電動車控制器設(shè)計(jì)

1、金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY基于單片機(jī)的電動車控制器的設(shè)計(jì) 項(xiàng)目三設(shè)計(jì)報(bào)告題 目 電動車控制器 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級 應(yīng)電 101 小組編號 第八組 組 員 指導(dǎo)教師 2012 年 5 月 30 日【摘 要】 隨著科技的迅速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用也越來越廣泛，并帶動傳統(tǒng)控制檢測技術(shù)不斷更新?，F(xiàn)在的車速表大多是電子式的，用LED數(shù)碼管或LCD即時(shí)顯示，顯示更加直觀。電子式車速表采用接觸車速傳感器代替軟軸傳動,可使車速表的安裝位置不受距離限制，進(jìn)一步有效地克服了機(jī)械式車速表中的諸多不足。 本次設(shè)計(jì)給出了以A

2、T89C51為核心，利用單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能，并采用系統(tǒng)化LED顯示模塊實(shí)時(shí)顯示所測速度的設(shè)計(jì)方案，以及串口數(shù)據(jù)存儲電路和系統(tǒng)軟件。有LED數(shù)碼顯像管構(gòu)成。詳細(xì)介紹了單片機(jī)的測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)及PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通訊。充分發(fā)揮了單片機(jī)的性能。本文重點(diǎn)是測量速度并顯示在2位LED數(shù)碼管上。其優(yōu)點(diǎn)硬件是電路簡單，軟件功能完善，測量速度快、精度高、控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高等特點(diǎn)。關(guān)鍵字：51單片機(jī)，轉(zhuǎn)速，霍爾傳感器，數(shù)碼顯示?！灸?錄】【摘 要】1【前 言】2【系統(tǒng)功能分析】3【系統(tǒng)要求及主要內(nèi)容】4【系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)】5【硬件電路設(shè)計(jì)】61. 單片機(jī)模塊72. 時(shí)鐘電路73. 復(fù)位電路84. 顯示電

3、路9【軟件設(shè)計(jì)】101. 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過程112. 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路113. 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序12【故障分析與解決方案】12【設(shè)計(jì)總結(jié)】13【參考文獻(xiàn)】14【附 錄】15【前 言】 1. 設(shè)計(jì)背景 ： 在全球倡導(dǎo)綠色環(huán)保的大趨勢下，我國加大了對車輛排放和噪聲的管理，由于電動自行車具有無污染、低噪聲和輕便快捷等優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色環(huán)保的交通工具。隨著我國城市規(guī)模的迅速擴(kuò)大及農(nóng)村道路的日益改善，長期依靠腳踏自行車的人們將會把目標(biāo)轉(zhuǎn)向電動自行車，對電動自行車需求也會越來越大。人們對環(huán)境的關(guān)注以及相關(guān)技術(shù)的更新，有力地促進(jìn)了電動自行車的發(fā)展。 2. 設(shè)計(jì)意義 ：傳統(tǒng)的機(jī)械式車速表是由旋轉(zhuǎn)磁

4、場作用于轉(zhuǎn)動盤，使轉(zhuǎn)動盤連同車速表指針發(fā)生同向的偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與彈簧產(chǎn)生的阻力矩平衡時(shí)，指針偏轉(zhuǎn)停留在某一角度上。指針偏轉(zhuǎn)角與車速成正比，因而可用其表示車速。因此，低速時(shí)車速表指針擺動劇烈、測量及顯示精度不高。 現(xiàn)在的車速表大多是電子式的，用LED數(shù)碼管或LCD顯示，使速度顯示更加直觀。采用接觸車速傳感器代替軟軸傳動,可使車速表的安裝位置不受距離限制,有效地克服了機(jī)械式車速表中的諸多不足。電子式車速表更加智能，車速表的功能也更加人性化?！鞠到y(tǒng)功能分析】系統(tǒng)功能概述：功能：AT89C51單片機(jī)接收霍爾傳感器傳來的脈沖信號,單片機(jī)根據(jù)外部中斷,以及內(nèi)部定時(shí)器進(jìn)行記數(shù)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速送到LED顯示。

