畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于89c51單片機(jī)的機(jī)車自動(dòng)換擋設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于89C51單片機(jī)的機(jī)車自動(dòng)換擋設(shè)計(jì)DESIGNOFLOCOMOTIVEAUTOMATICCOMMUTATINGSYSTEMWITHSCM長(zhǎng)春工程學(xué)院余飛電氣與信息學(xué)院電子信息工程0443張學(xué)敏講師2008年6月20日學(xué)生姓名所在院系所學(xué)專業(yè)所在班級(jí)指導(dǎo)教師教師職稱完成時(shí)間摘要在科技不斷發(fā)展的今天，電力行業(yè)也逐步走向自動(dòng)化。機(jī)車自動(dòng)換檔技術(shù)已成為自動(dòng)化熱門(mén)技術(shù)之一，基于單片機(jī)應(yīng)用的機(jī)車自動(dòng)換檔技術(shù)具有相當(dāng)?shù)匚坏难芯績(jī)r(jià)值，該設(shè)計(jì)可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)車換檔技術(shù)在安全、節(jié)能、環(huán)保、等方面的問(wèn)題。在這個(gè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)主要完成以89C51單片機(jī)為核心的機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng),該系統(tǒng)包括速度測(cè)量、脈沖整形、電壓比較和輸出控制。論文主要介紹了基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)車換檔的基本方法，速度傳感器的應(yīng)用，及信號(hào)采集比較的基本原理和實(shí)現(xiàn)方法,重點(diǎn)介紹了基于MCS51單片機(jī)的用軟件產(chǎn)生控制信號(hào)的途徑，并介紹了一種通過(guò)采用軟件實(shí)時(shí)處理并調(diào)節(jié)機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)的方法。對(duì)于機(jī)車自動(dòng)換檔控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種有效的途徑。借助這套系統(tǒng)既可以減少司機(jī)經(jīng)常換檔的勞動(dòng)強(qiáng)度，又可以使機(jī)車大部分時(shí)間運(yùn)行在比較合理的檔位，這對(duì)節(jié)省油料和保護(hù)環(huán)境都有比較好的效果。關(guān)鍵詞單片機(jī)自動(dòng)換檔機(jī)車速度傳感器自動(dòng)控制ABSTRACTWITHTHEDEVELOPOFSCIENCETHETECHNOLOGY,ELECTRICPOWERINDUSTRYISALSOTRENDSTOAUTOMATION,LOCOMOTIVEAUTOMATICCOMMUTATINGTECHNOLOGYHASBECOMEONEOFTHEPOPULARAUTOMATIONTECHNOLOGY,LOCOMOTIVEAUTOMATICCOMMUTATINGTECHNOLOGYHASACERTAINVALUEOFRESERCHONTHEPOSITIONOFTHEDESIGNITCANFETCHUPFORTHEISSUESOFTRADITIONALLOCOMOTIVECOMMUTATINGINENERGYSAVINGANDENVIRONMENTALPROTECTIONORSECURITYTHISDESIGNBEMAINLYCOMPOSEDBY89C51MICROCONTROLLERASTHECOREOFTHELOCOMOTIVEAUTOMATICCOMMUTATINGSYSTEM,THISSYSTEMINCLUDESTHEMEASUREMENTOFSPEED,PULSESHAPING,THECOMPARINGOFVOLTAGEANDOUTPUTTOCONTROLTHISPAPERINTRODUCESAKINDOFMETHODOFLOCOMOTIVEAUTOMATICCOMMUTATINGBASEDONSCMSHOWINGSOMERELATIVEAPPLICATIONOFSPEEDSENSOR,ANDTHEBASICPRINCIPLESANDMETHODSABOUTSIGNALSAMPLINGANDCOMPARING,ITFOCUSONTHEWAYOFUSINGTHESOFTWAREPRODUCEACONTROLSIGNAL,MEANWHILEINTRODUCESAMETHODOFREGULATINGLOCOMOTIVESTAVEWITHTHEREALTIMESOFTWAREPROCESSINGANDREGULATETHESTATEOFOPERATIONOFLOCOMOTIVE,PROVIDINGANEFFECTIVEWAYTOLOCOMOTIVEAUTOMATICCOMMUTATINGCONTROLSYSTEMTHISSYSTEMCANREDUCEDRIVERSSLABORINTENSITYOFTHEREGULARWORK,THELOCOMOTIVECANRUNATTHEMOSTOFTIMEINAMOREREASONABLESHIFT,WHICHCANSAVEFUELANDHAVERELATIVELYGOODRESULTSTOPROTECTTHEENVIRONMENTKEYWORDMICROCONTROLLERAUTOMATICCOMMUTATINGLOCOMOTIVESPEEDSENSORAUTOMATICCONTROL目錄前言11系統(tǒng)工作原理分析211速度采集及處理212輸出控制換檔的原理42系統(tǒng)構(gòu)成方案選擇421電路類型方案的選擇422主控制單元方案的選擇523顯示管連接方式的選擇724總方案的確定83主要器件的介紹831LM331芯片的介紹832CS3020霍爾元件的介紹114系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1241電源設(shè)計(jì)部分1342速度信號(hào)的前端處理部分1343信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁閥部分1844顯示部分1945報(bào)警電路195系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)1951主程序2052顯示子程序2153換檔子程序2154報(bào)警子程序22總結(jié)23參考文獻(xiàn)24致謝25附錄26附錄一程序清單26附錄二原理圖31前言自動(dòng)換檔系統(tǒng)的核心技術(shù)是信號(hào)處理和控制技術(shù)，該技術(shù)通常是利用傳感器采集速度信號(hào)并以脈沖的形式輸出（剛采集的脈沖信號(hào)直接輸入給單片機(jī)電制控制單元處理是沒(méi)有意義的，需要進(jìn)行一系列的處理后再把信號(hào)輸入主電路進(jìn)行處理），再把速度傳感器采集到的機(jī)車速度的脈沖信號(hào)和柴油機(jī)速度脈沖信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)再輸入到比較電路進(jìn)行比較，經(jīng)主電路處理后輸出控制指令再放大后驅(qū)動(dòng)換檔組件以達(dá)到速度檢測(cè)換檔變速的目的一種控制技術(shù)。近年來(lái)，利用傳感器和單片機(jī)相接合的控制技術(shù)以成為電氣自動(dòng)控制技術(shù)的熱點(diǎn)之一?；趩纹瑱C(jī)自動(dòng)系統(tǒng)控制因其體積小且可以方便地通過(guò)改變軟件程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種外部組件的控制而得到廣泛的應(yīng)用，傳統(tǒng)的人工換檔是由駕駛員操縱檔位，加檔或減檔都由人工操作，是最直接和最有效的換檔調(diào)速方法，經(jīng)常性的換檔容易使人疲憊，這是對(duì)交通運(yùn)輸?shù)臉O大挑戰(zhàn)，考慮到駕駛員長(zhǎng)時(shí)間工作的狀態(tài)，機(jī)車的人工換檔在發(fā)展上逐漸被自動(dòng)化的換檔技術(shù)取代，上個(gè)世紀(jì)，自動(dòng)化運(yùn)行系統(tǒng)的技術(shù)在強(qiáng)烈的市場(chǎng)需求下得到很好的發(fā)展，尤其在自動(dòng)化方面，例如自動(dòng)駕駛、自動(dòng)換檔變速等各個(gè)方面的技術(shù)都是時(shí)代的技術(shù)潮流，自動(dòng)化技術(shù)是人們長(zhǎng)期追求而產(chǎn)生的時(shí)代新興技術(shù)。