数字式汽车机油油量显示器的设计.doc

毕 业 设 计 题目：数字式汽车机油油量显示器的设计姓名李希宁学院交通学院专业电子信息科学与技术年级2005级学号052830008指导教师梁桂航2007年6月22日目 录1 引言1 1.1 国内研究现状 1.2 研究方向及内容 1.3 研究的意义 2 系统的总体设计22342.1 系统工作原理 4 2.2 传感器的工作原理 5 2.2.1 传感器的类型 2.2.2 电容式传感器的工作原理 2.2.3 电容式传感器的转换电路 2.3 系统的外观设计 3 系统的硬件设计 3.1 系统的硬件结构 3.2 输入电路设计 3.3 A/D转换电路的接口设计 3.3.1 A/D转换器的类型 3.3.2 ADC0809的结构及转换原理 3.3.3 A/D转换电路的接口设计 3.4 中央控制单元的接口电路设计 3.4.1 8751单片机的结构3.4.2 单片机复位电路的设计 3.4.3 单片机晶振电路的设计3.5 输出控制电路的设计3.5.1 LCD液晶显示器 3.5.2 LCM045与单片机的接口电路设计3.5.3 输出报警电路的设计3.6 CAN总线设计 3.6.1 SJA1000内部结构和功能简介 3.6.2 硬件设计原理图 4 软件设计 4.1 主程序流程图 4.2 A/D转换电路的程序流程图 4.3 数据处理部分流程图 4.4 液晶显示部分程序设计 4.5 CAN总线程序流程图 5 结论 参考文献 谢辞 5567889101011111212131414141516161617191920212122242526鲁东大学毕业设计数字式汽车机油油量显示器的设计李希宁（交通学院 电子信息科学与技术 05电子升 052830008）摘要：所设计的基于传感器、单片机等电子元器件的数字式机油油量显示器能够自动显示汽车发动机曲轴箱内的机油量。数字式机油油量显示器系统主要由传感器、输入运算放大电路、A/D转换器、单片机、液晶显示部分组。当发动机曲轴箱中的机油量低于油尺规定的最低值或高于规定的最高时，系统中的报警指示灯LED亮，开始报警。设计的数字式机油油量显示器采用CAN总线技术满足了汽车仪表的发展趋势要求，而且可以替代传统的机油油尺测量。 关键词：机油油量；传感器；A/D转换器；单片机；CAN总线The Design of Automobiles Digital Engine Oil Quantity DisplayLi Xining（Communications School, Electronic Information Science and Technology,Class Dianzisheng Grade 2005, 052830008）Abstract: The display of the digital type engine oil quantity can display the engine oil quantity in the automobiles crankcase base on the sensor, single chip microcomputer etc. The display of the digital type engine oil quantity mainly consists of the sensor, and the enlarging electric circuit, and the A/D conversion machine, and the single chip microcomputer, and the LCD display. When the amount of engine oil in the crankcase is lower than the lowest set value or over than the tallest set value, the system outputs the signal of the alarm, and turns on the LED. The design of the digital type engine oil quantitys display can be satisfied with the development trend of