汽车前轮转向角测量系统设计

SHANDONG毕业设计说明书汽车前轮转向角测量系统设计学 院：电气与电子工程学院专 业： 自动化 学生姓名： 赵有杰 学 号： 0812104170 指导教师： 张清洁 2012 年 6 月摘 要摘 要电动助力转向系统(Electric Power Steering System，简称EPS)，是汽车工程领域的热门课题之一。本文在研究了电动助力转向系统工作原理的基础上，设计开发了EPS的电子控制单元ECU (Electronic Control Unit)的硬件电路和相应的控制软件框图。本设计详细分析了电动助力转向系统电子控制单元的功能，设计了以80c51单片机为微处理器的电子控制单元。控制单元具有实时数据信号采集和系统控制功能，通过电位器电阻值变化改变输出电阻值变化，通过改变模拟信号转变为数字信号处理而进行采集信号，进而通过芯片处理数据，从而实现检测转向角大小，实现简易人工设计试验台完成检测转向角大小的目的。在研制了简易试验台装置后，开发了相应的数据处理硬件。硬件系统分为信号处理策略的实现和数据信号采集与分析两部分。整个软件系统采用了模块化的设计思想。在数据信号采集与控制部分，设计了系统主程序、A/D采集程序、人工角度测量基准及显示部分。关键词：转向角，单片机，数据信号采集，显示 IV AbstractAbstractElectric Power Steering System (EPS) is one of the focuses research in automotive engineering .This paper is based on the principles of EPS to study the operation, designed and developed the Electronic Control Unit (ECU) and the soft ware diagram of the ECU.The thesis Considers the functions of the electronic control unit of EPS, studied and developed the hardware that adopted 80c51 as its microprocessor. The control unit was able to realize real-time data/signal acquisition and system control. The target current of motor output could be determined by the obtained data; collecting signal By changing the analog signals into digital signal processing , And then processing data through the chip ,So as to realize the detection to Angle size, Realizing the simple design test rig to complete test the purpose of the horn size The software program, which was divided into the realization of control strategy and Data processing hardware , Data processing hardware is including the realization of the signal processing strategy and Data signal acquisition and analysis . And the main program, A/D acquisition program, artificial angle measurement standards are developed in the second part.The result showed that the electronic control unit designed was with stable performance, appropriate structure and excellent matching condition, and the angle measuring could be ensured by EPS. Key words: Electric Power Steering