自動(dòng)換檔技術(shù)既可以減少司機(jī)經(jīng)常換檔的勞動(dòng)強(qiáng)度，又可以使機(jī)車大部分時(shí)間運(yùn)行在比較合理的檔位，這對(duì)節(jié)省油料和保護(hù)環(huán)境都有比較好的效果。自70年代單片機(jī)產(chǎn)生以來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家單片機(jī)運(yùn)用在控制系統(tǒng)方面逐漸成為潮流之一，其具有集成度高和可再編程的性能也成為機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)最佳選擇方案之一?？v觀單片機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展的情況，其作為微機(jī)發(fā)展中的一個(gè)重要分支,其產(chǎn)值和在各應(yīng)用領(lǐng)域的重要性是不容忽視的。特別是在軍事工業(yè)、航空、航天、宇航和家電、汽車電子、通信、交通、智能儀表以及智能卡等領(lǐng)域都具有急待開(kāi)發(fā)應(yīng)用的市場(chǎng)。單片機(jī)對(duì)我國(guó)更具特殊意義，我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家,資金不足,應(yīng)用領(lǐng)域及規(guī)模又較大，因此單片機(jī)技術(shù)對(duì)提高各應(yīng)用領(lǐng)域中的技術(shù)檔次,可以做到少花錢(qián)、效果好。我國(guó)的汽車電子、通信產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)已開(kāi)始啟動(dòng),其他應(yīng)用領(lǐng)域也在開(kāi)拓如智能儀表、智能卡、交通、商業(yè)電子。目前我國(guó)人均占有單片機(jī)的數(shù)量不足1片,與發(fā)達(dá)國(guó)家相差幾十倍。因此,我國(guó)是一個(gè)極大的潛在的技術(shù)市場(chǎng)。相信在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),配以合適的標(biāo)準(zhǔn)軟件,一周內(nèi)開(kāi)發(fā)一個(gè)新產(chǎn)品的時(shí)間即將到來(lái)。1系統(tǒng)工作原理分析機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)的硬件部分由前端輸入電路、單片機(jī)電路和輸出放大電路組成。其中前端放大電路的功能是把機(jī)車的速度和柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速兩個(gè)速度參數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并進(jìn)行比較，然后把結(jié)果輸入到單片機(jī)電路。單片機(jī)電路的作用是根據(jù)比較的結(jié)果輸出正確的控制指令來(lái)使執(zhí)行元件動(dòng)作換檔，同時(shí)顯示現(xiàn)時(shí)機(jī)車的運(yùn)行狀態(tài)。輸出放大電路的作用是把單片機(jī)電路輸出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，以使其能夠驅(qū)動(dòng)換檔執(zhí)行組件。本自動(dòng)換檔系統(tǒng)共有兩個(gè)速度參數(shù)值需要測(cè)量，分別是機(jī)車速度和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，輸入單片機(jī)信號(hào)是又這兩個(gè)被測(cè)量到的速度進(jìn)行比較而得到的輸出信號(hào)。11速度采集及處理速度信號(hào)采集在車輪轉(zhuǎn)軸上裝上磁體，在靠近磁體的位置上裝上霍爾開(kāi)關(guān)電路，如圖11所示,車輪轉(zhuǎn)軸有安裝三個(gè)獨(dú)立磁體，霍爾電路通電后，當(dāng)轉(zhuǎn)輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，霍爾速度傳感器經(jīng)過(guò)三個(gè)磁場(chǎng)的切割，同時(shí)輸出三個(gè)脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)頻率的大小和車輪轉(zhuǎn)軸的速度成正比。圖11霍爾速度傳感器工作原理上圖中霍爾速度傳感器中采集到的速度信號(hào)以脈沖形式輸出，由于輸出的脈沖是不規(guī)則的脈沖，在進(jìn)行下一步處理之前需要進(jìn)行脈沖的整形，該部分可由削波器、門(mén)電路、單穩(wěn)態(tài)電路、雙穩(wěn)態(tài)電路、施密特觸發(fā)器等電路實(shí)現(xiàn)脈沖整形的功能，其整形過(guò)程如圖12所示。經(jīng)過(guò)脈沖整形之后，脈沖要轉(zhuǎn)換成電壓，再輸入到比較電路中進(jìn)行比較，頻率電壓轉(zhuǎn)換可根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的芯片設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)換電壓以68V輸出。由于上述電路中采集的有兩種速度信號(hào)，即機(jī)車速度和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)比較后的輸出才是單片機(jī)主電路需要的換檔信號(hào)。圖12脈沖整形前后過(guò)程圖以上整個(gè)信號(hào)從采集到比較的過(guò)程電路可稱為基于單片機(jī)機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)的前端電路。從整個(gè)過(guò)程來(lái)看，前端輸入電路主要由速度傳感器信號(hào)采集電路、脈沖整形電路、頻率電壓轉(zhuǎn)換電路、施密特電壓比較電路組成，前端電路中信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后輸出一個(gè)控制信號(hào)，該信號(hào)放大后控制機(jī)車換檔的組件，在系統(tǒng)中還設(shè)計(jì)有一個(gè)顯示管，通過(guò)該顯示管可以觀察機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)還擴(kuò)展一個(gè)報(bào)警器，在機(jī)車換檔時(shí)可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警，整個(gè)系統(tǒng)的原理框圖如圖13所示。機(jī)車速度柴油機(jī)轉(zhuǎn)速霍爾速度傳感器脈沖整形電路施密特電壓比較電路頻率電壓轉(zhuǎn)換電路霍爾速度傳感器脈沖整形電路頻率電壓轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)顯示器報(bào)警器機(jī)車換檔控制模塊（電磁繼電器組件）圖13機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)原理框圖12輸出控制換檔的原理在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，單片機(jī)主電路輸出信號(hào)去控制機(jī)車換檔涉及低電壓電路去控制高電壓電路，在這里可以選用電磁繼電器元件以達(dá)到該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。