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毕业设计指导教师评分表学生姓名杨 斌系部汽车工程系专业、班级车辆工程 B04-15 班指导教师姓名付百学职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称MK20-型 ABS 教学仪器控制系统设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力205计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）106插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI 制的使用等）58科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得 分 X= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 指导教师签字： 年 月 日SY-025-BY-6SY-025-BY-6毕业设计指导教师评分表学生姓名杨 斌系部汽车工程系专业、班级车辆工程B04-15班指导教师姓名付百学职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称MK20-型ABS教学仪器控制系统设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；题目与生产、科研、实验室建设等实际的结合程度103综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力154设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力205计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力）106插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性207设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）58科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得 分 X= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 指导教师签字： 年 月 日毕业论文评阅人评分表学生姓名杨斌专业班级车辆工程 B04-15 班指导教师姓名付百学职称教授题目MK20-型 ABS 教学仪器控制系统设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度152题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力204研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性15得 分 Y= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 评阅人签字： 年 月 日SY-025-BY-7SY-025-BY-7毕业论文评阅人评分表学生姓名杨斌专业班级车辆工程B04-15班指导教师姓名付百学职称教授题目MK20-型ABS教学仪器控制系统设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度152题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力204研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性15得 分 Y= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 评阅人签字： 年 月 日毕业论文答辩评分表学生姓名杨斌专业班级车辆工程 B04-15 班指导教师付百学职 称教授题目 MK20-型 ABS 教学仪器控制系统设计答辩时间月 日 时答辩组成员姓名出席人数序号评 审 指 标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、理论意义或价值102研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力、综合运用知识的能力、应用文献资料和外文的能力203论文撰写水平、文题相符程度、写作规范化程度、篇幅、成果的理论或实际价值、创新性154毕业论文答辩准备情况55毕业论文自述情况206毕业论文答辩回答问题情况30总 分 Z= 答辩过程记录、评语： 答辩组长签字： 年 月 日SY-025-BY-8SY-025-BY-8毕业论文答辩评分表学生姓名杨斌专业班级车辆工程 B04-15班指导教师付百学职 称教授题目 MK20-型ABS教学仪器控制系统设计答辩时间月 日 时答辩组成员姓名出席人数序号评 审 指 标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、理论意义或价值102研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力、综合运用知识的能力、应用文献资料和外文的能力203论文撰写水平、文题相符程度、写作规范化程度、篇幅、成果的理论或实际价值、创新性154毕业论文答辩准备情况55毕业论文自述情况206毕业论文答辩回答问题情况30总 分 Z= 答辩过程记录、评语： 答辩组长签字： 年 月 日毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名杨斌性别男系部汽车工程系专业车辆工程班级B04-15 班设计（论文）题目MK20-型 ABS 教学仪器控制系统设计指导教师姓名职称指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）百分制毕业设计（论文）成绩五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）： 系部公章： 年 月 日注：1、指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=0.3X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。SY-025-BY-9SY-025-BY-9毕业设计（论文）成绩评定表学生姓名杨斌性别男系部汽车工程系专业车辆工程班级B04-15班设计（论文）题目MK20-型ABS教学仪器控制系统设计指导教师姓名职称指导教师评分（X）评阅教师姓名职称评阅教师评分（Y）答辩组组长职称答辩组评分（Z）毕业设计（论文）成绩百分制五级分制答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）： 系部公章： 年 月 日注：1、指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=0.3X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。本科学生毕业设计MK20-型 ABS 教学仪器控制系统设计 系部名称： 汽车工程系 专业班级： 车辆工程 B04-15 班 学生姓名： 杨 斌 指导教师： 付百学 职 称： 教 授 黑黑 龙龙 江江 工工 程程 学学 院院二八年六月本科学生毕业设计MK20-型ABS教学仪器控制系统设计 系部名称： 汽车工程系 专业班级： 车辆工程B04-15班 学生姓名： 杨 斌 指导教师： 付百学 职 称： 教 授 黑 龙 江 工 程 学 院二八年六月毕业设计（论文）开题报告学生姓名杨 斌系部汽车工程系专业、班级B04-15 班指导教师姓名付百学职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称MK20-型 ABS 教学仪器控制系统设计一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义1、研究现状针对电喷、电控自动变速器、ABS、SRS 等电子控制装置在汽车上的迅速普及使用，而国内外尚没有更合适的实验与教学设备，国内部分高校、研究部门及教具生产厂已开始进行相关技术研究，目前部分产品已面世，但在价格、性能、精度、测试范围等方面还存在诸多问题，尚在不断的改进与完善之中。2、选题的目的、依据和意义 随着汽车电子控制技术的迅速发展，汽车电喷、ABS、SRS 等逐渐成为现代轿车的标准配备装置，同时要求汽车使用与维修人员尽快掌握现代汽车新技术。适应汽车新技术迅速发展的要求，研究汽车防抱死制动系统（ABS）控制技术，开发、研制 ABS 电教板，用于模拟汽车实际工作状况，动态显示 ABS 油路、电路及二者关联工作状况，实时测量电子元件工作参数，智能模拟故障与检测，有助于尽快掌握 ABS 的结构原理、性能检测、故障诊断与维修等方面知识，是国内具有相关汽车专业实验室急需且必备的设备。可为提高汽车防抱死制动系统的性能提供依据；为汽车检测、使用与维修提供保证；为研制多功能、低成本的汽车防抱死系统试验仪器奠定基础。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、研究的基本内容（1）介绍 MK20-型 ABS 的结构特点、控制原理；（2）进行 MK20-型 ABS 教学仪器的总体设计；（3）进行 MK20-型 ABS 教学仪器功能设计，包括 ABS 油电路工作原理、故障诊断等。 2、拟解决的主要问题ABS 油路工作原理演示、电路工作原理演示、油路和电路关联演示、ABS 故障设置与诊断。三、技术路线（研究方法）先进行深入细致的理论研究，再确定可行性方案，进行测试系统设计，包括硬件的设计与选择、软件的设计、系统控制电路的设计等。SY-025-BY-3四、设计（论文）进度安排（1）调研、资料收集、完成开题报告 第 4 周（3 月 24 日3 月 30 日）（2）方案设计与分析、整理 第 5 周（3 月 31 日4 月 6 日）（3）结构设计、计算与分析 第 6、7 周（4 月 7 日4 月 20 日）（4）完成绘图工作 第 810 周（4 月 21 日5 月 11 日）（5）说明书撰写 第 11、12 周（5 月 12 日5 月 25 日）（6）校对、完善和打印 第 13、14 周（5 月 26 日6 月 8 日）（7）毕业设计审核、修改 第 15、16 周（6 月 9 日6 月 22 日）（8）毕业设计答辩准备及答辩 第 17 周（6 月 23 日6 月 29 日）五、参考文献1 周志立,徐斌,卫尧.汽车 ABS 原理与结构M.北京：机械工业出版社,2005.4：3-15. 2 刘绍辉.ABS制动时的车速计算J.华南理工大学学报,2002：24-28.3 覃国周.现代汽车教学实验台的研究J.汽车电器,2004：32-40.4 赵奇平.汽车摩托车ABS性能实验台开发J.武汉理工大学学报,2002：21-28. 5 杨梁.具有ABS的汽车制动性能实验模拟系统J.上海汽车,2003：24-30.6 陈在蜂.汽车防抱死制动系统轮速传感器信号处理J.汽车工程,2000：35-41.7 曲金玉,崔振民.汽车电器与电子控制技术M.北京：北京大学出版社,2006.8：218-226.8 肖永清,杨忠敏.汽车制动系统的使用与维修M.北京：中国电力出版社,2004：3-8.9 马明星. 汽车防抱死系统的理论分析与试验研究M.镇江：江苏大学,2001.10 舒华.桑塔纳 2000Gsi 型车 MK20-1 型 ABS 结构研究J.汽车电器,2003 年.11 ABS components,Technical Training JournalJ.2005:3335.12 李朝青单片机原理及接口技术M北京：北京航空航天大学出版社，200513 孙仁云，付百学.汽车电器与电子技术M.北京：机械工业出版社，2006.114 DanHolt.Brake-by-wire.Service Tech Magazine,January 2002.15 Liu Zhao-du,Lu Jiang,Shi Kai-bin.Integrated ABS/ASR/ACC System for the car.Journal of BeiJing Institute of Technology,BeiJing,Sept.Vol.10,2001.16 李春成 , 曹永林. ABS 系统故障诊断四法J. 汽车运用 , 2003,(01) 六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日SY-025-BY-3毕业设计（论文）开题报告学生姓名杨 斌系部汽车工程系专业、班级B04-15班指导教师姓名付百学职称教授从事专业车辆工程是否外聘是否题目名称MK20-型ABS教学仪器控制系统设计一、课题研究现状,选题的目的、依据和意义1、研究现状针对电喷、电控自动变速器、ABS、SRS等电子控制装置在汽车上的迅速普及使用，而国内外尚没有更合适的实验与教学设备，国内部分高校、研究部门及教具生产厂已开始进行相关技术研究，目前部分产品已面世，但在价格、性能、精度、测试范围等方面还存在诸多问题，尚在不断的改进与完善之中。