5、組成及框圖：傳感器電路、轉(zhuǎn)速測量、LED顯示、電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)。 電平轉(zhuǎn)換 傳感器 單片機(jī) 驅(qū)動電路 LED顯示 系統(tǒng)硬件電路應(yīng)用：從實(shí)用的角度看，評價(jià)一個(gè)系統(tǒng)實(shí)用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)，就是這個(gè)系統(tǒng)對社會生活和科技觀念有多大的貢獻(xiàn)。轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)具有大范圍、高精度等優(yōu)點(diǎn)、測量速度快，這種系統(tǒng)將會有良好的應(yīng)用?！鞠到y(tǒng)要求及主要內(nèi)容】將霍爾傳感器產(chǎn)生的脈沖信號輸出入到單片機(jī)的外部中斷0口，單片機(jī)工作在內(nèi)部定時(shí)器工作方式0，對周期信號進(jìn)行內(nèi)部記數(shù)，調(diào)用計(jì)算公式算出轉(zhuǎn)速，調(diào)用顯示程序顯示在LED上。 主要內(nèi)容：（1）單片機(jī)部分主要完成電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量。（2）LED部分主要是把轉(zhuǎn)速顯示出來。（3）發(fā)送部分主要是完

6、成電平轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)主要完成功能： 測量系統(tǒng)：1.設(shè)計(jì)并制作單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量的硬件系統(tǒng)；2.用C語言完成轉(zhuǎn)速測量的軟件系統(tǒng)；3.要求把轉(zhuǎn)速顯示在2位LED上，精度為0.1%；根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能以及要求，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量主要是各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，定時(shí)器記數(shù)功能、以及LED驅(qū)動、電平轉(zhuǎn)換。單片機(jī)可通過編程控制外圍部件，能實(shí)現(xiàn)較高的自動化程度。以它為系統(tǒng)核心的控制模塊可實(shí)現(xiàn)主從控制，完成預(yù)定的任務(wù)?！鞠到y(tǒng)總體設(shè)計(jì)】硬件電路設(shè)計(jì)思路：硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，在選擇的機(jī)型的基礎(chǔ)上，具體確定系統(tǒng)中所要使用的元器件，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理框圖、電路原理圖和pcb圖。89C51單片機(jī)通過INT0輸入傳感器

7、的脈沖信號，P2口接LED動態(tài)顯示。轉(zhuǎn)速測量部分的硬件設(shè)計(jì)思路：本次設(shè)計(jì)單片機(jī)部分的硬件框圖如圖所示。顯示電路復(fù)位電路 CPU 執(zhí)行 單元 發(fā)送電路時(shí)鐘電路 單片機(jī)部分硬件框圖【硬件電路設(shè)計(jì)】整個(gè)單片機(jī)測量轉(zhuǎn)速系統(tǒng)為單片機(jī)控制模塊、霍爾傳感器模塊、發(fā)送模塊，各個(gè)模塊都承擔(dān)著各自的任務(wù)。設(shè)計(jì)單片機(jī)模塊，考慮到單片機(jī)本身的外圍電路較多，所以在單片機(jī)模塊方面需要極為小心。在整個(gè)電路設(shè)計(jì)時(shí)要考慮電平轉(zhuǎn)換電路。1. 單片機(jī)模塊 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路對單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測量電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且使測出的數(shù)據(jù)能顯示出來，所以整個(gè)單片機(jī)部分分為傳感器電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)

8、行元件以及顯示電路五個(gè)部分。 處理執(zhí)行元件：單片機(jī)我們采用AT89C51。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存貯器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器， AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2. 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號而異的典型值為12MHZ51單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)反相放大

9、器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。AT89C51是屬于CMOS8位微處理器，它的時(shí)鐘電路在結(jié)構(gòu)上有別于NMOS型的單片機(jī)。單片機(jī)時(shí)鐘電路框圖3. 復(fù)位電路計(jì)算機(jī)在啟動運(yùn)行時(shí)都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的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。單片機(jī)采用的復(fù)位方式是自動復(fù)位方式。對于AT89C51單片機(jī)只要接一個(gè)電容至VCC即可。在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平，只要高電平時(shí)間足夠長，就可以使MCS-51有效的復(fù)位。RST端在加電時(shí)應(yīng)保持的高電平時(shí)間包