電磁繼電器內(nèi)部有一個(gè)線圈，在線圈中通入電流時(shí)，在它周圍就產(chǎn)生磁場(chǎng)，也就是說(shuō)，它變成了一個(gè)電磁鐵，在它的磁極處，有一個(gè)軟鐵做的銜鐵，作為動(dòng)觸點(diǎn)，當(dāng)通電時(shí)，街鐵被吸引過(guò)來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)與靜觸點(diǎn)的斷開(kāi)或閉合，從而可以控制電路的通斷，它實(shí)質(zhì)就是一個(gè)能自動(dòng)控制的開(kāi)關(guān)?？梢詫?shí)現(xiàn)低電壓弱電流控制高電壓強(qiáng)電流，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制及自動(dòng)控制等，電磁繼電器及工作原理如圖14所示。圖14電磁繼電器工作原理圖2系統(tǒng)構(gòu)成方案選擇21電路類型方案的選擇在基于單片機(jī)機(jī)車自動(dòng)換檔的系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)性、低功耗性是主要的特點(diǎn)，這就要求芯片時(shí)要考慮到這兩個(gè)方面，需要時(shí)還要考慮到各種芯片的兼容性，以下是對(duì)個(gè)系統(tǒng)電路中考慮到實(shí)時(shí)性、低功耗性的不同設(shè)計(jì)方案。211實(shí)時(shí)型電路方案完全采用TTL數(shù)字集成芯片，該類型的芯片特點(diǎn)是傳輸延遲時(shí)間短510NS，功耗大。TTL電平輸出高電平大于24V,輸出低電平小于04V。在室溫下,一般輸出高電平是35V,輸出低電平是02V。最小輸入高電平大于或等于20V,最小輸入低電平小于或等于08V,噪聲容限是04V，對(duì)于只考慮實(shí)時(shí)性或者實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的設(shè)計(jì)方案可以采用該方案。212節(jié)能型電路方案完全采用CMOS芯片，COMS電路的速度慢，傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)2550NS,但功耗低，COMS電路本身的功耗與輸入信號(hào)的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正常現(xiàn)象。在該方案中，傳輸延時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)，但對(duì)于機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)的換檔動(dòng)作的宏觀性而言CMOS芯片的延時(shí)時(shí)間對(duì)其影響不大，故可采用CMOS芯片組成的電路方案。22主控制單元方案的選擇隨著集成芯片工藝和功能水平的不斷提高，市場(chǎng)上出現(xiàn)了多種功能強(qiáng)且價(jià)格適合的各種芯片，這需要我們根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)選擇比較適合的芯片。由于單片機(jī)性能優(yōu)越,具有較佳的性能價(jià)格比,所以單片機(jī)在工業(yè)過(guò)程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。因此，我們選用單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的控制核心。目前我國(guó)應(yīng)用最多的一種單片機(jī)系列是美國(guó)INTEL公司的8位高檔單片機(jī)MCS51系列，8051引腳圖如圖21所示，這個(gè)系列里機(jī)型多種，性能特點(diǎn)不錯(cuò)，加上我們學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程是該類型的單片機(jī)，應(yīng)用相對(duì)順手。因而，本設(shè)計(jì)還是選用51系列單片機(jī)采用軟件控制的方法實(shí)現(xiàn)核心處理。因?yàn)镸CS51系列單片機(jī)型號(hào)比較多應(yīng)該要作出合理的選擇，下面對(duì)幾種常用型號(hào)進(jìn)行比較。圖218051引腳圖2218031、8051、87518031/8051/8751是INTEL公司早期的產(chǎn)品，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，同有8位的CPU，128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，21個(gè)字節(jié)專用寄存器，4個(gè)8位并行I/O口，1個(gè)全雙工串行I/O口，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源。不同的是8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲(chǔ)器多為EPROM的2764系列。用戶若想對(duì)寫(xiě)入到EPROM中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫(xiě)入。寫(xiě)入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒(méi)有什么保密性可言。8051片內(nèi)有4KROM，無(wú)須外接外存儲(chǔ)器和373，更能體現(xiàn)“單片”的簡(jiǎn)練。但是你編的程序你無(wú)法燒寫(xiě)到其ROM中，只有將程序交芯片廠代你燒寫(xiě)，并是一次性的，今后你和芯片廠都不能改寫(xiě)其內(nèi)容。8751與8051基本一樣，但8751片內(nèi)有4K的EPROM，用戶可以將自己編寫(xiě)的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的EPROM中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用，EPROM的改寫(xiě)同樣需要用紫外線燈照射一定時(shí)間擦除后再燒寫(xiě)。222AT89C51、AT89S51AT89C51是ATMEL公司推出的一種帶4K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器FLASHROM的低電壓、高性能CMOS8位微控制器。器件使用ATMEL公司高密度、非易失性技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)的MSC51指令系統(tǒng)和8051引腳兼容。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。與8051相比其最大的特點(diǎn)是4KB可編程FLASH存儲(chǔ)器，可進(jìn)行1000次擦寫(xiě)；全靜態(tài)時(shí)鐘024MZH；三級(jí)程序加密；低功耗支持IDLE（空閑）工作模式和POWERDOWN（斷電）工作模式。AT89S51是2003年ATMEL推出的新型品種，除了完全兼容8051外，還多了ISP編程和看門(mén)狗功能。223AT89C1051、AT89C2051AT89C1051是一種帶1K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器FLASHROM的低電壓、高性能CMOS8位微控制器，該器件采用ATMEL高密度、非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51的指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C1051是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一種靈活性高且價(jià)廉的解決方案。AT89C1051有以下特點(diǎn)1K字節(jié)EPROM、64字節(jié)RAM、15根I/O線、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、5個(gè)向量二級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)全雙向的串行口、并且內(nèi)含精密模擬比較器和片內(nèi)振蕩器，具有425V至55V的電壓工作范圍和12ZMH/24工作頻率，同時(shí)還具有加密陣列的二級(jí)程序存儲(chǔ)器加鎖、掉電和時(shí)鐘電路等。此外，AT89C1051還支持二種軟件可選的電源節(jié)電方式。