the automobile appearance to request base on CAN bus, and can take over the traditional measurement through the dipstick. Key words: the engine oil quantity; sensor; A/D converter; single chip microcomputer; CAN bus1 引言现代汽车对显示要求越来越高，不仅要求显示直观、清晰、稳定、响应速度快、现实精度高，而且要求体积小、重量轻、便于装配和维护。随着汽车电子仪表的开发和应用，汽车仪表的显示技术也进入了电子化时代。这些装置功能更完善、性能更优越。1.1 国内研究现状目前有很多关于电子显示装置的设计研究，比如汽车车速、里程、发动机转速、油量、水温等仪表显示。此类电子仪表显示装置代替了传统的机械式仪表显示。而对于机油油量显示器的设计，目前还研究的很少。大部分汽车仍还采用传统的油尺测量，首先把车辆停在水平地面上，关闭发动机后，耐心等待一会儿，抽一根香烟的功夫吧。取出机油尺并擦净油迹，插入机油尺导孔，再拔出察看。油位在上下刻线之间，即为合适。如果超出上面的刻线，应放出多余的机油；如果低于下刻线，应从加油口处添加。而油尺测量存在很多缺点，首先，采用油尺显示油量有读数误差，如不同的人看同一个油量会得出不同的结果，而且同一个人不同时刻读同一油量也可能会有不同的结果；其次，用油尺显示油量，数据不便处理，不便显示。目前使用油尺来显示机油油量，基本满足精度要求，但在某些场合，对机油油量有更精确的要求时，油尺式油量显示就不足了。因此，改变传统的机油油量显示方法是十分必要的，数字式机油油量显示装置的设计是十分必要的。现代汽车流行的电子显示装置 1 ：（1）数字式电子钟 数码电子钟的特点是明亮清晰，并配有调时按钮，便于对时。切断点火开关时，钟的显示消失，使内部始终处于计时状态，除非断开蓄电池接线。有些汽车采用液晶显示数字电子钟，由于耗电省，不需汽车蓄电池供电，只需配纽扣电池。（2）电子式车速里程表 电子式车速里程表中应用较广的是磁电脉冲式电子里程表，其工作原理，是从安装在传动部分的速度传感器取得信号，传递给电子电路，通过驱动脉冲电动机转换信号，使累计仪运转进行指示，同时通过另外的信号处理部分使车速指示仪表指示出车速。（3）发动机转速表 发动机输出力矩与转速有密切的关系，在合理的匹配条件下进行换档，保证汽车处于最佳经济性能和行驶性能。通过转速表可以监视发动机及自动变速器的运行工况。1.2 研究方向及内容汽车仪表显示装置的发展方向1：（1）未来的车用电子仪表化 传统仪表一般是机电式模拟仪表，只能为驾驶员提供汽车运行中必要而又少量的数据信息，已远远不能满足现代汽车新技术、高速度的要求。汽车仪表的功能已不仅仅是单纯的指示，而是通过对汽车各部件参数的监测和微处理机配套，从而达到控制汽车各种运行工况的目的。随着现代电子技术的发展，多功能、高精度、高灵敏度、读书直观的电子数字显示及图像显示的仪表已不断地在汽车上应用，汽车电子化仪表将逐步取代常规的机电式仪表。而数字式机油油量显示器的设计也显得如此必要与先进。数字式机油油量显示器装置也将逐步取代传统的油尺测量机油油量的装置。（2）计算机终端显示器 未来汽车仪表发展趋势，就是充分应用光技术和机电一体化技术，并突出现代信息技术和网络技术的应用，其功能将极大拓展，只是形式将演变成计算机终端显示器。随着显示器件，如液晶显示器件的性能，特别是工作温度范围的拓展，在价格进一步降低的前提下，汽车仪表的功能将被极大地拓展，形式将发生根本改变，外观上就是一个高清晰度的计算机显示器。（3）未来汽车仪表拓展功能 汽车仪表的功能将不局限于现在的车速、里程、发动机转速、油量、水温、方向灯指示，可能增添如下功能：带微处理器的汽车仪表智能化能指示安全系统运行状态，如轮胎气压、制动装置、安全气囊、安全带等，这些信号传输形势，将不再是简单的开关接通和断开直流信号，而是包含反映这些安全装置工作状态较多信息的调制信号，供微处理器读取，以便微处理器能准确的综合判断这些安全装置的工作状态，并给出故障显示提醒驾驶员，或指导维修人员排除故障。将防盗系统纳入汽车仪表微处理器的监管下，如车门、后行李箱等处防盗锁指纹识别开启系统，防撬振动报警装置，防盗点火启动装置等。