fù)位at89s52，用戶應(yīng)該建立一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)離開

33、待機(jī)模式，喂狗，再重新進(jìn)入待機(jī)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(guò)軟件產(chǎn)生。在這種狀態(tài)下，片上ram和特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變?？臻e模式可以被任一個(gè)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(gè)機(jī)器周期有效復(fù)位信號(hào)，在這種情況下，片上硬件禁止訪問(wèn)內(nèi)部ram，而可以訪問(wèn)端口引腳。空閑模式被硬件復(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(chǔ)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和特殊功能寄存器保持原值，直到掉電模式終止

34、。掉電模式可以通過(guò)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(shí)，硬件復(fù)位不能無(wú)效,并且應(yīng)保持足夠長(zhǎng)的時(shí)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(chǔ)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)3.1.2 單片機(jī)的時(shí)鐘電路硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，這個(gè)時(shí)鐘信號(hào)可由單片機(jī)內(nèi)時(shí)鐘電路產(chǎn)生，可以直接使用外部時(shí)鐘信號(hào)。因此，單片機(jī)時(shí)鐘

35、電路通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(jī)內(nèi)有一個(gè)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。把放大器與作為反饋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(shí)鐘脈沖。這種方式為內(nèi)部振蕩方式，如下圖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(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式是用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)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

36、式，電路見圖3-1，其參數(shù)選擇如下：fosc=11.0592mhz c1=c2=30pf3.1.3 單片機(jī)的復(fù)位電路硬件設(shè)計(jì)復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，都需要復(fù)位，使cpu和系統(tǒng)中其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。在振蕩器正在運(yùn)行的情況下，復(fù)位是靠在rst/vn或rst引腳處至少保持2個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)振蕩器周期)的高電平而實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)復(fù)位電路包括片內(nèi)，片外兩部分。片外復(fù)位信號(hào)通過(guò)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(gè)機(jī)器周期s5p2對(duì)片外復(fù)位信號(hào)采樣一次，當(dāng)rst引腳出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)，單片機(jī)就

37、能完成一次復(fù)位。rst端的外部復(fù)位電路有兩種復(fù)位操作形式：上電自動(dòng)復(fù)位電路和按鍵手動(dòng)電平復(fù)位電路。在本系統(tǒng)中采用手動(dòng)電平自動(dòng)復(fù)位。如下圖3-4：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位的工作過(guò)程如下：（1）上電自動(dòng)復(fù)位電路對(duì)于mcs-51系列來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路就是由一個(gè)電阻和一個(gè)電容構(gòu)成的。在系統(tǒng)上電時(shí)，經(jīng)c1與r1充電，使vrst端為高電平，持續(xù)時(shí)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(shí)應(yīng)保持20ms以上的高電平。在圖3-3中，rc時(shí)間常數(shù)越大，上電時(shí)rst保持的高電平的時(shí)間越長(zhǎng)。當(dāng)晶振頻率為12mhz時(shí)，典型值為c=10uf，r=8.2k8。（2）按鍵手

38、動(dòng)復(fù)位電路按鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。按鍵脈沖復(fù)位電路則是利用rc微分電路產(chǎn)生的正脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其電路圖這里略過(guò)。按鍵電平復(fù)位電路是通過(guò)是使復(fù)位端經(jīng)電阻與vcc接通來(lái)實(shí)現(xiàn)的，按下按鍵，vrest =1.21 5v 4.2v 持續(xù)時(shí)間 2t,完成復(fù)位。其電路如圖3-4： 圖3-3 上電自動(dòng)復(fù)位電路 圖3-4 手動(dòng)電平復(fù)位電路經(jīng)以上分析設(shè)計(jì)，有關(guān)系統(tǒng)中at89s52單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖3-5所示。 圖3-5 at89s52單片機(jī)的最小系統(tǒng)硬件電路原理圖3.2 信號(hào)檢測(cè)及處理電路的硬件設(shè)計(jì)3.2.1 溫度傳感器ds18b20及其硬件接口電路設(shè)計(jì)一、溫度傳感器ds18b20簡(jiǎn)介d