System ，MCU ，Signal collecting，Exhibition目 录目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 引 言11.1 课题的背景和意义11.2 汽车前轮转向角测量的发展21.3 电位式（如滑动式）传感器信号采集系统可靠性31.4 本课题的研究对象、目标和方法31.5 本论文各部分的主要内容3第二章 系统方案设计52.1 提出方案52.2 方案确定6第三章 系统硬件设计73.1 电位器（滑动式）电位器的介绍73.1.1 电位器式传感器73.1.2 线性电位器特征73.1.3 直滑试位移传感器113.2 简易检测台的设计143.2.1 简易检测台的设计理念143.2.2 设计检测台注意事项143.2.3 设计检测台的方法143.3 ADC0809153.3.1 ADC0809概述153.3.2 80c51单片机与ADC0809 的接口连接173.4 74HC373的介绍183.4.1 引脚图及引脚183.4.2 ADC0809与74HC373的连接193.5 8位数码管显示193.6 复位电路与电源电路的设计213.6.1 复位电路213.6.2 电源电路233.7 80C51单片机的引脚及引脚功能23第四章 系统软件设计264.1 系统软件原理框图设计264.2 系统软件设计274.2.1 系统软件流程图274.2.2 系统软件程序设计27结 论29参考文献30致 谢31附录一 主程序清单32附录二 整机电路图35第一章 引 言第一章 引 言1.1 课题的背景和意义随着中国汽车市场的成长，私家车的数量增加，行车安全性及舒适性要求也增高。汽车前轮的最大转向角是否符合汽车设计的正常范围是保证汽车安全行驶的重要参数之一，但是靠人工的方式准确测量出来却比较困难。近年来，由于公路高速和公路高等级的飞速发展，汽车在公路上以高速行驶为非常常见的。汽车转向角大小因为不达标，直接或者间接发生的汽车安全大型事故也越来越严重。因此，检测汽车的最大转向角和汽车自身工作的性能的研究已成为十分必要的事情。因此，国家标准GBT 179931999汽车综合性能检测站通用技术条件和CBT 185652001营运车辆综合性能要求和检验方法都明确规定了对汽车前轮转向角进行检测的制度。相关的交通行业的标准JTT 6342005汽车前轮转向角检测台已经通过审核，并于世人公告。这些相关极度的公布为使普及使用该检测台，对测量汽车转向角进行了解提供了理论依据。同时汽车技术以及公路建设的技术的飞速发展对汽车检测、维修、修理等技术提出更高的要求。可以知道的是，在汽车行业飞速发展和蓬勃兴起的今天，汽车前轮转向角的检测会向智能化和多功能等高技术含量的方向发展，为汽车的安全行驶发挥非常的作用。转向系统事把驾驶员对车辆的转向控制意图传递给人，是人与车之间非常重要的连接中介,其性能也将直接影响到汽车的稳定性操作。近年来随着控制理论和电子技术的发展,汽车线控转向系统(steer-by-wire system,简称SBW)将逐步成为国内外的研究热点系统。当转动方向盘时,转向角传感器和转矩传感器将测量驾驶员施加于方向盘上的转角和转矩大小,并将其信号转变成电信号，之后输入到电子控制单元(Electronic Control Unit,简称ECU)中,ECU将综合车速传感器以及安装在转向的传动机构上的角位移传感器的信号来进行控制转向电动机的旋引线，同时控制转向结构的原理转动方向、转矩大小以及旋转角度，通过机械转向控制装置控制转向轮转向的位置,使汽车按照驾驶员所希望的轨迹行驶。汽车的汽车的质心侧偏角和横摆角速度是描述汽车运动状态非常重要的参数，在汽车的质心一侧偏角比较小的情况下,汽车的转向角力度将体现了汽车的转弯能力。 因此在现代高速发展的时代里，人们由越来越离不开车到越来越关心汽车安全性必将是新的研究趋势，只有把握住时代的脉搏，把握着新技术的科研方向，才能把握住市场，在市场中立于不败之地。1.2 汽车前轮转向角测量的发展汽车前轮的最大转向角是否符合汽车设计的正常范围是保证汽车安全行驶的重要参数之一，但是靠人工的方式准确测量出来却比较困难。在国外最初测量转向角的办法是人工测量汽车转向角的角度大小，而在人工测量机械中存在很大误差，在起初车辆车速不高的情况能够适应消费者市场，但是在速度的门槛上却显得吃力。当汽车速度提高时，由于汽车转向角的角度过大导致车身翻转，极其容易导致严重的汽车事故。