畢業(yè)設計步進電機的汽車儀表的設計

1、 河南理工大學萬方科技學院畢業(yè)論文步進電機的汽車儀表的設計 專業(yè)：電子信息工程 班級：07電信一班 姓名： 學好： 指導老師： 論文目錄一章：引言 1.1： 設計的背景和意義 1.2： 本設計的主要內容和難點二章： 系統(tǒng)設計方案 2.1： 系統(tǒng)功能和要求 2.2： 系統(tǒng)的組成 2.2.1：步進電機控制模塊 2.2.2： 測速與測溫模塊 2.2.3：電源模塊 2.2.4：單片機模塊 2.2.5：lcd顯示模塊 2.2.6：串口通信模塊三章：系統(tǒng)硬件設計3.1：單片機模塊功能的實現(xiàn)3.2：測水溫、燃油模塊3.3：測車速（轉速）里程模塊3.4：lcd顯示模塊3.5：步進電機控制模塊3.6：串口通信模

2、塊3.7：單片機系統(tǒng)供電模塊、單片機系統(tǒng)電源模塊四章 系統(tǒng)軟件設計 4.1：系統(tǒng)軟件模塊劃分4.2：編程語言的選擇4.3：主程序的設計 4.3.1：轉速、車速、里程程序的設計 4.3.2：表頭驅動子程序的設計 4.3.3：水溫測量子程序的設計 4.3.4：燃油測量子程序的設計 4.4：本章小結五章 系統(tǒng)功能的調試和性能測試 5.1：系統(tǒng)安裝與調試5.2：系統(tǒng)性能測試5.3：后期需要改進的地方結束語 參考文獻和附錄（包括原理圖和部分程序）1.1 設計的背景和意義 目前的汽車儀表多為模擬式動圈式機芯(線圈連同指針一起轉動)或動磁式機芯(磁鋼連同指針一起轉動)儀表，主要是利用電磁感應原理來實現(xiàn)儀表的

3、指示，指針的回轉回零則是利用彈簧游絲的彈性實現(xiàn)。動圈式機芯儀表抗震性能差、過載能力弱、指針易抖動等弱點;而動磁式機芯(主要是十字交叉機芯)儀表雖比較先進，但也存在一致性、通用性差的缺點。同時，這兩種機芯的儀表都具有體積大、重量重、生產(chǎn)工藝復雜等缺點，因此，迫切需要一種一致性好、通用性強、可靠性高的驅動機芯來取代。汽車儀表的發(fā)展，按技術規(guī)格來分經(jīng)過了四代:第一代汽車儀表是基于機械作用力而工作的機械式儀表，即機械機芯表;第二代汽車儀表的工作原理基于電測原理，即通過各類傳感器將被測的非電量轉換成電信號加以測量，稱之為電氣式儀表;第三代為模擬電路電子式;第四代為步進電動機式全數(shù)字化汽車儀表從其應用技術

4、手段上看，還是屬于電子技術范疇，也屬于電子式儀表。目前國內大部分汽車廠商所生產(chǎn)的汽車中使用的儀表仍為傳統(tǒng)的動圈式機芯或動磁式機芯儀表，只是在部分高檔轎車上才使用了數(shù)字儀表系統(tǒng)。因此這一塊市場存在著很大的空白。1.2本設計的主要內容及難點 本文根據(jù)目前國內汽車儀表的狀況和要求，完成基于stc12c5a08ad的步進電機式汽車聯(lián)合儀表的實現(xiàn)，研究通用單片機和步進電機來實現(xiàn)汽車組合儀表的基本功能的解決方案。用單片機驅動步進電機指示汽車在行駛過程中的車速、轉速，水溫、油量、背光和各種狀態(tài)指示燈等信息。主要包括單片機控制系統(tǒng)的硬件結構、軟件結構以及關鍵技術的實現(xiàn)。 通過對汽車儀表系統(tǒng)的基本功能的分析，完

5、成系統(tǒng)的總體設計方案及基本框圖的設計，本系統(tǒng)的關鍵問題，即如何消除指針的抖動進行分析和解決。 本設計主要是由兩個模塊組成來實現(xiàn)本設計的目的測速模塊和測溫模塊。測溫模塊由溫度傳感器直接將測到的溫度數(shù)據(jù)（電阻信號）傳給單片機進行處理，最后顯示在lcd上。這個設計的主要難度是在測速這個模塊上。最大的難點在于步進電機驅動儀表指針指示車速時，如何消除指針的抖動。其中便涉及到車速、轉速采樣頻率的問題，如果采樣過快，表盤指針抖動厲害;如果采樣過慢，則儀表指針抖動不靈敏，無法正確及時指示車速、轉速，因此如何使表盤指針正確指示所要求的車速、轉速是一個主要問題。第2章 系統(tǒng)設計方案 論文研究的是基于單片機的步進式

