畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、 南 京 理 工 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)作 者:xxx學(xué) 號(hào)：xxxxxxxxx學(xué)院(系):xxxxxxxxx專 業(yè):xxxxxxxxx題 目:發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2011年xx月xx日畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能的必要手段，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)，作為發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)必不可少的設(shè)備，其測(cè)量精度和自動(dòng)化程度直接影響到試驗(yàn)?zāi)芊袢鐚?shí)反映發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，其自動(dòng)化是提高發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試效率和質(zhì)量的重要方法。本文在研究發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)試的基礎(chǔ)上，提供了用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控的自動(dòng)監(jiān)測(cè)方案。本文首先介紹了發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控儀器的發(fā)展

2、狀況，簡(jiǎn)要分析了發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)的原理；再對(duì)所需要用到的工具進(jìn)行基本介紹，對(duì)需要采集的信號(hào)進(jìn)行分析，然后給出發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體方案； 包括傳感器的選擇，信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)。選用stc51系列單片機(jī)為核心進(jìn)行系統(tǒng)硬件的搭建，極大的簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件開發(fā)。主要涉及到單片機(jī)最小系統(tǒng)、濾波電路、信號(hào)調(diào)理電路、放大電路、供電電路、人機(jī)交互電路以及通信電路的設(shè)計(jì)。開發(fā)工具主要包括硬件電路設(shè)計(jì)工具（protel dxp & proteus）、單片機(jī)調(diào)試工具（keil & stc_isp）、protel dxp能幫助我們快速的進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)和pcb的繪制，proteus 能方便的對(duì)我們所設(shè)計(jì)的

3、電路進(jìn)行仿真調(diào)試，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)電路的合理性；最后，將研發(fā)成功的測(cè)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于車用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)試，取得了預(yù)期的效果。為研制發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控裝置打下了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)；傳感器；stc12c5a60s2 ； 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要title: engine control platform for multi-channel data acquisition systems abstractengines control platform for multi-channel data acquisition systems is a necessary measuring mean

4、s of engine dynamic and economic performance. the engine control platform whose measurement precision and degree of automatization can directly affect the test level of the engine performance is a necessary equipment of the engine performance test. in this paper, based on automated testing of motor

5、provides automatic monitoring and control of the monitoring program with single chip microcomputer.this paper describes the development of motor control instruments, a brief analysis of the principle for motor monitoring and control platform; then it need use the tools of the basic introduction to a

6、nalysis of signals which are collected, and then give engine control platform for multi-channel data acquisition .the overall program design; including the choice of sensors, signal conditioning circuit design. stc51 series microcontroller core which are used to build the system hardware, greatly si

7、mplify the hardware development. it mainly related to the filter circuit, signal conditioning circuit, amplifier circuit, power supply circuit, interactive circuit and communication circuit design. development tools include hardware design tools (protel dxp & proteus), mcu debugging tools (keil & st

8、c_isp), protel dxp which can help us quickly to design the circuit and draw pcb, proteus which can be easily designed our circuit simulation testing and to verify the reasonableness of the circuit design;finally, control system will be successfully developed the practical application of testing of g

9、asoline engine. i achieved the desired results. make the development of the foundation for engine monitoring and control devices.顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典1. 名詞1. engine2. motor朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典1. 名詞1. engine2. motorkeywords: the engine control platform sensors stc12c5a60s2目次第一章 緒論31.1 課題研究背景31.2 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控儀器的發(fā)展31.3

10、發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)架的介紹31.4 發(fā)動(dòng)機(jī)功率測(cè)量3第二章 基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介32.1 rs232串口通信基本知識(shí)32.1.1 rs232的介紹32.1.2 rs232串口接線方法32.1.3 rs232的缺點(diǎn)32.2 stc12c5a60s2系列單片機(jī)32.2.1 stc12c5a60s2系列單片機(jī)的簡(jiǎn)介32.2.2 stc12c5a60s2系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)32.2.3 stc12c5a60s2單片機(jī)的管腳圖32.3 模擬量采集處理32.3.1 模擬量輸入通道的組成32.3.2 信號(hào)調(diào)理32.3.3 采樣/保持32.3.4 ad基礎(chǔ)知識(shí)32.3.5 測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理32.3 protel 2004的

11、基本知識(shí)32.4 keil的基本知識(shí)32.4.1 系統(tǒng)概述32.4.2 keil c51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)32.4.3 優(yōu)點(diǎn)3第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案33.1 測(cè)控參數(shù)的確定33.2 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)33.3 系統(tǒng)基本功能分析33.3.1 實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)33.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理33.3.3 與上位機(jī)通訊3第四章 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)34.1 引言34.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)34.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)的電路圖34.3 串口通信電路設(shè)計(jì)34.3.1 設(shè)計(jì)需求34.4 供電電源電路34.5 模擬量的采集電路34.5.

