課程設(shè)計-- 發(fā)動機轉(zhuǎn)速電控系統(tǒng)設(shè)計及仿真

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 …………………………………………………………………………………………3</p><p>　　1 引言 …………………………………………………………………………………………4</p><p>　　1.1 問題提出 …………………………………………………………………………

2、………4 </p><p>　　1.2 任務(wù)與分析 ………………………………………………………………………………4</p><p>　　2 方案設(shè)計 …………………………………………………………………………………4</p><p>　　2.1系統(tǒng)方案設(shè)計論證……………………………………………………………………4</p><p>　　2.1.

3、1系統(tǒng)的控制方案設(shè)計……………………………………………………………………4</p><p>　　2.1.2 最終方案設(shè)計 ………………………………………………………………………5</p><p>　　2.2 最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖 …………………………………………………………5</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 …………………………………………………………

4、…………………6</p><p>　　3.1 AT89C51單片機 ……………………………………………………………………………6</p><p>　　3.1.1 AT89C51單片機介紹 ……………………………………………………………………6</p><p>　　3.1.2 選用AT89C51單片機原因………………………………………………………………8</p&

5、gt;<p>　　3.2 時鐘電路 …………………………………………………………………………………8</p><p>　　3.3 復(fù)位電路 …………………………………………………………………………………9</p><p>　　4系統(tǒng)軟件設(shè)計 ………………………………………………………………………………10</p><p>　　4.1主程序框圖……………

6、…………………………………………………………………10</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試過程 ……………………………………………………………………………11</p><p>　　5.1原理圖和印制板圖繪制和檢查 …………………………………………………………11</p><p>　　5.1.1 在Protel99se繪制原理圖并進行相應(yīng)的ERC檢查…………………………

7、……12</p><p>　　5.1.2 在Protel99se生成PCB圖………………………………………………………12</p><p>　　5.2 Keil程序調(diào)試 …………………………………………………………………………13</p><p>　　5.3 Proteus仿真調(diào)試 ………………………………………………………………………14</p>

8、<p>　　結(jié)論……………………………………………………………………………………………15</p><p>　　致謝 …………………………………………………………………………………………16</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………………………17</p><p>　　附錄一 程序源代碼 ………………………………

9、………………………………………18</p><p>　　附錄二 電路原理圖和PCB圖…………………………………………………………………22</p><p>　　附錄三 Proteus仿真截圖……………………………………………………………………23</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　汽車發(fā)

10、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。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89C52單片

11、機 LED 信號發(fā)生器 仿真</p><p><b>　　1 引 言</b></p><p><b>　　1.1 問題的提出</b></p><p>　　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

12、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)來檢測發(fā)動機轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　1.2任務(wù)

13、與分析</b></p><p>　　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。</p><p>　　設(shè)計的核

14、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(biāo)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。 </p><p><b>　　2

15、方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計論證</p><p>　　2.1.1系統(tǒng)的控制方案設(shè)計</p><p>　　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。</p><p>　　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、

16、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。</p><p>　　2.1.2 最終設(shè)計方案</p><p>　　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。<

17、;/p><p>　　2.2最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖</p><p>　　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(zhǔn)，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

18、時通過單片機P2.4口控制LED燈報警。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　3.1 AT89C51單片機</p><p>　　3.1.1 AT89C51單片機介紹</p><p>　　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ATM

19、EL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)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。</p><p>　　圖3.1 AT89C51單片機引腳</p><p>　　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：<

20、/p><p>　　圖3.2 AT89C52單片機內(nèi)部框圖</p><p>　　AT89C52單片機的引腳功能：</p><p>　　VCC：供電電壓。 </p><p><b>　　GND：接地。 </b></p><p>　　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

21、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。</p><p>　　P1口：P1 是一個帶內(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

22、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），</p><p>　　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“

23、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)。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。</p

24、><p>　　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。 </p><p>　　P3口也可作為AT89C52的一些特殊功能口，如下表所示： </p><p><b>　　口管腳 備選功能

25、 </b></p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口） </p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口） </p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0） </p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1） </p><p>　　P3.4 T0（記時器0外部輸入） </p&g

26、t;<p>　　P3.5 T1（記時器1外部輸入） </p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） </p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） </p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 </p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個

27、機器周期的高電平時間。 </p><p>　　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，

28、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。 </p><p>　　/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)。 </p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序

29、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）。 </p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 </p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 </p><p

30、><b>　　振蕩器特性: </b></p><p>　　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，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p>　　3.1.

