發(fā)動機轉(zhuǎn)速電控系統(tǒng)說明書

1、目 錄摘要 31 引言 41.1 問題提出 4 1.2 任務(wù)與分析 42 方案設(shè)計 42.1系統(tǒng)方案設(shè)計論證42.1.1系統(tǒng)的控制方案設(shè)計42.1.2 最終方案設(shè)計 52.2 最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖 53 系統(tǒng)硬件設(shè)計 63.1 AT89C51單片機 63.1.1 AT89C51單片機介紹 63.1.2 選用AT89C51單片機原因83.2 時鐘電路 83.3 復(fù)位電路 94系統(tǒng)軟件設(shè)計 104.1主程序框圖105 系統(tǒng)調(diào)試過程 115.1原理圖和印制板圖繪制和檢查 115.1.1 在Protel99se繪制原理圖并進行相應(yīng)的ERC檢查125.1.2 在Protel99se生成PCB圖125

2、.2 Keil程序調(diào)試 135.3 Proteus仿真調(diào)試 14結(jié)論15致謝 16參考文獻 17附錄一 程序源代碼 18附錄二 電路原理圖和PCB圖22附錄三 Proteus仿真截圖23- 0 - / 18摘 要汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速與發(fā)動機工作好壞密切相關(guān)。如何利用已學(xué)知識發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢測是開始本設(shè)計的初衷。本文通過以AT89C52單片機為中心，通過信號發(fā)生器模擬產(chǎn)生一個信號，送入單片機進行處理，再從單片機P0口將電平信號送入LED顯示器實現(xiàn)動態(tài)顯示。并在超過安全閾值時由單片機控制LED燈報警，發(fā)動機停止運轉(zhuǎn)。此次設(shè)計給出了系統(tǒng)的設(shè)計原理圖，并在Proteus軟件中進行仿真實現(xiàn)設(shè)計功能。關(guān)鍵詞：AT8

3、9C52單片機 LED 信號發(fā)生器 仿真- 1 - / 181 引 言1.1 問題的提出隨著汽車工業(yè)與電子工業(yè)的發(fā)展，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。無線及移動電腦技術(shù)迅速發(fā)展，即使獨自駕駛在陌生的土地上，也不會覺得孤獨或迷失方向。汽車在人們的生活中不僅僅是代步工具，而逐步成為一種享受生活的方式。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，本次的任務(wù)就是設(shè)計一個發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)來

4、檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速。1.2任務(wù)與分析汽車轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)是通過LED閃爍和文字信息讓駕駛員了解轉(zhuǎn)速的狀態(tài)。該系統(tǒng)利用8051單片機作為微控制器，通過先好發(fā)生器對發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行信號檢測，信號發(fā)生器輸出信號輸入ECU，經(jīng)計算后在LED屏幕上顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速，同時將信號與設(shè)定的信號范圍進行比較，當(dāng)不正常區(qū)間時報警電路則輸出報警信號，并通過報警線點亮報警指示燈。設(shè)計的核心是以AT89C51單片機作為硬件電路的核心。先應(yīng)在protell99se中繪制出原理圖并作相應(yīng)的ERC檢查，檢查無錯誤后，在相應(yīng)地方用文本標出注釋；其次根據(jù)設(shè)計思路確定出相應(yīng)的程序設(shè)計方案，并選擇最佳的方案，并在Keil軟件里面進行程序的編寫和

5、調(diào)試；最后在程序調(diào)試無誤后在Proteus中搭建虛擬的單片機仿真平臺，并和Keil實現(xiàn)聯(lián)調(diào)，并在Proteus中實現(xiàn)仿真結(jié)果。 - 2 - / 182方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計論證2.1.1系統(tǒng)的控制方案設(shè)計方案1：以單片機AT89C52為核心，通過信號發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號，送入單片機進行處理，電路較為簡單。方案2：以單片機AT89C51為核心，通過電源發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號，經(jīng)過放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換電路，送入單片機處理，電路相對于方案1較為復(fù)雜，連線時容易出錯。2.1.2 最終設(shè)計方案從各方面考慮后，確定方案：以單片機AT89C52為核心，信號發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號，送入單片機進行處理，再通過單片

6、機P0口送入數(shù)碼管顯示。并在超過安全閾值時通過單片機P2.4口控制LED燈報警。此方案電路簡單易實現(xiàn)，而且功耗更低，故選此方案。2.2最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖時鐘電路P2.02.3XTAL2 P0AT89C52單片機 P2.4P3.2數(shù)碼管片選數(shù)碼管段選LED燈信號發(fā)生器圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖當(dāng)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口時，單片機開始以時鐘頻率為基準，有條不紊地一拍一拍地工作。單片機AT89C52執(zhí)行編寫在其內(nèi)部的程序，處理從信號發(fā)生器送來的信號，并送到P0口輸出到數(shù)碼管顯示。并在超過安全閾值時通過單片機P2.4口控制LED燈報警。- 3 -

7、/ 183 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 AT89C51單片機3.1.1 AT89C51單片機介紹AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。圖3.1 AT89C51單片機引腳振蕩器及定時電路89C52CPU4K字節(jié)可編程閃爍ROM256字節(jié)*8RAM2個16位定時器/計數(shù)器64K總線擴

8、展控制32可編程I/O可編程串行口89C51系列單片機都是以8051為核心發(fā)展起來的，具有和51系列單片機及基本結(jié)構(gòu)和軟件特征，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3.2所示：圖3.2 AT89C52單片機內(nèi)部框圖AT89C52單片機的引腳功能：VCC：供電電壓。 - 4 - / 18GND：接地。 P0口：方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash 編程時，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1口：P1 是一個帶