6、汽車組合儀表的解決方案。單片機是整個系統(tǒng)核心;微型步進電機是最直接最根本的控制對象;與汽車儀表密切相關的一些汽車基本行駛信息(車速、轉速、水溫、油量)，是單片機所需要處理的信息;通過對它們作理論分析和研究，可以對系統(tǒng)方案做出一個總體的設計.2.1系統(tǒng)的功能與要求 設計一套車載智能儀表，用于顯示和記錄汽車行駛過程中的各種狀態(tài)信息，具體實現(xiàn)功能應達到如下要求:1.采用通用單片機，用軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。2.用步進電機帶動表盤指針實時指示汽車在行駛中的車速信號和轉速信號。3.用lcd模擬顯示汽車水箱溫度和油量。4.表盤展開角:車速展開角為0度，轉速的展開角為0度。在程序設計時，展開角作為變量來處理，

7、根據(jù)實際需要，可以隨時調整。5.電源掉電和上電時，表頭指針能復位回零。6.系統(tǒng)電源由外接變壓器提供+12v電壓。7.系統(tǒng)要具有較強的抗干擾能力、較好的兼容性和通用性。2.2系統(tǒng)組成 步進電機式汽車組合儀表系統(tǒng)由單片機模塊、測溫模塊、測速模塊、顯示模塊、步進電機控制模塊、串口通信模塊、單片機電源和供電模塊等部分構成。 系統(tǒng)組成圖如圖2.1所示：單 片 機 模 塊油量信號測量模塊水溫信號測溫模塊車速信號濾波和整形測速模塊lcd顯示步進電機控制模塊步進電機電源模塊串口通信模塊程序寫入轉速信號濾波和整形測速模塊 圖2.1 系 統(tǒng) 結 構 圖2.2.1 步進電機控制模塊3. 步進電機的工作原理 在非超載

8、的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(即步進角)。通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的;通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機的一個最顯著特點就是:步距角固定。保持轉矩是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持

9、轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。汽車儀表中應用的主要是兩相步進電機，即步進電機中有兩個獨立繞組（定子兩個相對極上的線圈串聯(lián)成獨立線圈）。步進電機兩個繞組的夾角一般有90和60兩種樣式，這里采用的是60樣式的vid2905，內置減速比180:1的齒輪系，輸出軸的步進角最小為1/12，最大轉速600/s。 系統(tǒng)選用的雖然為普通電機，但是。功能比較完備，精確度較高，而且性價比高，具有無累積誤差、成本低、控制簡單等優(yōu)點。2.2.2測速與測溫模塊 汽車的基本信號有車速、轉速和水溫、燃油四個，都是通過傳感器采集。其中車速信號和轉速信號為頻率信號，但

10、不符合標準的脈沖信號，水溫信號和燃油信號為電阻信號，是模擬信號，在送到單片機之前要對它們進行處理。1. 車速（轉速）信號 車速信號和轉速信號是通過傳感器從汽車發(fā)動機相關位置取出，多以非接觸方式獲取，如用霍爾、電渦流等傳感器獲取。取出的信號為頻率信號，但并非是標準的脈沖頻率信號。根據(jù)取信號的位置不同，取出的信號有下面幾種形式:(1)發(fā)動機飛輪齒取信號。信號比較穩(wěn)定，雜波較少，最小峰值為1.5v ,高溫時幅值較大。如圖2.5所示。(2) 點火線圈取信號.點火時出現(xiàn)瞬時高峰值，最大值可達300v,緊接著迅速衰減。如圖2.6所示。(3)發(fā)電機取信號。又可以分相線和中性點取信號兩種，相線取信號類似方波，