2、选题的目的、依据和意义 随着汽车电子控制技术的迅速发展，汽车电喷、ABS、SRS等逐渐成为现代轿车的标准配备装置，同时要求汽车使用与维修人员尽快掌握现代汽车新技术。适应汽车新技术迅速发展的要求，研究汽车防抱死制动系统（ABS）控制技术，开发、研制ABS电教板，用于模拟汽车实际工作状况，动态显示ABS油路、电路及二者关联工作状况，实时测量电子元件工作参数，智能模拟故障与检测，有助于尽快掌握ABS的结构原理、性能检测、故障诊断与维修等方面知识，是国内具有相关汽车专业实验室急需且必备的设备。可为提高汽车防抱死制动系统的性能提供依据；为汽车检测、使用与维修提供保证；为研制多功能、低成本的汽车防抱死系统试验仪器奠定基础。二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题1、研究的基本内容介绍MK20-型ABS的结构特点、控制原理；进行MK20-型ABS教学仪器的总体设计；进行MK20-型ABS教学仪器功能设计，包括ABS油电路工作原理、故障诊断等。 2、拟解决的主要问题ABS油路工作原理演示、电路工作原理演示、油路和电路关联演示、ABS故障设置与诊断。三、技术路线（研究方法）先进行深入细致的理论研究，再确定可行性方案，进行测试系统设计，包括硬件的设计与选择、软件的设计、系统控制电路的设计等。四、设计（论文）进度安排（1）调研、资料收集、完成开题报告 第4周（3月24日3月30日）（2）方案设计与分析、整理 第5周（3月31日4月6日）（3）结构设计、计算与分析 第6、7周（4月7日4月20日）（4）完成绘图工作 第810周（4月21日5月11日）（5）说明书撰写 第11、12周（5月12日5月25日）（6）校对、完善和打印 第13、14周（5月26日6月8日）（7）毕业设计审核、修改 第15、16周（6月9日6月22日）（8）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月23日6月 29日）五、参考文献1 周志立,徐斌,卫尧.汽车ABS原理与结构M.北京：机械工业出版社,2005.4：3-15. 2 刘绍辉.ABS制动时的车速计算J.华南理工大学学报,2002：24-28.3 覃国周.现代汽车教学实验台的研究J.汽车电器,2004：32-40.4 赵奇平.汽车摩托车ABS性能实验台开发J.武汉理工大学学报,2002：21-28. 5 杨梁.具有ABS的汽车制动性能实验模拟系统J.上海汽车,2003：24-30.6 陈在蜂.汽车防抱死制动系统轮速传感器信号处理J.汽车工程,2000：35-41.7 曲金玉,崔振民.汽车电器与电子控制技术M.北京：北京大学出版社,2006.8：218-226.8 肖永清,杨忠敏.汽车制动系统的使用与维修M.北京：中国电力出版社,2004：3-8.9 马明星. 汽车防抱死系统的理论分析与试验研究M.镇江：江苏大学,2001.10 舒华.桑塔纳2000Gsi型车MK20-1型ABS结构研究J.汽车电器,2003年.11 ABS components,Technical Training JournalJ.2005:3335.12 李朝青单片机原理及接口技术M北京：北京航空航天大学出版社，200513 孙仁云，付百学.汽车电器与电子技术M.北京：机械工业出版社，2006.114 DanHolt.Brake-by-wire.Service Tech Magazine,January 2002.15 Liu Zhao-du,Lu Jiang,Shi Kai-bin.Integrated ABS/ASR/ACC System for the car.Journal of BeiJing Institute of Technology,BeiJing,Sept.Vol.10,2001.16 李春成 , 曹永林. HYPERLINK /grid20/detail.aspx?dbname=CJFD2003&filename=QCYY200301030&filetitle=ABS%e7%b3%bb%e7%bb%9f%e6%95%85%e9%9a%9c%e8%af%8a%e6%96%ad%e5%9b%9b%e6%b3%95 o ABS系统故障诊断四法 t _blank ABS系统故障诊断四法J. HYPERLINK /grid20/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd&LinkType=BaseLink&Field=BaseID&TableName=CJFDBASEINFO&NaviLink=%e6%b1%bd%e8%bd%a6%e8%bf%90%e7%94%a8&Value=QCYY t _blank 汽车运用 , HYPERLINK /grid20/Navi/Bridge.aspx?DBCode=cjfd&LinkType=IssueLink&Field=BaseID*year*issue&TableName=CJFDYEARINFO&Value=QCYY*2003*01&NaviLink=%e6%b1%bd%e8%bd%a6%e8%bf%90%e7%94%a8 t _blank 2003,(01) 六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日尊敬的评委老师：你们好！我叫杨斌，是 04 级 15 班，我的毕业论文题目是MK2-2 型 ABS 教学仪器控制系统设计。本论文是在付百学老师的悉心指点下完成的。在这里我向我的导师表示感谢，同时还要由衷的感谢纪峻岭老师和杨兆老师，在设计的写作过程中，我针对设计的问题向两位老师请教，并得到细心的指导。最后，向今天不辞辛苦参加我论文答辩的各位老师表示由衷的感谢，并对四年来让教育、培养过我的老师表示深深的敬意。下面我将对我的学位设计的基本内容做一个简要的陈述：首先，我选择这个课题的原因：当今科技高速发展，汽车以成为社会的一个重要部分，所以对于汽车的安全性也越来越受到人们的重视，ABS 系统也成为汽车重要安全组成部分。从英国人霍纳摩尔在 1920 年研制发明并申请专利，ABS已经发展了将近一个世纪，技术不断更新，汽车防抱死制动系统教学控制仪器是适应汽车新技术迅速发展的要求而发展起来的，它用于模拟汽车实际工作状况，动态显示 ABS 油路、电路及二者关联工作情况，实时测量电子元件工作参数，智能模拟故障与检测，有助于学习人员尽快掌握 ABS 的结构原理、性能检测、故障诊断与维修等方面知识，是国内具有相关汽车专业实验室急需且必备的设备。下面我分几部分对我的设计做大致的说明：1.我选择的车型蓝本是凯迪拉克赛威汽车的电路图，2.最后一点，想说说设计存在的一些不足。第一，搜集第一手材料的问题；虽然学习习惯研究是老话题，但由于今年来研究热点的转移，国内学者对其研究较少，资料收集比较困难，再加上本人理论层次不够。因此，在写作的过程中，出现大段引用原文的现象，独创性评论较少，今后我将继续努力。第二，对学习习惯的价值，特别是实践价值研究不够，培养策略可操作性不强。论文对这些问题没有深入展开探讨，与导师期望达到的水平仍有较大的差距。虽然自己翻阅了许多资料、进行了不懈努力，使这篇文章既是大学对教育问题的所思、所学在这一问题上的运用和总结；也成为进一步改造自身主观认识的起点。 但由于水平有限、时间性仓促，其中观点尚不成熟、不系统之处，敬请各位专家、导师批评指正。 谢谢大家！尊敬的评委老师：你们好！我叫杨斌，是04级15班，我的毕业论文题目是MK2-2型ABS教学仪器控制系统设计。本论文是在付百学老师的悉心指点下完成的。在这里我向我的导师表示感谢，同时还要由衷的感谢纪峻岭老师和杨兆老师，在设计的写作过程中，我针对设计的问题向两位老师请教，并得到细心的指导。最后，向今天不辞辛苦参加我论文答辩的各位老师表示由衷的感谢，并对四年来让教育、培养过我的老师表示深深的敬意。下面我将对我的学位设计的基本内容做一个简要的陈述：首先，我选择这个课题的原因：当今科技高速发展，汽车以成为社会的一个重要部分，所以对于汽车的安全性也越来越受到人们的重视，ABS系统也成为汽车重要安全组成部分。从英国人霍纳摩尔在1920年研制发明并申请专利，ABS已经发展了将近一个世纪，技术不断更新，汽车防抱死制动系统教学控制仪器是适应汽车新技术迅速发展的要求而发展起来的，它用于模拟汽车实际工作状况，动态显示ABS油路、电路及二者关联工作情况，实时测量电子元件工作参数，智能模拟故障与检测，有助于学习人员尽快掌握ABS的结构原理、性能检测、故障诊断与维修等方面知识，是国内具有相关汽车专业实验室急需且必备的设备。下面我分几部分对我的设计做大致的说明：1.我选择的车型蓝本是凯迪拉克赛威汽车的电路图，2.最后一点，想说说设计存在的一些不足。第一，搜集第一手材料的问题；虽然学习习惯研究是老话题，但由于今年来研究热点的转移，国内学者对其研究较少，资料收集比较困难，再加上本人理论层次不够。因此，在写作的过程中，出现大段引用原文的现象，独创性评论较少，今后我将继续努力。第二，对学习习惯的价值，特别是实践价值研究不够，培养策略可操作性不强。论文对这些问题没有深入展开探讨，与导师期望达到的水平仍有较大的差距。虽然自己翻阅了许多资料、进行了不懈努力，使这篇文章既是大学对教育问题的所思、所学在这一问题上的运用和总结；也成为进一步改造自身主观认识的起点。 但由于水平有限、时间性仓促，其中观点尚不成熟、不系统之处，敬请各位专家、导师批评指正。 谢谢大家！黑龙江工程学院本科生毕业设计目录摘要IAbstract II第 1 章 绪论11.1 引言11.2 ABS 概述11.3 ABS 教学控制仪器研究现状21.3.1 国外 ABS 教学控制仪器的研究现状21.3.2 国内 ABS 教学控制仪器的研究现状31.4 研究的目的和意义51.5 本设计研究主要内容5第 2 章 总体技术方案设计72.1 设计思想72.2 实现功能和创新点72.3 总体布置82.4 ABS 教学仪器组成及工作原理82.5 本章小结9第 3 章 电路油路系统设计103.1 电路设计103.1.1 设计方案103.1.2 电路的组成及工作原理113.1.3 模拟电路工作过程123.2 ABS 油路设计123.2.1 设计方案123.2.2 油路的组成及工作原理133.2.3 模拟油路工作过程13黑龙江工程学院本科生毕业设计3.3 本章小结14第 4 章 ABS 教学仪器控制系统设计154.1 控制系统组成及原理154.2 ABS 电路硬件设计164.2.1 单片机的选择164.2.2 译码器的选择204.2.3 二极管的功能原理及接口电路224.2.4 LED 数码管的选择234.2.5 电动机的选择及接口电路264.2.6 显示器的选择及接口电路294.2.7 控制开关的设计及接口电路314.2.8 电源的选择及其电路324.3 本章小结33第 5 章 滑移率演示系统设计345.1 轮速信号采集电路345.2 传感器的选择345.3 滑移率的定义365.4 滑移率的设计365.5 本章小结37第 6 章 故障诊断功能的设计与实现386.1 ABS 教学控制系统典型故障386.2 故障设置与模拟396.3 ABS 教学仪器控制系统电路的诊断396.4 控制系统电路的设计406.5 本章小结40第 7 章 软件系统的设计与调试417.1 开发环境的选择417.2 编程语言的选择41黑龙江工程学院本科生毕业设计7.3 软件系统的功能结构427.3.1 程序模块化的优点及划分原则427.3.2 编程技巧437.4 软件系统的主程序437.5 软件程序运行和调试467.5.1 调试过程467.5.2 调试中出现的问题467.5.3 部分软件程序477.6 本章小结49结论50参考文献51致谢52黑龙江工程学院本科生毕业设计目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc107738125 HYPERLINK l _Toc107738126 摘要I HYPERLINK l _Toc107738127 Abstract II HYPERLINK l _Toc107738128 第1章 绪论1 HYPERLINK l _Toc107738129 1.1引言11.2 ABS概述 HYPERLINK l _Toc107738129 1 HYPERLINK l _Toc107738130 1.3ABS教学控制仪器研究现状2 HYPERLINK l _Toc107738131 1.3.1国外ABS教学控制仪器的研究现状2 HYPERLINK l _Toc107738132 1.3.2国内ABS教学控制仪器的研究现状3 HYPERLINK l _Toc107738133 1.4研究的目的和意义5 HYPERLINK l _Toc107738134 1.5本设计研究主要内容5 HYPERLINK l _Toc107738135 第2章 总体技术方案设计7 HYPERLINK l _Toc107738136 2.1设计思想7 HYPERLINK l _Toc107738137 2.2实现功能和创新点7 HYPERLINK l _Toc107738142 2.3总体布置8 HYPERLINK l _Toc107738141 2.4ABS教学仪器组成及工作原理8 