利用电子显示技术，也就是薄型平面电子显示器技术做成的汽车平面仪表板显示数字及信息，十分清晰明了，它代替了以往采用的模拟显示的车速和发动机转速表等，使驾驶者在开车的同时，仍然可以清楚地看到仪表数字及其他信息的变动。除要求汽车仪表耐用、耐震、指示准确、读数方便、以及受温度、湿度的影响之外，还要求轻巧、舒适、美观并具有较好的互换性。汽车电子仪表恰恰满足了这些要求。设计的数字式机油油量显示器系统主要由传感器、输入运算放大电路、A/D转换器、单片机、液晶显示部分组。选择的电容式传感器来测量发动机曲轴箱内的机油油量，通过运算放大电路，将电容器输出的小模拟信号转换成单片机能处理的模拟信号。A/D转换器将模拟信号转换成单片机能处理的数字信号，该数字信号经过单片机处理送入液晶显示部分，将机油油量通过液晶显示模块显示出来。当发动机曲轴箱中的机油量低于油尺规定的最低值或高于规定的最高时，系统中的报警指示灯亮，开始报警。设计的数字式机油油量显示器满足了汽车仪表的发展趋势要求，而且可以替代传统的机油油尺测量。1.3 研究的意义如果机油箱内的机油量不足，则会导致汽车润滑系统的油压过低，加剧发动机内各零部件（如曲轴主轴颈与主轴承，曲柄销与连杆轴承，凸轮轴颈与凸轮轴承，活塞、活塞环与气缸壁面，配气机构各运动副及传动齿轮副等。）的磨损。所以行车时应该及时检查机油箱内的机油量，保证各零部件的良好润滑2。数字式机油油量可以及时显示机油油量，而且在机油量过低的情况下，报警指示灯亮，及时通知司机。随着电子技术的进步，新型传感器、新型电子显示器件的出现，汽车电子仪表显示装置得以迅速发展。目前，国内部分中高档轿车均配套使用数字式汽车仪表。数字式汽车仪表将是未来一段时间内汽车仪表的主导产品。而此次数字式机油油量显示器的设计正满足了汽车仪表的发展趋势要求，而且完全可以替代传统的机油油尺测量。现代汽车使用微机驱动的电子仪表系统日益普遍。微机驱动的仪表板采用微机处理来自传感器的信息，并指挥仪表显示器。我国的汽车仪表显示装置与国外发达国家相比，技术水平有相当大的差距。如当今国外发达国家普遍使用全数字式汽车仪表显示装置，而且绝大部分是步进电动机式汽车仪表，并准备向更高方向发展。虽然国内汽车仪表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，但其开发还不具备技术条件。全数字式汽车仪表，特别是步进电动机式汽车仪表显示装置是未来一段时间汽车仪表显示装置的主导技术，有着十分广阔的市场前景。现代汽车将会越来越多地装用各种用途的电子化仪表显示装置。造型新颖别致和功能强的电子化仪表显示装置，将是今后车用仪表的发展趋势和潮流。2 系统的总体设计2.1 系统工作原理数字式机油油量显示器主要功用是自动显示汽车机油油量，而且当机油量过低或过高时，发出报警信号，使报警指示灯亮。本毕业设计作品的工作主要是基于传感器、单片机、A/D转换器等电子元器件。本毕业设计作品选用电容式传感器，通过单片机来控制操作，实现信号数据的采集、处理和发送。本毕业设计的数字式机油油量显示器系统主要由传感器、运算放大电路、A/D转换器、单片机、液晶显示部分组成，系统原理框图如图1所示。油量传感器放大滤波A/D转换电路 LCD液晶显示单片机LED报警显示电源管理芯片通讯控制器驱动芯片CAN_HCAN_L图1 系统原理框图 数字式机油油量显示器的工作原理是：传感器部分选择电容式传感器来测量机油油箱内的机油油量，通过运算放大电路，将电容器输出的小模拟信号转换成A/D转换器能处理的模拟信号。经过A/D转换器将模拟信号转换成单片机能处理的数字信号，该数字信号经过单片机处理送入液晶显示部分，将机油油量通过液晶显示模块显示出来。如果机油油量低于油尺规定的最低数值或高于规定的最高值时，单片机将此信号送入报警装置点亮报警指示灯，及时通知司机。此次数字式机油油量显示器的设计满足了汽车仪表的发展趋势要求，经过仿真调试之后，可以替代传统的机油油尺测量。 2.2 传感器的工作原理2.2.1 传感器的类型传感器一般由敏感器件与其它辅助器件组成。敏感器件是传感器的核心，它的作用是直接感受被测物理量，并将信号进行必要的转换输出。如应变式压力传感器的弹性膜片是敏感元件，它的作用是将压力转换为弹性膜片的形变，并将弹性膜片的形变转换为电阻的变化而输出3。