9、內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL 邏輯 門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0 和P1.1 還可分別作為定時/計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），P2口：P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2 寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作

10、輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時，P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。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(dāng)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。 P3口也可作為A

11、T89C52的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)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

12、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(dāng)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。 - 5 - / 18/PSEN：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/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平

13、時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：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。 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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證

14、脈沖的高低電平要求的寬度。3.1.2 選用AT89C51單片機原因在該課程設(shè)計里設(shè)計只要滿足開環(huán)設(shè)計就可以了，在設(shè)計里面使用的引腳較少，占用的資源也比較少。而且該芯片是以8051為核心，性能價格比高，且對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為熟悉，芯片功能夠用而且適用，從而選用AT89C51單片機作為主控芯片。3.2 時鐘電路本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式的電路，其電路如圖3.3所示。AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。電路中的電容C1和C2典型值通常選擇為

15、30pF左右。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHZ12MHZ之間。晶體的頻率越高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也就越高，單片機的運行速度也就越快。- 6 - / 18圖3.3 時鐘電路圖3.3復(fù)位電路復(fù)位電路通常采用上電自動復(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3.4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3.4 復(fù)位電路圖- 7 - / 184 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1主程序框圖開始外部中斷0初始化，定時器0初始化讀取轉(zhuǎn)速值顯示轉(zhuǎn)速值判斷轉(zhuǎn)速是否過高？NYLED燈亮報警發(fā)動機停止運轉(zhuǎn)圖4.1 主程序流程圖

16、4.2數(shù)碼管顯示子程序流程圖- 8 - / 18顯示數(shù)碼管第一位開 始開 始返回延時子程序顯示數(shù)碼管第二位延時子程序顯示數(shù)碼管第三位延時子程序圖4.2 數(shù)碼管顯示子程序流程圖4.3 報警子程序流程圖狀態(tài)參數(shù)設(shè)置返回開 始開 始圖4.3 LED顯示子程序流程圖5 系統(tǒng)調(diào)試過程 通過上面的設(shè)計，設(shè)計已經(jīng)基本完成。下面主要實現(xiàn)Protell99se的原理圖、印制板圖的繪制和做相關(guān)檢測，對Keil進行相應(yīng)的檢查和調(diào)試，并用Proteus對所設(shè)計系統(tǒng)進行仿真。- 10 - / 185.1原理圖和印制板圖繪制和檢查5.1.1 在Protel99se繪制原理圖并進行相應(yīng)的ERC檢查打開Protel99se，

17、繪制系統(tǒng)的原理圖。原理圖包括能輸出時鐘電路，驅(qū)動電路以及復(fù)位電路。繪制完成的原理圖如圖5.1:圖5.1 原理圖的繪制繪制完原理圖之后，對原理圖進行同一網(wǎng)絡(luò)命名多個網(wǎng)絡(luò)名稱檢測、未連接的電路標號檢測、未連接的電源檢測、電路編號重號檢測、元件編號重復(fù)檢測等檢測。ERC檢測結(jié)果如圖5.2:圖5.2 ERC電氣規(guī)則檢查5.1.2 在Protell99se生成PCB圖在創(chuàng)建完原理圖后，對各元器件的引腳進行封裝，然后再Protel中新建PCB圖并在原理圖中更新PCB。更新PCB截圖5.3所示：- 10 - / 18圖5.3 加載網(wǎng)絡(luò)表對于生成的PCB圖中各器件進行調(diào)整，并布線，最終生成PCB圖。結(jié)果如圖5

18、.4所示:圖5.4 生成PCB圖5.2 Keil程序調(diào)試程序調(diào)試結(jié)果如圖5.5所示：Creating hex file from “ADC0804”表明 .hex文件創(chuàng)建成功?！癆DC0804”- 0 Error(s),5 Warning(s)表明文件編譯結(jié)果沒有錯誤。- 11 - / 18圖5.5 程序調(diào)試結(jié)果5.3 Proteus仿真調(diào)試在Proteus中建立仿真圖。按下開始仿真按鈕，開始進行仿真實驗，結(jié)果如圖5.6，圖5.7所示：圖5.6 Proteus仿真圖（正常運行）- 12 - / 18圖5.7 Proteus仿真圖（報警狀態(tài)）仿真電路圖中實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速檢測的控制，輸出到數(shù)碼管實現(xiàn)動態(tài)

19、顯示。當(dāng)輸入信號大于2000時，LED就會亮，表示報警。仿真雖然能運行，但在實際電路中，還需要加入其它的一些電路才能保證單片機能正常工作，實現(xiàn)其功能。 - 13 - / 18結(jié) 論通過通過信號發(fā)生器產(chǎn)生模擬信號，送入單片機進行處理，再通過單片機P0口送入LED顯示器，通過單片機P0和P2控制LED顯示器位選和段選，達到LED顯示效果。并在超過安全閾值時通過單片機P2.4口控制LED燈報警。在設(shè)計里面剛開始為使程序有很好的移植性，所以用C語言編程。也得知在進行單片機軟件仿真時，應(yīng)盡量使程序精簡。本次設(shè)計由于時間較為倉促，對于單片機定時器的控制，而在實際的應(yīng)用中往往需要對其進行擴展應(yīng)用，對于這些知識，我還只是只了解其表面，這需要下來