39、s18b20是dallas公司生產(chǎn)的一線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳to92小體積封裝形式；溫度測(cè)量范圍為55125,可編程為9位12位a/d轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)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(gè)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(diǎn)使ds18b20非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。主要特點(diǎn)有:1、用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限溫度值。2 、需要外部組件,能測(cè)量-55+125范圍內(nèi)的溫度。3 、-

40、10+85范圍內(nèi)的測(cè)溫準(zhǔn)確度為0.5。4 、通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)912位的數(shù)字讀數(shù)方式,可在至多750ms內(nèi)將溫度轉(zhuǎn)換成12b的數(shù)字,測(cè)溫分辨率可達(dá)010625。5 、獨(dú)特的單總線接口方式,與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)與微處理器雙向通訊。溫度傳感器技術(shù)指標(biāo)（1）獨(dú)特的單線接口方式：ds18b20與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)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：+3.0+5.5v。（3）測(cè)溫范圍：-55+125,在-10+85范圍內(nèi),精度為0.5固有測(cè)溫分辨率為0.5。（4）通過(guò)編程可實(shí)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(bào)警上下限值。

41、（6）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。（7）負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，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部分組成:64位光刻rom、溫度傳感器、非易失性的溫度報(bào)警觸發(fā)器th和tl、配置寄存器。rom中的64位序列號(hào)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(gè)ds18b20的64位序列號(hào)均不相同。高低溫報(bào)警觸發(fā)器th和 tl ,配置寄存器均由一個(gè)字節(jié)的e2prom組成,使用一個(gè)存儲(chǔ)器功能命令可對(duì)th,tl或配置寄存器寫入。配置寄存器中r1,r0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù):

42、r1r0=“00”,9 位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93175ms;r1r0=“01”,10位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為18715ms;r1r0=“10”,11位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ms;r1r0=“11”,12位精度,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為750ms;未編程時(shí)默認(rèn)為12位精度。ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫2存ram和一個(gè)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)寄存器。暫存存儲(chǔ)器包含了8個(gè)連續(xù)字節(jié),前兩個(gè)字節(jié)是測(cè)得的溫度信息,第1個(gè)字節(jié)的內(nèi)容是溫度的低8位,第2個(gè)字節(jié)是溫度的高8位。第3個(gè)和第4個(gè)字節(jié)是th,tl的易失性拷貝,第5個(gè)字節(jié)是結(jié)構(gòu)寄存器的易失性

43、拷貝,這3個(gè)字節(jié)的內(nèi)在每一次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第6、7、8個(gè)字節(jié)用于內(nèi)部計(jì)算。第9個(gè)字節(jié)是冗余檢驗(yàn)字節(jié),校驗(yàn)前面所有8個(gè)字節(jié)的crc碼,可用來(lái)保證通信正確。二、ds18b20與單片機(jī)的硬件接口設(shè)計(jì)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(jī)at89s52采用p2.0和ds18b20通信。通過(guò)預(yù)先對(duì)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(bào)警觸發(fā)器th , tl的溫度設(shè)置。進(jìn)入測(cè)溫模式后,ds18b20可編程溫度傳感器將所測(cè)的溫度值直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,通過(guò)其獨(dú)有的單總線協(xié)議,實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸,完成數(shù)據(jù)采集