空閑時(shí)，CPU停止，而讓RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。AT89C2051結(jié)構(gòu)與可實(shí)現(xiàn)的功能跟AT89C1051基本一樣，只是閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器FLASHROM升級(jí)到2K，還有內(nèi)部RAM為128字節(jié)。由上可知，8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，8051與8751在程序燒寫(xiě)上很不方便而且8051的ROM只能用一次，使用它們很不方便。而AT89C51和AT89S51不但和8051指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲(chǔ)器是FLASH工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫(xiě)，寫(xiě)入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。這種單片機(jī)對(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)備的要求很低，開(kāi)發(fā)時(shí)間也大大縮短。何況，AT89C51、AT89S51目前的售價(jià)比8031還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。顯然可見(jiàn)，AT89C51和AT89S51更實(shí)用。為了盡可能的應(yīng)用硬件資源，所以選用AT89C51或AT89S51一片，作為主控制器，實(shí)現(xiàn)速度檢測(cè)與顯示、輸出控制功能；目前AT89C51和AT89S51價(jià)格相當(dāng)，固選用功能更好的AT89C51；因?yàn)樵陂L(zhǎng)春的電子城中AT89C2051容易購(gòu)買(mǎi)，所以選用了AT89C2051其引腳如圖22示。圖22AT89C2051引腳圖23顯示管連接方式的選擇在本系統(tǒng)中還附加了一個(gè)數(shù)碼顯示管，它可顯示機(jī)車所處的檔位以及正在運(yùn)行的程序段，從而使駕駛員和技術(shù)維修人員了解機(jī)車的狀態(tài)。數(shù)碼管有共陰共陽(yáng)接法，只是在設(shè)計(jì)中選用共陰或共陽(yáng)都是一樣的只是個(gè)人喜歡問(wèn)題，共陰共陽(yáng)如圖23所示。本設(shè)計(jì)選用了一位共陰數(shù)碼管，在數(shù)碼管顯示器與單片機(jī)的連接的方式中有譯碼驅(qū)動(dòng)連接和直接種兩種連接方式，在直接連接的方式中，各位數(shù)碼管的一個(gè)端需要與一個(gè)單片機(jī)I/O引腳連接，該連接至少需要7個(gè)I/O端口，但是這種顯示相當(dāng)?shù)恼加孟到y(tǒng)資源。圖23LED的共陰、共陽(yáng)接法在系統(tǒng)資源較少的情況下，往往在與單片機(jī)的連接之間加有譯碼和驅(qū)動(dòng)功能甚至有鎖存功能的譯碼驅(qū)動(dòng)芯片，這種連接就叫譯碼驅(qū)動(dòng)，在數(shù)碼管和單片機(jī)之間加的驅(qū)動(dòng)芯片有很多，功能和原理也相應(yīng)的不同，如常用到的驅(qū)動(dòng)芯片CD4511、CH451、MAX7219等等，這種連接方式和直接連接方式相比就是節(jié)約端口資源，由于在主控制芯片選擇的單片機(jī)芯片是20引腳的芯片，譯碼驅(qū)動(dòng)連接方式是最好的選擇。24總方案的確定經(jīng)過(guò)上述文字對(duì)換檔系統(tǒng)部分的討論選擇以及根據(jù)功能實(shí)現(xiàn)、價(jià)格、市場(chǎng)以及各種其他情況確定芯片型號(hào)后，我們所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方案可以初步確定，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖24所示。圖24單片機(jī)換檔系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)簡(jiǎn)單原理為CS3020檢測(cè)機(jī)車運(yùn)行速度和柴油機(jī)速度以脈沖形式輸出信號(hào)經(jīng)整形后輸入到頻率/電壓轉(zhuǎn)換芯片LM331中轉(zhuǎn)換成電壓，輸出68伏電壓信號(hào)，再輸入到比較電路中比較，其比較原理在文后硬件系統(tǒng)論述中作介紹，把兩個(gè)速度比較后的1和0信號(hào)傳送到AT89C2051進(jìn)行處理，以此信號(hào)作程序處理輸出換檔控制信號(hào)，同時(shí)讓LED顯示換檔狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)的電源由外接雙路穩(wěn)壓電源（5V、12V）提供。3主要器件的介紹31LM331芯片的介紹LM331是美國(guó)NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間積分器及其他相關(guān)器件。LM331采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到40V電源電壓下都有極高的精度。LM331的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá)100DB；線性度好，最大非線性失真小于001，工作頻率低到01時(shí)尚有較AT89C2051CS3020速度輸入脈沖整形LM331比較電路LED顯示控制輸出CD4511好的線性；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá)12位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成V/F或F/V等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。LM331為雙列直插式8引腳芯片，內(nèi)部電路組成如圖31所示。由輸入比較器、定時(shí)比較器、RS觸發(fā)器、輸出驅(qū)動(dòng)管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開(kāi)關(guān)、輸出保護(hù)管等部分組成。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開(kāi)路形式，因而可以通過(guò)選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。LM331可采用雙電源或單電源供電，可工作在4040V之間，輸出可高達(dá)40V，而且可以防止CV短路。圖31LM331內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖311LM331的性能特點(diǎn)及引腳功能。LM331的性能特點(diǎn)如下最大線性度為001最佳溫度穩(wěn)定性；最大值為50PPM/；小功耗，5V下的典型值為15MW；電源范圍寬4040V，并且有電源短路保護(hù)功能；寬的動(dòng)態(tài)范圍10ZKH滿量程頻率下的最小值為100DB；量程范圍1100。LM331芯片的引腳圖如下圖32，其管腳描述見(jiàn)表31。圖32LM331引腳圖表31L298管腳描述管腳號(hào)名稱I/O功能1CUROO電流輸出2REFCUO參考電流3OTO頻率輸出4GND_地5R/CI定時(shí)比較輸入6THI比較器反向輸入端7OM1I比較器同向輸入端8SV_電源RI（PIN1）為電流源輸出端，在0F（PIN3）輸出邏輯低電平時(shí)，電流源RI輸出對(duì)電容LC充電。引腳2（PIN2）為增益調(diào)整，改變SR的值可調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換增益的大小0F（PIN3）為頻率輸出端，為邏輯低電平，脈沖寬度由T和TC決定。引腳4（PIN4）為電源地。引腳5（PIN5）為定時(shí)比較器正相輸入端。引腳6（PIN6）為輸入比較器反相輸入端。引腳7（PIN7）為輸入比較器正相輸入端。引腳8（PIN8）為電源正端。