11、但是有尖峰干擾信號，必須作前級濾波處理，如圖2.7所示。中性點:直流成分較大，高頻成分較多，必須作前級濾波處理。如圖2.8所示。 比較上面三個信號的特點，結合系統(tǒng)對輸入脈沖信號的要求，決定從發(fā)動機的飛輪齒取信號。因為它的信號由專門時傳感器產(chǎn)生，信號較好，諧波分量少，更穩(wěn)定，更規(guī)則，幅值大于1.8v ，雖不完全是較好的頻率信號，但很接近于正弦波，只要經(jīng)過濾波、整形等處理，很容易得到系統(tǒng)所要求的脈沖波形。2.水溫信號通過傳感器采集來的水溫屬于電阻信號，要進行濾波處理和a/d轉換才能送入單片機.最后通過單片機處理，顯示在lcd液晶屏上。3.燃油信號通過傳感器采集來的燃油屬于電阻信號，要進行濾波處理和

12、a/d轉換才能送入單片機.最后通過單片機處理，顯示在lcd液晶屏上。2.2.3單片機電源和供電模塊系統(tǒng)的電路由于有模擬電路和數(shù)字電路兩部分，電源的要求也會不同。通常模擬電路的電源為+12v.要求不太高，經(jīng)過一般穩(wěn)壓即可;數(shù)字電路的電源則不同，一般電路為+9v，可以用集成穩(wěn)壓電源實現(xiàn)，cpu則為+5v，而且要求相當嚴格，可以采用開關穩(wěn)壓電源實現(xiàn)，尤其是脈寬調制型開關穩(wěn)壓器件組成開關的開關電源，具有體積小效率高、外圍元件少、應用簡單、輸出電壓可調、誤差小、輸出電流大、轉換速率快、保護功能強等特點，特別適合于給單片機供電。本系統(tǒng)中用三端穩(wěn)壓(7805)ic來組成穩(wěn)壓電源所需要的外圍器件極少，ic型號

13、后面的數(shù)字代表該三端穩(wěn)壓ic電路的輸出電壓，7805表示輸出電壓為+5v,電路內部還有過流、過熱和調整管的保護電路，使用起來方便、可靠，價格便宜2.2.4 單片機模塊 單片機模塊是整個系統(tǒng)的核心，完成以下功能:輸入數(shù)據(jù)的采集轉換并驅動表頭、驅動液晶顯示里程、按鍵處理、系統(tǒng)標定等所有功能。根據(jù)系統(tǒng)的要求和現(xiàn)實的考慮，選用宏晶公司生產(chǎn)的stc12c5a08ad通用單片機。 stc12c5a08ad單片機簡介 stc12c5a08ad是由宏晶公司生產(chǎn)的和atmel公司生產(chǎn)的at89c52性能相當?shù)囊环N8k字節(jié)可編程可擦除只讀存儲器(fperom-falsbprogrammable and erasa

14、ble read only memory)的低電壓，高性能cmos位微處理器，俗稱單片機。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的mcs-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位cpu和可編程存儲器組合在單個芯片中，它是一種高效微控制器，為很多嵌式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。和intel公司的mcs-51系列單片機相兼容，是廣泛應用的單片機之一。 圖 2.9 stc12c5a08ad 的結構圖 2.2.5 lcd顯示模塊 由單片機控制ht1621b芯片驅動lcd顯示燃油、水溫、里程小計和總里程， ht1621是一個128（32*4）點lcd驅動器，它可有軟件配置成

15、1/2或1/3的lcd驅動器偏壓和2、3或4個公共端口，這一特性使 ht1621 適用于多種 lcd 應用場合， lcd 驅動時鐘有系統(tǒng)時鐘分頻產(chǎn)生， 顯示內存（ram）靜態(tài)顯示內存 ram 以 (32 *4) 位的格式儲存所顯示的數(shù)據(jù)，ram 的數(shù)據(jù)直接映象lcd驅動器，可以用 read、write 和 read-modify-write 命令訪問 ram 映 像 圖ht1621可以用軟件設置兩種模式的命令，可以配置ht1621和傳送lcd所顯示的數(shù)據(jù)，ht1621的配置模式稱為命令模式，命令模式類型碼為100，命令模式包括一個系統(tǒng)配置命令，一個系統(tǒng)頻率選擇命令，一個lcd配置命令，一個聲音

16、頻率選擇命令，一個定時器/wdt設置命令和一個操作命令，數(shù)據(jù)模式包括 read write和read-modify-write操作， 操作 模式 類型碼 read 數(shù) 據(jù) 110 write 數(shù) 據(jù) 101 read-modify-rite 數(shù) 據(jù) 101 command 命 令 100模式命令應在數(shù)據(jù)和命令傳送前運行，如果執(zhí)行連續(xù)的命令，命令模式代碼即100，將被忽略，當系統(tǒng)在不連續(xù)命令模式或不連續(xù)地址數(shù)據(jù)模式下，管腳/cs 應設為1，而且先前的操作模式將復位，當管腳/cs返回“0”時，新的操作模式類型碼應先運行。2.2.6 串口通信模塊 單片機的串口通信模塊主要是用于擴展單片機的功能，使其