12、1 傳感器的選擇34.5.2 轉(zhuǎn)速采集模塊34.5.3 扭矩信號(hào)處理模塊34.5.4 溫度信號(hào)采集處理模塊34.5.5 勵(lì)磁電流信號(hào)采集電路34.5.7 本章小結(jié)3結(jié)論3致謝3參考文獻(xiàn)3第一章 緒論1.1 課題研究背景發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試技術(shù)是汽車測(cè)試技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，也是最復(fù)雜的一個(gè)部分。進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試時(shí)，一般都在專用的試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架，測(cè)試時(shí)通過一些專用的連接裝置將發(fā)動(dòng)機(jī)固定到試驗(yàn)臺(tái)架上并接上所需的電、氣、水、油和所需的儀器后進(jìn)行測(cè)試。衡量發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)型的指標(biāo)主要有：功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、燃料消耗等，在發(fā)動(dòng)機(jī)常規(guī)性能試驗(yàn)中測(cè)量的參數(shù)有發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、扭矩、轉(zhuǎn)速、排氣溫度和壓力、

13、冷卻水的進(jìn)出口溫度等。發(fā)動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)通過各種類型的傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量，現(xiàn)代高水平的實(shí)驗(yàn)室可同時(shí)測(cè)量上百個(gè)參數(shù)，有些參數(shù)可直接測(cè)量得到，有些參數(shù)需根據(jù)測(cè)量到的參數(shù)和公式進(jìn)行計(jì)算得出。作為微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的一個(gè)重要分支數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)，集傳感器、信號(hào)采集與轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體，是獲取信息的重要工具和手段。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，使得數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到發(fā)展和應(yīng)用。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況下各種參數(shù)的測(cè)量，包括轉(zhuǎn)速、機(jī)油溫度、進(jìn)排氣溫度、冷卻水溫度、進(jìn)排氣壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率等，對(duì)于監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)工作，了解其是否正常，以及進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)問題，提高性能都是極其重要的。目前實(shí)驗(yàn)室里對(duì)這些參數(shù)的測(cè)量主要使用測(cè)

14、功機(jī)改變發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，然后用傳感器將上述非電量轉(zhuǎn)化為電量，用數(shù)據(jù)采集卡，通過微控制器，將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控儀器的發(fā)展發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控儀器的發(fā)展經(jīng)歷了模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器、虛擬儀器四個(gè)階段。模擬儀器的基本結(jié)構(gòu)是電磁機(jī)械式的，采用模擬器件組成各種電路，精度低、速度慢；而數(shù)字化儀器如數(shù)字轉(zhuǎn)速表等，主要由數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)，在測(cè)試精度、速度和儀器壽命等方面都比模擬儀器有較大的提高。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了以微機(jī)為核心的智能儀器，但由于其是以功能模塊的形式存在的，無論開發(fā)還是應(yīng)用，都缺乏靈活性。20世紀(jì)80年代后期，微機(jī)性能得到極大提高，面向測(cè)試分析的通用

15、軟件開發(fā)平臺(tái)的成功應(yīng)用，使得虛擬儀器應(yīng)運(yùn)而生。利用虛擬儀器技術(shù)，用戶可以自定義儀器的功能，創(chuàng)建編譯程序，從而提高了常規(guī)數(shù)據(jù)采集和測(cè)試等任務(wù)的運(yùn)行速度。1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控臺(tái)架的介紹發(fā)動(dòng)機(jī)功率測(cè)控臺(tái)架是進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)的主要設(shè)備，集數(shù)學(xué)運(yùn)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、人工智能、電子技術(shù)等各種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)于一體，可以獲得大量的測(cè)試值，根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和圖形顯示，提供了很好的數(shù)據(jù)處理功能，測(cè)量進(jìn)度和控制精度都有了很大的提高。1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)功率測(cè)量國(guó)內(nèi)院校及研究單位從我國(guó)國(guó)情出發(fā)先后開發(fā)了不少微機(jī)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)：如上海交通大學(xué)的dl902內(nèi)燃機(jī)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、上海內(nèi)燃機(jī)研究所的eas900、eas9

16、50發(fā)動(dòng)機(jī)分析系統(tǒng)、江蘇理工大學(xué)jxx型內(nèi)燃機(jī)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、天津大學(xué)天津內(nèi)燃機(jī)研究所的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。相比之下，國(guó)外的微機(jī)化的測(cè)試分析系統(tǒng)較為系統(tǒng)化和商品化，如avl617，美國(guó)國(guó)際動(dòng)力能源公司的pei系列等。國(guó)內(nèi)測(cè)量與分析技術(shù)的研究起步比國(guó)外晚，與國(guó)外水平相比，主要差距在于數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性、快速性，分析處理功能的全面性，使用的方便和可靠性等方面。而這些也正是目前國(guó)內(nèi)內(nèi)燃機(jī)測(cè)量與分析技術(shù)的難點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)功率的測(cè)量公式如下所示p=m=2mn60=mn9550式中：p為發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率（kw）；m為扭矩；n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；w為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。 可見在發(fā)動(dòng)機(jī)功率測(cè)量中，扭矩m和轉(zhuǎn)速n

17、是基本的物理量，而扭矩對(duì)功率測(cè)量精度的影響很大。本測(cè)控系統(tǒng)中，扭矩量的測(cè)定精度要求比較高，因?yàn)榕ぞ氐奈⑷踝兓从沉怂鶞y(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的大小，而發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率的大小是發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)者和使用者共同最關(guān)心的問題，因此扭矩的測(cè)量要求精確。扭矩測(cè)量的方法是電渦流測(cè)功機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩通過外環(huán)及傳動(dòng)力臂傳至測(cè)力裝置上，由稱重傳感器將力的大小轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，從而達(dá)到測(cè)轉(zhuǎn)矩的目的。這種稱重傳感器比一般的扭矩傳感器要便宜很多，可以降低成本，而且這種壓力傳感器的安裝很方便，測(cè)量精度也可以滿足要求。發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)測(cè)控具體功能需求和實(shí)際條件，由測(cè)控單片機(jī)、調(diào)度管理計(jì)算機(jī)構(gòu)成兩級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。主要包括兩個(gè)系統(tǒng)的開