312LM331的運(yùn)行參數(shù)LM331的極限參數(shù)（超此極限有可能導(dǎo)致?lián)p壞）表如表32，電參數(shù)表如表33表32LM331極限參數(shù)項(xiàng)目參數(shù)值單位電源電壓40V輸出短路電流至GND連續(xù)輸出短路電流至CV連續(xù)輸出電壓02VSVV工作溫度范圍070功耗（25125W焊接溫度（點(diǎn)焊，10秒）260表33LM331電參數(shù)一）參數(shù)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位電流源（第1腳）輸出電流14KRS0PINV116136156A電壓變化引起的變化00210N電流源關(guān)斷漏電流MAXT所有驅(qū)動(dòng)002100電流變化范圍100500A參考電壓（第2腳）參考電壓170189208VDC溫度穩(wěn)定性60PPM/時(shí)間定性1000消失01選擇輸出（第3腳）MAI5VSATV23兩個(gè)TTL負(fù)載MAXINTV關(guān)斷漏電流00510A電源電流V5S153060M電源電流40204080ATA25,除其他特殊說(shuō)明外32CS3020霍爾元件的介紹CS3020是CS系列霍爾傳感器中比較常用的一員，它的由電壓調(diào)整器，霍爾電壓發(fā)生器，差分放大電路，史密特觸發(fā)器及集電極開(kāi)路的輸出級(jí)組成發(fā)磁敏傳感電路，其輸入為磁感應(yīng)強(qiáng)度，輸出為電壓。321CS3020的特征及應(yīng)用（1）特征CS3020工作頻率寬（100KZH），開(kāi)關(guān)速度快，沒(méi)瞬間抖動(dòng)，電源電壓范圍寬，能直接和晶體管及TTL、MOS等邏輯電路接口，并且還有壽命長(zhǎng)，體積小，方便安裝等優(yōu)點(diǎn)。（2）應(yīng)用CS3020典型應(yīng)用于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)、位置控制、轉(zhuǎn)速測(cè)量、隔離檢測(cè)、無(wú)刷電機(jī)等方面。322CS3020的引腳說(shuō)明CS3020只有三個(gè)引腳，1腳接電源，2腳接地，3腳接輸出，安裝簡(jiǎn)單方便易用。其功能框圖如圖33。圖33CS3020的功能框圖323CS3020的電特性和磁特性CS3020的磁特性見(jiàn)表34，電特性見(jiàn)表35。表34CS3020的磁特性參數(shù)符號(hào)最小值典型值最大值單位工作點(diǎn)BOP2235MT釋放點(diǎn)BRP5165MT回差BTRYS2MT表35CS3020的電特性參數(shù)符號(hào)測(cè)試條件最小典型最大單位電源電壓CV4524V輸出高電平電流OHOUTI20MA,BBOP0110UA輸出低電平電壓OLVT24V,BBRP200400MV電源電流CIC輸出開(kāi)路8MA輸出上升時(shí)間TR012US輸出下降時(shí)間FRL820CL20PF018US4系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)機(jī)的車自動(dòng)換檔系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)原理概圖在論文第二章圖24中也作過(guò)表述。整機(jī)電路原理圖見(jiàn)附錄1部分。本章將對(duì)系統(tǒng)硬件的各個(gè)部分作具體分析。41電源設(shè)計(jì)部分本設(shè)計(jì)中控制部分的邏輯元件需要5V的直流電，而我們實(shí)驗(yàn)用的小型直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓為12V。這樣我們就需要兩個(gè)直流電源。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們采用雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源又分成線性直流穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)型直流穩(wěn)壓電源，因?yàn)榫€性直流穩(wěn)壓電源電路成熟，穩(wěn)定度高，文波小，干擾小而且有很多成熟是集成元件可選擇，電路十分簡(jiǎn)單。所以我們?cè)诒驹O(shè)計(jì)中應(yīng)用雙路輸出的直流穩(wěn)壓電源如下圖41。圖41雙路輸出的線形直流穩(wěn)壓電源由上圖可見(jiàn)，這個(gè)雙路輸出的線形直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，只用了一個(gè)220V變12V的變壓器，一個(gè)整流橋，兩塊穩(wěn)壓集成電路（7812和7805）和四個(gè)電容。圖中1C是一個(gè)大容量的電解電容，起到低頻濾波的作用。由于1C本身的電解比大，對(duì)高頻交流成分的濾波效果比較差，所以為了改善濾波電路的高頻抑制特性，在1C傍邊并聯(lián)一個(gè)高頻濾波性能良好的小電容2C。而直流穩(wěn)壓電路輸出端的電容3和4是用作改善穩(wěn)壓電源電路的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)特性。42速度信號(hào)的前端處理部分在上述文章中我們已經(jīng)闡述到速度信號(hào)的前端處理部分從信號(hào)采集到信號(hào)比較的整個(gè)過(guò)程，這小結(jié)我們將詳細(xì)說(shuō)明各個(gè)小部分的電路組成。421速度的采集部分速度采集部分選擇了霍爾速度傳感器CS3020，電路接法如下圖42，傳感器電源電壓接5V，在輸出端和電源之間接一個(gè)1K的電阻，在11小結(jié)中也講述了其在機(jī)車速度檢測(cè)應(yīng)用的原理，當(dāng)機(jī)車轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)速度傳感器輸出三個(gè)脈沖波形，在機(jī)車車輪軸和柴油機(jī)轉(zhuǎn)軸上以同樣的方式安裝相同的傳感器。圖42CS3020電路接圖422脈沖整形的電路該電路的作用是將霍爾速度傳感器輸出的不規(guī)則的脈沖信號(hào)整形為規(guī)則的脈沖信號(hào)如圖43所示，電路選擇兩級(jí)CMOS反相器組成的回差電壓可調(diào)的施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)脈沖整形功能。圖43兩級(jí)CMOS反相器組成的脈沖整形423頻率電壓轉(zhuǎn)換的電路由LM331構(gòu)成的頻率電壓轉(zhuǎn)換電路如圖44所示，輸入脈沖IF經(jīng)1R、C組成的微分電路加到輸入比較器的反相輸入端。輸入比較器的同相輸入端經(jīng)電阻、0分壓而加有約CV/3的直流電壓，反相輸入端經(jīng)電阻9R加有CV的直流電壓。當(dāng)輸入脈沖的下降沿到來(lái)時(shí)，經(jīng)微分電路9R、4C產(chǎn)生一負(fù)尖脈沖疊加到反相輸入端的上，當(dāng)負(fù)向尖脈沖大于/3時(shí)，輸入比較器輸出高電平使觸發(fā)器置位，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)打向右邊，電流源RI對(duì)電容CL充電，同時(shí)因復(fù)零晶體管截止而使電源C通過(guò)電阻T對(duì)電容T充電。當(dāng)電容LC兩端電壓達(dá)到2CV/3時(shí)，定時(shí)比較器輸出高電平使觸發(fā)器復(fù)位，此時(shí)電流開(kāi)關(guān)打向左邊，電容通過(guò)電阻LR放電，同時(shí)，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，定時(shí)電容T迅速放電，完成一次充放電過(guò)程。此后，每當(dāng)輸入脈沖的下降沿到來(lái)時(shí)，電路重復(fù)上述的工作過(guò)程。從前面的分析可知，電容L的充電時(shí)間由定時(shí)電路T、C決定，充電電流的大小由電流源RI決定，輸入脈沖的頻率越高，電容L上積累的電荷就越多輸出電壓電容LC兩端的電壓就越高，實(shí)現(xiàn)了頻率電壓的變換。按照前面推導(dǎo)V/F表達(dá)式的方法，可得到輸出電壓OV與IF的關(guān)系為SITRCV/F092圖44LM331F/V電路圖電容4C的選擇不宜太小，要保證輸入脈沖經(jīng)微分后有足夠的幅度來(lái)觸發(fā)輸入比較器，但電容小些有利于提高轉(zhuǎn)換電路的抗干擾能力。