HYPERLINK l _Toc107738143 2.5本章小结9 HYPERLINK l _Toc107738144 第3章 电路油路系统设计10 HYPERLINK l _Toc107738145 3.1电路设计10 HYPERLINK l _Toc107738147 3.1.1设计方案10 HYPERLINK l _Toc107738148 3.1.2电路的组成及工作原理11 HYPERLINK l _Toc107738149 3.1.3模拟电路工作过程12 HYPERLINK l _Toc107738156 3.2ABS油路设计12 HYPERLINK l _Toc107738157 3.2.1设计方案12 HYPERLINK l _Toc107738158 3.2.2油路的组成及工作原理13 HYPERLINK l _Toc107738159 3.2.3 模拟油路工作过程13 HYPERLINK l _Toc107738167 3.3本章小结14 HYPERLINK l _Toc107738168 第4章 ABS教学仪器控制系统设计15 HYPERLINK l _Toc107738169 4.1控制系统组成及原理15 HYPERLINK l _Toc107738170 4.2ABS电路硬件设计16 HYPERLINK l _Toc107738172 4.2.1单片机的选择16 HYPERLINK l _Toc107738173 4.2.2译码器的选择20 HYPERLINK l _Toc107738173 4.2.3二极管的功能原理及接口电路22 HYPERLINK l _Toc107738173 4.2.4LED数码管的选择23 HYPERLINK l _Toc107738173 4.2.5电动机的选择及接口电路26 HYPERLINK l _Toc107738173 4.2.6显示器的选择及接口电路29 HYPERLINK l _Toc107738173 4.2.7控制开关的设计及接口电路31 HYPERLINK l _Toc107738173 4.2.8电源的选择及其电路32 HYPERLINK l _Toc107738176 4.3本章小结33 HYPERLINK l _Toc107738177 第5章 滑移率演示系统设计34 HYPERLINK l _Toc107738178 5.1轮速信号采集电路34 HYPERLINK l _Toc107738179 5.2传感器的选择34 HYPERLINK l _Toc107738178 5.3滑移率的定义36 HYPERLINK l _Toc107738179 5.4滑移率的设计36 HYPERLINK l _Toc107738182 5.5本章小结37 HYPERLINK l _Toc107738177 第6章 故障诊断功能的设计与实现38 HYPERLINK l _Toc107738178 6.1ABS教学控制系统典型故障38 HYPERLINK l _Toc107738179 6.2故障设置与模拟39 HYPERLINK l _Toc107738182 6.3ABS教学仪器控制系统电路的诊断39 HYPERLINK l _Toc107738182 6.4控制系统电路的设计40 HYPERLINK l _Toc107738182 6.5本章小结40 HYPERLINK l _Toc107738177 第7章 软件系统的设计与调试41 HYPERLINK l _Toc107738178 7.1开发环境的选择41 HYPERLINK l _Toc107738179 7.2编程语言的选择41 HYPERLINK l _Toc107738182 7.3软件系统的功能结构42 HYPERLINK l _Toc107738173 7.3.1程序模块化的优点及划分原则42 HYPERLINK l _Toc107738173 7.3.2编程技巧43 HYPERLINK l _Toc107738182 7.4软件系统的主程序43 HYPERLINK l _Toc107738182 7.5软件程序运行和调试46 HYPERLINK l _Toc107738173 7.5.1调试过程46 HYPERLINK l _Toc107738173 7.5.2调试中出现的问题46 HYPERLINK l _Toc107738173 7.5.3部分软件程序47 HYPERLINK l _Toc107738182 7.6本章小结49 HYPERLINK l _Toc107738183 结论50 HYPERLINK l _Toc107738184 参考文献51 HYPERLINK l _Toc107738185 致谢52The Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of the MK20-Automobile Antilock Brake Instructional Instruments Control SystemCandidate：Yang BinSpecialty： Vehicle EngineeringClass： B04-15Supervisor：Professor. Fu BaixueHeilongjiang Institute of Technology2008-06HarbinThe Graduation Design for Bachelors DegreeDesign of the MK20-Automobile Antilock Brake Instructional Instruments Control SystemCandidate：Yang BinSpecialty： Vehicle EngineeringClass： B04-15Supervisor：Professor. Fu BaixueHeilongjiang Institute of Technology2008-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计I摘 要汽车防抱死制动系统是提高车辆制动性能和行车安全的重要装置，主要功能是在汽车制动时防止车轮因抱死而使车辆失去方向，从而提高车辆行驶的安全性。随着电子技术的发展，ABS 的性能也不断得到提高和完善，同时要求汽车使用与维修人员尽快掌握现代汽车新技术。开发、研制 ABS 实验测试设备，用于模拟汽车实际工作状况，并动态显示 ABS 油路、电路及二者关联工作状况，实时测量电子元件工作参数，智能模拟故障与检测，有助于尽快掌握 ABS 的结构和原理、性能检测、故障诊断与维修等方面的知识。本文对 ABS 教学仪器控制系统以及软件和机械部分进行了设计，本设计不仅实现了对 ABS 元件识别、原理实验、故障设置，而且实现了电路和油路关联演示、滑移率的演示以及车轮轮速的同步显示。关键词：ABS；教学仪器；油路；电路；诊断黑龙江工程学院本科生毕业设计IIAbstractAnti-lock braking system is safety devices that can improve vehicle braking performance and the safety of driving .Its main function is prevent the wheels to be locked which made the auto lose the direction when braking. It can improve the driving safety. With the development of electronic technology, Anti-lock braking system has been improved and perfected. Meanwhile, vehicle using and maintenance personnel to master the modern automobile, along with the new technologies as soon as possible. Study on Anti-lock braking system control technology. Anti-lock braking system developed experimental test equipment to simulate actual working conditions of vehicles, and dynamic display ABS asphalt, circuit and the two related working conditions and real-time measurement of electronic components parameters whats more, intelligent fault detection, which are good for grasping the ABS structure and principle quickly. It is helpful for performance testing and fault diagnosis. The maintenance of knowledge was referred to. This paper finished the design of the ABS electronic control panel system including the software and the mechanical parts. The Instructional Instruments control System not only achieved the recognition of ABS components, the experiment of principle, the fault setup, but also achieved the realization of asphalt circuit and the associated display、display of the slip ratio and wheel speed synchronous show. It is used for the experimental teaching and researching.It is for the maintenance of enterprise units also.Key words：ABS; Instructional Instruments Control ;Pipeline; Circuit; Diagn黑龙江工程学院本科生毕业设计1第 1 章 绪 论1.1 引言汽车防抱死制动系统（Anti-Lock Braking System 简称 ABS）是现代汽车制动系的关键部件之一，在汽车制动过程中，该系统能防止车轮完全抱死，提高汽车在制动过程中的方向稳定性和转向操纵能力，缩短制动距离1。它是由车轮轮速传感器、电子控制单元（ECU 或 ABS 电脑）和制动压力调节器等部分组成。传统的制动系统在紧急制动和湿路面上制动时往往会使车轮发生抱死现象，制动时车轮抱死不仅会造成车轮轮胎局部的严重磨损，而且前轮抱死会使车丧失转向能力，后轮抱死易使车丧失方向稳定性。尤其在潮湿、泥泞、冰雪等低附着系数路面或高速时制动，一旦车轮抱死，汽车就会发生测滑、甩尾或方向失控，造成交通事故。据资料统计表明，我国有10%25%以上的交通事故与轿车制动过程中的车轮抱死有关2。ABS 装置主要通过控制制动轮的瞬时角加速度和减速度将车轮的滑移率控制在 20%左右，保证轮胎与地面间有较大的纵向附着系数和侧向附着系数，从而有效地提高了汽车制动的方向稳定性，方向操纵性，并缩短了制动距离。汽车防抱死制动系统教学控制仪器是适应汽车新技术迅速发展的要求而发展起来的，它用于模拟汽车实际工作状况，动态显示 ABS 油路、电路及二者关联工作情况，实时测量电子元件工作参数，智能模拟故障与检测，有助于学习人员尽快掌握 ABS 的结构原理、性能检测、故障诊断与维修等方面知识，是国内具有相关汽车专业实验室急需且必备的设备。1.2 ABS 概述汽车防抱死制动系统（Anti-Lock Braking System 简称 ABS）是在传统的制动系统基础上采用电子控制技术防止车轮抱死的机电一体化系统。它由轮速传感器、电子控制单元（ECU）、制动压力调节器等基本组成3。传统的制动系统在紧急制动和湿路面上制动时往往会使车轮发生抱死现象。根据汽车理论和实验可知，汽车地面制动力受车轮和地面附着力的制约。制动时车轮抱死不仅会造成车轮轮胎局部的严重磨损，而且前轮抱死会使车丧失转向能力，后轮抱死易使车丧失方向稳定性。尤其在潮湿、泥泞、冰雪等低附着系数路面或高速时制动，一旦车轮抱死，汽车就会发生测滑、甩尾或方向失控，造成交通事故。据资料统计表明，这类事故占交通事故的 10%。ABS装置主要通过控制制动轮的瞬时角加速度和减速度将车轮的滑移率 s 控制在 20%左右，黑龙江工程学院本科生毕业设计2保证轮胎与地面间有较大的纵向附着系数和侧向附着系数，从而有效地提高了汽车制动的方向稳定性，方向操纵性，并缩短了制动距离。1.3 ABS 教学控制仪器的发展现状1.3.1 国外 ABS 教学控制仪器的发展现状从 20 世纪 50 年代初期到现在，仪器的发展取得了重大的突破。