18、發(fā)，其一是下位機(jī)系統(tǒng)開發(fā)，主要是與單片機(jī)相關(guān)的軟件硬件開發(fā)。在進(jìn)行一些控制系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)，單片機(jī)一般作為首選目標(biāo)。其體積小、功能強(qiáng)、效率高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，在實(shí)用化、產(chǎn)品化時(shí)可發(fā)揮很大的優(yōu)勢(shì)：其二是上位機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)，在上位機(jī)上開發(fā)軟件主要進(jìn)行測(cè)控系統(tǒng)的總體調(diào)度、數(shù)據(jù)處理。測(cè)控單片機(jī)和管理計(jì)算機(jī)采用串口通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。第二章 基礎(chǔ)知識(shí)簡(jiǎn)介2.1 rs232串口通信基本知識(shí)2.1.1 rs232的介紹rs-232是美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)盟（eia）制定的串行數(shù)據(jù)通信的接口標(biāo)準(zhǔn)，全稱是eia-rs-232（簡(jiǎn)稱232，rs232）。它被廣泛用于計(jì)算機(jī)串行接口外設(shè)連接。rs-232c標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議），其中ei

19、a（electronic industry association）代表美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)盟rs（recommended standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，c代表rs232的最新一次修改（1969年），在這之前，還有rs232b、rs232a。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。其他常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有eia-rs-422-a、eia-rs-423a、eia-rs-485。目前在ibmpc機(jī)上的com1、com2接口，就是rs-232c接口。rs-232對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是 eia-rs-232c 標(biāo)準(zhǔn)，其中

20、eia (electronic industry association)代表美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)，rs（recommeded standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，c代表rs232的最新一次修改（1969），在這之前，有rs232b、rs232a。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。常用物理標(biāo)準(zhǔn)還有有eia rs-422a、eia rs-423a、eia rs-485。 這里只介紹eia rs-232c（簡(jiǎn)稱232，rs232）。 例如，目前在ibm pc機(jī)上的com1、com2接口，就是rs-232c接口。2.1.2 rs232串口接線方法（1）目前較為常用的串口是9

21、針串口（db9。通信距離較近時(shí)(12m)，可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn)rs232端口；若距離較遠(yuǎn)，需附加調(diào)制解調(diào)器（modem）。（2）rs232c串口通信接線方法（三線制）接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，信號(hào)地對(duì)應(yīng)相接首先，串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn)：同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個(gè)串口相連或一個(gè)串口和多個(gè)串口相連同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連對(duì)9針串口和25針串口，均是2與3直接相連；兩個(gè)不同串口（不論是同一臺(tái)計(jì)算機(jī)的兩個(gè)串口或分別是不同計(jì)算機(jī)的串口）9針-9針25針-25針9針-25針2 3 3 2 2 2 3 2 22 3

22、 3 5 5 7 7 5 7圖2.1上面表格是對(duì)微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的，還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如接收gps數(shù)據(jù)或電子羅盤數(shù)據(jù)，只要記住一個(gè)原則：接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，信號(hào)地對(duì)應(yīng)相接，就能百戰(zhàn)百勝。串口調(diào)試中要注意的幾點(diǎn)：不同編碼機(jī)制不能混接，如rs232c不能直接與rs422接口相連，必須通過轉(zhuǎn)換器才能連接；線路焊接要牢固，不然程序沒問題，卻因?yàn)榻泳€問題誤事；串口調(diào)試時(shí)，準(zhǔn)備一個(gè)好用的調(diào)試工具，如串口調(diào)試助手、串口精靈等，有事半功倍之效果；強(qiáng)烈建議不要帶電插拔串口，插拔時(shí)至少有一端是斷電的，否則串口易損壞。（3）db9接口三線引腳定義 2 - rxd接收數(shù)據(jù) 3

23、 - txd發(fā)送數(shù)據(jù) 5 - gnd信號(hào)地（4）串行通信方式單工（simplex communication）模式的數(shù)據(jù)傳輸是單向的。通信雙方中，一方固定為發(fā)送端，一方則固定為接收端。信息只能沿一個(gè)方向傳輸，使用一根傳輸線。單工通信是指通信線路上的數(shù)據(jù)按單一方向傳送.單工模式一般用在只向一個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)的場(chǎng)合。例如計(jì)算機(jī)與打印機(jī)之間的通信是單工模式，因?yàn)橹挥杏?jì)算機(jī)向打印機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，而沒有相反方向的數(shù)據(jù)傳輸。還有在某些通信信道中，如單工無線發(fā)送等。 半雙工通信使用同一根傳輸線，既可以發(fā)送數(shù)據(jù)又可以接收數(shù)據(jù)，但不能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸，但是，在任何時(shí)刻只能由其中的一

24、方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。因此半雙工模式既可以使用一條數(shù)據(jù)線，也可以使用兩條數(shù)據(jù)線。它實(shí)際上是一種切換方向的單工通信，就和對(duì)講機(jī) (步話機(jī))一樣。半雙工通信中每端需有一個(gè)收發(fā)切換電子開關(guān)，通過切換來決定數(shù)據(jù)向哪個(gè)方向傳輸。因?yàn)橛星袚Q，所以會(huì)產(chǎn)生時(shí)間延遲。全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，因此，全雙工通信是兩個(gè)單工通信方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力，就和電話一樣。在全雙工模式中，每一端都有發(fā)送器和接收器，有兩條傳輸線，可在交互式應(yīng)用和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中使用，信息傳輸效率高。 （5）rs232邏輯電平邏輯0電平規(guī)定為+5+15v之間；邏輯1是電平為-5 -15