電阻LR和電容LC組成低通濾波器。電容L大些，輸出電壓OV的紋波會(huì)小些，電容C小些，當(dāng)輸入脈沖頻率變化時(shí)，輸出響應(yīng)會(huì)快些。這些因素在實(shí)際運(yùn)用時(shí)要綜合考慮圖45ALM331簡(jiǎn)單F/V轉(zhuǎn)換電路45BLM33B高精度F/V轉(zhuǎn)換電路圖45A是一個(gè)簡(jiǎn)單電路，輸出電流經(jīng)10KRL和UFCL的濾波器后，波動(dòng)峰值將低于10MV，但響應(yīng)比較慢，例如一個(gè)01秒的時(shí)間常數(shù)，所對(duì)應(yīng)的建立時(shí)間是07秒（達(dá)到01的精度）。圖45B是一個(gè)高精度F/V轉(zhuǎn)換電路，其中運(yùn)放起輸入緩沖和濾波的作用。這種電路波動(dòng)峰值將低于5MV,響應(yīng)時(shí)間相對(duì)較快，但輸入頻率低于200ZH時(shí)，此電路的波動(dòng)要比圖A大，一般需要對(duì)濾波時(shí)間常數(shù)既要滿足快速響應(yīng)，又要滿足足夠小的波動(dòng)的要求。424電壓比較的電路在上一小結(jié)中講述到了通過(guò)比較機(jī)車速度和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速可以確定機(jī)車是否需要進(jìn)行換檔，當(dāng)機(jī)車的速度低于柴油機(jī)的速度時(shí)，機(jī)車運(yùn)行在1檔，當(dāng)機(jī)車速度大于柴油機(jī)速度時(shí)，機(jī)車換檔到2檔。比較代表兩個(gè)速度的電壓是由施密特電壓比較電路完成的，它不但可以比較兩個(gè)電壓信號(hào)，還可以在2檔到1檔的轉(zhuǎn)換生一個(gè)施密特回滯。圖46電壓比較電路圖46所示是將機(jī)車速度和柴油機(jī)速度電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成換檔信號(hào)的具體電路。圖中，0U和1分別是代表機(jī)車速度和柴油機(jī)速度的電壓信號(hào)。兩個(gè)運(yùn)算放大器1F和2都接成電壓比較器的形式。兩個(gè)輸出端分別輸入一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的S和R端，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)光電隔離器件的處理即可變成換檔信號(hào)。在圖2中，1的兩個(gè)輸入電壓和2的反相端輸入電壓都直接接0U或1。而2F同相輸入端則由和3對(duì)UB分壓后輸入，由于2R為560，而3為10K，實(shí)際的輸入電壓為0951U。通常機(jī)車的初始檔位都是1檔，隨著機(jī)車速度逐漸增加，當(dāng)其速度大于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速（即0）時(shí)，輸出高電平并F加入到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的S端，對(duì)于2，由1095，可得1，所以F2輸出低電平到單穩(wěn)觸發(fā)器的R端。這樣，觸發(fā)器將輸出高電平，以控制電路輸出換2檔信號(hào)，從而使后面的單片機(jī)電路進(jìn)行換檔。當(dāng)機(jī)車速度下降到小于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，即10U，但1095時(shí)，1F輸出低電平，但由于此時(shí)2F的同相輸入端11U950，2F的輸出端仍然為低電平，這樣，由于單穩(wěn)觸發(fā)器的S和R端都輸入低電平，所以它的輸出端仍維持原來(lái)的狀態(tài)而不輸出換檔信號(hào)。當(dāng)10U95時(shí)，2的輸出端轉(zhuǎn)換為高電平，此時(shí)單穩(wěn)觸發(fā)器的輸入端S端為低電平而R端為高電平，從而使觸發(fā)器的輸出為低電平，以為機(jī)車提供從2檔到1檔的換檔信號(hào)。由上面所述的電路工作過(guò)程可以看出從1檔到2檔時(shí)，機(jī)車一旦速度到達(dá)換檔點(diǎn)，則馬上換檔的，而從2檔到1檔時(shí)，是機(jī)車到達(dá)換檔點(diǎn)速度的95時(shí)才進(jìn)行換檔。這個(gè)延遲時(shí)間可以避免機(jī)車可能由于振動(dòng)或其他因素引起的頻繁換檔及不穩(wěn)定。該電路工作時(shí)，比較后的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)光電耦合器4N26輸入到單片機(jī)23P口和反向后輸入到的3P口作為外中斷源，使用光電耦合器的目的是避免從前端電路傳過(guò)來(lái)干擾信號(hào),當(dāng)輸入端口輸入高電平時(shí)，發(fā)光二極管截止即不發(fā)光，耦合三極管也相應(yīng)的截止，P32口被下拉電阻下拉為低電平，P33輸出為高電平，當(dāng)輸入信號(hào)為低電平時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光，三極管導(dǎo)通，P32輸出高電平，P33輸出為低電平，如圖47所示。圖47信號(hào)輸入隔離電路43信號(hào)驅(qū)動(dòng)電磁閥部分經(jīng)單片機(jī)處理前端輸入的信號(hào)后輸出有效的控制信號(hào)以控制電磁繼電器組件，控制信號(hào)必須經(jīng)過(guò)輸出放大電路放大后才能使控制組件動(dòng)作，輸出放大電路主要由一些功率放大開(kāi)關(guān)管組成?？刂菩盘?hào)可選擇多端口輸出，在這里選擇3個(gè)I/O口輸出并接到3輸入或非門(mén)。選擇多個(gè)端口輸出的目的是降低1個(gè)端口輸出時(shí)受到的電磁等干擾導(dǎo)致控制組件誤執(zhí)行的幾率，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后控制電磁繼電器，電磁繼電器的2端是常閉觸點(diǎn)，3端是常開(kāi)觸點(diǎn)，當(dāng)單片機(jī)輸出使得,三極管導(dǎo)通，電磁繼電器線圈通流，動(dòng)態(tài)觸點(diǎn)簧片由常閉觸點(diǎn)吸合至常開(kāi)觸點(diǎn)3端；當(dāng)其中輸出為1時(shí)，三極管基級(jí)為0，電磁繼電器斷開(kāi)，機(jī)車從1檔換到2檔時(shí)電磁繼電器和單片機(jī)接口電路圖如圖48A。機(jī)車從2檔換至1檔時(shí)電磁繼電器和單片機(jī)接口電路圖如圖48B。圖48A1檔換2檔時(shí)電磁繼電器的輸出控制電路圖圖48B2檔換1時(shí)電磁繼電器的輸出控制電路圖44顯示部分本設(shè)計(jì)附加了對(duì)機(jī)車自動(dòng)換檔狀態(tài)的顯示功能。下面我們分別分析顯示部分的硬件連接。其原理圖如圖49所示。圖49數(shù)碼顯示管與單片機(jī)接口的硬件圖在顯示部分該電路選擇了具有鎖存、譯碼、驅(qū)動(dòng)功能的CD4511作為鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)電路,筆端測(cè)試輸入LT及消隱輸入接高電平無(wú)效。上圖可以看到，單片機(jī)10P、12、和13P作為BCD碼的輸出口,分別接CD4511的A、B、C和D，14作為CD4511鎖存信號(hào)輸出口,當(dāng)4為低電平時(shí)譯碼輸出由ABCD輸出端編碼決定,當(dāng)LE由低電平變到高電平時(shí),鎖存了輸入端ABCD的狀態(tài),譯碼輸出也相應(yīng)的保持不變,即CD4511為上升沿鎖存。45報(bào)警電路報(bào)警電路在電路中起著操作提示和警告等作用，在基于單片機(jī)機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)中利用報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)的功能有系統(tǒng)啟動(dòng)長(zhǎng)鳴，機(jī)車換檔提示。報(bào)警電路如圖410所示。