数字技术的出现使各种数字仪器得以问世，把模拟仪器的精度、分辨力与测量速度提高了几个量级，为实现测试自动化打下了良好的基础，计算机的引入，测量技术又一次取得了进展，使仪器的功能发生了质的变化，从个别电量的测量转变成测量整个系统的参数，从单纯的接收、显示转变为控制、分析、处理、计算与显示输出，从用单个仪器进行测量转变成用测量系统进行测量。特别是微处理器被用到仪器中，仪器前面板开始朝键盘化方向发展，过去电压、电流等量程或功能的滑动开关，通、断开关键已经消失。测量系统的主要模式，是采用机柜形式，全部通过 IEEE-488 总线送到一个控制器上。测试时，可用计算机语言程序来高速测试。不同于传统独立仪器模式的个人仪器已经得到了发展，这个进展的主要标志是仪器仪表智能化程度的提高4。目前模拟控制仪器的发展突出表现在以下几个方面：1、新技术的应用目前普遍采用 EDA（电子设计自动化） 、CAM（计算机辅助制造） 、CAT（计算机辅助测试） 、DSP（数字信号处理） 、ASIC（专用集成电路）及 SMT（表面贴装技术）等。2、产品结构变化在重视高档仪器开发的同时，注重高新技术产品的开发与生产。注重系统集成，不仅着眼于单机，更注重系统、产品软化，随着各类仪器装上了 CPU，实现了数字化后，软件上投入了巨大的人力、财力，今后的仪器归纳成一个简单的公式：仪器=AD/DA+CPU+软件，AD 芯片将模拟信号变成数字信号，再经过软件处理变换后用DA 输出。3、产品开发准则发生了变化从技术驱动转为市场驱动，从一味追求高精尖转为“恰到好处”。开发一项成功产品的准则是，用户有明确的需求；能用最短的开发时间投放市场；功能与性能要恰到好处；产品开发准则的另一变化是收缩方向，集中优势。4、生产技术注重专业生产，不再是大而全生产过程采用自动测试系统。目前多以 GP-IB 仪器组建自动测试系统，生产线上一个个大的测试柜，快速地进行自动测试、统计、分析、打印出结果。黑龙江工程学院本科生毕业设计3目前 ABS 教学控制仪器的发展正按着这个方向进行。多采用 OBD-II 接口，可通过检测仪器的进行读取故障码、清除故障，并通过计算机实现远程操控。下面就介绍一家国外的一些产品。美国 SPX 公司是设计、制造和销售汽车专用检测设备和工具的大型跨国集团公司，公司创建于 1911 年，被美国幸福杂志凭为全球 500 家大公司之一。目前，SPX下设的子公司或代表机构已遍及世界各地，其产品广泛应用于通用，福特、克莱斯勒、日产、丰田、绅宝等世界著名汽车制造厂及维修站，并成为他们的指定供货商。如ABS 防抱死制动系统教学演示台的特点如下：（1）实验台选用大众 ABS 防抱死制动系统；（2）在机柜面板上刻制了系统电路图和系统油路图，装有制动分泵油压表；（3）用 LED 指示灯显示 ABS 系统工作过程的油路变化和阀体工作状态，有利于直观教学；（4）实验台可根据客户要求选择手动或遥控设置系统故障；（5）实验台采用本公司自主开发的单片机控制，除能够实现原车常规检测实验项目外，还可以采用手动和自动模式，通过 LED 指示灯及仪表，形象生动的分步演示 ABS 系统油路、电路和阀体的工作过程；（6）台架装有四个万向脚轮，可轻松移动；（7）外设车辆 ECU 检测端口，便于检测 ECU 端子数据。1.3.2 国内 ABS 教学控制仪器的发展现状随着 ABS 的逐步发展，国内 ABS 教学仪器的发展也是十分迅速。通过引进和吸收国外的先进技术，目前我国已有上百家这样的生产厂家。这些厂家的产品都是按照汽车标准件安装而成，教师可在实验台上任何部件制造故障，由学生自行排除，到演练的目的。下面就介绍三个具有代表性的厂以及它们的产品：1、济南恒信教学实验设备有限公司济南恒信教学实验设备有限公司是专门从事高、低档轿车各个部位教学设备的软硬件开发公司。其公司生产的汽车教具广泛吸收国内外同行的经验，并在此基础上研究开发出更专业、更实用的系列汽车实训教具，以实物模拟为主，结合相关的原理，直观的描述汽车的结构和工作原理，可以根据学校的实际需要定制各种汽车教学的软件及硬件，是高等学府及职业培训中心和学校汽车工程专业的首选教具。其中，ABS防抱死刹车系统就是一个典型的代表。实验台选用大众系列 MK20-I 型四传感器三通道 ABS，原车结构台架式布置，展板式面板、个性化操作平台，设工况指示灯、急停开关，调速电机作驱动，万向自锁脚轮台架，便于移动教学。具有实物展示功能，黑龙江工程学院本科生毕业设计4据有 ABS 系统各工况动态演示及实验功能。（1）实验台采用时代超人原车配件，可模拟动态行驶时不同车速的工作过程 ； （2）具体制动情况可通过指示灯显示执行元件的工 作状态，通过油压表显示实际油压的变化情况； （3）计算机端子采用外接式，可方便的检测各传感器的工作电压； （4）OBD-II 接口，可通过检测仪器进行读取故障码、清除故障码等实际工作。配备隐蔽故障模拟装置，便于学生考试。选配配置及功能（1）PC 电脑，彩喷打印机、RS232 数据接口及数据线；（2）原厂解码器功能，读数据流、读解码操作；（3）动态刹车曲线显示、对比、保存、打印功能；（4）多媒体教学功能、示波器功能；（5）远程智能故障设置考核功能。2、天津市万豪汽车检测设备有限公司天津市万豪汽车检测设备有限公司是一家集技术研发、市场运作、生产销售和技术培训为一体的股份制企业。公司始终坚持科学技术是第一生产力，以科技为先导，不断的引进国外的先进技术，不断的创新。其中在 ABS 油路和电路模拟控制仪器方面研究也很专业。如 ABS 防抱死系统主要性能及特点（1）主缸油压及分缸油压实时显示；（2）电磁阀工作状态通过 LED 灯显示；（3）外接式电脑检测端子，便于检测电压及波形；（4）原车线路及油路显示；（5）调频变速电机可调整不同车速；（6）自动断电装置，避免电机反；（7）故障灯直观显示 ；（8）通过诊断座可检测 ABS 故障，并可清除。3、上海硕博科教设备有限公司上海硕博公司是专业从事教学设备生产经营的综合性企业。公司主要产品类型包括：理、化、生实验室成套设备、多媒体综合教学系统、多媒体语言教学系统、机电实验室、电子实验室、制冷家电、财会模拟实验室、医学教学模型、多媒体电脑辅助学习系统先进科学的教研设备系统。硕博公司具有雄厚的技术力量、先进的生产工艺、精湛的检测手段和完善的质保体系。产品具有操作简单、优质耐用、性能稳定、外观黑龙江工程学院本科生毕业设计5精美、价格合理等特点。该公司引进国外先进生产设备，先后推出具有国内领先水平的电工、电子、数电、模电、微机接口及应用、电动机、电气控制实验室设备系列、电工、机床电气考核实验装置；工业自动化、变频设备调速、PLC 可编程单片机、EPROM 实验装置；智能考核 DVD 家用电器多功能综合实验室、中央空调、制冷制热实验室；透明液压、气动 PLC 控制实验台、教学演示电梯；机电一体化数控编程实验室、模拟数控车床铣床模型；模具、机械系列陈列柜、机械教学模型；工程制图、财会实验室；汽车驾驶模拟器、透明汽车教学模型、程控示教板、电路实验台、电子桩考仪；数字多媒体语言实验室、物理、化学、生物等实验室；大中专、职校、技校、职业学校配套教学仪器、教学模型、教学挂图。如 ABS 教学仪器的特点：（1）电动程序控制电路；（2）教学仪器的板面一侧都有屏幕显示；（3）板面机械部分采用半立体彩色有机玻璃用模具一次成型铸成；（4）可自动控制每个仪器工作原理的演示，彩灯逐点闪烁显示各系统的油路、电路工作原理，可快慢调节。1.4 研究的目的和意义随着汽车工业的迅猛发展和高速公路的不断修建，汽车的行驶安全性越来越为人们所重视。为了全面满足制动过程中汽车对制动的要求，使制动器制动力分配更趋合理，ABS 系统逐渐成为现代轿车的标准配备装置。特别是 电子控制技术的发展，要求更多的人了解并掌握现代汽车新技术。本设计研究汽车制动防抱死系统（ABS）控制技术和实验测试技术，用于模拟汽车工作状况，并动态显示 ABS 油路、电路及二者关联工作状况，实时测量电子元件工作参数，智能模拟故障与检测，有助于尽快掌握 ABS 的结构和原理、性能检测、故障诊断与维修等方面的知识，是国内具有相关汽车专业实验室急需且必备的设备。非常适用于教学部门、研究单位及维修企业等使用。1.5 本设计研究主要内容众所周知，ABS 的原车测试具有成本高、实验周期长、实验精度底、不易观察等缺点。鉴于此，迫切期望建立一种室内模拟动态汽车性能检测的试验台。由于设计这种实验台的工作量特别大，在短期内很难完成，为了更好的完成这个设计，把此工作分成两部分。一部分是实验台的实物装置的设计，一部分是为了展示试验台工作情况的模拟控制装置的设计。ABS 教学控制仪器的设计便属于第二部分，它不具有实黑龙江工程学院本科生毕业设计6验台工作时的零部件，但通过 LED 灯、油压表、显示器能清晰的反应 ABS 制动试验台真实的工作情况，也是本设计的意义所在。（1）总体技术方案确定。根据汽车防抱死制动系统教学控制仪器的功能要求，确定总体技术方案。（2）硬件部分的设计、选择与匹配。对单片机、译码器、显示器、电源等元件，根据系统要求，以及目前上述各种元件的技术状况、性能特点、性价比等，结合调研情况以及相关参考资料进行对比分析，确定采用的元件的具体型号，并给出相应的接口电路，相互之间进行合理匹配。同时给出以单片机为核心的控制系统电路原理图，从而为各元件之间建立必要的联系。（3）软件系统的设计与调试。软件部分配合硬件控制系统电路，共同完成教学仪器的工作，而软件功能是通过分程序模块来实现的，主要包括初始化模块、显示模块等。同时进行程序的调试工作，以对编写的程序进行运行检查，验证运行逻辑、运行流程等。（4）进行 ABS 教学控制仪器的可行性验证。通过试验观察仪器的工作状况，根据具体情况对理论模型进行修改，以提高其数据的精度。黑龙江工程学院本科生毕业设计7第 2 章 总体方案2.1 设计思想ABS 教学控制仪器设计是比较复杂的，不仅涉及到机械、电子、材料，而且涉及到单片机的编程。为了完成 ABS 教学仪器设计，实现更多的功能，将按照以下几步去做：（1）控制面板的尺寸设计合理；（2）油路和电路的设计要有创新并布置合理；（3）故障的设置及诊断要全面；（4）滑移率控制系统设计；（5）LED 选择要准确，设计要合理。最后确定设计思路为：首先选用了凯迪拉克 SLS 赛威的原车电路和油路作为参考对象，为了使设计更加直观，将面板大体按照实物位置设置。这样有助于学习和了解原车的油路和电路。其次，通过选用了 LED 灯来适时反应车轮转速工作情况。再次，用显示器来显示滑移率的变化，以及设计了很多插孔和开关，以便故障的设置和诊断。把油路和电路以及显示器合理的布置在控制面板上。并在板后以真实的线连接，这样既能真实的反应其工作原理，又美观大方。本设计结合国内外控制面板的特点，设计的其具有操作简便、性能可靠、外观精美、价格便宜等特点。2.2 实现功能和创新点1、实现功能（1）能进行 ABS 元件识别；（2）能进行 ABS 工作原理实验；（3）能进行故障设置；（4）能进行 ABS 故障诊断实验；（5）能同步显示滑移率和车轮转速。2、创新点（1）控制面板的合理布置，能反应油路、电路二者关联工作状态；（2）数字模块显示器适时显示工作状况及滑移率；黑龙江工程学院本科生毕业设计8（3）LED 灯显示车轮转速的工作状态；（4）故障模拟与实时检测。2.3 总体布置根据设计要求选择 3 通道 4 传感器布置方式，两前轮独立控制，两后轮一同控制。总体布置如图 2.2 所示。1-ABS ECU；2-储液泵；3-液压泵；4-制动主缸及踏板；5-指示灯；6-LED；7-车轮传感器；8-显示器；9-进油阀；10-控制开关；11-出油阀图 2.2总体布置图2.4 ABS 教学仪器组成及工作原理ABS 教学控制仪器主要由 ECU、车轮轮速传感器、显示器、制动主缸、液压泵、LED、出油阀和进油阀等组成。当 ABS 控制系统工作时，模拟控制面板上就同步显示其工作过程。其工作原理如下：当接通开关电路，ECU 收到工况信息，LED 将随机显示出此过程的轮速，并黑龙江工程学院本科生毕业设计9将信号传回 ECU，经过 ECU 处理调出此工况二极管闪烁的程序，使二极管按此程序闪烁。与此同时，ECU 将信号传到电动机，控制电动机的转速和正反转来调节，踏板、制动钳、出油阀、进油阀等机械部分的运动。2.5 本章小结本章研究并确定了汽车防抱死制动系统教学仪器控制系统设计思想和它实现的功能以及创新点，同时设计总体布置图，及其组成和工作原理，这为以后油路、电路设计提供重要参考。黑龙江工程学院本科生毕业设计10第 3 章 电路和油路设计3.1 电路设计3.1.1 设计方案 在设计中，MK20-型 ABS 防抱死制动系统的原车电路如图 3.1 所示。图 3.1 凯迪拉克 SLS 赛威 ABS 电路图和原车电路图相比，本设计中的电路图有所创新，如图 3.2 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计11图 3.2 ABS 教学仪器电路图轮速传感器的位置改放下边，和轮缸放在一块。而 ABS 液压控制单元也放低了一些，这样有利于油路和电路的连接，以及整个板面的布置。在各传感器、电机、液压泵等线路中放入了 LED 灯，当电源接通时（也就是传感器等元件工作时）LED 灯就会亮，这就有利于我们观看 ABS 电路的工作情况。本设计在每条线路中还设置了一个插孔和一个开关，这有助于我们设置故障，通过故障分析、诊断使我们学习更方便、有效。3.1.2 电路的组成及工作原理电路主要由电子控制单元（ECU） 、轮速传感器、电磁阀和一些测试端子及控制开关组成。