在现代电子技术发展快速的时代里，人们对于车速的要求以及车辆安全性的提高，汽车的安全系数收到挑战，因而衍生了后来的能测量汽车前轮转向角的汽车前轮转向角检测台，比如类似于苏州太平洋汽车保修设备有限公司的SPZJ-1汽车转向角检测仪，由本来单一的机械测量转变为电气控制测量，这种测量能够准确定位汽车前轮转向角度，从而保证车轮不会因为在允许的速度范围内不会出现侧翻的事故，在电气控制技术发展成熟的今天，电气控制检测仪无非是保证汽车安全性系数的重要因素，同时也是保证汽车行业的一个重要的竞争点。在国内，汽车行业发展的速度较慢，最初的汽车前轮转向角只能人工测量，而且在相当长的时间内因为测量仪器发展的速度较慢而导致本来汽车行业在国际上地位很低的情况下每况愈下，这也成了长久以来国内消费者倾向于购买国外品牌车辆，而最初的引进价格也非常昂贵，但是在安全性系数的驱使下，国外车辆在国内长久以来占据了很大的市场。在近来一些年里，国内汽车行业在国际汽车行业的影响下，众多汽车行业开始着手于精确度，着手于更多符合国内外消费者需求的参数要求，因而在近来的一些年里，由于国内汽车行业的安全性系数、舒适度等方面的参数提高，而且价格相对于国外车辆的较大优势，使得国内汽车行业在世界范围内收到欢迎，由此可见，在汽车行业着重于精度，着重于测量仪器的发展必定会对汽车行业产生巨大的优势。在本次设计中，为了达到汽车前轮转向角的简易测量，采用直滑试电位器代替模拟信号输入部分，通过电子元件重现电气控制下测量精度，对于完成简易检测台的设计有着较为重要的借鉴意义。 1.3 电位式（如滑动式）传感器信号采集系统可靠性 电位式传感器的电阻丝具有电阻率高、电阻温度系数小、耐磨、耐腐蚀等特点，常用的材料有铜锰合金类、铜镍合金类。这种电位器耐磨性较好、寿命长、电刷容许的接触压力较大，适用于振动、冲击等恶劣工作环境，能承受较大功率。在作为汽车前轮检测台的信号采集系统时具有实时性，通过转向角的变化采集电压信号的大小幅度变化，并且反馈实时性良好，减少误差，提高测量精度，提高传感器信号采集系统可靠性。1.4 本课题的研究对象、目标和方法 本课题研究的对象是滑动式电位器WDL50-L，此滑动式电位器测量精度高，测量范围广，适合作为信号采集的主要器件。设计目标是通过通过人工设计简易的检测台，当车驶入平台上转动车轮发生转角变化时，滑动式电位器会发生相应的电阻值变化，从而产生电压变化，通过本文中的ADC0809转化为数字信号，从而使得转角的变化显示到LED上。 设计方法包括人工简易检测台的模拟设计、认为确定滑动式电位器零值点、单片机信号处理系统。1.5 本论文各部分的主要内容本文第一部分的主要内容介绍的是电位器，在这部分中着重对滑动式类电位器的功能及性能参数以及测量方法进行介绍。在本内容中会简单介绍检测台的简易设计，并会介绍检测台与电位器的联合使用，从而实现角度变化的采集。第二部分的主要内容介绍的是ADC0809的工作原理及功能特性。在这部分中会介绍ADC0809的工作原理，通过介绍掌握ADC0809的使用方法，并介绍模数转换器与模拟信号输出电位器WDL50-L的联系。第三部分的主要内容介绍的是80C51芯片与LED的工作原理以及74HC373的工作原理，并系统联系整个电路设计的思路整合一起，完成设计。- 37 -第二章 系统方案设计第二章 系统方案设计2.1 提出方案方案一：在我们通常见到的绝大多数的汽车前轮转向角测量的仪器包括检测台、数据接收器件以及数据处理芯片等。设计的原理：是用一个470旋转电位器模拟电位器式传感器，其电压变化一般为05v，这样不需要电桥测量电路和仪表放大器就可以对电压信号进行采集。选用51单片机、ADC0809模/数转换器、三位LED（显示旋转的角度），转角范围为0360度，其原理框图如图2-1所示：图2-1 设计原理框图 汽车前轮转向角检测仪设计：汽车前轮转向角检测仪是用来检测汽车转向轮左右两方向最大转向角的检测设备。首先，检测车辆停在台架前（台架埋在地下），惦记通过丝杠带动转盘在导轨上左右运动来对准车轮中间；车停稳后，相关的机械夹具有锁定装置（电气控制），司机扭动方向盘，带动车轮朝左运动到最大及极限角，然后朝右运动到极限角。转盘随车轮一起朝左或朝右旋转，同时带动传感器朝左或朝右运动，电子系统检测这个左右运动的最大角，并记录、显示、打印、传输出给上位机。方案二：由于为了免除像方案一中同样遇到的电压信号采集系统的麻烦，同样选择类似于方案一中涉及原理的设计。涉及的原理：转向角检测仪用的传感器是WDL50-L直滑试导电塑料电位器，并选用51单片机、ADC0809模/数转换器、4个动态LED显示，其原理框图如方案一中所示。 汽车前轮转向角测检测仪设计：与方案一中不同的是我们因为条件的局限性，我们采用人工的检测仪器（将会在2.2中讲解），这样我们会免除很多实验环节，在不会太大地影响测量数据，我们尽量采取多次采集数据并计算的原则进行测量，另外在测定角度时，假定传感器电压的中间值为固定的0度（实际角度测量系统不会如此，会自动清零），朝左旋转为正向角，符号位用0显示；朝右旋转为负向角，符号用1显示。