根据设计的原理要求，油量传感器选择电容传感器来测量机油油箱内的机油油量液面高度，因为电容传感器具有耐腐蚀、性价比高、制造简单等优点。将电容传感器安装在机油箱油底壳中。在测量时，只有当汽车在水平路面上才可以读取准确的液面高度。如果倾斜角度太大，则读数不准确，故而此时无法读数。而且当汽车在水平路面上，停车五分钟之后，待发动机内机油温度稳定了，才能正确读出机油箱内机油量。2.2.2 电容式传感器的工作原理电容式传感器是根据机油油箱内机油量变化与电容变化成比例的原理制成的。因此通过测量电容值的变化，便可得知机油的油量3。平行板式电容传感器的工作原理如下：平行板电容器之电容为： （2-1） 式中，为电容器极板间介质的介电常数；s为两平行板所覆盖的面积；为两平行板之间的距离。当被测量、或发生变化时，都会引起电容的变化。如果保持其中的两个参数不变，而仅改变另一个参数，就可把该参数的变化变换为单一电容量的变化。根据其改变参数不同，可将电容式传感器分为下三种：（1）改变极板之距离()的极距型传感器;（2）改变极板遮盖面积（）的面积型传感器；（3）改变电介质之介电常数（）的介质型传感器。图2为极距式电容传感器。计算可知其灵敏度K与极距平方成反比，极距愈小，灵敏度愈高。一般通过减小初始极距（）来提高灵敏度。由于电容量与极距呈非线性关系，故这将引起非线性误差。 当时,可得到近似的线性关系。为了减小这一误差，通常规定测量范围一般取极距变化范围为，此时，传感器的灵敏度近似为常数。图2所示为极距式电容传感器的结构原理图：+图2 极距式电容传感器图3为电容式传感器测量油量的原理图，利用了圆柱型电容传感器。其电容为： (2-2)式中，为电容的介电常数；为电容的介电常数；为油液的高度；为总高度 。 图3电容式传感器测量油量的原理图 当机油量增多，增大，也增大，即传感器的电容增大；机油量减少，减少，也减小，即传感器的电容减少。这样传感器就把油量的变化转换为电容的变化，通过测量电容的大小就能知道油量的多少。2.2.3 电容式传感器的转换电路电容传感器的电容值十分微小（一般只有几十或几百微微法，而电容变化量在1PF以下），必须通过测量电路转换成相应的电压、电流或频率信号。转换电路的种类很多，目前较常采用的有电桥电路、谐振电路、调频电路及运算放大电路等。此处我们采用运算放大电路使电容变化转换成电压的变化。运算式线路的原理图如图4所示4。根据反馈放大器原理，当放大器的开环增益和输入阻抗足够大时，放大器的闭环输出为： （2-3）图4 运算式线路 （2-4） （2-5）式中，为传感器电容的阻抗；为固定电容的阻抗；为信号源电压。把、代入式（2-3）中，有： （2-6）由于为常量，因此输出电压与传感器两极板间的距离为线性关系。运算式线路的主要特点是：（1）由于输出电压与之间为线性关系，故而从原理上消除了非性关系所带来的影响，整机的非线性误差小，测量精度高。（2）输出电压与的比值有关，且由于电缆的分布电容可以通过采用“驱动电缆技术”而加以基本消除，因此传感器的电容可以很小，即也可以把测头直径做得很小。这样，通过该运算转换电路可以将电容值的变化转变为电压值的变化。2.3 系统的外观设计数字式机油油量显示系统的外观图如图5所示。最终设计的系统在外观尺寸上非常小巧，而且测量精度也很高。在图中，显示的数据为23.4L，表示此时的机油量数值。而且在该外观图中，还有报警指示灯发光二极管。当机油油量低于油尺规定的最低数值或高于规定的最高值时，通过内部电路的控制，报警指示灯亮，及时通知司机。图5 数字式机油油量显示器外观3 系统的硬件设计3.1 系统的硬件结构本毕业设计的工作主要是基于传感器、单片机、A/D转换器等电子元器件。所以经分析，数字式机油油量显示器的硬件结构主要包括传感器、运算放大电路、单片机、A/D转换器、液晶显示器、CAN控制器。数字式机油油量显示器的功用是可以自动显示汽车机油油量，而且当机油量过低或过高时，可以发出报警信号，控制报警指示灯亮。所以，对本次毕业设计的任务的要求是：首先，要采用电容式油量传感器来采集机油量的信息数据。其次，用8751单片机来完成系统的数据处理，要求制作单片机控制系统、运算放大电路、A/D转换、显示电路以及报警电路。最后经过CAN控制器将信号送入中央控制部分。经以上分析，系统的硬件结构图如图6所示。