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1、目 录1前言12总体方案设计22.1实现方案22.2方案比较与选择33单元模块设计53.1各单元模块功能电路设计53.1.1 MCU电路模块53.1.2 电源变换电路模块73.1.3 RS232串口电路模块83.1.4 油量采集电路模块93.1.5 温度测试电路模块103.1.6 喷油信号采集电路模块103.1.7 报警电路模块113.1.8 保护电路模块113.1.9 显示电路模块123.1.10 按键电路模块133.2特殊器件的介绍143.2.1 DS18B20温度传感器143.2.2 LM2575集成稳压器143.2.3 FYD12864液晶显示器164软件设计194.1主要软件设计流程
2、框图及说明194.1.1 按键子流程图194.1.2 DS18B20温度测试子流程图204.1.3 AD转换子流程图214.1.4 FYD12864液晶显示子流程图224.1.5 总流程图234.2软件设计原理及设计所用工具244.2.1 Keil uVision3 软件介绍244.2.2 Protel 99SE软件介绍255系统调试275.1软件调试275.1.1 FYD12864液晶调试程序275.1.2 DS18B20调试程序285.1.3 AD转换调试程序305.2 部分仿真315.2.1 油量采集电路调试315.2.2 喷油脉冲信号采集电路调试326系统功能与指标介绍336.1系统能
3、实现的功能336.2系统指标介绍337总结与体会348谢辞359参考文献36附录1：电路原理图37附录2：设计程序38附录3：外文资料翻译46 1前言随着我国汽车产业的快速发展，轿车逐步进入普通家庭，给人们的出行带来更多的方便，对人们的生活也产生了重大的影响。自1886年汽车被发明以来，汽车已经走过了一百多年的发展历程，汽车仪表也不断开发和发展，按照汽车仪表的发展历程可以划分为四个阶段，第一阶段是基于机械方面而工作的的机械式仪表，第二阶段是基于电测原理的电气式仪表，第三阶段是模拟电路电子式仪表，第四阶段是步进电动机式全数字汽车仪表。目前，我国汽车仪表主要采用第四代全数字式汽车仪表，同时，国内汽
4、车仪表设计、制造水平比较成熟的是机械式、电热式和动磁式机芯，并向全电子式机芯发展。它的结构属于整合组合式，主要由发动机转速表、车速里程表、温度表、油量和燃油表构成，并包含了一些其他功能。从其采用的技术手段而言，还是属于电子技术范畴，即电子式仪表，但从信号处理方式而言，已从模拟信号方式处理变成数字信号方式处理。与第三代模拟电路电子式仪表相比，其工作原理完全不同，彻底放弃线包与磁钢间产生电磁转矩驱动指针的工作形式，主要由电子控制完成各类被测数据的采集，经过换算后直接控制步进电动机驱动指针工作，并能将被测数据通过液晶显示器数字显示。由于汽车电子半导体技术的快速发展，多功能、高精度、高灵敏度和读数直观
5、的电子数字显示及图像显示的仪表不断应用于汽车，未来汽车仪表发展趋势，会充分利用光技术和机电一体化技术，并突出现代信息技术和网络技术的优势，其功能范围将极大拓宽，指示形式将演变成计算机终端显示器，其功能将也不局限于现在的车速、里程、发动机转速、油量、水温、方向灯指示，可能会增添指示系统安全运行状态情况、防盗系统等功能。本文主要研究汽车油量信号测试系统，属于汽车仪表检测系统的一部分。该汽车仪表检测系统主要由被检测仪表、数据记录仪、PC机模拟软件、模拟输出器这四大部分组成。汽车油量信号测试系统主要是完成油箱油量、油箱温度和耗油量的测量，并通过液晶显示器显示，同时将所测的各个数据传给PC机，进行模拟分
6、析。2总体方案设计整个系统设计以微处理器为控制核心，对各个模块电路的输入信号进行处理，实现综合的协调控制过程。先是对油箱温度、油箱油量信号和喷油脉冲信号进行采集，并对其相应处理后，能够送入微处理器进行处理，通过显示器显示汽车油箱油量、油箱温度和耗油量，同时，将数据发送到上位机，进行数据分析，从而完成汽车油量信号测试系统的设计。2.1实现方案方案一：本设计方案主要对汽车油量信号、喷油脉冲信号和油箱温度进行测量，以STC12C5A60S2单片机为微处理器，其内部自带8路高速10位A/D转换(250K/S)功能。油量信号以电压信号的方式进行采集，把采集的电压信号经过降压电路转换成0至5V的电压，送入
7、单片机进行AD转换，通过程序处理得到油箱油量；喷油脉冲信号可以从电磁喷油阀两端测取驱动电压，通过整型电路转换成0或者+5V的脉冲信号后，进入单片机进行处理，来计算脉冲信号的周期或宽度，通过程序得到燃油量，来对油箱油量进行复核验证的目的；油箱温度则通过DS18B20转换成数字信号送入单片机，经过程序进行处理后得到；将以上处理后的油箱油量、耗油量和油箱温度，通过液晶显示器FYD12864显示，同时，将数据发送到上位机，进行数据分析；当各个采集的参数值低于或高于按键的设定值时，通过蜂鸣器发出报警信号。其整个设计原理框图，如图2.1所示。显示报警电路STC12C5A60S2单片机温度测试电路电源变换电
8、路车载蓄电池油量信号喷油脉冲信号信号处理电路信号处理电路按键图2.1 以STC12C5A60S2为核心的系统框图方案二：本设计方案主要对汽车油量信号、喷油脉冲信号和油箱温度进行测量，以STC89C51单片机为微处理器，用串口进行数据通信。由于STC89C51单片机不具有AD转换功能，因此测试油量信号时，还需有AD转换芯片，于是选择ADC0809，先将采集点的电压经过降压电路转换为1至5V的电压，经过ADC0809实现模拟信号的数字化，送入单片机进行数字信号的处理，获得油箱油量；报警电路采用模拟电路实现，这样能够快速的发出警报，当输入的参数值触发设定的参数时，蜂鸣器会发出报警信号；采用DS18B