程序中，角度可以通过查表，也可以通过一个线性化公式来计算。 2.2 方案确定 在两个方案中方案一得优点是相比于方案二精确度会很高，而方案二中测量则比较粗糙，必须用通过多次测量来减少误差，缺点是操作比较繁琐，设计相关数据多，并且受实际实验的局限性，成本较高，而方案二中则不需要，只需要多次手动测量便能计算并作为测量的理论数据。并且在方案二中涉及到新的元件WDL50-L电位器，它是线性电位器，很容易通过确定角度的转向大小及范围，比较有研究意义，因此我决定用方案二来作为本次设计的内容。第三章 系统硬件设计第三章 系统硬件设计3.1 电位器（滑动式）电位器的介绍3.1.1 电位器式传感器1、简述电位器式传感器主要是用来测量位移，通过其他的敏感元件（如膜片、膜盒、弹簧管等）来进行转换，也可以通过对压力等等其他量的测量。电位器是一种非常常用的电子元件，广泛地应用于各种电器和电子设备中。它是一种将机械的线位移和角位移的输入量转换为与它成一定函数关系的电压输出和电阻的传感元件。2、特点及分类结构简单、尺寸小、性能稳定、输出性号大、重量轻、精度高。其缺点是要求输入其能量大，电阻元件与电刷之间容易磨损。按其结构形式不同，可以分为线绕式、薄膜式及光电式等。按照输入和输出的特性的不同，可分为线性电位器及非线性电位器。目前常用的电位器以单圈线绕电位器为居多。3、结构与类型电位器是由电阻元件、电刷、骨架等组成。形式可分为：直滑式和旋转式，旋转式有单圈旋转式和多圈旋转式两种，电刷有触头、臂、导向及牰承等装置组成。触头常用银、铂铱、铂铑等金属。电刷臂用磷青铜等弹性较好的材料。骨架常用陶瓷、酚醛树脂及工程数料等绝缘材料。3.1.2 线性电位器特征线绕电位器式目前最常用的电位器式传感器，它是由绕于骨架上的电阻丝线圈和沿电位器移动的滑臂以及其上的电刷组成的。若电位器的骨架截面处处相等，材料和截面均匀的电阻丝等节距绕制而成的电位器为线性电位器。电位器的输出端不接负载或负载无穷大时输出特性称空载特性。输出端接负载，此时的输出特性为负载特性。1、空载特性线性电位器的理想空载特性曲线应具有严格的线性关系。图3-1所示为直线位移式点位器传感器原理图。 图3-1 直线位移式电位器传感器原理图 若把线性电位器作为变阻器实用，假定全长为Xmax的电位器阻值为Rmax，则当滑臂由A向B移动x后，A点到电刷间的阻值为 （3-1）若把线性电位器作为分压器使用，且假定加在电位器A、B之间的电压为Umax，则输出电压为 （3-2） 角位移传感器的特性：图3-2 角度位移传感器原理图 电阻与角度的关系为 （3-3） 作为分压器使用时有 （3-4） 线性线绕电位器理想的输入、输出关系遵循上述四个公式。若线性电位器式传感器截面长、宽为b、h，导线横截面积为A，绕线节距为t，则 （3-5） （3-6） 其电阻和电灵敏度分别为 （3-7） （3-8）可见线性线绕电位器的电阻灵敏度和电压灵敏度与电阻率、骨架尺寸h和b、导线横截面积A（或导线直径d）、绕线节距t等结构参数有关；电压灵敏度还与通过电位器的电流I有关。2、负载特性与负载误差电位器输出端接有负载时，其特性成为负载特性。负载电阻和电位器的比值为有限值，负载特性偏离理想空载特性的偏差成为电位器的负载特性。对于线性电位器，负载误差即为非线性误差。带负载电阻Rf的电位器的电路如图3-3所示。 图3-3 带负载电阻Rf的电位器的电路图电位器的输出电压为 （3-9）设电阻的相对变化为 （3-10）负载系数 （3-11）则接入负载Rf后简化的输出电压Uf表达式 （3-12） 空载时，电位器的输出电压为 （3-13）比较式（3-12）和式（3-13）可知，当m不等于0，即Rf不是无穷大时，负载与空载输出之间有偏差，负载误差为 （3-14）将式（3-12）和式（3-13）带入式（3-14）得 （3-15）由实验得出无论m为何植，电刷在起始位置和最大位置时，负载误差都为零。电刷位置变化，负载误差也随着变化，当电刷处于行程中部时，负载误差最大，也可以用数学方法对式（2-15）进行求导，得出同样的结论，且增大负载系数时，负载误差也随之增加。为了减少负载误差，可采取如下方法：尽量减小负载系数，通常希望m0.1，为此可采用高输入阻抗放大器；将电位器工作区间限制在负载误差曲线范围内；将电位器空载特性设计成某种上凸特性，负载特性必然下降，正好是所要求的特性。3.1.3 直滑试位移传感器1、基本原理直滑式位移传感器又称为直滑式电位器WDL50-L传感器，它用于直线测量。在日常工作中，电位器可以说是一种常用的电气元件，广泛应用于各类电器和电子设备中。电位器式电阻传感器可将机械的直线位移或角位移输入量转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。