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论文排版
中文摘要
设计了一款基于CAN总线的汽车仪表控制系统。
该汽车仪表控制系统主要由专用电源芯片、单片机STC89C52、CAN独立控制器SJA1000、CAN收发器PCA82C250、光耦芯片6N137、MAX232电平转换芯片等元器件组成。
专用电源芯片用于为整个系统提供稳定电源,汽车各个目标电气节点可以通过CAN总线将参数传输给单片机STC89C52,单片机STC89C52主要负责分析处理数据,并通过液晶显示相关信息。
系统还可通过RS232把单片机系统的相关数据上传给PC机来进一步对数据的分析或对数据的存储。
系统使用CAN总线实现显示信息的传送,共享车上其它模块处理的信息,使车内布线简单、传输及显示信息可靠、仪表体积小、系统扩展能力强、实时性好、精确度高、显示信息全面直观。
英文摘要
Abstract:
ThisstudywasundertakentodesignaninstrumentationcontrolsystembasedonCANbus.Thecontrolsystemmainlyconsistsofspecialpowersupplymodule,single-chipcomputer STC89C52,CANindependentcontrollerSJA1000,CANtransceiverPCA82C250,Light-coupler6N137,andMAX232leveltransitionchipandsoon.Specialpowersupplychipisusedforsupplyingstablepowerforthewholesystem,CANbusisresponsiblefortransmittingdataneededbydisplaysystemtotheMicroprocessorSTC89C52,STC89C52ismainlyresponsiblefortheanalysisofdataprocessing,andthroughtheLCDrelatedinformation.Thewholesystemcanuploadrelevantdataofthesingle-chipcomputersystemtothePCwhichcananalyzethedataorthedatastoragefurtherthroughRS232.ThesystemhasrealizedtheshareofinformationoftheelectricvehiclebytheCANbus,whichmakethelayoutoftheelectricvehicle’swirebecomesimple,decreasethedependenceofinstrumenttowires,andincreasethestabilityoftheelectricvehicle.
目录
中文摘要I
英文摘要II
目录III
图目录V
第1章绪论1
1.1课题研究背景及意义1
1.2本课题在国内外的研究概况1
1.3本课题研究内容1
第2章总体方案设计2
2.1系统的功能与要求2
2.2系统组成及介绍2
2.2.1单片机模块2
2.2.2串口通信模块3
2.2.3CAN通信模块3
第3章车用仪表控制系统的硬件设计3
3.1单片机最小系统3
3.1.1单片机的时钟电路硬件设计3
3.1.2单片机的复位电路硬件设计4
3.1.3MAX232介绍5
3.1.4串行通信接口电路6
3.2温度传感器及其硬件接口电路设计6
3.2.1温度传感器DS18B20简介6
3.2.2DS18B20与单片机的硬件接口设计6
第4章车用数字仪表系统的软件设计7
4.1开发语言简介7
4.2软件总体设计7
4.3部分模块程序设计介绍7
4.3.1温度传感器DS18B20模块程序设计7
4.3.2CAN节点软件设计8
参考文献9
附录9
图目录
图1
图24
图35
图46
图5
图67
第1章绪论
1.1课题研究背景及意义
本课题通过仪表与微处理器,基于CAN总线网络的数字电子器件代替原有的机械机芯表、电气式仪表和模拟电路电子仪表,把各参数的测量数字化,有利于和汽车其它的电子集中控制系统进行数据交换,有利于汽车集中控制系统的发展和实现,此外还使得汽车仪表的功耗、安全性、可靠性、舒适性得到更好的提高。
通过调整电路参数还可适应不同种类和量程的产品需求,使得汽车仪表在结构的通用化、模块化、标准化、系列化程度大大提高,进而简化了生产工艺和制造设备。
1.2本课题在国内外的研究概况
我国的汽车仪表与国外发达国家相比,技术水平有相当大的差距。
例如,当今国外发达国家普遍使用全数字式汽车仪表,而且绝大部分是基于CAN总线的步进电动机式汽车仪表,并且正积极准备向更高方向发展。
而国内真正民族汽车仪表厂,还没有批量生产出该类型的仪表,只有德国VDO公司和美国德科公司在我国设厂生产。
虽然国内汽车仪表界一致看好全数字式汽车仪表,特别是步进电动机式汽车仪表。
但我国民族汽车仪表生产厂家从事汽车仪表设计的工程技术人员,绝大部分还不具备这方面的知识能力,自主开发还不具备技术条件,汽车仪表机心技术便是其中一例。
