机油压力测试设计.docx
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机油压力测试设计
交通与汽车工程学院
课程设计说明书
课程名称:
微机测控系统课程设计
课程代码:
6010339
题目:
机油压力检测系统
年级/专业/班:
2010级汽车电子一班
学生姓名:
学号:
开始时间:
2013年12月9日
完成时间:
2014年12月30日
课程设计成绩:
学习态度及平时成绩(30)
技术水平与实际能力(20)
创新(5)
说明书(计算书、图纸、分析报告)撰写质量(45)
总分(100)
指导教师签名:
年月日
摘要…………………………………………………………………………………………2
1引言………………………………………………………………………………………3
1.1问题的提出……………………………………………………………………………3
1.2任务与分析……………………………………………………………………………3
2方案设计…………………………………………………………………………………4
2.1系统设计方案…………………………………………………………………………4
2.2系统总体框图…………………………………………………………………………4
3系统硬件设计……………………………………………………………………………5
3.1AT89C51单片机……………………………………………………………………5
3.2ADC0808………………………………………………………………………………8
3.3时钟电路………………………………………………………………………………11
3.4复位电路………………………………………………………………………………11
3.5MPX4115压力传感器…………………………………………………………………12
3.6LM061L液晶显示器…………………………………………………………………12
4系统软件设计……………………………………………………………………………13
4.1Proteus软件环境介绍………………………………………………………………13
4.2KileuVision4软件环境介绍………………………………………………………14
4.3Protel软件环境介绍………………………………………………………………15
4.4程序流程图…………………………………………………………………………15
5系统调试过程…………………………………………………………………………17
设计总结……………………………………………………………………………………21
致谢…………………………………………………………………………………………22
参考文献……………………………………………………………………………………23
附录1………………………………………………………………………………………24
摘要
机油压力是汽车发动机的重要参数之一。
如何利用已学知识模拟机油压力检测,并且对机油压力进行电控是开始本设计的初衷。
本此设计通过以AT89C51单片机为中心,通过MPX4115模拟产生一个信号,通过ADC0808数据转换送入单片机进行处理,再从单片机P0口将电平信号送入液晶显示器C实现动态显示。
并在超过机油压力安全值时由单片机控制LED进行光报警,同时当机油压力过高或者过低时通过电机控制活塞阀进行放油处理。
此说明书给出了系统的设计原理图,以及PCD印制板图,并在Proteus软件中进行仿真实现设计功能。
关键词:
AT89C51单片机机油压力电机控制
1引言
1.1问题的提出
随着进入电气时代,越来越多的电子技术被应用在现代汽车上。
汽车也将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展。
由于实时驾驶信息系统及多媒体设备在汽车上普及,汽车更具个性化、通用性、安全性和舒适性。
汽车在人们的生活中不仅仅是代步工具,而逐步成为一种生活的方式。
在汽车电子领域的研究成为汽车研发中最活跃的一部分。
随着进入电气时代,电子测控装置被广泛应用于各种电器机械产品上,本次课程设计的任务就是基于单片机设计机油压力测控系统,检测机油压力。
1.2任务与分析
本次设计的任务是基于单片机机油压力电控系统设计。
要求是本此设计通过以AT89C51单片机为中心,通过MPX4115模拟产生一个信号,通过ADC0808数据转换送入单片机进行处理,再从单片机P0口将电平信号送入液晶显示器LM061L实现动态显示。
此说明书给出了系统的设计原理图,以并在Proteus软件中进行仿真实现设计功能。
本系统可以分为以下6大主要模块:
(1)AT89C51模块:
用于数据处理,初值设定。
(2)ADC0808:
进行数据转换,将压力传感器采集的模拟信号转换为数字信号。
(3)MPX4115:
采集模拟压力信号。
(4)液晶显示器LM061L:
用于实时的显示机油压力信息。
2系统方案设计
2.1系统设计方案
本此设计通过以AT89C51单片机为中心,通过MPX4115模拟产生一个信号,通过ADC0808数据转换送入单片机进行处理。
指定机油压力正常的范围是20—80(MPa),从单片机P0口将电平信号送入液晶显示器LM061L实现动态显示。
2.2系统总体框图
当程序启动后,程序进入初始化阶段。
时钟电路的晶振产生外部振荡脉冲信号送入AT89C51单片机的XTAL2口。
单片机AT89C51执行编写在其内部的程序,处理从ADC0808送来的信号,并送到P0口输出到液晶显示器LM061L显示。
3系统硬件电路设计
3.1AT89C51单片机
通过对多种单片机性能的分析,最终认为89C51是最理想的电子时钟开发芯片。