其中，电子控制单元（ECU）是最主要的。本设计采用的电子控制单元（J104）由以下几个基本电路组成：车速传感器的输入放大电路。运算电路。电磁阀控制电路。稳压电源、电源监控电路、故障反馈电路和继电器驱动电路。ECU 是 ABS 系统的控制中心。其工作原理如下图 3.3 所示。电控单元的基本输入信号是四个轮上传感器送来的轮速信号，电控单元连续地检测来自全部四个车轮传感器传来的脉冲电信号，并将它们处理、转换成和轮速成正比的数值。一旦判断出车轮将要抱死，它立刻就进入防抱死控制状态，向液压调节器输出幅值为 12V 的脉冲黑龙江工程学院本科生毕业设计12控制电压，以控制分泵（轮缸）上油路的通、断，分泵上油压的变化就调节了轮上的制动力，使车轮不会因一直有较大的制动力而让车轮完全抱死。如果系统出现故障或受到暂时的干扰，电控单元会自动关闭 ABS 系统，让普通制动系统继续工作。图 3.3 电子控制单元工作原理图3.1.3 模拟电路工作过程当点火开关转到 ON 位置时（也就是电路中有电时） ，电子控制单元就开始进行自我检测。在车轮转动时，所有的电气连接部位都会不断地受到监测。如果发现任何不良情况，就停止 ABS 的功能，并让 ABS 警告灯亮起。轮速传感器把接收到的脉冲信号不断地输送到电子控制单元（ECU） ，经 ECU 处理后再把信号输送到液压控制单元。此时，如果电路中有电即各部件都正常工作时，控制面板上 LED 灯都会亮。与其同时，显示器显示滑移率。如果电路短路或者断路时 LED 灯就不亮，说明电路中有故障出现，可用万用表检测端子。3.2 油路设计3.2.1 设计方案本设计的油路是基于电路基础上设计的，本设计采用二极管逐点显示油路过程。ABS 油路演示过程：从制动总泵出来，油道和电磁阀相连，液压油通过电磁阀活塞从主缸进入轮缸。当减压时，液压油又从轮缸出来，通过常闭电磁阀流到储液器，并通过液压泵压回主缸，如此循环。当 ABS 起作用的时候，用发光二极管显示液压制动控制系统各个进油阀、出油阀的工作状态，如表 3.6 所示。表 3.6油路指示灯显示各个电磁阀的状态序号状态进油阀（常开）出油阀（常闭）1升压断电断电2保压通电断电3降压通电通电黑龙江工程学院本科生毕业设计133.2.2 油路的组成及工作原理油路主要由制动总泵、真空助力器、液压控制单元（回液泵、储液器、电磁阀） 、轮缸踏板组成，在电教板中还包括二极管、单片机、译码器等，这些元件在前面已经详细的介绍过。在普通制动系统的工作状态下，制动压力通过常开的输入电磁阀到制动泵。如果系统进入防抱死制动状态，ABS 电控单元发出指令，使输入、输出电磁阀适时打开和关闭，让制动分泵的压力快速变化（增压或减压） ，防止车轮在制动时被完全抱死。ABS 电控单元控制速度很高，它可在防抱死制动过程中打开，关闭相应的输入、输出电磁阀。3.2.3 模拟油路工作过程 本设计中油路的工作过程可分为四个阶段5。1、常规制动阶段在常规制动阶段，ABS 并不介入制动压力控制，调压电磁阀总成中的各进液电磁阀均不通电而处于开启状态，各出液电磁阀均不通电而处于关闭状态，电动泵也不通电运转，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于封闭状态，各制动轮缸的压力将随制动主缸的输出压力而变化。此时的制动过程与一般制动系统的制动过程完全相同。本仪器在常规制动阶段，ABS 不介入制动压力控制，出油阀处于关闭状态，进油阀处于开启状态，制动主缸至各制动轮缸的制动管路均处于封闭状态。此过程用发光二极管动态显示出来。2、制动压力保持阶段在制动过程中，电子控制单元根据车轮转速传感器输入的车轮转速信号判定有车轮抱死时，ABS 就进入防抱死制动压力调节过程。例如，电子控制单元发现右前轮趋于抱死时，电子控制单元就使控制右前轮制动压力的进液电磁阀通电，使右前轮液电磁阀转入关闭状态，制动主缸输出的制动液不再进入右前制动轮缸。此时，右前出液电磁阀仍未通电而处于关闭状态，右前制动轮缸中的制动液也不会流出，右前制动轮缸的制动压力就保持一定，而其它未抱死车轮的制动压力仍会随制动主缸输出压力的增大而增大。本仪器在压力保持阶段过程如下，电子控制单元根据车轮转速判定有车轮抱死时，ABS 就进入防抱死制动压力调节过程。例如，电子控制单元发现左前轮趋于抱死时，电子控制单元使控制左前轮制动压力的进油阀关闭。此时，左前轮出油阀仍处于关闭状态，左前制动轮缸的制动压力就保持一定，而其它未抱死车轮的制动压力仍会随制黑龙江工程学院本科生毕业设计14动主缸输出压力的增大而增大。此过程用发光二极管动态显示出来。3、制动压力减小阶段如果在右前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制单元判定右前轮仍趋于抱死，电子控制单元又使右前出液电磁阀也转入开启状态，右前制动轮缸中的部分制动液就会经过处于开启状态的出液电磁阀流回储液器，使右前制动轮缸的制动压力迅速减小，右前轮的抱死趋势将开始消除。本仪器在制动压力减少阶段过程如下，如果在左前制动轮缸的制动压力保持一定时，电子控制单元判定左前轮仍趋于抱死，电子控制单元又使左前轮出油阀也转入开启状态，左前制动轮缸中的部分制动液就会经过处于开启状态的出油阀流回储液器，使左前制动轮缸的制动压力迅速减小，左前轮的抱死趋势将开始消除。此过程用发光二极管动态显示出来。4、制动压力增大阶段随着右前制动轮缸制动压力的减小，右前轮会在汽车惯性力的作用下逐渐加速，当电子控制单元根据车轮转速传感器输入的信号判断右前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制单元就使右前进液电磁阀和出液电磁阀都断电，使进液电磁阀转入开启状态，使出液电磁阀转入关闭状态，同时也使用电动泵通电运转，向制动轮缸泵送制动液，由制动主缸输出的制动液和电动泵泵送的制动液都经过处于开启状态的右前进液电磁阀进入右前制动轮缸，使右前制动轮缸的压力迅速增大，右前轮又开始减速转动。本仪器制动压力增大过程如下，随着左前制动轮缸制动压力的减小，左前轮会逐渐加速，当电子控制单元根据车轮转速输入的信号判断左前轮的抱死趋势已经完全消除时，电子控制单元就使左前轮进油阀和出油阀都断电，使进油阀转入开启状态，使出油阀转入关闭状态，同时也使用电动泵通电运转，向制动轮缸泵送制动液，由制动主缸输出的制动液和电动泵泵送的制动液都经过处于开启状态的左前进液电磁阀进入右前制动轮缸，使左前制动轮缸的压力迅速增大，左前轮又开始减速转动。此过程用发光二极管动态显示出来。3.3 本章小结本章小结 本章实现了 ABS 电路和油路的设计过程。通过和原车电路的对比，可清楚的看到本设计中电路布置的合理性，并能反应 ABS 试验台的工作情况。而油路中通过增压、保压、减压和常规制动四个阶段来体现油路的工作过程。通过二者的设计使油路和电路紧密的结合起来了。黑龙江工程学院本科生毕业设计15第 4 章 ABS 教学仪器控制系统设计4.1 控制系统组成及原理本设计控制系统组成图如图 4.1 所示。汽车防抱死制动电子控制示教系统实时监控与检测模拟仿真硬件与教学系统ABS 系统运行监控、检测轮速传感器运行监控、检测警告灯运行监控、检测ABS 执行器运行监控、检测ABS 系统运行实时仿真ABS 执行器运行实时仿真ABS 系统实时仿真ABS 硬件系统示教板ABS 故障诊断系统图 4.1ABS 教学仪器控制系统组成图控制系统原理如图 4.2 所示。开关量微处理器电动机LED二极管显示器图 4.2ABS 教学仪器控制系统原理图通过开关量输入信号，把相应开关量输入到微处理器内部，经过微处理器内部运黑龙江工程学院本科生毕业设计16算调用相关的子程序来实现各开关量的控制。从而实现控制电动机的正反转、LED动态显示轮速和二极管点亮顺序以及滑移率在显示器上的显示。4.2ABS 电路硬件设计ABS 电路硬件包括单片机、译码器、二极管、LED、电动机、显示器、控制开关、电源。4.2.1 单片机的选择当今单片机品种繁多，产品性能各异。首先要理解两个概念：集中指令集（CISC）和精简指令集（RISC） 。采用 CISC 结构的单片机数据线和指令线分时复用，它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格也高。采用 RISC 结构的单片机数据线和指令线分离，这种结构的单片机取指令包含更多的处理信息，执行效率更高，速度也更快。同时，这种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高，有利于实现超小型化设计。一般来说，对于控制方式较简单的家电，可以采用 RISC 型单片机；对于控制关系较复杂的场合，如通信产品，工业控制系统，应采用 CISC 单片机。所以，根据功能需要和性价比以及匹配关系，在这里选择 CISC 型的单片机，它主要包括 Intel 系列、Motorola 系列、Atmel 系列的 AT89 系列等。除此之外，在实际应用中还可根据如下原则来选择单片机6：（1）了解单片机对应用系统的适用性。所谓对应用系统的适用性，就是能否用一个单片机对系统的控制，或需要增加几个附加的集成电路才能实现对系统的控制。从这一方面应主要考虑以下问题：单片机是否含有所需的 I/O 端口数目；单片机是否含有所需的外围端口部件；单片机的 CPU 是否有合适的吞吐量；单片机的极限性能是否满足要求。（2）了解单片机的可购买性。从这一方面应主要考虑以下问题：单片机是否可直接购买到；单片机是否有足够的供应量；单片机是否仍在生产之中；单片机是否在改进之中。（3）了解单片机的可开发性。从这一方面应主要考虑以下问题：编译软件；程序写入工具；黑龙江工程学院本科生毕业设计17调试工具；技术支持；语言体系与熟悉程度。根据上面的要求对单片机进行选择，就可选择出最适用于应用系统的单片机，从而保证应用系统最高的可靠性、最优的价格性能比、最长的使用寿命和最好的升级换代性。所以这里初选 89C51 单片机作为系统的控制芯片。1、 89C51 单片机的基本组成图 4.3 所示为 89C51 带闪存（Flash ROM）单片机的基本结构框图6。振荡器和时序OSC程序存储器 4KB FlashROM 80C51CPU数 据 存 储 器256 字节RAM/SFR216 位定时器/计数器可编程全双工串行口可编程 I/O64KB 总线扩展控制器内中断 图 4.389C51 单片机结构框图在一小块芯片上，集成了一个微型计算机的各个组成部分，即 89C51 单片机芯片内包括：（1）一个 8 位的 80C51 微处理器（CPU） ；（2）片内 256 字节数据存储器 RAM/SFR，用以存放可以读/写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及显示的数据等；（3）片内 4KB 程序存储器 Flash ROM，用以存放程序、一些原始数据和表格；（4）4 个 8 位并行 I/O 端口 P0-P3，每个端口既可以用作输入，也可以用作输出；外中断 控制P0 P2 P1 P3串行通信 外部事件记数输入地址数据黑龙江工程学院本科生毕业设计18（5）两个 16 位的定时器/记数器，每个定时器/记数器都可以设置成记数或定时的结果实现计算机控制；（6）具有 5 个中断源、两个中断优先级的中断控制系统；（7）一个全双工 UART（通用异步接收发送器）的串行 I/O 口，用于实现单片机之间或单片机与 PC 机之间的串行通信；（8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为 24MHZ；（9）89C51 单片机具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式。以上各个部分通过片内 8 位数据总线（DBUS）相连接。另外 89C51 是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到 0HZ，并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式和掉电方式。在空闲方式中，CPU 停止工作，而 RAM、定时器/记数器、并行口和中断系统都继续工作。此时的电流可降到大约为正常工作方式的 15%。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM 中的内容，直到下一次硬件复位为止。这种方式下的电流可降到 15以下，A最小可降到 0.6以下。A89C51 是一种低功耗/低电压、高性能的 8 位单片机。它采用了 CMOS 工艺和高密度非易失性存储器（NURAM）技术，而且其输出引脚和指令系统都与 MCS-51 兼容；片内的 Flash ROM 允许在系统内改编程序或用常规的非易失性存储器编程器来编程。因此 89C51 是一种功能强、灵活性高，且价格合理的单片机，可方便地应用在各种控制领域。单片机是典型的嵌入式系统，从体系结构到指令系统都是按照嵌入式应用特点专门设计的 ，能最好地满足面对控制对象、应用系统的嵌入、现场的可靠运行以及非凡的控制品质要求。因此，单片机是发展最快、品种最多、数量最大的嵌入式系统。89C51 的单片机具有兼容的低功耗、高性能 8 位的特点，特别是其内部增加的闪速可电改写的存储器 Flash ROM 给单片机的开发及应用带来了很大的方便。因为89C51 是 80C51，373 和 2732 的总和，且芯片的价格非常便宜，因此，近年来得到了极其广泛的应用。根据以上原因本文采用了 89C51 单片机。