现在可以肯定地说,带ECU的全数字式汽车仪表,特别是步进电动机式汽车仪表,是当今和未来一段时间汽车仪表的主导技术。
1.3本课题研究内容
本课题研究内容是以单片机为核心的仪表控制系统的设计与实现,车辆仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面,是车辆安全行驶的重要保证。
本文中提出用单片机、数字式温度传感器DS18B20,速度传感器、CAN总线等设计了一种车用仪表控制系统。
第2章总体方案设计
2.1系统的功能与要求
设计一套车载智能仪表,用于显示和记录汽车行驶过程中的各种状态信息,具体实现功能应达到如下要求:
a)采用通用单片机,用软件实现对系统的控制。
b)汽车在行驶过程中各状态参量的数据采集,主要包括以温度为代表的模拟量和以车速为代表的脉冲量的采集。
c)车载信息的LCD显示,具有汽车速度、温度等汽车行驶过程中的动态数据的功能
d)利用CAN总线进行数据通信,将采集的数据汇总进行处理,首先必须进行可靠的数据传输。
本系统采用CAN总线作为数据的通信网络。
对CAN总线兼容的硬件、软件进行设计。
2.2系统组成及介绍
本系统由单片机模块、测温模块、测速模块、显示模块、电源模块、串口通信模块、CAN通信模块等部分构成。
系统组成如图2-1所示。
2.2.1单片机模块
单片机模块是整个系统的核心,完成以下功能:
输入数据的采集转换,驱动液晶显示,控制CAN通信等功能。
根据系统的要求和现实的考虑,选用宏晶公司生产的STC89C52RC通用单片机。
STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器FPEROM(FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
该器件采用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,它是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
与Intel公司的MCS-51系列单片机相兼容,是广泛应用的单片机之一。
2.2.2串口通信模块
单片机的串口通信模块主要是用于扩展单片机的功能,使其功能更加强大,操作更加方便,在有串口通信模块的情况下,可以实现在电脑上直接对整个系统进行操作,如监控该系统,直接获取相关信息到电脑上,如车速,温度;也可以在计算机上直接对该系统的单片机进行读写控制,如可以直接写入本设计需要的程序,直接控制与测温相关的温度调节。
串口通信模块最主要的功能是用于后续功能扩展,以使单片机具备更多的功能。
2.2.3CAN通信模块
根据CAN 通信原理,本系统所选MCU不带CAN控制器。
因此采用了传统的CAN 通信模块即采用51系列的单片机作为中心处理器,SJA1000作为CAN控制器,PCA82C250作为CAN驱动器。
这种方案虽然选用芯片多,所占空间大,外围接口扩展局限,但其使用更为灵活、方便。
第3章车用仪表控制系统的硬件设计
3.1单片机最小系统
单片机作为微型计算机的一个重要分支,应用面很广,发展很快。
单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统。
对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:
单片机、时钟电路、复位电路等。
3.1.1单片机的时钟电路硬件设计
单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准,这个时钟信号可由单片机内时钟电路产生,可以直接使用外部时钟信号。
因此,单片机时钟电路通常可以有两种形式内部振荡方式和外部振荡方式。
a)外部振荡方式
外部振荡方式就是把外部自己有时钟信号引入单片机内。
这种方式是用来使单片机的时钟与外部信号保持同步。
外部振荡方式电路接法如图1所示。
b)内部振荡方式
MCS单片机内有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器,引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端。
把放大器与作为反馈元件的晶体振荡器或陶瓷谐振器连接就构成了内部自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。
这种方式为内部振荡方式,如图2所示。
图1
图2
3.1.2单片机的复位电路硬件设计
位操作可以使单片机初始化,也可以使死机状态下的单片机重新启动,计算机在启动时,都需要复位,使CPU和系统中其它部件都处于一个确定的初始状态,并从这个状态开始工作。
在振荡器正在运行的情况下,复位是靠在RST引脚处至少保持2个机器周期(24个振荡器周期)的高电平而实现的。
单片机复位电路包括片内,片外两部分。
片外复位信号通过引脚RST加到内部复位电路上。
内部复位电路在每个机器周期S5P2对片外复位信号采样一次,当RST引脚出现连续两个机器周期的高电平时,单片机就能完成一次复位。
RST端的外部复位电路有两种复位操作形式:
上电自动复位和按键手动复位。
3.1.3MAX232介绍