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的89C51是一种高效微控制器,而且它与MCS-51兼容,且具有4K字节可编程闪烁存储器和1000写/擦循环,数据保留时间为10年等特点,是最好的选择。
MCS-51系列单片机是Intel公司1980年推出的高性能8位单片微型计算机主要有8031、8051、8751这三种机型,他们的指令系统与芯片引脚完全兼容,仅片内ROM有所不同。
主要功能为:
·8位CPU;
·片内带振荡器,振荡频率f的范围为1.2-12MHZ,可有时钟输出;
·128B片内数据存储器;
·4KB片内程序存储器;
·程序存储器的寻址范围为64KB;
·片外数据存储器的寻址范围为64KB;
·21B专用寄存器;
·4个8位并行I/O口:
P0,P1,P2,P3;
·1个全双工串行I/O口,可多机通信;
·2个16位定时/计数器;
·中断系统有5个中断源,可编程为两个优先级;
·111条指令,含乘法指令和除法指令;
·有强的位寻址,位处理能力;
·片内采用单总线结构;
图3-189C51单片机引脚图
89C51单片机与早期Intel的8051/8751/8031芯片的外部引脚和指令系统完全兼容,只不过用FlashROM替代了ROM/EPROM而已。
89C51单片机内部结构如图所示。
图3-289C51单片机内部结构示意图
各引脚的功能如下:
·VCC:
供电电压。
·GND:
接地。
·P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
·P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
·P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
·P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
·RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期高电平时间。
·ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
·
:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次
有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的
信号将不出现。
·
:
当保持低电平时,则在此期间CPU只访问外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,
将内部锁定为RESET;当端保持高电平时,则执行内部程序存储器中的程序。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
·XTAL1:
反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
·XTAL2:
来自反向振荡器的输出。
3.2ADC0808
为了满足多种需要,目前国内外各半导体器件生产厂家设计并生产出了多种多样的ADC芯片。
仅美国AD公司的ADC产品就有几十个系列、近百种型号之多。
从性能上讲,它们有的精度高、速度快,有的则价格低廉。
从功能上讲,有的不仅具有A/D转换的基本功能,还包括内部放大器和三态输出锁存器;有的甚至还包括多路开关、采样保持器等,已发展为一个单片的小型数据采集系统。
ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
ADC0808是ADC0809的简化版本,功能基本相同。
一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换,实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。
ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。
图3-3AD0808引脚图
1)主要技术指标和特性
(1)分辨率:
8位。
(2)总的不可调误差:
ADC0808为±1/2LSB,ADC0809为±1LSB。
(3)转换时间:
取决于芯片时钟频率,如CLK=500kHz时,TCONV=128μs。
(4)单一电源:
+5V。
(5)模拟输入电压范围:
单极性0~5V;双极性±5V,±10V(需外加一定电路)。
(6)具有可控三态输出缓存器。
(7)启动转换控制为脉冲式(正脉冲),上升沿使所有内部寄存器清零,下降沿使A/D转换开始。
(8)使用时不需进行零点和满刻度调节。
2)内部结构和外部引脚
ADC0808/0809的内部结构和外部引脚分别如图11.19和图11.20所示。
内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然,在此就不再赘述,下面仅对各引脚定义分述如下:
图3-4ADC0808/0809内部结构框图
(1)IN0~IN7——8路模拟输入,通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。
(2)D7~D0——A/D转换后的数据输出端,为三态可控输出,故可直接和微处理器数据线连接。
8位排列顺序是D7为最高位,D0为最低位。
(3)ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号,ADDA为低位,ADDC为高位。
地址信号与选中通道对应关系如表11.3所示。
(4)VR(+)、VR(-)——正、负参考电压输入端,用于提供片内DAC电阻网络的基准电压。
在单极性输入时,VR(+)=5V,VR(-)=0V;双极性输入时,VR(+)、VR(-)分别接正、负极性的参考电压。