地址锁存器74LS373A/D转换器SJA1000PCA82C250单片机8751时钟电路LCD液晶显示报警指示灯LEDCAN总线图6 系统的硬件结构图3.2 输入电路设计这个部分为电压放大器5。油量传感器的输出信号为微弱的电压信号，不是A/D转换器所需要的形式。因此，在A/D转换之前，也要把传感器的信号进行一下处理。电容式传感器的运算放大电路如图7所示，该电路包含两级放大。U1、U2为第一级放大。U1为同相比例运算电路,U2为反相比例运算电路，第二级U3为差分比例运算电路。在图7中，第一级电路（U1）为同相比例运算电路，将传感器输入电压在-3mv到38mv的信号放大20倍，其放大后的电压为： （3-1）其中，=200k,=10k，为第一级放大电路（U1）的输入信号，即传感器的输入电压，为第一级放大电路（U1）的输出电压。则=20，经第一级（U1）放大后的信号范围是-60mv到760mv。第一级（U2）放大电路为反相比例运算电路，其输入电压为+5V，将+5V的输入电压缩小20倍，其放大后的电压为： （3-2）其中，=10k，=200k，为第一级（U2）放大电路的输出电压。则=5（1/20），经U2放大后的电压为0.25v。图7 运算放大电路第二级放大电路为差分比例运算电路，其同相输入为，反相输入为，其放大后的电压为： (3-3) = = 其中，=200k, =40k，为第二级放大电路的输出电压。则：=1.25-0.065=0.95v =1.25+0.765=5.05v经过运算放大电路的处理之后，整个电路的输出电压范围在0v到5v，满足单片机、A/D转换器对输入电压的要求。3.3 A/D转换电路的接口设计3.3.1 A/D转换器的类型从传感器输出的信号为模拟信号，8751单片机并不能处理，所以，在传送给8751单片机处理之前，必须将它转换成数字信号。A/D转换器是模拟系统与数字系统接口的关键部件，可以将需要测量的模拟信号精确地转换成数字量信号。一旦以数字形式出现，就能简单而准确地对其进行处理，从而提取出有用的信息6。本次毕业设计根据工作需求，选用了常用的ADC0809来完成这部分的功能。ADC0809 是一种8路模拟输入、8位数字输出的逐次逼近法A/D器件，转换时间约100us，转换精度为1/512，适用于多路数据采集系统。ADC0809片内有三态输出的数据锁存器，故可以与8751单片机总线直接接口6。ADC0809共有28个引脚，采用双列直插式封装。ADC0809的引脚图如图8所示。图8 ADC0809的引脚图3.3.2 ADC0809的结构及转换原理ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据7。ADC0809是采用逐次逼近的方法完成A/D转换的。由单一的+5V电源供电；片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，由C、B、A的编码来决定所选的通道。ADC0809完成一次转换需100s左右。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到8751的数据总线上。通过适当的外接电路，ADC0809可对05V的模拟信号进行转换。ADC0809工作过程如下：首先用指令选择ADC0809的一个模拟输入通道，当执行MOVX DPTR , A 时，产生一个启动信号给START 引脚送入脉冲，开始对选中通道转换。当转换结束后发出结束信号，置EOC脚为高电平，则可以读出转换的数字量。利用MOVX A , DPTR 把该通道转换结果读到 A 累加器中。3.3.3 A/D转换电路的接口设计8751与ADC0809 的接口电路采用中断方式。中断控制法是在启动信号送到ADC之后，单片机执行别的程序。当ADC变换结束并向单片机发出中断请求信号时，单片机相应此中断请求，进入中断服务程序，读入转换数据，并进行必要的数据处理，然后返回到原程序。这种方法单片机无需进行转换时间的管理，CPU效率高，所以特别适合于转换时间较长的A/D转换器。ADC0809与8751的中断方式接口电路如图9所示8。要将ADC0809的EOC脚经过一个非门连接到8751的INT1脚即可。