10、括VCC的上升時(shí)間和振蕩器起振的時(shí)間，Vss上升時(shí)間若為10ms，振蕩器起振的時(shí)間和頻率有關(guān)。10MHZ時(shí)約為1ms，1MHZ時(shí)約為10ms，所以一般為了可靠的復(fù)位，RST在上電應(yīng)保持20ms以上的高電平。RC時(shí)間常數(shù)越大，上電RST端保持高電平的時(shí)間越長。若復(fù)位電路失效，加電后CPU從一個(gè)隨機(jī)的狀態(tài)開始工作，系統(tǒng)就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。上電復(fù)位電路4. 顯示電路顯示電路采用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示，LED是一種外加電壓從而渡過電流并發(fā)出可見光的器件。LED是屬于電流控制器件，使用時(shí)必須加限流電阻。 為了節(jié)省I/O口線，我們采用的動態(tài)顯示方式。所謂動態(tài)顯示，就一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對于每一

11、位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。2位動態(tài)顯示電路【軟件設(shè)計(jì)】軟件需要解決的是單片機(jī)中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)、計(jì)算程序的設(shè)計(jì)、顯示部分的程序設(shè)計(jì)。1. 單片機(jī)轉(zhuǎn)速程序設(shè)計(jì)思路及過程單片機(jī)測量轉(zhuǎn)速可以分為若干模塊，然后在主程序中調(diào)用各個(gè)模塊， 流程圖如下圖所示。開始初 始 化計(jì)算程序BCD轉(zhuǎn)換非壓縮BCD轉(zhuǎn)換顯 示 程 序返 回主程序流程圖2. 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)思路 計(jì)算轉(zhuǎn)速公式：n=60/NTc (r/min)其中，N是內(nèi)部定時(shí)器的計(jì)數(shù)值，為三字節(jié)，分別由TH0，TL0，VTT構(gòu)成，Tc為

12、時(shí)基。 單片機(jī)的轉(zhuǎn)速測量完成，定時(shí)器T0作為內(nèi)部定時(shí)器，外部中斷來的時(shí)候讀取TH0，TL0，并同時(shí)清零TH0、TL0，使定時(shí)器再次循環(huán)計(jì)內(nèi)部脈沖。此外，對于低速情況下，我們還要設(shè)定一個(gè)軟件計(jì)數(shù)器VTT，當(dāng)外部中斷還沒來而內(nèi)部定時(shí)器已經(jīng)溢出，產(chǎn)生定時(shí)器0中斷時(shí)，增加VTT，作為三字節(jié)中的高字節(jié)。三字節(jié)組成除數(shù)，上面的常數(shù)為四字節(jié)，所以計(jì)算程序?qū)嶋H上就是調(diào)用一個(gè)四字節(jié)除三字節(jié)商為兩字節(jié)（最高轉(zhuǎn)速36000r/min足夠）的程序。為數(shù)碼管能夠顯示出來，需將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制，在將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為非壓縮BCD碼后，才能調(diào)用查表程序，最后送顯示。3. 單片機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算程序 由于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是將霍

13、爾傳感器的信號送到單片機(jī)的外部中斷口，再對周期方波進(jìn)行內(nèi)部計(jì)數(shù)，調(diào)用計(jì)算程序把轉(zhuǎn)速測出來?！竟收戏治雠c解決方案】故障出現(xiàn)情況：1. 單片機(jī)的中斷服務(wù)程序不能執(zhí)行；2. 中斷執(zhí)行低速情況也就是軟件記數(shù)功能不對；3. 測得轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確，在波形頻率變化下顯示轉(zhuǎn)速卻不變。解決方案：1. 檢查程序中的開頭，中斷入口地址，發(fā)現(xiàn)中斷定時(shí)0的地址寫成中斷定時(shí)1的入口地址了。外部中斷沒有執(zhí)行跟沒有中斷信號加入有關(guān)系。 2. 中斷服務(wù)程序中程序設(shè)計(jì)有問題，要先讀去反映轉(zhuǎn)速的TH0，TL0，再去清0，軟件記數(shù)的高字節(jié)VTT應(yīng)該在定時(shí)中斷0中的服務(wù)程序中自增的同時(shí)清TH0，TL0，在外部中斷程序中要讀取三字節(jié)的記數(shù)值后