它除了用于线位移和角位移测量外，还广泛应用于测量压力等一些量。电位器式传感器简单，体积小，质量轻，价格低廉，性能稳定，输出信号较大，一般不需放大，并易实现函数关系的转换。电位器式传感器种类较多，根据输入输出特性的不同，电位器式电阻传感器可分为线性电位器和非线性电位器两种；根据结构形式的不同，又可分为绕线式、薄膜式、光电式等。电位器式电阻传感器一般由电阻元件、骨架及电刷等组成。电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动或螺旋运动。当被测量发生变化时，通过电刷触点在电阻元件上产生移动，该触点与电阻元件间的电阻值就会发生变化，即可实现位移与电阻之间的线性转换，这就是电位器传感器的工作原理。电阻式传感器其基本原理是将被测物理量的变化转换成与之有对应关系的电阻值的变化，再经过相应的测量电路后，反映出被测量的变化。电阻式传感器结构简单、线性和稳定性较好，与相应的测量电路可组成测力、测压、称重、测位移、测加速度、测扭矩、测温度等检测系统，已成为生产过程检测及实现生产自动化不可缺少的手段之一。综上所述，直滑试位移传感器，即直滑试电位器WDL50-L传感器是我们本次要用的器件，它符合上述空载及负载特性，同时也是主讲点。WDL50-L的实物图如下图3-4所示。 图3-4 直滑试电位器WDL50-L2、应用范围主要用于测量位移、角位移、还可以测量能转换为位移的其它非电量的如压力、高度和加速度等各种参数。3、性能参数WDL系列性能参数表如表3-1所示。 表3-1 WDL系列性能参数表特性型号WDL25WDL50WDL100WDL200标准电阻（K）1,2,3,53,5,105,10电阻公差（%）15理论电气行程（Max.mm）25150110012001机械行程（Max.mm）3156106206工作温度范围（）-55+125电阻温度系数（ppm/c）400由WDL系列的性能参数及理论数据可知WDL50-L的行程范围如下表中3-2所示。 表3-2 WDL50-L的行程范围WDL-25WDL50-LWDL-100WDL2-200L16792143220L2105130181278.5L3(min)21212121L3(min)5277128227由滑动式电位器的直线测量特性及测量范围可知，当我们在作为测量元件时，比如在本次设计中，我们可以将滑动式电位器WDL50-L的横杆在整个活动横向区间内的中间部分停止，以使其所在位置作为零值点。在论文中测量的汽车前轮转向角的角度时，就把滑动式电位器WDL50-L的中间零值点作为测量角度的0度位置。将滑动式电位器的横杆向左滑动对于汽车的左转向，当汽车向左转向的时候，对应正向角，符号用0显示；汽车向右转向的时候，对应负向角，符号用1显示。当测量角度时，WDL50-L电位器的行程为56mm，若选择阻值1K，根据公式如下公式进行换算角度即可： （3-16） （3-17）3.2 简易检测台的设计3.2.1 简易检测台的设计理念 为了设计简易的检测台，可以通过设计简单的托盘、齿轮以及丝杠组成的电位器在丝杠横向滑动时测量滑动距离，从而测量达到简易测量角度的目的。3.2.2 设计检测台注意事项 为了设计简易检测台，事先要考虑好汽车轴距大小不一的问题，因为考虑到实验器材的局限性，我们可以通过设计简单的可动托盘，并当我们把托盘对准要检测的汽车时事先调好两个托盘的距离，以便测量转动角度，然后将托盘锁死在齿轮上，防止汽车前轮转动时发生滑动而使得测量出现错误或者较大误差。3.2.3 设计检测台的方法对于丝杠与齿轮的链接我们可以通过以下方法：在一个托盘下先安装一个大齿轮，然后在丝杠的平行位置套进两个攻丝的圆形齿轮，并将大齿轮扣在两个小齿轮上，当转动大齿轮时可以带动两个小齿轮转动，同时丝杠会平行移动，另外一个托盘的设计也同上一个一样，整个简易的试验台变设计出来了。简易片面图如下图3-5所示：托盘 接电位器 丝杠 两车轮距离 图3-5 简易检测台3.3 ADC08093.3.1 ADC0809概述ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。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，是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。 1、主要特性8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位；具有功能转换端；转换时间为100s(时钟为640kHz时)，130s（时钟为500kHz时）；供电电源较小，为通常使用的+5V；模拟输入电压范围0+5V；工作温度范围为-40+85；低功耗，约15mW。