9、20对油箱温度进行温度信号的采集，将温度信号转换为数字信号，再送入单片机进行处理后，显示其油箱温度；显示时采用数码管，由于数码管每次只能显示一个参数，所以采用分时对油箱油量、耗油量以及油箱温度进行显示，同时，将数据发送到上位机，进行数据分析。其整个设计原理框图，如图2.2所示。报警电路数码管显示A/D转换电路温度测试电路电源变换电路车载蓄电池油量信号喷油脉冲信号信号处理电路STC89C51单片机图2.2 以STC89C51单片机为核心的系统框图2.2方案比较与选择方案一中，采用STC12C5A60S2单片机，增强型8051内核，运行速度比普通8051单片机快8至12倍，功耗低。由于STC12C
10、5A60S2单片机内具有AD转换的功能，油量信号以电压的方式采集后，经过降压后便可以直接送入单片机进行处理，使硬件电路简单化，同时降低了成本。在下载端口，采用RS232C串行接口标准，能够将数据发送到上位机，进行数据分析。在进行参数显示时，采用液晶显示器FYD12864，FYD12864是一个显示分辨率为：128*64点，可显示4行8列共32个16*16点阵的汉字，能够直观的将所有参数同时显示在液晶屏上，同时能够显示每个参数的名称和单位，让人一目了然，并且能够刚好显示完油箱油量、油箱温度和耗油量。方案二中，采用STC89C51单片机，过串口进行通信。由于STC89C51单片机不具有AD转换功能
11、，在电路中需要增加一个AD转换器ADC0809，用它对模拟信号进行数字化后，送入STC89C51单片机进行数字信号的处理，增加了成本，不利于电路结构简单化。在各个参数信号显示时，采用4位数码管进行数据显示，而数码管每次只能显示一个测试参数，所以必须采用分时控制，对油箱温度、耗油量以及油箱油量进行分别显示。对于油量耗尽报警电路的设计，采用的是模拟电路，主要由比较器、触发器和警示灯驱动电路等组成，能够采集汽车油量信号，当油箱油量不足时会报警，并将报警信号分成声光两路信号发送出去，并且该报警电路结构简单，成本较低，使用寿命长，显示的油量数据精确。针对上面的两种方案的比较，第一种方案采用STC12C5
12、A60S2单片机，由于它自带AD转换功能，硬件简单，节约成本，信号处理也比较方便，通过液晶显示能够方便地将所测参数值和参数名称一起直观地显示出来，并将数据传送给上位机，利于数据分析，而且便于完成汽车油量信号测试系统设计的任务要求。而第二种方案采用STC89C51单片机，它不具备AD转换功能，需用ADC0809进行AD转换，增加了成本，在显示时采用数码管，每次只能显示一个测试参数，所以必须采用分时对油箱油量、油箱温度和耗油量进行显示，而且没有参数的单位和名称显示，不直观，也不便于多路监测，容易出错，但模拟报警电路的设计比较好。综合方案一和方案二的优缺点，考虑到本次设计的重点是对油量的检测，于是采
13、用第一种方案进行设计。 第 4 页3单元模块设计整个电路模块的设计，主要是实现汽车油量信号测试系统设计，属于汽车仪表检测系统的一部分，即记录仪和PC机软件中的油量信号范畴，如图3.1所示。仪表记录仪PC机软件模拟输出器图3.1 仪表检测系统结构图在单元模块设计中，主要对硬件电路的单元模块实现方法及功能进行说明，同时，介绍了部分特殊器件，如LM2575集成稳压器、FYD12864液晶显示器和DS18B20温度传感器。3.1各单元模块功能电路设计在整个设计系统中，根据其功能主要设计出以下几个模块：MCU电路模块、电源变换电路模块、RS232串口电路模块、油量采集电路模块、温度测试电路模块、喷油信号
14、采集电路模块、报警电路模块、保护电路模块、显示电路模块和按键电路模块。3.1.1 MCU电路模块整个系统中，采用STC12C5A60S2单片机处理各种输入的信号，并控制输出，即STC12C5A60S2单片机构成了控制电路的核心。STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速、低功耗和超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍；内部集成MAX810专用复位电路；2路PWM，8路高速10位A/D转换(250K/S)；片上集成1280B的RAM，内部数据存储器在物理和逻辑上可分为两个地址空间，分别是内部RAM(256
15、B)和内部扩展RAM(1024B)；有EEPROM功能（1KB），提高了存储容量；FLASH程序存储器60KB，这种存储器可以在电路板上快速擦除和写入程序，从而实现软件的在线调试；在P4.6口有一个低压门槛比较器，用于检测外部电路是否掉电；共4个16位定时器，两个兼容传统8051的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，而没有定时器2，但有独立波特率发生器，做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器；该单片机能够满足此次汽车油量信号测试系统设计要求。在STC12C5A60S2单片机中，由于P0口内部没有上拉电阻，属于开漏模式，不管它的驱动能力多大，相当于它是没有电源的，需要外部的电路提供
