发动机转速电控系统说明书.

1、目录摘要 ,31 引言 ,4* J I 口J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J*1.1 问题提出 ,4 1I J 八厶 J/sl I I IJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ11.2 任务与分析 ,4* I 丿 J J 丿 1/ IJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ12 方案设计 ,4丿 7 /I、 IJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ12.1 系统方案设计论证 ,42.1.1 系统的控制方案设计 ,42.1.2 最

2、终方案设计 , 52.2 最终设计方案总体设计框图 , 5 3 系统硬件设计 , 63.1 AT89C51单片机63.1.1 AT89C51单片机介绍63.1.2 选用 AT89C51单片机原因83.2 时钟电路 ,83.3 复位电路 ,94 系统软件设计 ,104.1 主程序框图 ,105 系统调试过程 ,115.1 原理图和印制板图绘制和检查 ,115.1.1在Protel99se绘制原理图并进行相应的 ERC检查125.1.2 在 Protel99se 生成 PCB 图125.2 Keil 程序调试 ,135.3 Proteus 仿真调试 ,14结论 ,15致谢 ,16参考文献 ,17附

3、录一 程序源代码 , 18 附录二电路原理图和 PCE图22 附录三 Proteus 仿真截图 ,23发动机转速电控系统设计及仿真摘要汽车发动机转速与发动机工作好坏密切相关。如何利用已学知识发动机转速检测是 开始本设计的初衷。本文通过以 AT89C52单片机为中心，通过信号发生器模拟产生一个 信号，送入单片机进行处理，再从单片机P0 口将电平信号送入LED显示器实现动态显示。 并在超过安全阈值时由单片机控制LED灯报警，发动机停止运转。此次设计给出了系统的设计原理图，并在Proteus软件中进行仿真实现设计功能。关键词：AT89C52单片机LED 信号发生器仿真-18 -发动机转速电控系统设计

4、及仿真1.1问题的提出随着汽车工业与电子工业的发展，越来越多的电子技术被应用在现代汽车上。汽车 也将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展。由于实时驾驶信息系统及多 媒体设备在汽车上普及，汽车更具个性化、通用性、安全性和舒适性。无线及移动电脑 技术迅速发展，即使独自驾驶在陌生的土地上，也不会觉得孤独或迷失方向。汽车在人 们的生活中不仅仅是代步工具，而逐步成为一种享受生活的方式。在汽车电子领域的研 究成为汽车研发中最活跃的一部分。随着进入电气时代，电子测控装置被广泛应用于各 种电器机械产品上，本次的任务就是设计一个发动机转速检测系统来检测发动机转速。1.2任务与分析汽车转速检测系统是通过

5、 LED闪烁和文字信息让驾驶员了解转速的状态。该系统利 用8051单片机作为微控制器，通过先好发生器对发动机转速进行信号检测，信号发生器 输出信号输入ECU经计算后在LED屏幕上显示发动机转速，同时将信号与设定的信号范 围进行比较，当不正常区间时报警电路则输出报警信号，并通过报警线点亮报警指示灯。设计的核心是以AT89C51单片机作为硬件电路的核心。先应在 protell99se 中绘制 出原理图并作相应的ERC检查，检查无错误后，在相应地方用文本标出注释；其次根据 设计思路确定出相应的程序设计方案，并选择最佳的方案，并在Keil软件里面进行程序的编写和调试；最后在程序调试无误后在Proteu

6、s中搭建虚拟的单片机仿真平台，并和Keil实现联调，并在Proteus中实现仿真结果。发动机转速电控系统设计及仿真2方案设计2.1系统方案设计论证2.1.1系统的控制方案设计方案1:以单片机AT89C52为核心，通过信号发生器产生模拟信号，送入单片机进行 处理，电路较为简单。方案2:以单片机AT89C5伪核心，通过电源发生器产生模拟信号，经过放大、滤波、 A/D转换电路，送入单片机处理，电路相对于方案1较为复杂，连线时容易出错。2.1.2最终设计方案从各方面考虑后，确定方案：以单片机 AT89C52为核心，信号发生器产生模拟信号, 送入单片机进行处理，再通过单片机 P0 口送入数码管显示。并在