圖410報(bào)警電路5系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的單片機(jī)控制程序采用51匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，在編寫(xiě)的過(guò)程中，盡量向結(jié)構(gòu)化、模塊化的方向編寫(xiě)，整個(gè)程序的清單見(jiàn)附錄3。本章將對(duì)該基于單片機(jī)機(jī)車自動(dòng)換檔的程序做具體分析。首先分析程序的流程，分析程序流程可根據(jù)圖46中信號(hào)變化畫(huà)一個(gè)直觀的變化表，并設(shè)置相應(yīng)標(biāo)志位的變化如表51。表51換檔信號(hào)變化的狀態(tài)表SIG狀態(tài)P32（INT0P33INT1檔位狀態(tài)設(shè)置20H位設(shè)置21H位0101001210210151主程序主程序流程圖如圖51開(kāi)始初始化INT0INT1為下降沿觸發(fā)查詢方式長(zhǎng)鳴中斷查詢調(diào)用顯示子程序調(diào)用換檔子程序調(diào)用報(bào)警子程序結(jié)束51主程序流程圖如圖如上圖顯示，本設(shè)計(jì)的主程序設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。程序首先是對(duì)外部中斷INT0和INT1進(jìn)行初始化，使兩個(gè)外部中斷都采用下降沿觸發(fā)，同時(shí)采用查詢方式。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)鳴提示機(jī)車進(jìn)入自動(dòng)換檔模式，查詢中斷有效位以設(shè)置標(biāo)志位，利用該標(biāo)志位貫穿被調(diào)用的顯示子程序，換檔子程序和報(bào)警子程序，返回后繼續(xù)跳至中斷查詢處，如此循環(huán)。52顯示子程序本設(shè)計(jì)用了1位共陽(yáng)數(shù)碼管和七段譯碼器CD4511作為顯示電路外圍器件，其詳細(xì)的硬件論述請(qǐng)看第四章的LED顯示的硬件電路部分。這樣要與硬件電路匹配就要求軟件的輸出必須要是BCD碼，。圖52是顯示子程序的流程圖。在LED的硬件圖中可以看到，單片機(jī)的P10P13口作為顯示部分的數(shù)據(jù)輸出口與P37作為控制輸出口。20H和21H是主程序中根據(jù)中斷標(biāo)志位設(shè)置的兩個(gè)標(biāo)志位，如果20H為1表示換檔系統(tǒng)要從1檔換至2檔，在顯示的數(shù)碼管中顯示2；21H為1表示換檔系統(tǒng)從2檔換至1檔，在數(shù)碼顯示管中顯示1，在流程圖的顯示部分中，程序先把個(gè)位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的BCD碼送到P1口的低四位，在對(duì)P37置0選通使CD4511譯碼有效，這樣數(shù)碼管就顯示數(shù)據(jù)了，再延時(shí)一段時(shí)間后把P37置位鎖存顯示的數(shù)據(jù)。11DISPLAY顯示2顯示1查詢20H查詢21H返回00圖52顯示子程序的流程圖53換檔子程序在換檔子程序中，同樣用到了根據(jù)INT0和INT1的兩個(gè)中斷有效位設(shè)置的兩個(gè)標(biāo)志位20H、21H,檢測(cè)到20H為1就使1檔換2檔的電磁閥通電，檢測(cè)到21H為1就使2檔換1檔的電磁閥通電，通電一段時(shí)間后斷開(kāi)，程序流程圖如圖53圖53換檔子程序流程圖54報(bào)警子程序和顯示子程序以及換檔子程序一樣，報(bào)警子程序同樣檢測(cè)標(biāo)志位20H和21H位，當(dāng)檢測(cè)到其中一個(gè)為1時(shí)，就報(bào)警提示，報(bào)警是置位P35使報(bào)警器鳴聲，可延時(shí)不同的時(shí)間以使報(bào)警聲響不同,如圖54在程序最后需要清除兩個(gè)標(biāo)志位，以免返回后重判其有效導(dǎo)致誤操作。1001BB查詢20H查詢21H返回報(bào)警清除20H21HSHIFT查詢20H查詢21H返回1010P300P310P340P140P150P160圖54報(bào)警子程序總結(jié)本機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)主要是由幾個(gè)獨(dú)立功能的電路組成，線路向度復(fù)雜而程序相對(duì)簡(jiǎn)單。主要的芯片有單片機(jī)AT89C2051，譯碼驅(qū)動(dòng)器CD4511，7段數(shù)碼管，頻壓轉(zhuǎn)換芯片LM331，霍爾傳感器CS3020，3輸入或非門(mén)，電磁繼電器，報(bào)警器等。設(shè)計(jì)的核心技術(shù)在于用軟件處理經(jīng)過(guò)LM331比較后輸出的信號(hào)進(jìn)行換檔，并實(shí)時(shí)顯示換檔的狀態(tài)，同時(shí)報(bào)警提示。設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于頻率電壓轉(zhuǎn)換部分電路的設(shè)計(jì)和單片機(jī)處理比較后的信號(hào)兩部分。單片機(jī)用前端輸入的比較信號(hào)作為外部中斷源，在這里，由于機(jī)車自動(dòng)換檔組件是宏觀的硬件而執(zhí)行時(shí)間比較長(zhǎng)，是秒級(jí)以上，因而采用低電平觸發(fā)作為中斷源會(huì)導(dǎo)致重判誤判成下一次中斷，這會(huì)致使系統(tǒng)出現(xiàn)致命的錯(cuò)誤，因此采用下降沿觸發(fā)作為中斷源，這在這個(gè)系統(tǒng)對(duì)同一個(gè)信號(hào)作為兩個(gè)中斷源是再好不過(guò)的，因?yàn)閮蓚€(gè)中斷源是對(duì)立的，這兩個(gè)中斷源對(duì)前端信號(hào)的變化正好各自實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，在主程序中設(shè)置了兩個(gè)標(biāo)志位，這兩個(gè)標(biāo)志位是中斷時(shí)設(shè)置的并貫穿應(yīng)用于顯示子程序、換檔子程序、報(bào)警子程序，如果采用中斷，在程序中有可能斷點(diǎn)在三個(gè)程序中間，這樣會(huì)導(dǎo)致前面的子程序還沒(méi)執(zhí)行而標(biāo)志位也被清除，這里采用了中斷查詢方式，在三個(gè)子程序之前設(shè)置兩個(gè)標(biāo)志位，在三個(gè)子程序之后清除標(biāo)志位，這就解決了斷點(diǎn)位置無(wú)法確定導(dǎo)致程序的錯(cuò)誤。在設(shè)該計(jì)中，仍然有些問(wèn)題暫時(shí)無(wú)法解決，比如系統(tǒng)的抗干擾問(wèn)題，這需要在今后的實(shí)踐和學(xué)習(xí)中不斷改善。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，本人以完成了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)和總結(jié)，制作出了本系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)板。該實(shí)驗(yàn)板具有一定的實(shí)用性和可觀性了，可以用做相關(guān)理論教學(xué)的實(shí)驗(yàn)與顯示。經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到了開(kāi)發(fā)一個(gè)系統(tǒng)的艱辛，但也體會(huì)到實(shí)驗(yàn)和實(shí)物制作的樂(lè)趣。通過(guò)這次鍛煉，使我鞏固了所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)和提高了動(dòng)手能力。但是由于時(shí)間和個(gè)人水平的限制，所設(shè)計(jì)出來(lái)的系統(tǒng)并不完善，而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度還有待提高。希望以后學(xué)習(xí)中能在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出功能完善適合工業(yè)應(yīng)用的基于單片機(jī)的機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)。