14、同時(shí)清三個(gè)記數(shù)器，再從中斷返回；3. 在確定轉(zhuǎn)速計(jì)算程序的正確性的條件下出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確，就是在調(diào)用轉(zhuǎn)換程序時(shí)出現(xiàn)了問題，觀察程序時(shí)發(fā)現(xiàn)調(diào)用子程序是傳送的參數(shù)不對，在用寄存器R的時(shí)候出現(xiàn)了重復(fù)現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)了混亂。在波形頻率改變而轉(zhuǎn)速不改變由于在調(diào)用顯示程序時(shí)候在調(diào)用之后在顯示這里死循環(huán)，不能適時(shí)進(jìn)行計(jì)算了?！驹O(shè)計(jì)總結(jié)】 通過各方面努力，本次設(shè)計(jì)任務(wù)完成，系統(tǒng)各部分功能均已實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)能夠測量出電機(jī)的轉(zhuǎn)速并能顯示在LED數(shù)碼管上，達(dá)到了比較理想的狀態(tài)。 整個(gè)設(shè)計(jì)過程的確不容易，現(xiàn)在回想，總結(jié)來說還是蠻充實(shí)的，畢竟在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，自己又對已經(jīng)學(xué)過的專業(yè)課知識梳理了一下，而且對于實(shí)際

15、的應(yīng)用和需求也參考了各個(gè)方面的資料，所以整個(gè)設(shè)計(jì)過程下來，自己整體的專業(yè)知識水平又進(jìn)行了一次升華。 本設(shè)計(jì)方案基本實(shí)現(xiàn)了電動車速度即時(shí)顯示，并可通過控制兩個(gè)按鍵顯示速度或里程，但也存在兩個(gè)不足之處：一是LED數(shù)碼管只有兩個(gè)，當(dāng)速度超過99km/h時(shí)（當(dāng)然電動車速度一般不超過該值），不能顯示出來；二是沒有對小數(shù)位進(jìn)行控制，系統(tǒng)默認(rèn)對速度里程值取整處理，盡管算法很準(zhǔn)確但是由于系統(tǒng)本身設(shè)置的原因測量值只能精確到個(gè)位。隨著科技的不斷發(fā)展，電子式車速表也在不斷的完善中，隨著傳感器的廣泛應(yīng)用，電子式車速表的功能日益多樣化，需要需要的不斷學(xué)習(xí)，與時(shí)俱進(jìn)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1馬汝星.廖仁秀. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制

16、作 2010.012廖仁秀.陳桂蘭. 基于PROTEUS電動滑板車控制器的設(shè)計(jì)3張有德. 單片微機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn) 1997.84百度文庫【附 錄】電路原理圖：程序：#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LEFT P1_3 #define ZHIXING P1_4#define RIGHT P1_5sbit LEFTD=P30;sbit K1=P16;sbit RIGHTD=P31;sbit SPEAK=P32;sbit CS=P10; sbit CLK=P11; sbit DIO=P12; v

17、oid zhuangxiang(); uchar count,out,count1,count3,gao,di,shudu; long count2 ;unsigned int AD_val; void time_0();char n11;void baojin();void display(uchar k) ;uchar SM=0XC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90;void delay1ms()unsigned char i,j; for(i=0;i10;i+)for(j=0;j33;j+); void delaynms(unsi

18、gned char n)unsigned char i;for(i=0;in;i+)delay1ms();unsigned char A_D0()unsigned char i,dat;CS=1; DIO=1; CLK=0; CS=0; DIO=1;CLK=1;CLK=0;DIO=1;CLK=1;CLK=0;DIO=0;CLK=1;CLK=0;DIO=0;CLK=1;DIO=1;CLK=0;for(i=0;i8;i+) CLK=1; CLK=0; dat73&P1_7=0&P2_4=1) TR0=1; AD_val=AD_val-65; out=AD_val/8; else P3_6=0; TR0=0; if(n11=40) baojin();if(P1_7=1) P2_2=0;if(P2_4=0) P2_3=0;void time_0()TMOD=0X12; TH0=TL0=206; gao=0; di=0; TH1=