2、 外围电路的设计（1）时钟电路的设计。计算机工作时，是在统一的时钟脉冲控制下一拍一拍地进行的，这个脉冲是单片机控制器中的时序电路发出的。单片机的时序就是 CPU 在黑龙江工程学院本科生毕业设计19执行指令时所需控制信号的时间顺序。为了保证各部件间的同步工作，单片机内部电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。要给 CPU 提供时序需要相关的硬件电路，即振荡器和时钟电路。89C51 系列单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器，但要形成时钟，外部还需要附加电路。89C51 的时钟产生方式有两种：内部时钟方式和外部时钟方式。在该控制系统中，采用了内部时钟方式。内部时钟方式，是利用芯片内部的振荡器，然后在引脚 XTAL1 和 XTAL2 两端跨接晶体或陶瓷谐振器，就构成了稳定的自激振荡器，其发出的脉冲直接送入内部时钟电路。外接晶振时，C1和 C2值通常选择为 30pF 左右：外接陶瓷谐振器时 C1和 C2约为 47pF。C1和 C2对频率有微调作用，晶振或陶瓷谐振器的频率范围可在0MHZ24MHZ/33HZ 之间选择。为了减少寄生电容，更好地保证晶振器稳定可靠地工作，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。内部时钟设计电路如图 4.4 所示。图 4.4时钟电路（2）复位电路的设计。复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使 CPU 和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。例如复位后，PC 初始化为 0，于是单片机自动从 0 单元开始执行程序。因而复位是一个很重要的操作方式。单片机本身一般是不能自动进行复位的（在热启动时本身带有看门狗复位电路的单片机除外） ，必须配合相应的外部电路才能实现。单片机的整个复位电路包括芯片内、外两部分，外部电路产生的复位信号通过复位引脚 RET 进入片内一个斯密特触发器（抑制噪声作用）再与片内复位电路连接。复位电路每个机器周期对斯密特触发器的输出采样一次。当 RST 引脚端保持两个机器周期（24 个时钟周期）以上的高电平时，89C51 进入复位状态。单片机的外部复位电路有上电自动复位和按健手动复位两种。上电复位利用电容器充电来实现，上电瞬间，RC 电路充电，RST 引脚端出现正脉冲，只要 RST 引脚端保持 10ms 以上高电平，就能使单片机有效地复位。黑龙江工程学院本科生毕业设计20按键手动复位又分为：按键电平复位和按键脉冲复位。按键电平复位，相当于恢复键后复位端通过电阻与 VCC电源接通；按键脉冲复位，利用 RC 微分电路产生正脉冲。在实际的应用系统中，有些外围芯片也需要复位，如果这些复位端的复位电平要求与单片机的复位要求一致，则可以与之连接。复位电路关系到一个系统能否可靠地工作。对要求不是很高的场合，由阻、容元件和门电路组成的复位电路是一种廉价而简单的选择，一般均能良好的工作。而对于应用现场干扰大、电压波动大的工作环境，常常要求系统在任何异常情况下都能自动复位回复工作，这样的系统选用专用复位监控芯片作为系统的复位产生器是比较理想的。考虑到教学的环境现场干扰比较小，最终确定的外部复位电路如图 4.5 所示。 图 4.5复位电路在不复位状态下，1 是高电平，2 输出低电平给单片机芯片的 RST，单片机工作。当按键按下 S1，1 成为低电平，并由电阻、电容和门电路保证 1 为低电平的持续时间至少 10ms，2 输出高电平 RET，实现复位。4.2.2 译码器的选择1、译码器的分类实现译码器功能的组合逻辑电路称为译码器。它的输入是二进制的代码，输出是一组高低电平信号，每输入一组不同的代码，只有一个输出端呈现有效信号。译码器一般通过接收芯片以后，转换为标准的 TTL 电平信号序列，还需要解调有效信息。他是包含有效的 0，1 信息的同步信号，不可以被单片机直接识别。译码器是将一种数码转换为另一种数码的电路。译码期分为变量译码器、译制译码器及显示译码器三类。（1）变量译码器黑龙江工程学院本科生毕业设计21变量译码器的输出表示输入变量的状态。常用的 3-8 线译码器 TTL 电路型号有74S138、74LS138 等，CMOS 电路型号是 74HC138，两者的功能及引脚完全一样。常见的 4-16 线译码器，TTL 型号是 74154、74S154 和 74LS154 等，CMOS 电路是 74HC154，两者功能与引脚图也完全一样。（2）码制变换译码器码制变换译码器是将一种代码变换为另一种代码的电路。例如 74LS42，其输入是由 4 位二进制代码表示的十进制数（BCD 码） ，有 10 条输出线表示十进制数09，称之为 4-10 线译码器。（3）显示译码器由于 LED 显示器有共阳极和共阴极两种结构，故所对应的显示译码器也不同，使用共阳数码管时，公共阳极接电源电压，七个阴极 ag 由相应的 BCD-七段译码器的输出来驱动。对共阴极数码管来说，则为共阴极接地，相应的 BCD-七段译码器的输出驱动 ag 各阳极。若数码管为共阴，则选用输出为高电平有效的显示译码器。若数码管为共阳，则选用输出为低电平有效的显示译码器。驱动共阴数码管的 BCD-七段的译码器有 7448、74LS48 等，该功能 CMOS 电路为 CD4511 及 MC14513 等。驱动共阳数码管的显示译码器有 7447、74LS47 和74LS247 等。常见的显示器有白炽灯、辉光数码管、荧光数码管、发光二极管（LED）和液晶显示器（LCD）等。目前用的较多的是发光二极管和液晶显示器。本文采用了发光二极管。LED 字型以七段显示器为常见，有共阳极式与共阴极式接法。共阳极接法的器件如 LA-5011，LA-5021，LA-5031 等。共阴极接法 LED 型号只是将 LA 换成了LC，其他部分及意义完全一样。2、译码器的选择在数字仪表、计算机和其他数字系统中，常常要把测量数据和运算结果用十进制数显示出来。这就要用显示译码器，它能够把“8421”二-十进制代码译成能用显示器显示出的十进制数。CPU 与存储器连接时，特别是在扩展存储容量的场合下，存储器地址选择是一个重要的问题。确定地址分配后，又有一个选择存储芯片的片选信号的产生问题。CPU 要实现对存储单元的访问，首先要选择存储芯片，即进行片选；然后再从选中的芯片中依地址码选择出相应的存储单元，以进行数据的存取，这称为字选。片内的字选是由 CPU 送出的 N 条低位地址线完成的，地址线直接接到所有存储芯片的黑龙江工程学院本科生毕业设计22地址输入端，而片选信号则是通过高位地址得到的。实现片选的方法可分为三种，既线选法、全译码法和部分译码法。（1）线选法线选法就是用除片内寻址外的高位地址直接（或经反相器）分别接至各个存储芯片的片选端，当某地址线信号为“0”时，就选中与之对应的存储芯片。这些片选地址线每次寻址时只能有一位有效，不允许同时有多位有效，这样才能保证每次只选中一个芯片（或组） 。线选法的优点是不需要地址译码器，线路简单，选择芯片不需外加逻辑电路，但仅适用于连接存储芯片较少的场合。同时，线选法不能充分利用系统的存储器空间，且把地址空间分成了相互隔离的区域，给编程带来了一定的困难。（2）全译码法全译码法是指将地址总线中除片内地址以外的全部高位地址接到译码器的输入端参与译码采用全译码法，每个存储单元的地址都是唯一的，不存在地址重叠，但译码电路较复杂，连线也较多。全译码法可以提供对全部存储空间的寻址能力。当存储器容量小于可寻址的存储空间时，可从译码器输出线中选出连续的几根作为片选控制，多余的令其空闲，以便需要时扩充。（3）部分译码法部分译码法是将高位地址线中的一部分(而不是全部)进行译码,产生片选信号。该方法常用于不需要全部地址空间的寻址能力，但采用线选法地址线又不够用的情况，采用部分译码法时,由于未参加译码的高位地址与存储器地址无关,因此存在地址重叠问题。当选用不同的高位地址线进行部分译码时,其译码对应的地址空间不同。例如CPU 地址总线为 16 位,存储器由 4 片容量为 8KB 的芯片构成时,采用部分译码法寻址32KB7。4.2.3 二极管的功能原理及接口电路1、二极管的功能原理发光二极管简称 LED，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个 PN 结，具有单向导电性。发光二极管（LED）是用半导体材料制作的正向偏置的 PN 结二极管。其发光机理是当在 PN 结两端注入正向电流时，注入的非平衡载流子（电子空穴对）在扩散过程中复合发光，这种发射过程主要对应光的自发发射过程。按光输出的位置不同，发光二极管可分为面发射型和边发射型。我们最常用的 LED 是 InGaAsP/InP 双异质结边发光二极管。黑龙江工程学院本科生毕业设计23发光二极管的发光原理同样可以用 PN 结的能带结构来解释。制作半导体发光二极管的材料是重掺杂的，热平衡状态下的 N 区有很多迁移率很高的电子，P 区有较多的迁移率较低的空穴。由于 PN 结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合。而当给 PN 结加以正向电压时，沟区导带中的电子则可逃过 PN 结的势垒进入到 P 区一侧。于是在 PN 结附近稍偏于 P 区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇时，便产生发光复合。这种发光复合所发出的光属于自发辐射。发光二极管具有可靠性较高，室温下连续工作时间长、光功率电流线性度好等显著优点，而且由于此项技术已经发展得比较成熟，所以其价格非常便宜。因此在一些简易的光纤传感器的设计中，如果 LED 能够胜任，选用它作为光源即可大大降低整个传感器的成本。然而 LED 的发光机理决定了它存在着很多的不足，如输出功率小、发射角大、谱线宽、响应速度低等。因此，在一些需要功率高、调制速率快、单色性好的光源的传感器设计中，就不得不以提高成本为代价，选用其它更高性能的光源。由于不同材料的禁带宽度不同，所以由不同材料制成的发光二极管可发出不同波长的光。另外，有些材料由于组分和掺杂不同，例如，有的具有很复杂的能带结构，相应的还有间接跃迁辐射等，因此有各种各样的发光二极管。管的选择常用的发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。使用 LED 作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和 LED 所需工作电流来选择。2、二极管与单片机接口电路二极管与单片机接口电路如图 4.6 所示。图 4.6二极管与单片机接口电路由于单片机接口不够，所以需要扩充口，在单片机与二极管中间由译码器74LS154 连接。单片机在接到信号并发出命令传到译码器，经过限流电阻 R 传到发光二极管，令它发光。74LS154 功能及引脚在下节会具体介绍。黑龙江工程学院本科生毕业设计244.2.4LED 数码管的选择LED 电子显示屏以其显示清晰、更新方便等特点，近几年在车站、机场、公共汽车、火车、证券交易系统及生产车间等处广泛使用。LED 显示通常要占用单片机的并行口，往往在控制系统中有一定的局限性。为此，采用 89C51 单片机串行口和I/O 扩展并行口，设计了一个 4 位 LED 显示驱动电路，通过对串行口动态扫描，把要显示的数据从单片机的串行口送到 LED 显示器的字段和字位，从而实现用单片机最少的外部资源达到最佳的显示效果。7 段 LED 数码管，是在一定形状的绝缘材料上，利用单只 LED 组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出 0-9 的数字。LED 数码管根据 LED 的接法不同：分为共阴和共阳两类，共阴和共阳的发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。将多只 LED 的阴极连在一起即为共阴式，而将多只 LED 的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电压，该段即会发光。当然，LED 的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。当 LED 显示位数较多时，为了简化电路，降低成本，将所有位的字段线对应并联，由一个 8 位 I/O 口控制，而字位的选择由另外的 I/O 口线控制。这样，用 2 个 8位 I/O 口能控制 8 位 LED 显示器。本设计就是根据此原理实现动态显示的。根据部分译码法，选择了 74LS154 译码器，74LS164 译码器，74LS244 译码器，74LS138 译码器。1、74LS154 的功能引脚74LS154 为 4-16 线全译码器，其引脚如图 3.7 所示。ABCD：地址输入端；输出端；G1G2：低电平有效的选通输入端。图 4.774LS154 引脚2、74LS164 的功能引脚采用 8 位串入并出的移位寄存器 74LS164 芯片扩展一个并行口，74LS164 的输入信号来自单片机的串行口线 TX 和 RX，74LS164 的并行输出信号送 LED 显示器的黑龙江工程学院本科生毕业设计25字段码。74LS164 引脚如图 4.8 所示。