2、内部结构ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由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、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。 3、引脚结构及功能ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图3-6所示，内部结构如图3-7所示。 图3-6 ADC0809引脚图 图3-7 ADC0809内部结构图下面说明各引脚功能： IN0IN7：8路模拟量输入端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 选择通道表如表3-3所示。表3-3 选择通道表C B A 被选择的通道0 0 00 0 1 0 1 0 0 1 11 0 01 0 1 1 1 01 1 1 IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN73.3.2 80c51单片机与ADC0809 的接口连接 ADC0809与80c51单片机的连接如下图3-8所示。 图3-8 ADC0809与80c51单片机的连接图如图3-8所示模拟通道选择信号A、B、C分别接低三位地址A0、A1、A2即（P0.0、P0.1、P0.2），而地址锁存允许信号ALE有P2.0控制，则8路模拟通道的地址为OFEF8HOFEFFH。此外，通道地址选择以WR作写选通信号，这一部分电路连接如图3-9所示。 图3-9 选通部分电路 从图中可以看到，把ALE信号与START信号接在一起了，这样连接使得在信号的前沿写入（锁存）通道地址，紧接着在其后沿就启动转换，当选择IN0通道时，可采用如下两条命令，即可启动A/D转换。 MOV DPTR, #FE00H；送入0809的口地址 MOV DPTR， A ；启动A/D转换（IN0）3.4 74HC373的介绍 74hc373为373三态输出地八D透明锁存器，共有54/74说73和54/74罗萨73两种电路。3.4.1 引脚图及引脚OE：output enble，输出使能；LE：latch enble，数据锁存使能；Dn：第n路输入数据； On：第n路输出数据；Vcc：接电源 ；GND：接地。 图3-10 74HC373引脚图3.4.2 ADC0809与74HC373的连接ADC0809与74HC373的连接图如图3-11所示，在图3-11中74HC373的2号、5号、6号引脚分别与ADC0809的ADD-A引脚、ADD-B引脚、ADD-C引脚连接。图3-11 ADC0809与74HC373的连接图3.5 8位数码管显示通常的七段LED显示器中有8个发光二极管，引脚图如图3-12所示。根据公共端的连接情况有共阴极和共阳极两种。对共阴极LED，显示器的发光二极管公共端com接地，当发光二极管的阳极为高电平时，对应的发光而激光点亮；共阳极LED显示器则相反。在本次论文中将涉及到我们熟悉的LED数码管，采用8个发光二极管，与80c51单片机的连接如下图3-13所示： 图3-12 数码管引脚图图3-13 LED与80c51单片机的连接图3-13所示的是三极管高电位驱动数码管数码管，在驱动下，从管脚adp输入不同的8位二进制数，可显示不同的数字或字符数。显示的内容就是在显示器上要显示的东西，如1，4，A等。如要显示1，则需要b，c段亮。在单片机中，段是由数据上的内容来控制的，如果数据线D7，D6，D5，D4，D3，D2，D1，D0对应着LED的段dp，g，f，e，d，c，b，a，要在显示器上显示1，则数据线需要输出00000110B（06H），这个06H就称为1的显示代码。如果硬件电路确定了，则每个要显示的内容都有一个固定的显示代码和它对应。在显示过程中，实际上是把要显示的内容的代码送到数据线，由数据线将显示的代码送到显示器的段上，这样在显示器上就显示出相应的内容了。表3-3中列出了按照数据线对应LED段的硬件连接时的显示内容和显示代码之间的关系。如果硬件连接发生变化，则对应关系将发生变化。显示的内容和显示的代码之间的转换有两种方式：硬件转换和软件转换。单片机系统中一般采用软件转换，软件转换要采用查表的方式，步骤如下：1、在程序存储器中建立一个显示代码表，即按照一定顺序将要显示的所有内容对应的代码放在表中，如定义表的首地址为TAB；2、将要显示的内容所对应的代码在代码表的对应位置送累加器A；将显示代码表的首地址TAB送数据指针DPTR；3、采用查表指令MOVC A，A+DPTR，将代码取出来送显示的段口。