17、功能更加強大，操作更加方便，在有串口通信模塊的情況下，可以實現(xiàn)在電腦上直接對整個系統(tǒng)進行操作，如監(jiān)控該系統(tǒng)，直接獲取相關信息到電腦上，如車速，溫度；也可以在計算上直接對該系統(tǒng)單片機進行讀寫控制，如可以直接寫入本設計需要的程序，直接控制直流電機轉速，直接控制與測溫相關的溫度調節(jié)。串口通信模塊最主要的功能是用于后續(xù)功能擴展，以使單片機具備更多的功能。本系統(tǒng)中用的是spi接口模式的ht93lc66芯片，spi接口需要兩條控制線（cs和sclk）和兩條數(shù)據(jù)線（din/sdi和dout/sdo）。在這里從從設備的角度出發(fā)說明三線接口的數(shù)據(jù)線。din是從設備的數(shù)據(jù)輸入線，dout是從設備的數(shù)據(jù)讀出線。這里

18、我們使用cs，sclk，din和dout來定義三線接口中的各條線。 下圖為ht93lc66與單片機連接圖 第3章 系統(tǒng)硬件設計3.1單片機模塊功能的實現(xiàn) 采用stc12c5a08ad單片機，實現(xiàn)單片機模塊各項功能。單片機模塊接線如圖3.1所示。 單 片 機 模 塊單片機模塊管腳連接簡介：1. 對從測溫傳感器、測油量傳感器、測車速傳感器和測轉速傳感器四個信號輸入的數(shù)據(jù)進行處理。2. 車速、轉速和里程，fp2out、zhsi、chsi分別是里程信號輸入、轉速輸入和車速輸入，送入單片機處理。3. 水溫、燃油模塊，owaterled、oryled、qy1、qy2、slpw和slpr分別是水溫報警、燃油

19、報警、水溫a/d轉換輸入、燃油a/d轉換輸入、水溫輸入信號、燃油輸入信號。 4. 串口通信模塊，cs2l、sck2l和sio2l三個管腳連接ht93lc66芯片與單片機，擴展單片機的功能，5. 驅動步進電機來驅動表頭，使儀表能指示車速、轉速。cw、fa、fb三個管腳連接的是步進電機驅動模塊芯片sti6608,用于單片機控制sti6608進而控制步進電機來指示車速和轉速。6. 編程部分，rxd、txd用于單片機和計算機之間的通信。7. 將從測溫傳感器、測油量傳感器、測速傳感器測轉速傳感器等幾個信號中獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機處理后，送入ht1621芯片顯示數(shù)據(jù)，data、wr、cs是ht1621與單片機

20、通信的接口，控制液晶屏顯示。 8. key是復位按鍵，用于系統(tǒng)的復位和顯示內容的切換。3.2測水溫、燃油模塊 燃 油 部 分 水 溫 部 分燃油、水溫是在液晶屏上模擬顯示的，水溫、燃油的輸入信號是電阻信號，經(jīng)過電阻的分壓轉換為電壓信號，經(jīng)過限幅濾波送入a/d轉換器，得到數(shù)字量送入單片機處理，最后在液晶屏上模擬顯示水溫和油量，3.3測車速（轉速）里程模塊 轉 速 部 分 車 速 里 程 表 部 分 車速輸出部分轉速、車速兩路頻率信號通過限幅、濾波，再經(jīng)過三極管電子開關的整形變成符合要求的脈沖信號送cpu計數(shù)器，進行數(shù)據(jù)處理。3.4 lcd顯示模塊lcd的顯示主要通過ht1621芯片顯示數(shù)據(jù)的，單

21、片機把要顯示的數(shù)據(jù)送到ht1621b的ram內，通過單片機的讀寫控制要顯示的內容， l c d 液晶屏部分 h t1621 控制芯片3.5步進電機控制模塊采用sti6008芯片控制步進電機的各項功能，模塊接線圖如下圖 3.6串口通信模塊 采用max232a來實現(xiàn)串口通信模塊各功能，用以向單片機寫入程序。串口通信模塊接線圖如圖所示。 串 口 通 信 部 分3.7單片機電源（供電）模塊 采用l7805芯片實現(xiàn)單片機供電系統(tǒng)模塊各項功能，用以向單片機中各其它模塊提供電源。模塊接線圖如下圖所示。 電 源 部 分第4章 系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)的軟件功能主要是完成數(shù)據(jù)的采集與轉換、步進電機的驅動、數(shù)據(jù)的存儲、