表3-1地址信号与选中通道的关系
地址
选中通道
ADDC
ADDB
ADDA
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
(5)ALE——地址锁存允许信号,高电平有效。
当此信号有效时,A、B、C三位地址信号被锁存,译码选通对应模拟通道。
在使用时,该信号常和START信号连在一起,以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。
(6)START——A/D转换启动信号,正脉冲有效。
加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零,下降沿开始A/D转换。
如正在进行转换时又接到新的启动脉冲,则原来的转换进程被中止,重新从头开始转换。
(7)EOC——转换结束信号,高电平有效。
该信号在A/D转换过程中为低电平,其余时间为高电平。
该信号可作为被CPU查询的状态信号,也可作为对CPU的中断请求信号。
在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下,EOC也可作为启动信号反馈接到START端,但在刚加电时需由外电路第一次启动。
(8)OE——输出允许信号,高电平有效。
当微处理器送出该信号时,ADC0808/0809的输出三态门被打开,使转换结果通过数据总线被读走。
在中断工作方式下,该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。
3)工作时序与使用说明
当通道选择地址有效时,ALE信号一出现,地址便马上被锁存,这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。
START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位,在该上升沿之后的2μs加8个时钟周期内(不定),EOC信号将变低电平,以指示转换操作正在进行中,直到转换完成后EOC再变高电平。
微处理器收到变为高电平的EOC信号后,便立即送出OE信号,打开三态门,读取转换结果。
模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行(当然,不能在转换过程中进行),然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成(因为ADC0808/0809的时间特性允许这样做)。
这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。
在与微机接口时,输入通道的选择可有两种方法,一种是通过地址总线选择,一种是通过数据总线选择。
如用EOC信号去产生中断请求,要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2μs+8个时钟周期的延迟,要设法使它不致产生虚假的中断请求。
为此,最好利用EOC上升沿产生中断请求,而不是靠高电平产生中断请求。
3.3时钟系统
利用芯片内部振荡电路,在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件,内部振荡电路便产生自激振荡,用示波器可以观察到XTAL2输出时钟信号。
振荡晶体选择12MHz。
电容只无严格要求,但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响,C1和C2可在20-100pF取值,但在,60-70pF时振荡器有较高的频率稳定性。
图3-5内部时钟电路
3.4复位电路
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。
本次设计采用按键复位电路。
按键复位电路是在按键瞬间接地来实现的,其电路如图3-6所示。
按下复位按钮后,电源对按键RESET端维持两个机器周期的高电平实现复位的。
图3-6复位电路
3.5MPX4115压力传感器
MPX4115系列压电电阻传感器是一个硅压力传感器。
这个传感器结合了高级的微电机技术,薄膜镀金属。
还能为高水准模拟输出信号提供一个均衡压力。
在0℃-85℃的温度下误差不超过1.5%,温度补偿是-40℃-125℃。
图3-7压力传感器
3.6液晶显示器LM061L
LM016L液晶模块采用HD44780控制器,hd44780具有简单而功能较强的指令集,可以实现字符移动,闪烁等功能,LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式,hd44780控制器由两个8位寄存器,指令寄存器(IR)和数据寄存器(DR)忙标志(BF),显示数RAM(DDRAM),字符发生器ROMA(CGOROM)字符发生器RAM(CGRAM),地址计数器RAM(AC)。
IR用于寄存指令码,只能写入不能读出,DR用于寄存数据,数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和CGRAM读出的数据,BF为1时,液晶模块处于内部模式,不响应外部操作指令和接受数据,DDTAM用来存储显示的字符,能存储80个字符码,CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种.8位字符编码和字符的对应关系,CGRAM是为用户编写特殊字符留用的,它的容量仅64字节,可以自定义8个5*7点阵字符或者4个5*10点阵字符,AC可以存储DDRAM和CGRAM的地址,如果地址码随指令写入IR,则IR自动把地址码装入AC,同时选择DDRAM或CGRAM但愿,LM016L液晶模块的引脚功能如下表所示:
图3-8LM061L引脚图