25、v之間，因此在與單片機(jī)進(jìn)行通信時(shí)需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換2.1.3 rs232的缺點(diǎn)（1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cttl電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與ttl電路連接。（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20kbps。（3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在15米左右。2.2 stc12c5a60s2系列單片機(jī)2.2.1 stc12c5a60s2系列單片機(jī)的簡(jiǎn)介stc12c5a60s2系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(

26、1t)的單片機(jī)，是高速/低能耗/超強(qiáng)干擾的新一代8051單片機(jī)，指令碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快812倍。內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路，2路pwm，8路高速10位a/d轉(zhuǎn)換（250k/s,即25萬次/秒），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。1.增強(qiáng)型 8051 cpu，1t，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)80512.工作電壓：stc12c5a60s2 系列工作電壓：5.5v3.3v（5v單片機(jī)）3.工作頻率范圍：035mhz，相當(dāng)于普通8051的0420mhz4.用戶應(yīng)用程序空間8k/16k/20k/32k/40k/48k/52k/60k/62k字節(jié)5.片上集成1280字節(jié)ram6.通

27、用i/o口（36/40/44個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)i/o口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個(gè)i/o口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20ma，但整個(gè)芯片最大不要超過20ma7.isp（在系統(tǒng)可編程）/iap（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（p3.0/p3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8.有eeprom功能（stc125a60s2/ad/pwm無內(nèi)部eeprom）9.看門狗10.內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路（外部晶體12m一下時(shí)，復(fù)位腳可直接1k電阻到地）11.外部掉電檢測(cè)電路：在p4.6口有一個(gè)低壓

28、門檻比較器 5v單片機(jī)為1.32v，誤差為5%，3.3v單片機(jī)為1.30v，誤差3%12.時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部r/c振蕩器（溫漂為5%到10%以內(nèi)）用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部r/c振蕩器還是外部晶體/時(shí)鐘常溫下內(nèi)部r/c振蕩器頻率為：5.0v單片機(jī)為：11mhz15.5mhz 3.3v單片機(jī)為：8mhz12mhz精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測(cè)試為準(zhǔn)13.共4個(gè)16位定時(shí)器 兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，16位定時(shí)器t0/t1，沒有定時(shí)器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器做串行通訊的波特率發(fā)生器，再加上2路pca模塊可實(shí)現(xiàn)2個(gè)16位

29、定時(shí)器14.2個(gè)時(shí)鐘輸出口，可由t0的溢出在p3.4/t0輸出時(shí)鐘，可由t1的溢出p3.5/t1輸出時(shí)鐘15.外部中斷i/o7口，傳統(tǒng)的下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的pca模塊，power down模式可由外部中斷喚醒，into/p3.2,int1/p3.3,t0/p3.4,t1/p3.5,rxd/p3.0,ccpo/p1.3(也可設(shè)置寄存器設(shè)置到p4.2)，ccp1/p1.4（也可通過寄存器設(shè)置到p4.3）16.pwm（2路）/pca（可編程計(jì)數(shù)器陣列，2路） -也可用來當(dāng)2路d/a使用 -也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)定時(shí)器 -也可用來再實(shí)現(xiàn)2個(gè)外部中斷（上升沿中斷/下降沿中斷均可

30、分別或同時(shí)支持）17.a/d轉(zhuǎn)換，10位精度adc，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)250k/s(每秒鐘25萬次)18.通過全雙工異步串行口（uart），由于stc12系列是高速的8051，可再用定時(shí)器或pca軟件使用多串口19.stc12c5a60s2系列有雙串口，后綴有s2標(biāo)志的才有雙串口，rxd2/p1.2（可通過寄存器設(shè)置到p4.2），txd2/p1.3（可通過寄存器設(shè)置到p3.4）20.工作溫度范圍：-40+85(工業(yè)級(jí))/075（商業(yè)級(jí)）21.封裝：lqfp-48，lqfp-44，lqip-44,qfn-40 i/o口不夠時(shí)，可用2到3根普通i/o口線外接74hc164/165/595(均可級(jí)

31、聯(lián))來擴(kuò)展i/o口，還可用a/d做按鍵掃描來節(jié)省i/o口，或用雙cpu，三線通信，還多了串口。2.2.2 stc12c5a60s2系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)stc12c5a60s2系列單片機(jī)中包含中央處理器（cpu）、程序存儲(chǔ)器（flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（sram）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、uart串口、串口2、i/o接口、高速a/d轉(zhuǎn)換、spi接口、pca、看門狗及片內(nèi)r/c振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。stc12c5a60s2系列單片機(jī)幾乎包括了數(shù)據(jù)采集和控制中所需要的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)。如圖2.2所示：圖2.2 stc12c5a60s2系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2.2.3 stc12c5a60s2

32、單片機(jī)的管腳圖圖2.32.3 模擬量采集處理2.3.1 模擬量輸入通道的組成當(dāng)被控對(duì)象的參數(shù)為模擬信號(hào)時(shí)，由傳感器和檢測(cè)電路采集到的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后仍是模擬信號(hào)，而且信號(hào)的輸出比較小，不能直接送入計(jì)算機(jī)處理。所以在被控對(duì)象和計(jì)算機(jī)之間必須設(shè)置信息調(diào)理和轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)輸入通道，進(jìn)行信號(hào)放大，濾波、a/d轉(zhuǎn)換等工作。 圖2.4表示一個(gè)多模擬信號(hào)輸入通道的原理框圖。由圖可知，模擬信號(hào)輸入通道一般由信號(hào)調(diào)理裝置、多路開關(guān)、采樣保持和a/d轉(zhuǎn)換組成，它的任務(wù)是將傳感器檢測(cè)到的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)需要的數(shù)字信號(hào)。圖 2.42.3.2 信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理裝置一般包括放大器、信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備、濾波器等。（1）長(zhǎng)引線補(bǔ)