22、數(shù)據(jù)的顯示、系統(tǒng)的復位等等，它包含主程序和若干個子程序。如何使電機平滑地轉動(尤其是在車速和轉速較高時)是設計重點。要保證這一點，需要做好兩方面的工作:一是信號的采樣頻率的選定;二是表頭驅動程序的合理設計。在編程過程中采用模塊化的編程技術，對所有項目分模塊進行編程。4.1系統(tǒng)軟件模塊劃分 根據(jù)系統(tǒng)任務分析，程序分為系統(tǒng)初始化、中斷處理、步進電機驅動、車速轉速測量、水溫、燃油測量、串行通信、顯示等模塊。1. 初始化模塊。初始化模塊用于系統(tǒng)程序運行之前完成系統(tǒng)功能參數(shù)的初始化。2. 中斷處理模塊。獲取程序所需的各種參數(shù)。3. 車速里程測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成車速里程的計算、轉換、存儲。4. 轉速

23、測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成轉速的計算、轉換。5. 水溫測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成水溫的計算、轉換。6. 燃油測量模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成水溫的計算、轉換。7. 串行通信模塊。根據(jù)入口參數(shù)完成數(shù)據(jù)段的發(fā)送。4.2編程語言的選擇現(xiàn)在單片機的編程語言主要有三種:匯編語言、c語言和plm語言。其中c語言和plm語言屬于高級語言，它們的優(yōu)點是本身具有豐富的庫函數(shù)和數(shù)據(jù)類型封裝，程序編制簡單，可讀性強，缺點是程序生成機器代碼的效率低。匯編語言則相反。本系統(tǒng)既對機器代碼的效率有較高的要求，又對數(shù)據(jù)的計算和處理要求也較高。因此，系統(tǒng)軟件程序c語言的形式編程。4.3主程序設計 系統(tǒng)的軟件是由一個主程序和若干子程序

24、構成，主程序的主要功能是設定程序執(zhí)行過程中用到的相關變量，分配寄存器，對所需要的參數(shù)進行初始化，然后按照要求在恰當?shù)臅r間調用相應的處理模塊和子程序，來對系統(tǒng)進行處理。主程序具體簡述如下:1. 定義系統(tǒng)運行過程中所需的變量;2. 分配硬件系統(tǒng)所提供的相關資源，如寄存器、rom以及中斷資源和堆棧:3. 完成系統(tǒng)的自檢;4. 在程序的運行過程中，按要求依次完成對系統(tǒng)各模塊的調用，并將結果提供給用戶;5. 在各模塊的調用過程中，實現(xiàn)調用過程的現(xiàn)場保護，以確保程序正確執(zhí)行;保存系統(tǒng)運行過程中的必要參數(shù)。下圖為主程序流程圖。開始點火開關是否打開發(fā)動機是否打開車速顯示水溫顯示燃油顯示轉速顯示 4.3.1 車

25、速、轉速，里程程序的設計第四代車速里程表無論選擇哪種傳感器它們輸出的信號都要是脈沖信號，從而使得非接觸式轉速傳感器得以迅速發(fā)展。也只有選擇產(chǎn)生脈沖信號的傳感器才能滿足本課題的要求。故本系統(tǒng)選用霍爾式轉速傳感器。霍爾探頭組件安裝在變速箱輸出軸上，里程計數(shù)、車速計時脈沖產(chǎn)生的工作原理如下圖所示。八個磁鋼與變速箱輸出軸同步旋轉?；魻柼筋^固定在變速箱殼體上靜止不動，當輸出軸上某只磁鋼轉動到霍爾探頭對應位置時，霍爾探頭中的霍爾敏感器件受到磁鋼磁場作用，霍爾探頭輸出一個低電平，當沒有磁鋼與霍爾探頭對準時，霍爾探頭不再受到磁場作用，輸出高電平。輸出軸轉動一周，霍爾探頭有八個方波輸出。如果以速比為1：540的