4系统软件设计
4.1Proteus软件环境介绍
本系统的硬件设计首先是在Proteus软件环境中仿真实现的。
Proteus软件是来自英国Labcenterelectronics公司的EDA工具软件,Proteus软件有十多年的历史,在全球广泛使用,除了具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外,其革命性的功能是,它的电路仿真是互动的。
针对微处理器的应用,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件源码级的实时调试。
如果有显示及输出,配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等,还能看到运行后输入输出的效果。
Proteus建立了完备的电子设计开发环境,尤其重要的是ProteusLite可以完全免费,也可以花微不足道的费用注册达到更好的效果。
Proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具。
可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU及其外围电路(如LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件...)。
其实Proteus与multisim比较类似,只不过它可以仿真MCU,当然,软件仿真精度有限,而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型,用开发板和仿真器当然是最好选择,可是初学者拥有它们的可能性比较小。
当然,硬件实践还是必不可少的。
在没有硬件的情况下,Proteus能像pspice仿真模拟/数字电路那样仿真MCU及外围电路。
另外,即使有硬件,在程序编写早期用软件仿真一下也是很有必要的。
Proteus软件主要具有以下几个方面的特点:
1)设计和仿真软件Proteus是一个很有用的工具,它可以帮助学生和专业人士提高他们的模拟和数字电路的设计能力。
2)它允许对电路设计采用图形环境,在这种环境中,可以使用一个特定符号来代替元器件,并完成不会对真实电路造成任何损害的电路仿真操作。
3)它可以仿真仪表以及可描述在仿真过程中所获得的信号的图表。
4)它可以仿真目前流行的单片机,如PICS,ATMEL-AVR,MOTOROLA,8051等。
5)在设计综合性方案中,还可以利用ARES开发印制电路板。
4.2KeilμVision软件环境介绍
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
如果你使用C语言编程,那么Keil几乎就是你的不二之选,即使不使用C语言而仅用汇编语言编程,其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
Keil公司是一家业界领先的微控制器(MCU)软件开发工具的独立供应商。
Keil公司由两家私人公司联合运营,分别是德国慕尼黑的KeilElektronikGmbH和美国德克萨斯的KeilSoftwareInc。
Keil公司制造和销售种类广泛的开发工具,包括ANSIC编译器、宏汇编程序、调试器、连接器、库管理器、固件和实时操作系统核心(real-timekernel)。
有超过10万名微控制器开发人员在使用这种得到业界认可的解决方案。
其KeilC51编译器自1988年引入市场以来成为事实上的行业标准,并支持超过500种8051变种。
Keil公司在2007年被ARM公司收购。
其两家公司分别更名为ARMGermanyGmbH和ARMInc和。
Keil公司首席执行官ReinhardKeil表示:
“作为ARMConnectedCommunity中的一员,Keil和ARM保持着长期的良好关系。
通过这次收购,我们将能更好地向高速发展的32位微控制器市场提供完整的解决方案,同时继续在uVision环境下支持我们的8051和C16x编译器。
”
C51工具包的整体结构,uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境(IDE),可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51及C51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。
目标文件可由LIB51创建生成库文件,也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件,以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试,也可由仿真器使用直接对目标板进行调试,也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
4.3Protel软件介绍
Protel印制板设计软件包是澳大利亚ProtelTechnology公司与1990年推出的电子CAD产品,具有方便、易学、实用、快速以及高速度、高步通率的特点。
它采用了分层次下拉窗口菜单结构形式,用户基本上不需要记背太多的键盘命令,用鼠标点击菜单命令就能操作,Protel有着很高的自动布线布通率。
布通率是电子产CAD产品的一项重要指标,它反映电子元件在电路图中连接关系有多少能在印刷版图中实现。
在设计常用的单、双面印制板时只要选择适当的元件布局和布线策略方法,Protel就可以轻易的达到98%-100%的布通率。
对于极少数不能布通的定方,Protel可以用飞线
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