7、超过安全阈值时通过单 片机P2.4 口控制LED灯报警。此方案电路简单易实现，而且功耗更低，故选此方案。2.2最终设计方案总体设计框图图2.1系统总体设计框图当时钟电路的晶振产生外部振荡脉冲信号送入 AT89C51单片机的XTAL2口时，单片机 开始以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。单片机AT89C52执行编写在其内部的程序，处理从信号发生器送来的信号，并送到P0 口输出到数码管显示。并在超过安全阈值时通过单片机P2.4 口控制LED灯报警。发动机转速电控系统设计及仿真3系统硬件设计3.1 AT89C51 单片机3.1.1 AT89C51单片机介绍AT89C51是一个低电压，高性能C

8、MOS位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM，器件采用ATME公司 的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的 AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应 用场合。T2/P1. 0T2EX/?!. 1ASTRXD/P3. CTXD/P3. 1 fBT0/F3. 2 IBTT/F3r 3T0/F3. 4T1/P3. 5WP3. EMZP3. 7 XTAL2 XTkLl PEIP &HB125。39338+375363534$3321

9、031II301229132314Z71526IE251724IS2319222D2L口匚匚匚匚匚iULJ匚匚 U 匸LJ匚匚匚匚匚匸 Vcc PC. Q /ADO3 FO.1/AD1 PO, 2/AD2 PO. 3/AD3 3 PO.4/AD43 PO. 5/AD5 PD.G/1DE PC. 7/1D7 ALEZFEO& FESWJ F2. 7/A15 J P2.6/A143 P2. 5/A13 D F2. 4/A12 P2. 3/A11 FN 2/A10 P2. L/A5 P2. 0/AS图3.1 AT89C51单片机引脚89C51系列单片机都是以8051为核心发展起来的，具有和51系列单

10、片机及基本结构图3.2 AT89C52单片机内部框图AT89C52单片机的引脚功能:发动机转速电控系统设计及仿真VCC供电电压GND接地。P0 口：方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口 P0写“1”时，可作为高阻抗输入端 用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8位）和数据 总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 Flash编程时，P0 口接收指令字节，而在 程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口： P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1的输出缓冲级可驱动（吸 收或输出电流）4个TTL逻辑 门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻

11、把端口拉 到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外 部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。与AT89C51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别 作为定时/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2 ）和输入（P1.1/T2EX）,P2 口： P2是一个带有内部上拉电阻的 8位双向I/O 口，P2的输出缓冲级可驱动（吸 收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口 P2写“ T,通过内部的上拉电阻把端口 拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被 外部信号拉低时会输出一个电流（IIL）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据

12、存储器（例如执行MOVXgDPT指令）时，P2 口送出高8位地址数据。在访问8位地址 的外部数据存储器（如执行 MOVRI指令）时，P2 口输出P2锁存器的内容。Flash编 程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门电流。 当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下 拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL ）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C52的些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2

13、 /INT0 （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （记时器0外部输入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字 节。在FLASH程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时 目的。然而

14、要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EI地址上置0。此时，ALE只有在执行MOV，MOV指令是ALE才起 作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。发动机转速电控系统设计及仿真/PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（OOOOH-FFFFH，不管 是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时，/EA将内部锁定为RESET当/EA端

15、保持高 电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（V PP）oXTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出。振荡器特性：XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡 器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求， 但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.1.2选用AT89C51单片机原因在该课程设计里设计只要满足开环设计就可以了，在设计里面使用的引脚较少，占 用

16、的资源也比较少。而且该芯片是以 8051为核心，性能价格比高，且对其内部结构较为 熟悉，芯片功能够用而且适用，从而选用 AT89C51单片机作为主控芯片。3.2时钟电路本设计采用内部时钟方式的电路，其电路如图3.3所示。AT89C51单片机内部有一个 用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的 自激振荡器。电路中的电容 C1和C2典型值通常选择为30pF左右。晶体的振荡频率的范 围通常是在1.2MHZ- 12MHZ之间。晶体的频率越高，贝U系统的时钟频率也就越高，单片 机的运

17、行速度也就越快。发动机转速电控系统设计及仿真3.3复位电路复位电路通常米用上电自动复位和按钮复位两种方式。本次设计米用按键复位电路。按键复位电路是在按键瞬间接地来实现的，其电路如图3.4所示。按下复位按钮后，电源对按键RESETS维持两个机器周期的高电平实现复位的。1CMJKO一1一LI1VlOuF图3.4 复位电路图发动机转速电控系统设计及仿真4系统软件设计4.1主程序框图图4.1 主程序流程图发动机转速电控系统设计及仿真4.2数码管显示子程序流程图图4.2数码管显示子程序流程图4.3报警子程序流程图图4.3 LED显示子程序流程图发动机转速电控系统设计及仿真5系统调试过程通过上面的设计，设