26、車型為例，汽車行駛一公里，則霍爾傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)共為85404320個。步進電機式車速里程表機芯的轉動和lcd中里程的顯示都是受控于霍爾探頭輸出的方波個數(shù)。記錄4320個脈沖表示汽車行駛1公里，記錄單個脈沖的周期算出汽車行駛的速度，具體應用將在相應章節(jié)中介紹。 車速里程表的速比表示的是：車輪轉軸在汽車行駛一公里時所轉過的轉數(shù)。步進電機式車速里程表采用的是霍爾式轉速傳感器。這種車速里程表轉軸每轉一圈，霍爾傳感器將感應發(fā)出八個脈沖?，F(xiàn)在以速比為1：540的車型為例，汽車行駛一公里，則霍爾傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)共為85404320個，也就是說，每個脈沖代表了1/4320公里的路程。將這些脈沖信號輸入給

27、單片機的定時器/計數(shù)器，利用計數(shù)器的計數(shù)功能，使之計到432個脈沖產(chǎn)生一個中斷，中斷后進入計數(shù)器中斷子程序，在這個中斷子程序中，實現(xiàn)對小計里程的累計和總里程的累加。若累加了總里程則把累加的總里程數(shù)送到e2prom芯片ht93lc66中保存，并從芯片ht93lc66中調出送給lcd顯示。從以上章節(jié)，我們已經(jīng)知道lcd分別顯示出小計里程和總里程，其中小計里程進位時，也同時累計至總計里程。小計里程顯示為000.0999.9km，總里程液晶顯示為000000999999km。液晶里程顯示屏見圖2-5所示，其中上一排4位顯示小雞里程，且小計里程的最后一位為小數(shù)。下一排6位顯示總里程，器件子地址的傳送順序

28、是從上排左首至右結束，接著再從下排右首開始，至左首結束，上下兩排都是左首為高位。小計里程顯示的復位是通過外部中斷key來實現(xiàn)的，小計里程以0.1km為最低顯示數(shù)字，停車關掉電門后不保存，總里程顯示數(shù)值保存在e2prom中，從而掉電不會丟失總里程數(shù)值，當打開電門，即刻顯示上次總里程累計數(shù)。下次行車總里程繼續(xù)累計相加，總里程累計超過顯示范圍999999km時，不再響應里程數(shù)的變化，而一直顯示999999 km。小計里程超過顯示范圍999.9km時即刻清零，并從000.0開始重新計數(shù)。 4.3.2表頭驅動子程序設計 步進電機平滑的正反轉控制是設計的重點。當車速轉換后的信號頻率增大時，電機就向順時針方

29、向運動，這是正轉;當車速和轉速轉換后的信號頻率減小時，電機就向逆時針方向運動，這是反轉;而當車速恒定時，指針也不發(fā)生改變。在進行程序設計時，要設定各步進電機的驅動間隔定時器和計數(shù)器,設定各表指針需要達到的角度位置和實際角度位置，均為1/12度，即一個微步。表頭驅動程序執(zhí)行過程如下:1.驅動時間間隔到，中斷程序被觸發(fā)，驅動間隔計數(shù)器清零。2. 檢查當前指針的位置與由采樣程序算得的理論值。3. 如果相等則不作驅動。4. 如果當前值理論值，驅動指針逆時針走一微步，且當前值減1:如果當前值理論值，驅動指針順時針走一微步，且當前值加15. 返回系統(tǒng)程序，由主循環(huán)安排定時循環(huán)。當目標值一旦發(fā)生變化(當前值

30、不等于理論值)，則上述過程每500微秒執(zhí)行一次(驅動電機旋轉一微步)，直到指針指向理論值。表頭驅動程序流程圖如圖4.2所示。 4.3.3 水溫采樣測量子程序設計水溫屬于電阻信號，通過測量水溫傳感器電阻信號，然后經(jīng)過a/d轉換后的數(shù)字信號直接通過mcu處理，最后模擬顯示在lcd上。測溫子程序函數(shù)流程圖： 初始化顯示空格讀取命令讀取溫度信號 發(fā)溫度轉換命令 溫度計算處理模擬顯示 4.3.4 燃油采樣測量子程序設計和水溫信號一樣，燃油也屬于電阻信號，通過測量燃油傳感器電阻信號，然后經(jīng)過a/d轉換后的數(shù)字信號直接通過mcu處理，最后模擬顯示在lcd上。測油量子程序函數(shù)流程圖： 初始化顯示空格讀取命令讀