33、償當(dāng)電橋輸出經(jīng)長(zhǎng)線引入計(jì)算機(jī)端時(shí)，會(huì)產(chǎn)生引線誤差。這時(shí)可采用三線接法，將引線a和b分別接在兩個(gè)可以抵消的橋臂上，引線的常值誤差和溫度變化引起的誤差均被補(bǔ)償?shù)?。?）放大與偏移電路對(duì)于單純的小信號(hào)，可以采用普通運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，這兩種電路都是先把輸入電壓偏移-2.5v，然后放大2.222倍后，即得到完全符合a/d轉(zhuǎn)換器的010v的量程。這種將原始信號(hào)放大處理到與a/d相匹配的量程稱為定度。注意：定都處理后，微型計(jì)算機(jī)在使用轉(zhuǎn)換所得數(shù)據(jù)時(shí)要進(jìn)行逆處理。（3）常用集成運(yùn)算放大器和程控增益運(yùn)算放大器在各通道共用一個(gè)程控增益運(yùn)算放大器、采樣/保持器和a/d的輸入接口中，各種參數(shù)輸入到放大器的信號(hào)電平不

34、同，卻又都要放大到a/d轉(zhuǎn)換器的輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓，這就需要放大器能根據(jù)不同參數(shù)相應(yīng)地改變?cè)鲆?。儀用放大器能有效分離共模干擾。2.3.3 采樣/保持 傳感器檢測(cè)的模擬信號(hào)經(jīng)過處理后仍是模擬量，要輸入到計(jì)算機(jī)中，需要進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。由于a/d轉(zhuǎn)換過程需要時(shí)間，因此要求輸入a/d轉(zhuǎn)換器的信號(hào)在轉(zhuǎn)換過程中保持不變，在a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束后，此信號(hào)又能隨傳感器的采集信號(hào)變化而變化；完成上述過程的器件稱采樣/保持器。 采樣/保持器有兩個(gè)主要功能是采樣和保持。 采樣是將模擬信號(hào)f(t)變?yōu)橐淮}沖信號(hào)f*（t），采樣的輸出跟隨模擬量輸入變化。保持是保持采樣時(shí)的信號(hào)不變，直到保持命令撤銷為止，以便完成a/d轉(zhuǎn)換。2.3

35、.4 ad基礎(chǔ)知識(shí)(1) a/d轉(zhuǎn)換器的分類按位數(shù)可分為8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越多，分辨率越高，但價(jià)格也越貴。按結(jié)構(gòu)可分為單一的a/d轉(zhuǎn)換器、內(nèi)含多路開關(guān)的a/d轉(zhuǎn)換器、多功能a/d轉(zhuǎn)換器（含多路開關(guān)、放大器和采樣保持器）等。按轉(zhuǎn)換方式可分為逐次逼近型，雙積分型、v/f轉(zhuǎn)換器等。（2）a/d轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率 輸入量達(dá)到滿量程時(shí)，能識(shí)別的最小的輸入增量稱為分辨率。常用滿量程輸入的1/2n。（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間完成一次模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。(3) 線性誤差 實(shí)際轉(zhuǎn)換結(jié)果與理想線性結(jié)果的誤差，常用lsb表示。（4）轉(zhuǎn)換進(jìn)度 轉(zhuǎn)換結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值得準(zhǔn)確度。其誤差一般由溫

36、度、環(huán)境等因素引起。2.3.5 測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理2.3.5.1 線性化處理 先離線計(jì)算出采樣數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值得對(duì)應(yīng)關(guān)系表即分度表，然后分段進(jìn)行線性化，即用多段折線代替曲線。線性化過程，首先判斷測(cè)量數(shù)據(jù)處于哪一折線段內(nèi)，然后按相應(yīng)段的線性化公式計(jì)算出線性值。也可以采用查表法求取溫度值。2.3.5.2 標(biāo)準(zhǔn)變換方法（1）線性變換方式：這種標(biāo)度變換的前提是參數(shù)值與a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果之間為線性關(guān)系，是最常用的變換方式。其公式如下式中，y表示參數(shù)測(cè)量值；ymax表示參數(shù)量程最大值；ymin表示參數(shù)量程最小值；nmax表示ymax對(duì)應(yīng)的a/d轉(zhuǎn)換后的輸入值；nmin表示量程起點(diǎn)ymin對(duì)應(yīng)的a/d轉(zhuǎn)換后的輸入值；

37、x表示測(cè)量值y對(duì)應(yīng)的a/d轉(zhuǎn)換值。（2）公式轉(zhuǎn)換法:有些傳感器測(cè)出的數(shù)據(jù)與實(shí)際的參數(shù)不是線性關(guān)系，它們有著由傳感器和測(cè)量方法決定的函數(shù)關(guān)系，并且這些函數(shù)關(guān)系可由解析式表示，這是我們可采用直接按解析式來計(jì)算。 2.3.5.3 系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn) 系統(tǒng)誤差是指在相同條件下，經(jīng)過多次測(cè)量，誤差的數(shù)值（包括大小符號(hào)）保持恒定，或按某種已知的規(guī)律變化的誤差。 系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)分為（1）全自動(dòng)校準(zhǔn)：全自動(dòng)校準(zhǔn)由系統(tǒng)自動(dòng)完成，不需人的介入。該電路的輸入部分加有一個(gè)多路開關(guān)。系統(tǒng)在剛上電時(shí)或每隔一定時(shí)間時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行一次校準(zhǔn)。這時(shí)，先把開關(guān)接地，測(cè)出這時(shí)的輸入值x0，然后把開關(guān)接在vr，測(cè)出輸入值x1，并存放