44、。再結(jié)合軟件及相應(yīng)外圍電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控9。3.2.2 測(cè)速傳感器及其硬件接口電路設(shè)計(jì)一、測(cè)速傳感器簡(jiǎn)介二、 基于速度傳感器的車速計(jì)算過(guò)程（1）測(cè)量車速脈沖周期本設(shè)計(jì)中使用定時(shí)器2通道的捕獲功能來(lái)檢測(cè)車速脈沖（下降沿有效）.將連續(xù)兩次的捕獲到的定時(shí)器計(jì)時(shí)值相減，便可以獲取一個(gè)完整脈沖的計(jì)時(shí)時(shí)間（周期）。為了加快中斷進(jìn)程，避免中斷占用系統(tǒng)太多時(shí)間，在中斷程序只是先將兩次捕獲的值分別保存，并通過(guò)標(biāo)志位（收到新車速脈沖標(biāo)志）去通知后臺(tái)程序進(jìn)行處理。（2）根據(jù)脈沖周期求車速測(cè)量到輸入的脈沖周期后，就可以根據(jù)下面兩個(gè)公式計(jì)算即時(shí)車速。= （1-1）車速（km/h）=脈沖頻率 （1-2）實(shí)際上：為了提高后面

45、計(jì)算的精度，系統(tǒng)車速的表示值為實(shí)際車速的8倍。也就是說(shuō)在計(jì)算車速時(shí)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（1-3）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(shí)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(jiǎn)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(jì)3.4.1 液晶顯示模塊lcm1010 簡(jiǎn)介一、特點(diǎn)及功能lcm1010為10位8段式 8.8.8.8.8.8.8.

46、8.8.8.液晶顯示模塊3-4線串行接口可與任何單片機(jī)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2.7 5.2v視角對(duì)比度可調(diào)顯示清晰穩(wěn)定可靠使用編程簡(jiǎn)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 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2.7-5.2v100(50)/200(110)a200(120)/400(200)a60(35)/120(60)a5(0.10/10(03)a2.7-3/5v0-0.6/0-1.0v300kh

47、z/500khz-20-60/-30-70-0.3-5.5v三、引腳說(shuō)明表3-4引腳符號(hào)說(shuō)明輸入/輸出1/1ntwdt/定時(shí)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)整視角對(duì)比度,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3.4.2 液晶顯示模塊lcm1010與at89s52硬件接口設(shè)計(jì) 圖3-12 液晶顯示模塊lcm1010與at89s52硬件接口設(shè)計(jì)由于lcm1010內(nèi)部有上拉電阻為保證低功耗每次送數(shù)

48、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(shí)現(xiàn)can總線協(xié)議的部分和實(shí)現(xiàn)與微處理器接口部分的電路組成。對(duì)于不同型號(hào)的can總線通信控制器，實(shí)現(xiàn)can協(xié)議部分電路的結(jié)構(gòu)和功能大多相同，而與微處理器接口部分的結(jié)構(gòu)和方式存在一些差異。這里主要以sja1000為代表對(duì)can控制器的功能作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。sja1000是一種獨(dú)立can控制器，它是philips公司的pca82c200 can控制器的替代產(chǎn)品。sja1000具

49、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(dú)立can控制器兼容的(sja1000引腳功能如表1所示)，在此基礎(chǔ)上增加了很多新的功能。為了實(shí)現(xiàn)軟件兼容，sja1000采用了兩種工作方式：basiccan方式(pca82c200兼容方式)，pelican方式(擴(kuò)展特性方式)。工作方式通過(guò)時(shí)鐘分頻寄存器中的can方式位來(lái)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(gè)重新設(shè)計(jì)的含

50、很多新功能的寄存器組。sja1000包含pca82c200中的所有位，同時(shí)增加了一些新的功能位。pelican方式支持can2.0b協(xié)議規(guī)定的所有功能(29位的標(biāo)識(shí)符)。sja1000 的主要新功能如下：標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和擴(kuò)展結(jié)構(gòu)報(bào)文的接收和發(fā)送64字節(jié)的接收f(shuō)ifo標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展幀格式都具有單/雙接收濾波器(含接收屏蔽和接收碼寄存器)可進(jìn)行讀/寫訪問(wèn)的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制最近一次的錯(cuò)誤代碼寄存器每一個(gè)can總線錯(cuò)誤都可以產(chǎn)生錯(cuò)誤中斷具有丟失仲裁定位功能的丟失仲裁中斷單發(fā)方式(當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或丟失仲裁時(shí)不重發(fā))只聽方式(監(jiān)聽can總線，無(wú)應(yīng)答，無(wú)錯(cuò)誤標(biāo)志)支持熱插拔(無(wú)干擾軟件驅(qū)動(dòng)位速率檢測(cè))硬件禁