31、取燃油信號 發(fā)燃油轉換命令 燃油計算處理模擬顯示4.4本章小結 本章對系統(tǒng)軟件功能模塊的劃分，介紹了主程序及部分子程序的流程圖，其中重點介紹了步進電機轉動子程序的設計思想、流程圖和程序設計。電機轉動子程序是實現(xiàn)整個系統(tǒng)的關鍵技術，是軟件的設計重點，它關系到儀表指針能否無抖動的轉動這個關鍵問題，本章對其作了較為詳細的討論和闡述;對于其它程序的設計只作了簡單的介紹。第5章 系統(tǒng)功能調試與性能測試 系統(tǒng)在完成了上述硬件及軟件設計后，做成樣機，并對整個系統(tǒng)進行設計和相應的功能測試。5.1 系統(tǒng)安裝與調試 系統(tǒng)調試包括硬件和軟件兩個方面的調試。 由于本設計包括2個以上的模塊，因此為了防止一次性做完后出現(xiàn)

32、大問題的情況，系統(tǒng)調試主要是采取了分模塊進行調試的方法，調試一塊，成功一塊，才去調試下一個模塊。 硬件調試方面： 硬件方面主要的問題:由于是分模塊進行硬件焊接、調試，所以避免了在最后拼接時出現(xiàn)嚴重問題。硬件安裝調試中出現(xiàn)的問題主要是焊點、芯片管腳焊錯的問題。一般情況下，主要避免犯以上兩個錯誤，硬件都能安裝成功。 在安裝步進電機模塊時，出現(xiàn)過主要的問題是剛開始把步進電機關系到相位的4個焊點焊錯，導致步進電機無法轉動。后來很快就發(fā)現(xiàn)了問題，重新焊腳，步進電機便能正常地運行。液晶屏模塊也是是否虛焊，連焊 也是硬件調試中經(jīng)常遇見的問題。 軟件調試方面： 調試工具： keil uvision 3 通過將

33、單片機系統(tǒng)和電腦相連接，將程序編譯后的hex文件燒寫至單片機系統(tǒng)。在編寫程序的過程中， 主要遇到了一些子程序的具體算法的實現(xiàn)，這其中涉及到算法的穩(wěn)定性和對其它模塊的影響 ，另一個問題就是各個模塊的的協(xié)同工作，上述兩個問題是在軟件調試遇到的最大的問題，最終通過不斷的調試和請教，終于儀表設計要求的各項功能5.2系統(tǒng)性能測試 本設計測車速、轉速以及溫度，燃油幾個重要信號。根據(jù)車速、轉速和水溫、燃油兩路信號的特點和參數(shù)，用直流電機來模擬車速信號，用可調電阻來作為水溫燃油信號輸入，輸入相應接口，不斷改變相關參數(shù)的取值，觀察lcd顯示和車速、轉速表頭的指針變化及在表盤的位置。另一方面，改變軟件中采樣周期，

34、觀察指針的轉動和抖動情況。兩種參數(shù)的改變測試，測試結果和參照車型儀表的測試指標完全一致，證明了論文中系統(tǒng)的方案和技術理論的正確性。經(jīng)過以上系統(tǒng)的功能測試表明，論文所研究設計的基于單片機的步進式汽車組合儀表性能表現(xiàn)基本符合要求，達到技術要求，不但何積小、重量輕、生產(chǎn)檢測工藝簡單，而且精度高，可靠性好、抗干擾能力強、兼容性高、通用性強、開發(fā)成本低、開發(fā)周期短，非常適合規(guī)?；a(chǎn)。5.3后期需要改進地方 由于本人水平有限，此次設計出來的基于單片機的汽車組合儀表是比較簡單，比較初級的，功能不是很完善，蓄電池量顯示，方向燈、倒車雷達等雖然在硬件系統(tǒng)中，但是并沒有把這些功能用軟件實現(xiàn)控制它們。這些地方需要

35、極大改進，相信在以后的學習中，能夠更加深入的了解到有關基于單片機的汽車儀表方面的知識和技術，使該設計更加完善，更加人性化，更加直觀。結束語 經(jīng)過幾年的學習和研究，此次的設計主要是完成了以下幾個方面的工作;數(shù)字式步進電機組合儀表總體方案設計；儀表系統(tǒng)的硬件設計;儀表系統(tǒng)的軟件設計;系統(tǒng)的功能測試。 本文設計的是基于單片機的步進電機式汽車組合儀表，用單片機技技術應用于傳統(tǒng)汽車儀表中，實現(xiàn)了傳統(tǒng)汽車儀表的基本功能，用步進電機帶動表盤指針實時指示汽車在行駛中的車速和轉速信號;用lcd模擬顯示汽車水溫和燃油信號。通過對儀表系統(tǒng)功能測試，系統(tǒng)各方面性能表現(xiàn)良好，基本達到實際要求。 此次設計中主要是做了以下