38、x1，x0，在正式測(cè)量時(shí)，如測(cè)出的輸入值為x，則這時(shí)的v可由下式計(jì)算得出：采用這種方法測(cè)得的v與放大器的漂移和增益變化無關(guān)，與vr的精度也無關(guān)。這樣大大提高測(cè)量精度，降低對(duì)電路器件的要求。（2） 人工自動(dòng)校準(zhǔn)：人工自動(dòng)校準(zhǔn)的原理與全自動(dòng)校準(zhǔn)差不多。只是現(xiàn)在不是自動(dòng)定時(shí)校準(zhǔn)。而是由人工在需要時(shí)接入標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)測(cè)量，把測(cè)得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，供后使用。2.3 protel 2004的基本知識(shí)protel 2004 是altium公司最新一代全線的桌面板級(jí)系統(tǒng)。protel 2004 運(yùn)行在優(yōu)化了的設(shè)計(jì)瀏覽器的平臺(tái)上，并且具備了當(dāng)今所有先進(jìn)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，以便應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的pcb設(shè)計(jì)過程。通過把設(shè)計(jì)輸

39、入仿真、pcb繪制編輯、拓?fù)渥詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)融合在一起，protel 2004 為用戶提供了全線的設(shè)計(jì)方案。protel 2004 的特點(diǎn)如下：（1）整合式的零件與零件部 (2) 版本控制（3）多重組臺(tái)的設(shè)計(jì)（4）重復(fù)式設(shè)計(jì)（5）工程管理（6）多屏幕顯示技術(shù)（7）設(shè)計(jì)整合protel 2004 使用進(jìn)行設(shè)計(jì)的流程圖如圖2.5所示。圖2.5原理圖的具體設(shè)計(jì)步驟如下。1.新建原理圖文件。在進(jìn)入原理圖的設(shè)計(jì)系統(tǒng)之前，首先應(yīng)對(duì)需要制作的原理圖進(jìn)行詳細(xì)的構(gòu)思，應(yīng)該知道所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目需由哪些電路來完成，然后使用protel 2004畫出電路原理圖。2.設(shè)置工作環(huán)境。應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路的復(fù)

40、雜程度來設(shè)置圖紙的大小。在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)圖紙的大小可以根據(jù)實(shí)際的需要不斷地進(jìn)行調(diào)整。3.放置元件。從元件庫(kù)中選取元件，布置到圖紙中的合適位置，并對(duì)元件的名稱、封裝進(jìn)行定義和設(shè)定，然后根據(jù)各個(gè)元件的分布走線等關(guān)系對(duì)元件在圖紙中的位置進(jìn)行調(diào)整。另外也可采用適當(dāng)?shù)墓ぞ邔?duì)圖紙進(jìn)行美化操作。4.原理圖布線。根據(jù)實(shí)際電路的需要，利用原理圖所提供的工具和指令對(duì)電路進(jìn)行布線，將工作窗口中的器件用能反映元件工具且具有電氣意義的導(dǎo)、符號(hào)等連接起來，從而構(gòu)成一幅完整的電路原理圖。5.建立網(wǎng)絡(luò)表。完成了上面的步驟以后，就可以看到一張完整的電路原理圖。6.原理圖電器檢查。當(dāng)完成了原理圖的布線后，還需要設(shè)置pr

41、oject option來編輯當(dāng)前項(xiàng)目，利用protel 2004 提供的錯(cuò)誤檢查報(bào)告信息重新修改原理圖。7.編輯和調(diào)整。如果原理圖已通過電器檢查，那么原理圖的設(shè)計(jì)就完成了。這是對(duì)于一般的電路設(shè)計(jì)而言。而對(duì)于較大的項(xiàng)目工程，通常需要對(duì)電路進(jìn)行多次的聯(lián)查和修改才能夠通過電氣檢查。8.存盤和報(bào)表輸出。protel 2004 提供有利用各種報(bào)表工具生成的報(bào)表（如網(wǎng)絡(luò)表、元件清單等）功能，同時(shí)也可以對(duì)設(shè)計(jì)好的原理圖和各種報(bào)表進(jìn)行存盤、輸出以及打印等工作，從而為生成印刷板電路做好準(zhǔn)備。2.4 keil的基本知識(shí)2.4.1 系統(tǒng)概述 keil c51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全wi

42、ndows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到keil c51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。下面詳細(xì)介紹keil c51開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 2.4.2 keil c51單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) c51工具包的整體結(jié)構(gòu)，vision與shell分別是c51 for windows和for dos的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)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(biāo)文件(.obj

43、)。目標(biāo)文件可由lib51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)l51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.abs)。abs文件由oh51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的hex文件，以供調(diào)試器dscope51或tscope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如eprom中。 使用獨(dú)立的keil仿真器時(shí)，注意事項(xiàng) （1）仿真器標(biāo)配11.0592mhz的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他頻率的晶振。 （2）仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。 （3）仿真芯片的31腳（/ea）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi)rom，不能使用片外rom；但仿真器外引插