參考文獻(xiàn)1潘永雄新編單片機(jī)原理與應(yīng)用M西安電子科技大學(xué)出版社,20032閻石數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M,高等教育出版社,20063童詩(shī)白,華成英模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M,高等教育出版社,20054劉建清模擬電子技術(shù)M國(guó)防工業(yè)出版社,200715何立民MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M,北京航空航天大學(xué)出版社,19906林德杰等電氣測(cè)試技術(shù)M,北京機(jī)械工業(yè)出版社,19967紀(jì)宗南8031單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)M,北京航空航天大學(xué)出版社8雜志期刊電工技術(shù)J,科技部西南信息中心2003019馮建華,趙亮單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)M,人民郵電出版社,20041110李剛,林凌,姜葦51系列單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技巧M,北京航空航天大學(xué)出版社,2004111雜志期刊單片機(jī)與嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)J北京單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)雜志社2004112期12“ETESTTHENEWELECTRONIC“JTHE7TH2006致謝本論文是在我的導(dǎo)師張學(xué)敏老師的悉心指導(dǎo)下完成的，在此我衷心的感謝張老師，在她的精心指導(dǎo)和幫助下，我對(duì)單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)有了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，并完成了此次基于單片機(jī)的機(jī)車自動(dòng)換檔系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作。張老師對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)、細(xì)心的作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度給我留下了深刻的印象，并將使我終生受益。同時(shí)也要感謝陳停同學(xué)，龔偉清同學(xué)在技術(shù)上的交流和支持。附錄附錄一程序清單ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPINT0ORG0013HLJMPINT1ORG0050H主程序MAIN啟動(dòng)響10秒MOVR0,20LONGBBSETBP35LCALLDELAYCLRP35DJNZR0,LONGBB啟動(dòng)顯示為1檔MOVA,P1ANL11110000BORL00000001BMOVP1,ACLRP37允許顯示NOPNOPSETBP37顯示鎖存初始化中斷寄存器SETBIT0定時(shí)器0邊沿觸發(fā)SETBIT1定時(shí)器1邊沿觸發(fā)CLREA禁止中斷INTERMITJBCIE0,INTERMIT1中斷查詢JNBIE1,INTERMITSETB21HCLRIE1SJMPLOOP1INTERMIT1SETB20HLOOP1LCALLDISPLAY調(diào)用顯示程序LCALLSHIFT調(diào)用換檔程序LCALLBB調(diào)用報(bào)警程序SJMPINTERMIT繼續(xù)查詢中斷END顯示程序DISPLAYPUSHPSWPUSHACCJB20H,DIS2JB21H,DIS1DIS2MOVA,P1ANLA,11110000BORLA,00000010BMOVP1,ACLRP37顯示2NOPNOPSETBP37鎖存譯碼器SJMPDIS3DIS1MOVA,P1ANLA,11110000BORLA,00000001BMOVP1,ACLRP37顯示1NOPNOPSETBP37鎖存譯碼器DIS3RET換檔程序SHIFTPUSHPSWPUSHACCSETBRS0SETBRS1JB20H,SHIFT220H為1，1檔換2檔JB21H,SHIFT121H為0，2檔換1檔SHIFT2CLRP30啟動(dòng)1檔換2檔繼電器CLRP31CLRP32SHIFT3MOVR7,30H保持12秒LCALLDELAYDJNZR7,SHIFT3SETBP30關(guān)閉1檔換2檔繼電器SETBP31SETB34SJMPSHIFT5SHIFT1CLRP14啟動(dòng)2檔換1檔繼電器CLRP15CLRP16SHIFT4MOVR7,30H保持12秒LCALLDELAYDJNZR7,SHIFT4SETBP14SETBP15SETBP16關(guān)閉2檔換1檔繼電器POPACCPOPPSWSHIFT5RET報(bào)警程序BBPUSHPSWPUSHACCMOVR0,10JB20H,SOUNDJB21H,SOUNDSOUNDSETBP35LCALLDELAYCLRP35DJNZR0,SOUNDCLR20HCLR21HRET250MS延時(shí)DELAYPUSHPSWPUSHACCSETBRS0CLRRS1MOVR5,05D1MOVR6,200D2MOVR7,250DJNZR7,DJNZR6,D2DJNZR5,D1POPACCPOPPSWRET附錄二原理圖GANEMPLOYMENTTRIBUNALCLAIMEMPLOYMENTTRIBUNALSSORTOUTDISAGREEMENTSBETWEENEMPLOYERSANDEMPLOYEESYOUMAYNEEDTOMAKEACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNALIFYOUDONTAGREEWITHTHEDISCIPLINARYACTIONYOUREMPLOYERHASTAKENAGAINSTYOUYOUREMPLOYERDISMISSESYOUANDYOUTHINKTHATYOUHAVEBEENDISMISSEDUNFAIRLYFORMOREINFORMATIONABOUTDISMISSALANDUNFAIRDISMISSAL,SEEDISMISSALYOUCANMAKEACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,EVENIFYOUHAVENTAPPEALEDAGAINSTTHEDISCIPLINARYACTIONYOUREMPLOYERHASTAKENAGAINSTYOUHOWEVER,IFYOUWINYOURCASE,THETRIBUNALMAYREDUCEANYCOMPENSATIONAWARDEDTOYOUASARESULTOFYOURFAILURETOAPPEALREMEMBERTHATINMOSTCASESYOUMUSTMAKEANAPPLICATIONTOANEMPLOYMENTTRIBUNALWITHINTHREEMONTHSOFTHEDATEWHENTHEEVENTYOUARECOMPLAININGABOUTHAPPENEDIFYOURAPPLICATIONISRECEIVEDAFTERTHISTIMELIMIT,THETRIBUNALWILLNOTUSUALLYACCEPTITIFYOUAREWORRIEDABOUTHOWTHETIMELIMITSAPPLYTOYOU,TAKEADVICEFROMONEOFTHEORGANISATIONSLISTEDUNDERFURTHERHELPEMPLOYMENTTRIBUNALSARELESSFORMALTHANSOMEOTHERCOURTS,BUTITISSTILLALEGALPROCESSANDYOUWILLNEEDTOGIVEEVIDENCEUNDERANOATHORAFFIRMATIONMOSTPEOPLEFINDMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNALCHALLENGINGIFYOUARETHINKINGABOUTMAKINGACLAIMTOANEMPLOYMENTTRIBUNAL,YOUSHOULDGETHELPSTRAIGHTAWAYFROMONEOFTHEORGANISATIONSLISTEDUNDERF