31、2 選用AT89C51單片機原因</p><p>　　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。</p><p><b>　　3.2 時鐘電路</b></p><p>

32、;　　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30pF左右。晶體的振蕩頻率的范圍通常是在1.2MHZ～12MHZ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

33、。</p><p>　　圖3.3 時鐘電路圖</p><p><b>　　3.3復(fù)位電路</b></p><p>　　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。</p>

34、;<p>　　圖3.4 復(fù)位電路圖</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1主程序框圖</b></p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.2數(shù)碼管顯示子程序流程圖</p><p>　

35、　圖4.2 數(shù)碼管顯示子程序流程圖</p><p>　　4.3 報警子程序流程圖</p><p>　　圖4.3 LED顯示子程序流程圖</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試過程</b></p><p>　　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K

36、eil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。</p><p>　　5.1原理圖和印制板圖繪制和檢查</p><p>　　5.1.1 在Protel99se繪制原理圖并進行相應(yīng)的ERC檢查</p><p>　　打開Protel99se，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:</p&g

37、t;<p>　　圖5.1 原理圖的繪制</p><p>　　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(biāo)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。</p><p>　　ERC檢測結(jié)果如圖5.2:</p><p>　　圖5.2 ERC電氣規(guī)則檢查</p><p>　　5.

38、1.2 在Protell99se生成PCB圖</p><p>　　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：</p><p>　　圖5.3 加載網(wǎng)絡(luò)表</p><p>　　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5.4所示:</p>&l

39、t;p>　　圖5.4 生成PCB圖</p><p>　　5.2 Keil程序調(diào)試</p><p>　　程序調(diào)試結(jié)果如圖5.5所示：</p><p>　　Creating hex file from “ADC0804”表明 .hex文件創(chuàng)建成功。</p><p>　　“ADC0804”- 0 Error(s),5 Warning(s)表

40、明文件編譯結(jié)果沒有錯誤。</p><p>　　圖5.5 程序調(diào)試結(jié)果</p><p>　　5.3 Proteus仿真調(diào)試</p><p>　　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：</p><p>　　圖5.6 Proteus仿真圖（正常運行）</p><p&g

41、t;　　圖5.7 Proteus仿真圖（報警狀態(tài)）</p><p>　　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)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。 </p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　

42、　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

43、其表面，這需要下來再去深究。在本次課程設(shè)計里面，我把電路和單片機必備的一些基本操作技能再次熟悉了一遍，雖然對于課程設(shè)計沒有太大必要，也占用了一些時間，但是我個人覺得這么做是值得的，也為我即將進入工廠開始實際工作有了基本理論保障。</p><p>　　對于發(fā)動機轉(zhuǎn)速檢測，我只進行了最簡單的程序編寫和仿真，而往往在實際中是作為一個系統(tǒng)中的很小環(huán)節(jié)來進行應(yīng)用的，所以還需要我進一步學(xué)習(xí)更多的單片機及相關(guān)測試傳感器知識。&

44、lt;/p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在本課程設(shè)計資料搜集期間，他人的研究資料對我提供了莫大的幫助，這里表示感謝。值此即將完成課程之際，我要衷心地感謝向陽老師，在課程設(shè)計過程中，得到了他的精心指導(dǎo)和熱情幫助，他的一些建議和意見給我很深的啟發(fā)。我還要感謝在編寫程序以及應(yīng)用軟件仿真過程中給我提供幫助的個位同學(xué)。在他們的幫助下，我順利地完成了本次

45、課程設(shè)計，在此由衷感謝。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　［1］臺力.微型計算機控制技術(shù).中國水利水電出版社.2001.（1）.124～136</p><p>　?。?］張毅剛. 新編MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2004. (2）. 160～198 </p><p&g