44、針中的31腳并不與仿真芯片的31腳相連，故該仿真器仍可插入到擴(kuò)展有外部rom（其cpu的/ea引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。2.4.3 優(yōu)點(diǎn)keil c51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。第三章 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案3.1 測(cè)控參數(shù)的確定發(fā)動(dòng)機(jī)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其測(cè)試也相應(yīng)的涉及諸多物理量及化學(xué)量。對(duì)這些表征發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀況的參數(shù)的測(cè)量及控制，不僅可以使我們對(duì)其性能有正確的了解，而且可以發(fā)現(xiàn)存在的問題，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)及改良做出指導(dǎo)，甚至有些時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)零部件故障，提高產(chǎn)品的可靠性。鑒于其重要性，首

45、先簡(jiǎn)單介紹一下發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試項(xiàng)目。序號(hào) 測(cè)試項(xiàng)目 1 轉(zhuǎn)速2 扭矩3 冷卻水溫pt1004 排氣溫度k5 勵(lì)磁電流3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)在機(jī)械工程上，為了獲得有關(guān)研究對(duì)象的狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)和特征等方面的信息，就要選擇合適的測(cè)量?jī)x表組成檢測(cè)系統(tǒng)，采用一定的檢測(cè)方法和控制方式進(jìn)行測(cè)量和控制。對(duì)于一個(gè)測(cè)控平臺(tái)通常是由單片機(jī)、傳感器、傳感器信號(hào)的處理電路及測(cè)量裝置、記錄及顯示裝置和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析處理裝置等組成。傳感器將被測(cè)對(duì)象的某種信息采樣出來，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由于它處于系統(tǒng)的輸入端，所以它的性能直接影響著整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的工作可靠性。傳感器的處理電路，其作用是將傳感器出來的非標(biāo)準(zhǔn)信

46、號(hào)轉(zhuǎn)換成能直接被單片機(jī)處理的信號(hào)，例如把正弦波轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)方波，電流轉(zhuǎn)換成電壓等。在本系統(tǒng)中所有的模擬量測(cè)量都要經(jīng)過上述過程的轉(zhuǎn)化后，信號(hào)才能進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)。發(fā)動(dòng)機(jī)的待測(cè)量參數(shù)在上一小節(jié)已經(jīng)詳細(xì)列出?？傮w設(shè)計(jì)模塊框圖如圖3.1所示。 圖3.1 總體設(shè)計(jì)框圖3.3 系統(tǒng)基本功能分析3.3.1 實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù) 能實(shí)時(shí)將傳感器得到的不標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)通過信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。進(jìn)行財(cái)3.3.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理（1） 數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)傳感器的選取是保證采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的首要保證，不同類型的傳感器所輸出的信號(hào)類型、信號(hào)幅度也是多種多樣的，如轉(zhuǎn)速傳感器輸出為正弦波信號(hào)、稱重傳感器輸出為電壓信號(hào)、油門開度電位

47、器輸出為電壓信號(hào)、霍爾電流傳感器輸出為電壓信號(hào)、pt100熱電阻輸出為電阻大小變化、k分度熱電偶輸出為電阻大小變化、壓力傳感器輸出為電流信號(hào)，因此對(duì)基本的傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行處理使其轉(zhuǎn)化為能直接被微控制器讀取的信號(hào)是必要的。這里我們把轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)，其它傳感器信號(hào)均轉(zhuǎn)化為05v電壓信號(hào)。傳感器的信號(hào)經(jīng)過調(diào)理電路的調(diào)理后就可以送入ecu單元進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換了，轉(zhuǎn)換后就得到了對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，對(duì)于這樣得到的數(shù)據(jù)，我們?cè)谑褂们耙话氵€應(yīng)進(jìn)行一些預(yù)處理工作，最基本的數(shù)據(jù)預(yù)處理包括線性化處理、標(biāo)度變換和系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)。線性化處理指的是所測(cè)取的物理量與傳感器輸出的電信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般可通

48、過查表法來取得；標(biāo)度變換把a(bǔ)/d轉(zhuǎn)換所得到的數(shù)據(jù)量與帶有量綱的工程值對(duì)應(yīng)起來；系統(tǒng)誤差的自動(dòng)校準(zhǔn)能消除測(cè)量輸入通道中由于零點(diǎn)偏移及器件參數(shù)不穩(wěn)定所帶來的測(cè)量數(shù)據(jù)誤差。3.3.3 與上位機(jī)通訊pc機(jī)與單片機(jī)的通信是通過rs485總線實(shí)現(xiàn)，傳送數(shù)據(jù)采用主從站的方式，上位機(jī)pc機(jī)作為主站，下位機(jī)單片機(jī)作為從站，每一個(gè)從站有一個(gè)識(shí)別地址(內(nèi)部掩膜固化或拔碼設(shè)定)，主站向從站進(jìn)行通信，先發(fā)送握手信號(hào)，從站根據(jù)主站的地址信號(hào)與本站識(shí)別地址比較，同則從站發(fā)應(yīng)答信號(hào)，上位pc機(jī)收到應(yīng)答信號(hào)判斷是目標(biāo)后再發(fā)數(shù)據(jù)網(wǎng)。同樣從站向主站發(fā)數(shù)據(jù)，先發(fā)請(qǐng)求信號(hào)，主站收到信號(hào)后發(fā)應(yīng)答信號(hào)，從站收到應(yīng)答信號(hào)后再發(fā)數(shù)據(jù)。第四章