MAX232是由德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片。
由于电脑串口RS232电平是-10V、+10V,而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0、+5V,MAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含两驱动器、两接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。
MAX232引脚图如图3所示。
图3
该器件符合TIA/EIA-232-图F标准,每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5VTTL/CMOS电平。
每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。
其主要特点为:
a)符合所有的RS-232C技术标准
b)只需要单一+5V电源供电
c)片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力,能够产生+10v和-10v电压
d)功耗低,典型供电电流5mA
e)内部集成两个RS-232C驱动器
f)内部集成两个RS-232C接收器
3.1.4串行通信接口电路
串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。
当数据从CPU经过串行端口发送出去时,字节数据转换为串行的位。
在接收数据时,串行的位被转换为字节数据。
在Windows环境(WindowsNT、Win98、Windows2000)下,串口是系统资源的一部分。
应用程序要使用串口进行通信,必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求(打开串口),通信完成后必须释放资源(关闭串口)。
3.2温度传感器及其硬件接口电路设计
3.2.1温度传感器DS18B20简介
DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器,具有3引脚TO-92小体积封装形式;温度测量范围为-55℃~+125℃,可编程为9位~12位A/D转换精度,测温分辨率可达0.0625℃,被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出;其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个DS18B20可以并联到三根或两根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可节省大量的引线和逻辑电路。
3.2.2DS18B20与单片机的硬件接口设计
DS18B20与STC89C52的接口电路如图3-8所示,其中DS18B20工作在外部电源供电方式,单片机STC89C52采用P3.4口和DS18B20通信。
图4
通过预先对DS18B20可编程温度传感器的编程,完成转换位数,精度,高、低温报警触发器TH,TL的温度设置。
进入测温模式后,DS18B20可编程温度传感器将所测的温度值直接转换成数字量,通过其独有的单总线协议,实现与单片机的数据传输,完成数据采集。
再结合软件及相应外围电路进行实时监控。
第4章车用数字仪表系统的软件设计
4.1开发语言简介
在开发一个单片机应用系统时,系统程序的编写效率在很大程度上决定了目标系统的研制成效。
早期在研制单片机应用系统时,大多以汇编语言作为软件工具。
但由于汇编语言不是一种结构化语言,汇编语言程序较难编写和调试,程序本身的编写效率较低。
随着单片机硬件性能的提高,其工作速度越来越快。
因此在编写单片机应用系统程序时,更着重于程序本身的编写效率。
为了适应这种要求,现在的单片机开发系统,除了配备有汇编语言软件之外,很多还配备了高级语言软件C51语言。
4.2软件总体设计
本系统设计的汽车电子仪表,采用STC89C52单片机依次检测各种传感器传过来的信息,在这里设计的主要是温度和车速,他们通过单片机的处理之后,通过LCD液晶显
示模块显示出来。
另一部分则是整个系统的CAN通信模块的软件设计。
4.3部分模块程序设计介绍
4.3.1温度传感器DS18B20模块程序设计
DS18B20模块程序主要完成DS18B20的初始化和温度的读去操作,程序流程如图5所示。
图5
图6
本系统采用STC89C52中的T0定时器和T1计数器配合使用对转速脉冲定时计数。
计数器T1工作于计数状态对外部脉冲进行计数;T0工作为定时器方式每次定时10ms。
本设计程序编程的思想就是在给定的10ms之内,用单片机自带的计数器T1对外部脉冲进行计数。
主程序的流程图如图6所示。
4.3.2CAN节点软件设计
CAN节点软件设计包括:
初始化子程序、发送子程序、接收子程序。
参考文献
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附录
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