51、止clkout輸出符號(hào)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(dòng)器5v電源tx0由輸出驅(qū)動(dòng)器0至物理總線的輸出端tx1由輸出驅(qū)動(dòng)器1至物理總線的輸出端vss3輸出驅(qū)動(dòng)器地/int中斷輸出端，用于向微控制器提供中斷信號(hào)/rst復(fù)位輸入端，用于重新啟動(dòng)can接口 低電平有效vdd2輸入比較器5v電源rx0 rx1vss2輸入比較器地vdd1邏輯電路5v電源二can 總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)本文中所設(shè)計(jì)的can總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)，采用89c51作為節(jié)點(diǎn)的微處理器

52、，在can總線通信接口中，采用philips公司的sja1000和82c250芯片。sja1000是獨(dú)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(diǎn)硬件電路原理圖。從圖中可以看出，電路主要由四部分所構(gòu)成：微控制器89c51、獨(dú)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89c51負(fù)責(zé)sja1000的初始化，通過(guò)控制sja1000實(shí)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，p2.0為0的cpu片外存貯器地址可選中sja1000,

53、cpu通過(guò)這些地址可對(duì)sja1000執(zhí)行相應(yīng)的讀寫操作。sja1000的、ale分別與89c51的對(duì)應(yīng)引腳相連，接89c51的，89c51也可通過(guò)中斷方式訪問(wèn)sja1000。為了增強(qiáng)can總線節(jié)點(diǎn)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(guò)高速光耦6n137后與82c250相連，這樣就很好的實(shí)現(xiàn)了總線上各can 節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。不過(guò)，應(yīng)該特別說(shuō)明的一點(diǎn)是光耦部分電路所采用的兩個(gè)電源vcc和vdd必須完全隔離，否則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(shí)現(xiàn)。這些部分雖然增加了節(jié)點(diǎn)的復(fù)

54、雜，但是卻提高了節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性和安全性。82c250與can總線的接口部分也采用了一定的安全和抗干擾措施。82c250的canh和canl引腳各自通過(guò)一個(gè)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(guò)流的沖擊。canh和canl與地之間并聯(lián)了兩個(gè)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接了一個(gè)保護(hù)二極管，當(dāng)can總線有較高的負(fù)電壓時(shí)，通過(guò)二極管的短路可起到一定的過(guò)壓保護(hù)作用。82c250的rs腳上接有一個(gè)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

55、47k。3.6 電源電路硬件電路設(shè)計(jì)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(jī)驅(qū)動(dòng)芯片（sti-6606）、蜂鳴器等供電?？紤]到成本和易購(gòu)性，我們選用7805芯片作為電源轉(zhuǎn)換芯片。為了在掉電的時(shí)候可以及時(shí)地保存里程數(shù)據(jù)，在電源地輸入端加一個(gè)1000f的電解電容，當(dāng)電源斷開的時(shí)候，大電容可以維持單片機(jī)電源足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使得單片機(jī)可以完成外部中斷的服務(wù)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(jì)本章節(jié)在上一章介紹硬件基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)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(shí)間調(diào)度程序的流程圖、車速計(jì)算程序流程圖等。4.1 開發(fā)語(yǔ)言簡(jiǎn)介在開發(fā)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，大多以匯編語(yǔ)言作為軟件工具。但由于匯編語(yǔ)言不是一種結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言，匯編語(yǔ)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(jī)硬件性能的提高，其工作速度越來(lái)越快。因此在編寫單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，更著重于程序本身的編寫效率。為了適應(yīng)這種要求，現(xiàn)在的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)，除了配備有匯編語(yǔ)言軟件之外，很多還配備了高級(jí)語(yǔ)言軟件c51語(yǔ)言。4.2 汽車數(shù)