采用中断方式可大大节省CPU的使用量，当转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断请求，单片机响应中断请求，由外部中断1的中断服务程序读A/D结果，并启动 ADC0809的下一个转换，外部中断1采用跳沿触发方式。由于ADC0809片内无时钟，可利用8751单片机提供的地址锁存允许信号 ALE经D触发器二分频后获得，ALE脚的频率时单片机时钟频率的1/6（但要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将少一个ALE脉冲）。如果单片机时钟频率采用6MHz，则ALE脚的输出频率为1MHz，再二分频后为500kHz，恰好符合ADC0809对时钟频率的要求。图9 8751与ADC0809的接口图ADC0809具有三态锁存器，其8位数据输出引脚可直接与数据总线相连。地址译码脚A、B、C分别与地址总线的低三位A0、A1、A2相连，以选通IN0IN7中的一个通路。将P2.0作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写入信号和P2.0控制ADC的地址锁存和转换启动，由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。在读取转换结构时，用低电平的读信号和P2.0脚经一级或非门后，产生的正脉冲作为OE信号，用以打开三态输出锁存器。由以上分析可知：在编写软件时，应令P2.0=A15=0；A0、A1、A2给出被选择的模拟通道的地址；执行一条输出指令，启动A/D转换；执行一条输入指令，读取转换结果。考虑到本系统中的单片机不只是控制A/D转换和对转换结果的读取，还有很多工作要做。而采用查询方式需要单片机等待，浪费单片机资源。所以，中断方式更适合本系统，因为在启动A/D转换之后，单片机可以转去处理其他的事情，而当A/D转换完成后，又可以第一时间将转换结果读出来。很明显，中断方式读取转换结果更适合本系统。3.4 中央控制单元的接口电路设计3.4.1 8751单片机的结构根据系统工作原理，微机芯片采用单片机8751。8751属于MCS-51系列，适用于较复杂的实时监控场合，内部主要结构为9：（1）中央处理单元（8位） 8751的CPU能处理8位二进制数或代码。（2）只读存储器（4KB）：8751内部有4KB字节的ROM，用于存放程序、原始数据或表格。 （3）随机存储器（128B） 8751单片机芯片共有256个RAM单元，其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。（4）并行输入/输出口（I / O）（32条） 8751共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、 P3）以实现数据的输入输出。作系统总线、扩展外存、I / O接口芯片 （5）串行输入/输出口（2条）：8751有一个可编程的全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。 （6）定时/计数器（16位、加1计数） 8751共有2个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。 （7）中断系统 8751有5个中断源，即外中断2个，定时中断2个，串行中断1个，全部中断分为高级和低级共二个优先级别。8751的外部引脚图如图10所示：图10 8751的引脚图3.4.2 单片机复位电路的设计单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都有个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。无论是在单片机刚开始接电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位，所以我们必须弄清楚8751单片机复位的条件、复位电路和复位后状态。单片机复位的条件是10：必须使RESET引脚加上持续两个机器周期(即24个振荡周期)的高电平。例如，若时钟频率为12MHz，每机器周期为1s，则只需2s以上时间的高点平，在RST引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。单片机常见的复位电路有上电复位点路、按键复位电路。