其中 A1、A2 为串行数据输入线，QAQ11 为并行数据输出线。3、74LS138 的功能引脚74LS138 引脚如图 4.9 所示，其中 A、B、C 为译码信号输入线，Y0-Y7 为译码信号输出线。74LS138 是“3-8”译码器，具有 3 个选择输入端，可组合成 8 种输入状态。8 个输入端，每个输出端分别对应 8 种输入状态中的 1 种，0 电平有效。换句话讲，对应每种输入状态，仅允许 1 个输出端为 0 电平，其余全为 1。3 个使能端 E3、E2 和 E1 的状态如表 4.2 所示。 图 4.874LS164 引脚 图 4.974LS138 引脚表 4.274LS138 真值表输入输出 使能选择 E3 E2 E1 C B AY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y71 0 0 0 0 001111111 1 0 0 0 0 1 10111111 1 0 0 0 1 011011111 1 0 0 0 1 111101111 1 0 0 1 0 011110111 1 0 0 1 0 111111011 1 0 0 1 1 011111101 1 0 0 1 1 111 111110黑龙江工程学院本科生毕业设计26 0 1 1 1111111111111111111111114、74LS244 的功能引脚74LS244 内部共有两个四位三态缓冲器，它是不带锁存的，如果输入设备的数据时间较短，就要用带锁存的进行扩展。单片机在进行系统扩展时，为了准确地进行数据的 I/O 传送，必须解决总线的隔离和驱动问题。通常总线上连接着多个数据源设备。但是在任何时刻，只能进行一个源和一个负载之间的数据传送，此时要求所有其他设备在电性能上与总线隔离。使外设在需要的时候与总线接通，不需要的时候又能和总线隔离开。此外，由于单片机功率有限，故每个 I/O 管脚的驱动能力亦有限。因此为了驱动负载，往往采用缓冲/驱动器，74LS244 就具有数据缓冲隔离和驱动的作用，其输入阻抗较高，输出阻抗低，通常用作单向三态缓冲输出。电路中的连接方法使用了单向两态的缓冲输出。74LS244 功能引脚如图 3.10 所示。图 4.1074LS244 引脚5、LED 与单片机接口电路74LS164 与单片机接口电路如图 4.11 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计27图 4.1174LS164 与单片机接口电路A、B 为串行数据输入端，CLK 为移位脉冲输入端，上升沿有效，Q0Q7为并行数据输出端。4 位联数码显示器的字段端（adp）通过限流电阻分别接到 74LS164 的并行数据输出端（Q0Q7）字位端分别为 P1.0P1.5 控制，P1.4 为 74LS164 提供串行数据，P1.5 为 74LS164 提供移位脉冲。4.2.5 电动机的选择及其接口电路1、电动机的选择在本控制系统设计中，电动机是本设计可动部分的动力源，为了实现各个工况的可动部分的可动，要求电动机调速方便，启动较快。所以选择直流电动机。在电动机的选择上主要考虑以下几个参数：（1）转矩：电动机得以旋转的力矩，单位为 kgm 或 Nm；（2）转矩系数：电动机所产生转矩的比例系数，一般表示每安培电枢电流所能产生的转矩大小；（3）转速：电动机旋转的速度，工程单位为 r/min，即转每分，在国际单位制中为 rad/s，即弧每秒；（4）功率：电动机输出的功率；（5）电压：电动机的额定电压；（6）功率密度：电动机每单位质量所能获得的输出功率值，功率密度越大，电动机的有效材料的利用率就越高。本设计共采用 15 个电动机，每个电动机独立工作，带动仪器 15 个可动部分进行工作。可动部分和尺条联接并固定控制面板上，尺条不能和电动机直接连接，要在中间加一个齿轮，实现电动机的减速。由于可动部件需要的功率很小，所以在初选电动机时采用价格低廉，功率不大，电压为 12V 的直流电动机。由以上各种条件初选 ZYT60961222 电动机，其参数如表 4.3 所示。表 4.3ZYT60961222 电动机参数电压空载额定额定电压测试电压转速（r/min）电流（A）转 速（r/min）电 流（A）转矩（gcm）功率（W）12V12V22000.321800280015由于控制仪器可动部分采用有机玻璃制成,质量轻。实际电动机带动部分的质量主要在连接机构，大概需要转矩 400gcm。所以选择 ZYT60961222 电动机。黑龙江工程学院本科生毕业设计282、电动机与单片机接口电路电动机与单片机接口电路如图 4.12 所示。图 4.12电动机与单片机接口3、驱动电路的选择设计中的电机驱动芯片选用 LMD18200，具体内部电路如图 4.13 所示。 图 4.13LMD18200 内部电路图其工作原理：内部集成了四个 DMOS 管，组成一个标准的 H 型驱动桥。通过充电泵电路为上桥臂的 2 个开关管提供栅极控制电压，充电泵电路由一个 300kHz 左右的工作频率。可在引脚 1、11 外接电容形成第二个充电泵电路，外接电容越大，向开关管栅极输入的电容充电速度越快，电压上升的时间越短，工作频率可以更高。引脚2、10 接直流电机电枢，正转时电流的方向应该从引脚 2 到引脚 10；反转时电流的方向应该从引脚 10 到引脚 2。电流检测输出引脚 8 可以接一个对地电阻，通过电阻来输出过流情况。内部保护电路设置的过电流阈值为 10A，当超过该值时会自动封锁输出，并周期性的自动恢复输出。如果过电流持续时间较长，过热保护将关闭整个输出。过热信号还可通过引脚 9 输出，当结温达到 145 度时引脚 9 有输出信号。黑龙江工程学院本科生毕业设计29LMD18200 具有很高的可靠性和保护功能，能发送故障信息和控制命令，能减轻单片机负担，工作更可靠。可为以后控制单元诊断功能的扩展提供条件。驱动方式有双极性驱动方式和单极性驱动方式。单极性驱动方式是指在一个 PWM 周期内,电动机电枢只承受单极性的电压。双极性驱动是指在一个 PWM 周期里，电动机电枢的电压极性呈正负变化。双极性可逆系统具有有低速运行平稳性的优点，本文中将采用双极性可逆驱动方式。图 4.13 为 LMD18200 控制的电路接线图：单片机 PB1 与引脚 9 连接，温度报警,当温度达到一定限值时关闭 LMD18200 芯片；PB2 与引脚 3（DIR）连接，控制输出电流的方向；单片机的 PB3 与引脚 5（PWM）连接,其产生 PWM 控制芯片电流的大小来决定直流电机的转速和转向。LMD18200 的输出端引脚 2（OUT1）接电机正极，引脚 10（OUT2）接电机负极。图 4.14LMD18200 控制电路原理图4.2.6 显示器的选择及其接口电路1、显示器的选择显示器主要有数码管（LED）显示和液晶（LCD）显示两大类。当系统需要显示少量数据时，采用 LED 数码管进行显示是一种经济实用的方法。其价格比较便宜，但功能比较单一，只能显示数字。液晶显示器不但能够显示数据，还能显示文字和图形，其显示效果远远超过数码管。液晶显示器具有功耗低、抗干扰能力强等优点，因此被广泛应用在仪器仪表和控制系统中。笔记本电脑、手机和计数器上采用的都是液晶显示屏幕。液晶显示屏有两种类型：智能型和普通型。智能型液晶显示屏具有一套接口命令（类似于绘图仪和打印机） ，显示内容的图形部分直接用命令输入，用户编程非常简单。普通型液晶显示屏必须由用户编程实现全部显示功能，用户编程工作量黑龙江工程学院本科生毕业设计30较大，但价格比智能型液晶显示屏要低很多8。单片机应用系统中，最常用的液晶显示器件有段型和点阵型两类。根据显示器的驱动电路和显示方式，点阵式液晶显示器又分为字符式和图形式。点阵式液晶显示主要靠液晶显示控制器来完成。液晶显示控制器结构上可分为接口控制部分和输出部分。图形液晶显示器的显示屏每一点的点亮与关闭都可以单独控制，因此可以根据需要在屏幕上显示图表曲线和汉字等，使用非常方便。通过以上因素综合考虑后，要选择既能显示图象又能显示汉字的显示器。初选普通型液晶显示屏型号为 EDM12864B。2、EDM12864B 的组成和引脚功能EDM 12864B 液晶显示模块是全屏幕图形点阵式液晶显示器组件，它由控制器、驱动器和全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示汉字；与 CPU 接口的 8 位数据线和几条地址线，不用另加控制器，另外 3 条电源线为芯片和 LCD 提供驱动。EDM12864B 的引脚功能如表 4.4 所示。表 4.4EDM12864B 的引脚功能描述管脚号管脚名称电平功 能 描 述1VSS电源地：0V2VDD电源电压：+5V3，18VEE液晶显示驱动电压：0-12V4D/IH/LD/I=H 时，表示 DB7-DB0 为显示数据；D/I=L 时，表示 DB7-DB0 为指令数据5R/WH/LR/W=H，E=H 数据读到 DB7-DB0；R/W=L，E=H，数据写到 DB7-DB06EH.HL使能信号：R/W=L，E 信号下降沿锁存DB7-DB0；R/W=H，E=H 显示 RAM 数据，读到 DB7-DB07-14DB7-DB0数据总线15-16CS1，CS2H/L高电平有效，CS1=1，CS1=0 选左半屏，相反则选右半屏17RSTH/L低电平时复位19-20空脚DM12864B 液晶显示模块主要由指令寄存器、数据寄存器、忙标志寄存器、显示控制触发器等组成。若将 LCD 控制器、驱动器、RAM、ROM（有时还包括背光源）和 LCD 显示屏黑龙江工程学院本科生毕业设计31用印刷电路板连接到一起，称为液晶显示模块 LCM。LCM 是液晶显示器的一种商品形式。只要向 LCM 送入相应的程序命令和数据就可实现所需要的显示，这种模块与单片机接口简单，使用灵活方便。液晶显示按显示行数和字符数可分为 1 行16 字符、2 行8 字符、4 行20 字符、5 行20 字符等多种形式；按是否带背光可分为带背光和不带背光液晶显示器。不同的显示器其控制器和驱动器可能不同。EDM12864B 液晶显示模块有七条指令，分别为显示开关控制、设置显示起始行、设置页地址、设置 Y 地址、读状态、写显示数据、读显示数据。EDM12864B 液晶显示模块可以与 89C51 单片机的 I/O 口或扩展 I/O 口直接相连接，可以将液晶显示器挂接在 89C51 的总线上，通过对数据总线的读写实现对液晶显示器的控制，下节将给出 EDM12864B 液晶显示模块与单片机的接口电路。3、EDM12864B 与单片机的接口电路显示器与单片机的接口电路如图 4.14 所示。图 4.15显示器与单片机接口电路4.2.7 控制开关的设计及其接口电路1、控制开关的布置在本设计中，采用了 10 个按钮式控制开关分别控制常压演示、升压演示、保压演示、降压演示、工作电路演示、油路电路联合演示、滑移率演示、轮速+、轮速-和暂停开关。具体如图 4.15 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计32升压演示保压演示常压演示轮速 +工作电路演示油路电路联合演示滑移率演示轮速降压演示暂停图 4.16控制开关布置图2、控制开关与单片机接口电路控制开关与单片机接口电路如图 4.16 所示。图 4.17控制开关与单片机接口的电路4.2.8 电源的选择及其电路1、电源的选择为了保证系统正常工作，在电子线路和自动控制装置中，需要电压稳定的直流电源，所以要求电源具有良好的输出质量，还要在性能上做到效率高、噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境。这里就需要 IC 电源变换芯片，这种芯片是将非稳定直流电压转换成稳定直流电压的集成稳压器。目前广泛采用各种半导体直流电源。目前市场上有许多可输出 312V 电压的可调整电源供选用9。黑龙江工程学院本科生毕业设计33在本系统中对电压高低、输出质量、电流大小以及动态指标有着特殊的要求。流量传感器和单片机供电都需要+5V 电压，单独设计制作每个电源，不仅成本高，而且用起来比较麻烦，随着稳压电源的集成化发展，即将多个电源集中制作在一块绝缘基片上，结构上比较紧凑，减化了电路的结构，同时也减少了电路板的体积、质量、引出线和焊接点的数目，为 PCB 制板提供了方便。在本系统的电源设计中，为了防止交流电源电压的波动和负载变化对直流电源的影响，采用具有体积小、可靠性高、使用灵活、价格低廉的集成稳压器。目前集成稳压器的种类繁多，功能也各不相同。初选 3 端稳压芯片。3 端稳压芯片：3 端稳压器仅有输入端、输出端和公共端 3 个引脚。芯片内部设有防止过流、过热保护及调整安全保护电路，其所需的外接元件少，使用方便可靠，作为稳压电源广泛应用于各种电子设备中。按输出电压是否可调，3 端稳压器分为固定输出电压稳压器和输出电压可调式稳压器两种。3 端固定电压稳压器又可分为：3 端固定正电压稳压器和 3 端固定负电压稳压器两种。常用的 3 端固定正电压稳压器有 LM7800 系列、LM78L00 系列及 LM78M00 系列，通称 7800 系列稳压器。本系统选择 LM7805 芯片。其参数如表4.5 所示。