36、幾件事： 1.以stc12c5a08ad單片機為核心完成了系統(tǒng)設計，在進行總體設計時，對系統(tǒng)的各個組成部分進行了詳細的分析和介紹，尤其是對能給系統(tǒng)性能的車載輸入信號的性質特征進行了細致的分析，為后面系統(tǒng)的硬件設計打下了基礎。 2.在系統(tǒng)的硬件設計過程中，為了使測量準備、表頭指針轉動平滑無抖動和增強系統(tǒng)的抗干擾性，對車載信號中的車速信號進行了整形和濾波。 3.在系統(tǒng)的軟件設計過程中，對步進電機的驅動程序作了詳細的設計，系統(tǒng)設計的關鍵是如何使表頭指針能平滑無抖動地轉動。設計中，采取設定步進電機的驅動間隔定時器和計數(shù)器的方法來減小指針抖動。 4.對儀表系統(tǒng)功能進行了反復地模擬測試，通過改變溫度信號、

37、燃油信號和直流電機轉動速度，不斷進行測試，通過測試，系統(tǒng)各方面性能表現(xiàn)良好，基本達到技術要求，從而證明了系統(tǒng)方案的可行性和實用性。 盡管此次設計出了較為簡單的基于單片機系統(tǒng)的汽車儀表 ，并且達到了基本目標，但仍然離實際應用的標準非常遠，許多實際汽車儀表中的功能都沒有集成進這個系統(tǒng)，最重要的車速顯示非常粗糙，只是顯示了范圍，沒有顯示精確的車速，這是一個極大需要改進的地方。 我會在以后的學習中更加努力，在這個方面進行更加深入的學習，繼續(xù)研究基于單片機系統(tǒng)的汽車儀表方面的內容，完善這個系統(tǒng)，使其功能更加強大，更加易用，更加人性化。 此篇論文是在我的導師張素妍老師的悉心指導下完成的，導師在研究的選題、

38、研究方案的制定、研究進度、論文撰寫等多方面給予了耐心細致的指導，我的每一點進步無不傾注著導師的心血。在論文完成之際，我謹向張素妍老師及其幫助過我的所有老師表示衷心的感謝，感謝她給予我的幫助。 衷心感謝單位里的領導對我的關懷和照顧，李經(jīng)理和金經(jīng)理和鄭工程師在論文設計中給了我各種幫助和支持，在他們的親切關懷和諄諄教導下，使我順利完成論文課題的設計。 最后，感謝我的父母和家人，感謝他們對我工作學習的理解與支持以及生活上無微不至的關懷! 尚賽 二零一一年五月于浙江振展附錄： 系統(tǒng)組成的原理圖表頭顯示程序：#include#include#defineuchar unsigned char#define

39、uint unsigned inttypedef unsigned char int8u;typedef unsigned int int16u;#define enable_isp 0x87 uint csplv3=0,zsplv3=0;uint csplvn = 0,zsplvn = 0;uint csplvo = 0, zsplvo = 0;uint zstc,cstc,zstn,zstc,swtn,swtc,rytn,rytc,cstn;uint stepcsn,stepcso,stepzsn,stepzso,stepswn,stepswo,stepryn,stepryo;uchar

40、tempmil1=0,tempmil2=0,totalmil1=0,totalmil2=0,totalmil3=0,totalmilx=0;uchar ryvalue9=0,swvalue9=0;uchar ryvaluen=0, swvaluen=0;uchartempseg10=0xbf,0x07,0x7d,0x5f,0xc7,0xdb,0xfb,0x0f,0xff,0xdf;uchartotalp7=0x00,0x12,0x10,0x0e,0x0c,0x0a,0x08;/define step moto drive ic-sti6608/*sbitcsfd = p00;/sbit zsf

41、c = p01;sbitswfb = p03;/sbitryfa = p13;sbitryfa = p10;sbit ccw = p02;*/sbit fb = p00;sbit cw = p01;sbit fa = p02;sbit owaterled = p25;sbit oryled = p03;bit cszerof = 0;bit zszerof = 0;bit ryflag = 0;bit swflag = 0;bit csoverf = 0;bit zsoverf = 0;bit adsfirstf = 0;bit adrfirstf = 0;bit mflag = 0;bit totalzero = 0;bit keyflag = 0;bit keyflag1 = 0;bit keyzhflag = 0; union union_tem