指令段如下： MOV A，#data MOV DPTR，#TAB MOVC A，A+DPTR3.6 复位电路与电源电路的设计3.6.1 复位电路复位电路的作用是在上电复位的过程中，控制CPU的复位状态，这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令，执行错误的操作，也可以提高电磁兼容性能。 表3-3 显示内容和显示代码之间的关系表显示字符共阴极七段码共阳极七段码03FHC0H106HF9H25BHA4H34FHB0H466H99H56DH92H67DH82H707HF8H87FH80H96FH90HA77H88HB7CH83HC39HC6HD5EHA1HE79H86HF71H8EHP73H8CHU3EHC1H单片机在启动时都需要复位，以使CPU及系统各部分处于确定的初始状态，并从初始开始工作，80系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时，且振荡器稳定后，如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个震荡周期）以上，则CPU就可以响应并将系统复位，单片机系统的复位方式有：手动按钮复位和上电复位，在本次设计中采用简单的手动按钮复位电路如图3-14所示。图3-14 复位电路图3.6.2 电源电路 由于80C51单片机等芯片需要上电才能工作，要设计一个220v转5v电源的电路，根据电力电子中所学内容，可选择如电路图3-15。图3-15 电源电路图 注意：在本文中涉及到的WDL50-L电位器用的是24V电源电压，只需要把220V转5V电源中的7805稳压芯片换成LM7824的24V稳压芯片即可。3.7 80C51单片机的引脚及引脚功能首先介绍单片机的引脚图及引脚功能（如下图所示），引脚图如图3-16所示。 80C51 Vcc Vss XTAL1 地址数据总线P0口 XTAL2 RST EA/Vpp 地址总线P2口 PSEN ALE/PROG 双功能口P3口 P1口 图3-16 80C51单片机引脚及总线图单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。单片机I/O控制线结构如图3-17所示：1、电源 （1） Vcc-芯片电源，接+5v； （2） Vss-接地端。2、时钟XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3、控制线控制线共有4根，（1）ALE/PROG：地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲; （2）PSEN：外ROM读选通信号。（3）RET/VOD：复位/备用电源;4、EA/Vpp内外ROM选择/片内EPROM编程电源。 P2口 80c51 P0口 ALE P3.6 P3.7 PSEN P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 A15A8 16位地址总线 高8位地址 A7A0 地址锁存器 低8位地址 D7D0 8位数据总线 WR RD 控制总线 PSEN RXD TXD 串行口 INT0 外部电源 INT1 T0 计数器脉冲 T1图3-17 单片机I/O控制线结构图第四章 系统软件设计第四章 系统软件设计4.1 系统软件原理框图设计系统原理框如图4-1所示。图4-1 系统原理框图 根据本次设计的内容可以得出其原理图，即在测量汽车前轮转向角大小时先将车辆驶入设计的简单检测台的两个托盘上，然后将汽车前轮打正，然后向左或者向右转动方向盘，将汽车转向角大小的信号通过电位器WDL50-L采集并通过ADC0809进行信号转换，之后经过373锁存并由51单片机的综合处理将信号变化值显示到LED显示数码管上，谨记，在进行汽车前轮转向的过程中不能超过180度，（现实中不会出现这种现象，只是理论禁忌），并且由电位器的直线特性可以通过多次测量汽车转向角的大小得到其直线特性曲线，然后要得到相应的LED值，通过这些相互关系得到测量转角与汽车转角的关系。4.2 系统软件设计4.2.1 系统软件流程图在软件设计中，具体实现的过程为：初始化单片机程序，然后在汽车前轮摆动的一次次的时候连续通过WDL50-L采集信号，保证信号采集的实时性，由于LED为动态的，注意在输入信号时汽车前轮向左转要在最高位输出“1”，即f，e亮，汽车前轮向右转时要在高位输出“0”，即各个段要亮，这样能保证显示与人工采集