表 4.5LM7805 参数列表参数名称/单位符号7805输出电压/VVo5（10.05）输入电压/VVi10电压调整率（最大值）/MVSv50电流调整率（最大值）/MASi80静态工作电流/MAIq6输出噪声电压（典型值）/AVno40最小输入电压（典型值）/VVimin7.5最大输入电压/VVimax35最大输出电流/AIomax2、电源的电路电源的电路如图 4.19 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计34图 4.19电源电路4.3 本章小结本章选择了 ABS 教学仪器控制系统的硬件部分，以及研究了设计所采用的单片机、译码器、电源、显示器等功能与作用，以及相互控制关系。第 5 章 滑移率演示系统设计5.1 轮速信号采集电路为了比较不同车速下车辆的制动情况，ABS仿真实验装置设有车速检测系统，以观察车速的调整情况。车速信号由轮速传感器抬取，轮速传感器拾取的信号经放大、整形后，输入计数器进行计数，然后由三态输出将计数结果输送到计算机并行口，经计算机处理后，在显示器上的车速显示窗口进行显示，其原理如图4.19所示：车速传感器放大电路整形电路计算机并行口三态输出电路计数器图 5.1 车速传感器检测系统设计车速检测系统控制电路如图4.20所示黑龙江工程学院本科生毕业设计35图 5.2 轮速检测系统控制电路5.2 传感器的选择 轮速传感器是控制系统的信息感知元件, 它可以测出与车轮或驱动轴共同旋转的齿圈齿数, 然后产生频率与车轮转速成正比的交流信号, 送给电子控制器进行分析, 以便确定汽车运动状态10。比较常用的传感器主要是霍尔式轮速传感器和电磁式轮速传感器，本设计采用的是电磁式轮速传感器，其特点如下：图5.3磁电式轮速传感器原理图如图5.3所示, 它是由永久磁铁上缠绕一定匝数线圈, 固定不动作为接收器和由软磁材料做成齿盘组成。齿盘安装于待测轴上, 当待测轴旋转时, 齿盘上的齿和间隙交替通过永久磁铁的磁场, 其结果, 改变了磁路的磁阻, 从而导致感应电势发生变化, 产生一定幅值的脉冲电势。由电磁感应定律可知： （5.1）111sindVenn BAdt 黑龙江工程学院本科生毕业设计36式中：感应电势；Ve 磁通的变化率；ddt 线圈匝数；1n磁场强度；B轴转角速度；1垂直于磁力线的有效面积。sinA因线圈的磁通量的变化率与磁场强度、磁路的磁阻成正比，根据公式可知：1、脉冲电势的幅值随轴转角速度而变化, 角速度愈快, 脉冲电势幅值愈大。显然输出脉冲电势是波动值。2、脉冲电势的幅值大小还与铁芯、齿顶的间隙大小成反比, 传感器与铁芯齿顶间隙大小对应着磁阻的大小。3、脉冲电势的频率则随轴转角速度同步变化。磁电式转速传感器其输出的脉冲电势幅值一般在 115V 左右, 当转速减小时, 电势亦将在 1V 以下并逐级降低, 而相对该系统的干扰信号则增大, 信噪比降低, 以至当转速小到一定程度时, 使信号无法被检出。当转速提高到一定程度时, 传感器的频率响应又会使信号过不来, 输出失真。同时, 磁电式感应线圈上存有的感抗和容抗, 势必要妨碍系统输出的频率响应11。虽然磁电式传感器有一定的缺点和不足，但考虑到在教学仪器中的实用性和经济性，此传感器为最佳选择。5.3.滑移率的定义汽车是利用地面与轮胎之间的摩擦力来减速的，制动时车轮速度减少，在车速与轮速之间产生一个速度差。车速与轮速之间存在着速度差称为滑移现象。滑移的程度用滑移率 S 表示，即 （5.2） VVVSR式中：S滑移率；V车速；VR轮速。从上式可以看出，当车速等于轮速时速滑移率为零。汽车制动时，两者差别越大，滑移率越大。停车之前车轮抱死时，轮速为零，滑移率达到 100%。从开始制动滑移率达到某一数值，在这个过程中附着系数是随滑移率的增加而增大的。黑龙江工程学院本科生毕业设计375.4 滑移率的设计通过轮速传感器给出的信号，传给模数转换器 ADC0809，在通过单片机计算在显示器 EDM12864B 上显示。ADC0809 芯片引脚如图 5.4 所示图5.4 ADC0809引脚图模数转换器与单片机接口电路图如图 5.5 所示图5.5 ADC0809引脚图本仪器在设计时滑移率采用设定值确定的，如果某一车轮的滑移率超过了设定值，ABS ECU 控制单元就发出指令给液压控制单元，减小该轮的制动压力，增加二极管亮的时间；反之，则增大该轮的制动压力，加快二极管闪烁的速度。如果某一车轮的滑移率接近于设定值，ABS ECU 控制单元就指令该轮缸的制动压力保持某一定值，从而使各车轮的滑移率保持在理想范围内。在制动过程中，如果车轮没有抱死趋势，ABS 将不参与制动压力控制，此时制动过程与常规制动过程相同；如果 ABS 出现故障，ABS ECU 控制单元将不能给液压控制单元，这时 ABS 故障报警灯亮，以示进行检修。5.5 本章小结黑龙江工程学院本科生毕业设计38本章通过研究滑移率和地面附着系数的关系，实现了滑移率的设计。分别研究单片机，数字转换器和显示器的结构及功能，同时对该系统的滑移率演示的软件部分进行了设计。通过数字转换器把轮速传感器的信号转为数字信号，再送给单片机，经显示器显示滑移率。第 6 章 故障诊断功能的设计与实现6.1ABS 教学控制系统典型故障ABS 教学控制仪器故障设置诊断与检测如表 6.1 所示。本设计结合实验室其它控制面板的特点，在控制面板中设有开关以及万用表检测端子，这样即可以提高动手操作能力，有利于学习。为了面板的布置美观，本设计把控制开关和万用表检测端子安排在同一块 PVC 板子上。诊断面板如图 6.1 所示。表 6.1ABS 电教板故障设置诊断与检测故障设置形式故障诊断故障检测左前轮轮速传感器传感器断路或松动检查传感器与控制单元的线路和连接插头左后轮轮速传感器传感器断路或松动检查传感器与控制单元的线路和连接插头右前轮轮速传感器传感器断路或松动检查传感器与控制单元的线路和连接插头左后轮轮速传感器传感器断路或松动检查传感器与控制单元的线路和连接插头左前轮出油阀与出油阀相连的线路断路检查与出油阀相连的线路右前轮出油阀与出油阀相连的线路断路检查与出油阀相连的线路左后轮出油阀与出油阀相连的线路断路检查与出油阀相连的线路右后轮出油阀与出油阀相连的线路断路检查与出油阀相连的线路黑龙江工程学院本科生毕业设计39左前轮进油阀 与进油阀相连的线路断路检查与进油阀相连的线路右前轮进油阀 与进油阀相连的线路断路检查与进油阀相连的线路左后轮进油阀 与进油阀相连的线路断路检查与进油阀相连的线路右后轮进油阀与进油阀相连的线路断路检查与进油阀相连的线路ECU 电源电源断路或松动更换电源控制单元控制单元故障更换控制单元图 6.1诊断面板6.2 故障设置与模拟本设计采用三通道四传感器，两个前轮独立控制，两个后轮按照低选原则一同控制。当轮速传感器全断路（4 个全断开） ，ABS 警告灯开始闪烁，提醒驾驶员检修，此时由于传感器不能提供给 ECU 轮速，导致 ABS 不能正常使用，电路和油路将按照常规制动运行。当左前轮轮速传感器断路，ABS 警告灯开始闪烁，提醒驾驶员检修，此时在制动过程中，此轮的电路和油路灯全不亮，其余正常显示。当右前轮轮速传感器断路，ABS 警告灯开始闪烁，提醒驾驶员检修，此时在制动过程中，此轮的电路和油路灯全不亮，其余正常显示。当左（右）后轮轮速传感器断路，ABS 警告灯开始闪烁，提醒驾驶员检修，此时在制动过程中，此轮的电路和油路灯全不亮，其余正常显示。与出油阀（进油阀）连接的电路断路，ABS 警告灯开始闪烁，提醒驾驶员检修，此时在演示过程中，出油阀不能模拟进出油状态。ECU 电源故障，仪器不能启动，应检查电源。控制单元故障，仪器启动，但不能正常工作，应检修控制单元。6.3ABS 教学仪器控制系统电路的诊断 黑龙江工程学院本科生毕业设计40前面我们已经提到，在 ABS 电教仪器控制面板上设置的检测孔和开关。当接通电源开关后，正常情况下所有的零部件都处于工作状态，在控制面板上我们也能看到所有 LED 灯处于发亮的状态，这种情况是我们所期望的。但为了更好的了解电路的工作过程，我们通过故障诊断开关随便断开一条线路，这样整个实验台就不能正常工作了，此时我们有两种途径来检测故障。（1）通过 LED 灯我们直接能看到哪条线的灯不亮，所以根据 LED 灯的亮或不亮来判断是哪条线路出了问题。然后，再进一步检测是具体哪个点的问题。（2）当 LED 灯不亮的情况下，我们可以在模拟控制面板上通过对检测端子进行检测，这比起前一种虽然慢点，但也能找出故障的所在，并且用万用表检测，可以使我们进一步熟悉线路。6.4 控制系统电路的设计控制电路是整个控制系统的核心，在前面已经详细的介绍了各个电路硬件的功能与原理以及和单片机的接口电路，在设计中由于单片机口比较少，不能满足本设计的功能，所以扩展了很多口。在扩展口的同时选择了常用的译码器，具体控制电路如附录图所示。6.5 本章小结本章设计了汽车防抱死制动系统教学控制的控制部分。重点研究了二极管、LED、电动机、显示器、控制开关与单片机的接口电路的选择与设计，在此基础上设计了油路、滑移率的演示，最后设计实现了仪器故障设置与诊断功能。黑龙江工程学院本科生毕业设计41第 7 章 软件系统的设计与调试7.1 开发环境的选择根据 ABS 教学控制控制系统设计的基础不同，开发环境可分为以下两种12：（1）裸机环境：在基于裸机的编程环境下，开发者面临的是一个完全空白的单片机芯片及其相关的周边硬件电路，系统运行的所有程序都必须由开发者来设计。（2）操作系统环境：在基于操作系统的编程环境下，开发者面临的是一个具有“实时多任务操作系统”内核的单片机。在操作系统基础上进行程序设计时，只须完成系统各项任务的程序设计，而任务的管理和调度等基本操作由操作系统内核来完成。从以上可以看出，基于操作系统的编程环境可以高效率的进行软件开发，但这需要付出一定的代价：操作系统内核一般要花钱购买，并占有用系统资源。采用操作系统内核的最佳场合是实时性要求高、任务比较多的系统。在低、中档电子产品中，系统资源较为紧张，成本要求苛刻，通常不采用操作系统内核。很多采用廉价单片机开发的小型电子产品功能单纯，程序量不大，完全没有采用操作系统的必要。在一般的智能仪器中，系统任务数目不多，通常不采用操作系统也能很好地完成任务。结合本系统的设计要求，采用裸机环境来开发软件系统。7.2 编程语言的选择目前单片机软件的开发主要采用汇编语言和 C 语言，或者采用汇编语言与 C 语言混合编程。采用汇编语言编程必须对单片机的内部资源和外围电路非常熟悉，尤其是对指令系统的使用必须非常熟练，故对程序开发者的要求是比较高的。用汇编语言开发是比较辛苦的，因为程序量通常比较大，方方面面均需要考虑，一切问题都需要黑龙江工程学院本科生毕业设计42由程序设计者安排，其实时性和可靠性完全取决于程序设计人员的水平。采用汇编语言程序主要适用于功能比较简单的中小型应用系统13。采用 C 语言编程时，只需对单片机的内部结构基本了解，对外围电路比较熟悉，而对指令系统则不必非常熟悉。用 C 语言开发软件相对比较轻松，很多细节问题无需考虑，编译软件会替设计者安排好。因此，C 语言在单片机开发中的应用越来越广，使用者越来越多。当开发环境为基于操作系统编程时，编程语言通常采用 C 语言。所以，考虑到使用汇编语言和 C 语言的优缺点，本设计采用 C 语言编程。7.3 软件系统的功能结构软件是 ABS 控制系统的灵魂，而且往往是控制系统功能实现的关键所在。按照设计的功能要求和技术指标，遵循自顶向下、由大到小、由粗到细的思想，按照电教板的功能层次，把硬件和软件分成若干个和调试；然后把它们连接起来，进行总调试。仪器开发的过程中，程序的编写应采用结构化和模块化方法编程，这对查错和调试极为有利。在一段程序中，往往有许多地方需要执行同样的一种操作。可以把操作单独编制成一个子程序，在主程序需要执行这种操作的地方执行一条调用指令，转到子程序去执行；完成规定的操作后，再返回到原来的程序继续执行，并可以反复调用，这样处理可以简化程序的逻辑结构，缩短程序长度，便于模块化，便于调试。所以，设计时应采用子程序标志化管理，即在需调用的程序模块之前，需设置程序实现的功能名称，调用时可直接转向该模块程序，这样既便于调试、链接，又便于移植和修改16。本设计系统中软件设计要实现的功能是配合控制硬件电路，共同完成对 ABS 教学仪器功能的实现。因此，整个软件系统可看成是由若干个功能模块组成的。7.3.1 程序模块化的优点及划分原则1、程序功能模块化的优点实际的应用程序一般都由一个主程序（包括若干个功能模块）和多个子程序构成。每一程序模块化都能完成一个明确的任务，实现某个具体功能，如发送、接收、延时、显示、打印等。采用模块化的程序设计方法，有下述优点：（1）单个模块结构的程序功能单一，易于编写、调试和修改；（2）便于分工，从而可使多个程序员同时进行程序编写和调试工作，加快软件研制进度；（3）程序可读性好，便于功能扩充和版本升级；（4）对程序的修改可局部进行，其他部分可以保持不变；（5）对于使用频繁的子程序可以建立子程序库，便于多个模块调用。黑龙江工程学院本科生毕业设计432、划分模块的原则在进行模块划分时，应首先弄清楚每个模块的功能，确定其数据结构以及与其他模块的关系；其次是对主要任务进一步细化，把一些专用的子任务由下一级即第二级子模块完成，这时也需要弄清楚它们之间的相互关系。按这种方法一直细分成易于理解和实现的小模块为止。模块的划分有很大的灵活性，但也不能随意划分。划分模块时应遵循下述原则：（1）每个模块应具有独立的功能，能产生一个明确的结果，这就是单模块的功能高内聚性；（2）模块之间的控制耦合应尽量简单，数据耦合应尽量少，这就是模块间的低耦合性。控制耦合是指模块进入和退出的条件和方式，数据耦合是指模块间的信息交换（传递）方式、交换量的多少及交换的频繁程度；（3）模块长度适中。模块语句的长度通常为 20100 条合适。模块太长时，分析和调试比较困难，失去了模块化程序结构的优越性；过短则模块的连接太复杂，信息交换太频繁，因