49、發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1 引言發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件采用模塊化設(shè)計(jì),共分為4個(gè)部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)模塊、傳感器模塊、輸入信號(hào)處理模塊、通訊模塊.其中單片機(jī)模塊包括stc12c5a60s2單片機(jī)最小系統(tǒng)（電源、晶振、復(fù)位電路）；傳感器模塊用來將非電量參數(shù)轉(zhuǎn)換成電量；輸入信號(hào)處理模塊用來將非標(biāo)準(zhǔn)的電量信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能直接處理的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；通訊模塊用來將數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)或從。發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控平臺(tái)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件機(jī)構(gòu)圖如圖4-1所示。上位機(jī)通訊模塊單片機(jī)stc12c5a60s2系統(tǒng)輸入信號(hào)處理模塊傳感器模塊輸入信號(hào)圖4.14.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)

50、的電路圖 圖4.24.2.1.1 晶振電路 為單片機(jī)提高運(yùn)行時(shí)鐘，通過查閱手冊(cè)可知晶振配置方法如下 如果外部時(shí)鐘頻率在33mhz以上時(shí)，建議直接使用外部有緣晶振。 如果使用內(nèi)部r/c振蕩器時(shí)鐘(室溫情況下5v單片機(jī)為：11mhz15.5mhz，3v單片機(jī)為8mhz12mhz)，xtal1和xtal2腳浮空，如果外部時(shí)鐘頻率在27mhz以上時(shí)，使用標(biāo)稱頻率基本頻率的晶體，不要使用三泛音的晶體，否則如參數(shù)搭配不當(dāng)，就有可能振在基頻，此時(shí)實(shí)際頻率就只有標(biāo)稱頻率的1/3了，或直接使用外部有源晶振，時(shí)鐘從xtal1腳輸入，xtal2腳必須浮空。本系統(tǒng)采用外部晶振，晶振振蕩頻率為22.1184mhz。4.

51、2.1.2 復(fù)位電路 復(fù)位電路的復(fù)位方式有三種：1.上電復(fù)位電路本系統(tǒng)采用的是上電復(fù)位電路，其電路如圖4.3所示。選擇r、c的原則，主要是保證能在rst端口上產(chǎn)生2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平。對(duì)于cmos型單片機(jī)（8051型）而言，由于在rst引腳內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外接電阻r去掉，并將外接電容c的容量減至1uf。當(dāng)系統(tǒng)上電啟動(dòng)時(shí)，復(fù)位電路通過電容c加給rst端口一個(gè)高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著vcc對(duì)電容c的充電過程而逐漸回落，rst端口上的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容c的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)可靠地復(fù)位，rst端口上的高電平必須維持足夠長(zhǎng)時(shí)間（兩個(gè)機(jī)器周期以上）。復(fù)位信號(hào)需在系統(tǒng)上電并使振蕩

52、器起振且穩(wěn)定以后才有效。一般上電時(shí)vcc的上升時(shí)間為10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率。如晶振頻率為10mhz是起振時(shí)間為1ms，晶振頻率為1mhz時(shí)起振時(shí)間為10ms。復(fù)位信號(hào)應(yīng)考慮此段時(shí)間在內(nèi)。圖4.32.電平式開關(guān)與上電復(fù)位電路 為了能使運(yùn)行中的系統(tǒng)，經(jīng)人工干預(yù)，強(qiáng)制系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，一般常采用電平式開關(guān)與上電復(fù)位組合電路。3.定時(shí)監(jiān)視器（wdt看門狗）復(fù)位wdt（watch dog time）可以根據(jù)應(yīng)用程序正常運(yùn)行周期進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)應(yīng)用程序在運(yùn)行過程中受到某種干擾而進(jìn)入非正常運(yùn)行狀態(tài)，超過設(shè)定的運(yùn)行周期時(shí)，wdt定時(shí)計(jì)數(shù)器將產(chǎn)生溢出信號(hào)，復(fù)位主機(jī)，恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。4.3 串口通信

53、電路設(shè)計(jì)4.3.1 設(shè)計(jì)需求 pc機(jī)上的串口是標(biāo)準(zhǔn)的rs232電平串口；單片機(jī)上的串口為ttl電平串口，為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與pc機(jī)的通訊需要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換如下圖所示：pc機(jī)的rs-232串口stc12c5a60s2rs-232電平轉(zhuǎn)ttl電平ttl電平轉(zhuǎn)rs-232電平圖 4.4本設(shè)計(jì)采用最常用的max232芯片實(shí)現(xiàn)這一功能max232的管腳圖如圖4.4所示圖4.5max232芯片是美信公司專門為電腦的rs-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5v單電源供電。 串口通信的電路圖如下圖4.6所示圖4.6它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分； 第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能

54、是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給rs-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（r1in）、12腳（r1out）、11腳（t1in）、14腳（t1out）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（r2in）、9腳（r2out）、10腳（t2in）、7腳（t2out）為第二數(shù)據(jù)通道。ttl/cmos數(shù)據(jù)從t1in、t2in輸入轉(zhuǎn)換成rs-232數(shù)據(jù)從t1out、t2out送到電腦dp9插頭； dp9插頭的rs-232數(shù)據(jù)從r1in、r2in輸入轉(zhuǎn)換成ttl/cmos數(shù)據(jù)后從r1out、r2out輸出。第三部分就是供電。15腳dng、16腳vcc（+5v）。 其實(shí)美信公司生產(chǎn)的用于rs-232接口的芯片有好多好多。有各種各樣的封裝，有只有一個(gè)通道的，也有多通道的，有底耗電的，也有耐15kv高壓的。其中max3233e使用+3v電源、+-15kvesd保護(hù)、而且省去了電荷泵的4只電容。4.4 供電電源電路7805是三端正電源穩(wěn)壓電路，它的封裝形式為t0-220。由于芯片內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，就能夠提供大于1.5a的輸出