按键式复位电路的特点是很方便，当有电源接通给单片机时，此电路就可以自动产生复位信号。它足利用电容充电来实现的。在接电瞬间，RESET端的电位与VCC相同，随着充电电流的减少，RESET的电位逐渐下降。只要保证RESET为高电平的时间大于两个机器周期，使能正常复位。本次毕业设计中，采用按键复位电路。电路图如图11：图11 按键复位电路图3.4.3 单片机晶振电路的设计8751片内有一由高增益反相放大器构成的振荡器。反相放大器的输入端为xTALl，输出端为xTAL2，两端接石英晶体及两个电容形成稳定的自激振荡器。两个电容通常取30uf，振荡频率是12MHz10。晶振电路图如图12所示。图12 8751的时钟电路晶体振荡器的振荡信号从xTAL2端输出到片内的时钟发生器上。时钟发生器为二分频器，向CPU提供两相时钟信号P1和P2。时钟信号的周期称作机器状态时间，是振荡周期的2倍。每个时钟周期有两个节拍(相)P1和P2，CPU就以两相时钟P1和P2为基本节拍指挥805l单片机各部件协调工作。3.5 输出控制电路的设计3.5.1 LCD液晶显示器根据系统工作需要，此次毕业设计系统选用字符型液晶显示模块LCM045。LCM045的外形尺寸图如图13所示：图13 LCM045的外形尺寸图其引脚如下： 1-/CS 2-/RD 3-/WR 4-DA 5-GND 6-VLCD 7-VDD 8-/INT 9-BZ 10-/BZLCM045液晶显示模块在各类测量及控制仪表中由于其功耗低、寿命长、价格低、接口控制方便等优点而被广泛的应用。3.5.2 LCM045与单片机的接口电路设计液晶显示器与单片机的连接有两种形式，一种是直接控制方式，一种是间接控制方式。直接控制方式是将显示模块接口作为存储器或I/O设备直接挂在单片机总线上，单片机以操作存储器的形式操作其工作。间接控制是通过其自身或系统中的并行接口控制显示模块。这种方法电路简单，控制时序用软件实现。LCM045显示器和8751单片机的接口电路图如图14所示11。图14 LCM045显示器和8751单片机的接口电路图3.5.3 输出报警电路的设计输出报警电路图如图15所示。图15 输出电路图当机油箱中的机油量低于机油油尺规定的最低值或高于规定的最高值时，8751通过P1.7口将该信息送入报警电路。通过三极管将该信号放大后，系统中的报警指示灯亮开始报警，同时报警蜂鸣器响。3.6 CAN总线设计CAN总线是控制器局域网总线(Controller Area Network)的简称12。属于现场总线的范畴,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。由于其高性能、高可靠性及独立的设计而被广泛应用于工业现场控制系统中。SJA1000是一个独立的CAN控制器，SJA1000支持直接连接到两个著名的微型控制器系列80C51和68XX。开发CAN总线模块综合了基于模拟量的输入/输出、开关量输入/输出、I/O端口设计、数据接收/发送等。3.6.1 SJA1000内部结构和功能简介SJA1000是一个独立的控制器,有两种不同的模式。(1)BasicCAN模式：系统上电后默认的模式，与PCA82C200兼容。(2)PeliCAN模式：支持CAN2.0B协议规定的所有功能。SJA1000的功能模块主要有：接口管理逻辑、接收FIFO队列、接收滤波器、发送缓冲器和CAN核心模块。逻辑管理接口实现与外部单片机的连接。SJA1000的发送缓冲器可以存储一个完整的报文，当单片机开始一个传送时，逻辑管理接口会使CAN核心模块读发送缓冲器的数据，依照CAN2.0B协议发送数据。当收到一个报文时，CAN核心控制模块将连续的位转换为标准的数据存放于接收过滤器中，通过验收码寄存器、验收屏蔽寄存器进行过滤处理，将符合标志位要求的数据放入接收FIFO队列中。3.6.2 硬件设计原理图CAN总线接口的原理图如图16所示。SJA1000的地址/数据复用总线同8751的P0口相连，MODE引脚接高电平时选择Intel模式，8751的时钟信号由CLKOUT提供。为了提高总线的驱动能力，在SJA1000与CAN总线之间加PCA82C250总线驱动芯片，82C250是SJA1000与物理总线间的接口。