18、计已经基本完成。下面主要实现Protell99se 的原理图、印制板图的绘制和做相关检测，对 Keil进行相应的检查和调试，并用 Proteus对所设计系统 进行仿真。5.1原理图和印制板图绘制和检查5.1.1在Protel99se绘制原理图并进行相应的 ER*查打开Protel99se，绘制系统的原理图。原理图包括能输出时钟电路，驱动电路以及 复位电路。绘制完成的原理图如图5.1:R1TLTLo813151431+5R523456 789信号发生器+5A1A2A398630pF1RYSTAL30pFP10/TPOOP11/TP01P12P02P13P03P14P04P15P05P16P06P

19、17P07INT1P20INTOP21P22T1P23TOP24P25EA/VPP26P27X1X2RESETRXDTXDRDALE/PWRPSENU214-212225261918980522324272838a237a3A439A1323410C410uFR610K17JA41210534LED-SM -1 LED17 4图5.1 原理图的绘制绘制完原理图之后，对原理图进行同一网络命名多个网络名称检测、未连接的电路 标号检测、未连接的电源检测、电路编号重号检测、元件编号重复检测等检测。ERC佥测结果如图5.2:j料电控课程设计笈动机转連电控垂毓设计及彷真原理图原理.ddb原理凰ddb |

20、Document |发动机转发动机转速测.FCB 发动机转速测量.ERCError Report For:发动机轉速测 量.主斤27Dec-2011 12 39 24End Report图5.2 ERC电气规则检查5.1.2 在 Protell99se 生成 PCB图在创建完原理图后，对各元器件的引脚进行封装，然后再Protel中新建PCB图并在发动机转速电控系统设计及仿真原理图中更新PCB更新PCB截图5.3所示:图5.3 加载网络表对于生成的PCB图中各器件进行调整，并布线，最终生成PCB图。结果如图5.4所示：图5.4 生成PCBffl5.2 Keil程序调试程序调试结果如图5.5所示：

21、Creating hex file from“ADC0804 表明.hex 文件创建成功。发动机转速电控系统设计及仿真“ADC0804 - 0 Error(s),5 Warning(s)表明文件编译结果没有错误U Fites |卸-g测速，assembling STARTUPA51. compiling 测速.u. linking.,Program Size: data20.0 xdataO code475 creating hex file from 泗!|速.测速“ -0 Error (s) , 0 Warning (s).飞 Build 人 Commyt;入 Fit;巾 F 柴/图5.5

22、 程序调试结果5.3 Proteus 仿真调试在Proteus中建立仿真图。按下开始仿真按钮，开始进行仿真实验，结果如图 5.6，A:rr；I图5.6 Proteus 仿真图（正常运行）PQJJ.W pa恤1 PUMtZ pOJT-HHrnjs.MB rOjVAK RQ,TJ7陀eraPZ.hC 壮抄J1PZ.WAE PZJVAD FZJfifAl* mrAK112: Ap irn vs qutzH1 HZBI1 UT3MZ 3QITiriaiD G 电压值为台W盅黑硕率即为转速4PSDfWP3.VTM) P32fflrn FjjninPMTTI F3J&TTT 37/nr图5.7所示：发动机

23、转速电控系统设计及仿真祀司13 pq.vai pqAiQ rajAJa ra.AJh- KJ*.hU5 ra atari ra.T/Af?I叨LEDR.ED电圧值为台也/VIP7CF PZJM 壮Mn F3P F2SAQ P2jff.AJ+h-F3OH：- F3.-UTO P32flira rJjlITiF3.4nF3#n P3JOTI A37TOE岀注|频率即为转速 L Hr1图5.7 Proteus 仿真图（报警状态）仿真电路图中实现对转速检测的控制，输出到数码管实现动态显示。当输入信号大 于2000时，LED就会亮，表示报警。仿真虽然能运行，但在实际电路中，还需要加入其 它的一些电路才能保证单片机能正常工作，实现其功能。发动机转速电控系统设计及仿真结论通过通过信号发生器产生模拟信号，送入单片机进行处理，再通