对模拟信号的采样用ADC0809，该器件有一个差分模拟输入端口，能直接接收来自传感器的弱电平信号并输出连续的数字信号。SJA1000的TX1脚悬空，RX1引脚电位必须为0.5 VCC否则不能形成CAN协议所要求的逻辑电平。图16 CAN总线电路接口原理图最后，经以上分析，得出系统的硬件接口总电路图如图17所示。图17 系统的总硬件接口图4 软件设计由于单片机处理的任务较复杂，所编写程序的语言很多。这时，我们把这个复杂的任务分解为若干个子任务，每个子任务只完成一项简单的功能，比如：A/D转换只进行模拟量与数字量的转换。可见，采用模块化结构的程序设计可以大大简化整个软件设计过程，减少工作量，节省时间13。所以，以下我们对系统的几个主要模块分别进行了流程图设计。4.1 主程序流程图系统的主程序要完成对A/D转换的控制及转换结果的读取，然后对转换结果进行转换，换算成我们所需要的数据形式，其中包括LCD液晶显示器显示信息数据的提供。当这些数据都准备完毕以后，就要向LCD液晶显示器传输过去，同时要做好LCD液晶显示器的选定工作。当这些任务完成的时候，会有新的数据从A/D转换部分传送过来，单片机就要重复以上的工作，来实现数据信息的不停变化的显示。并且根据实际工作需要，还要进行报警电路的适时工作。根据系统的工作原理，和对各个模块工作的协调之后，设计得出系统的主程序流程图如图18所示：开始系统初始化A/D转换初始化启动A/D转换，等待转换完成从数据缓冲区读取显示信息将数据转换成真实信息数据将真实数据显示在LCD上油量是否在规定范围内结束N报警指示灯亮Y图18 主程序流程图4.2 A/D转换电路的程序流程图A/D转换部分的程序流程图如图19所示。首先，A/D转换初始化；其次通过地址锁存器，置ABC=000,选择IN0通道，从0通道读入需要转换的信号；然后转换过程开始，检查转换是否结束，即检查EOC管脚的输出信号，若为高电平，则转换结束。待转换完毕后，将A/D转换结果存入数据缓冲区，等待8751执行中断子程序读取该转换结果。接着进行下一次数据转换。是否转换完毕存储数据NY开始选择IN0通道，读入数据继续下一次A/D转换 图19 A/D转换部分的程序流程图4.3 数据处理部分流程图 数据处理部分的程序流程图如图20所示。从数据缓冲区读取显示信息将数据转换成真实信息数据返回开始图20 数据处理流程图4.4 液晶显示部分程序设计液晶显示模块的显示方式有整屏显示或单独显示两种，整屏显示是将所要显示的数据一次性发送到显示器中。而单独显示是在屏幕上的指定位置进行。两种方法都是在控制器空闲的条件下才能进行操作，并在操作前都要进行忙读取标志，以判断控制器是否处于忙状态，然后再进行写指令或数据以及读数据的操作。液晶显示部分的程序流程图如图21所示。判断千位=0？Y将数据转换成千位、百位、十位、个位从调用的子程序传过来的地址将数据取出来延时200ms，向模块写入命令字，初始化液晶模块N调用段码子程序，依次显示数据百位、十位、个位笔划信息调用段码子程序，依次显示数据千位、百位、十位、个位笔划信息开始图21 输出控制流程图4.5 CAN总线程序流程图初始化程序流程图如图22所示。使SJA1000工作在BASIC CAN模式下，CAN总线位速率为200kHz。发送程序流程图如图23所示。单片机将要发送的报文送到SJA1000发送缓冲区，然后将SJA1000命令寄存器的发送请求标志位(TR)置位，发送过程由SJA1000独立完成。在新报文写入发送缓冲区之前，必须先检查状态寄存器的发送缓冲器状态标志(TBS)，若为“1”，发送缓冲器被释放，可将新的报文写入发送缓冲器，否则，发送缓冲器被锁定，新的报文不能被写入，发送程序可采用查询方式。中断接收程序流程图如图24所示。报文的接收也是由SJA1000独立完成。收到的报文通过接收滤波器放在FIFO队列中，第1条报文进入接收缓冲器，由状态寄存器的接收缓冲器状态标志位(RBS)和接收中断标志位(RI)标出。单片机从接收缓冲器取走1条报文后，通过置位SJA1000的命令寄存器的释放接收缓冲器的标志位(RRB)来释放接收缓冲器。接收程序的设计采用中断方式。结束选择SJA1000为BASICCAN模式设置节点号ACR及屏蔽寄存器AMR设置输出控制寄存器OCR返回当前工作模式开始进入复位模式图22 初始化程序流程图发送缓冲器空等待清空将数据写入发送缓冲器设置发送请求位图23