《汽车轮速传感器测试硬件设计综述》6500字

汽车轮速传感器测试硬件设计综述目录TOC\o"1-2"\h\u16799汽车轮速传感器测试硬件设计综述 128170第一节电源模块的设计 113473三设计过程 117863第二节时钟设计 219014第三节复位电路设计 28419第四节单片机模块设计 23312一单片机的选择 225741（1）输入 62075（2）输入，输出 725906（3）输出 725050第五节开关模块的设计 711916第六节电压比较器模块的设计 817706第七节液晶显示模块的设计 1032035第八节输出信号模块的设计 11第一节电源模块的设计因系统所需的电压为直流5V，而我国电压为220V50hz交流电，所以这里需要设计电路。一电路工作原理220V交流电→变压器→桥式整流电路→电容→三端稳压器→电容二电路图图3-1降压电路三设计过程我国电压为220V的50赫兹的交流电，把它变成所需的电流。则为得到降低的电压，需要经过变压器。为了得到一个直流电路需要整流。使用的是含4个二极管的桥式整流电路。但整流器电压出来较大，需接电容。若直接连接到负载电路，那么电路的电压和电流将极其不稳定。因此，这里连接一个三端电路以获得更稳定的电压。三个端子是集成电路的组成部分，由一些三极管和电阻器组成。在分析电路时，能把它看做是一个能自动调电阻的原件。当负载电流较大时，三端调压器中的电阻减小，当负载电流较小时，三端调压器中的电阻增大，使调压器的输出电压基本保持不变。但是考虑到有滤波和阻尼的作用，决定电容器连接在三端稳压器之后。第二节时钟设计时钟电路是单片机S52控制中心，所以它是不可或缺的，我们必须设计时钟电路，时钟电路的设计，只需让引脚XTAL1和XTAL2按照图3-2外接石英晶振和微调电容即可形成电路完成要求，构成内部震荡。我们主要通过晶振大小的取值不同，导致内部振荡不同，从而得到工作频率不同的系统。外接电容的大小影响着系统工作频率，所以选择合适的该电容是必要的。电路图如下图3-2所示：图3-2时钟电路复位电路设计复位电路是不可或缺的，单片机初始化需要复位，让运行前或者正在运行中程序有错误或者操作失误无法正常运行的单片机恢复也需要进行复位。有三种方式的复位电路，他们分别是外部脉冲复位和上电自动复位，还有按键复位。本文设计的AT89S52微控制器内部装有看门狗电路定时装置,与看门狗电路X5045相连。当程序出现错误或无限循环时,看门狗电路将通过软件重置系统。因此,不需要再设计一个CPU复位电路。单片机模块设计一单片机的选择根据本文设计需求，单片机有两种选择有MSP430系列单片机，该单片机开发环境快和功率消耗低等特点，但是它单片机的价格过高，我们不建议使用，所以我们可以选择AT89S系列的AT89S52型号。它有哪些特点呢？它消耗小，使用的是高性能的CMOS8位微控制器，拥有内存大的储存器，该储存器是能被系统编译的8KFlash等优点，最主要的是它的价格比较便宜，而且它的性价比也比较好，它的功能更是能满足我们的要求。我们就可以由AT89S52解决我们所需要的众多控制需求的系统和一些问题的解决方案。二性能参数AT89S52主要性能参数是什么呢？MCS-51单片机产品是可以与它的兼容：（1）含有8KB系统可编译Flash储存器可以储存数据；（2）1千次擦写周期；（3）全静态操作：（4）0赫兹到33兆赫兹；（5）三级加密程序储存器保护数据的安全；（6）32个可编译四口I/O口线；（7）3个16位定时/计数器；（8）8个中断源；（9）全双工UART串行通道；（10）含有低功耗空闲和掉电两种模式；（11）掉电模式后我们可以使其中断或者唤醒；（12）拥有看门狗定时器；（13）双数据指针；（14）专属掉电标识符。三标准功能AT89S52提供标准功能：（1）含有8KB空间的Flash快速储存器，（2）内部256字节的RAM，（3）高功能8位微控制器，（4）功率低，（5）32个四口I/O口线，（6）看门狗定时器，（7）2个数据的指针，（8）3个16位定时/计数器，（8）1个六向量的二级中断结构，（9）1个全双工串行的通信口，（10）片内的振荡器和时钟电路。AT89S52降到0Hz的静态以下，进行逻辑操作，并可以选择空闲，或者掉电的两种工作模式。在空闲方式情况下，它能停止CPU的运行，但16位定时/计数器，RAM，中断系统，以及串行通信口，都不会随着CPU的停止而受到影响。可以使掉电方式，保存RAM中的内容，但是振荡器会终止运行，并阻止单片机一切工作，除非等到下一个硬件发生复位。AT89S52芯片含引脚40个。用HMOS工艺制造的芯片，我们一般都是采用双列直插式封装，见图3-3。图3-3AT89S52芯片引脚结构图各引脚说明分别如下：（1）主电源引脚VCC口：它主要和外接+5伏电源正端相连。（2）GND口则是和外接+5伏电源地端相连。（3）外接晶体引脚口XTAL1，为反相放大器的输入端口。（4）外接晶体引脚口XTAL2，为反相放大器的输出端口，和内部时钟发生器的输入端口。在设计时钟时，两个外接晶体引脚XTAL1与XTAL2均要和晶振，还有电容相连，外接晶体和反相放大器一起就形成了一个振荡器。I/O口说明：含四个口，32根。该单片机共三十二根平均分成四份，分给P0、P1、P2、P3，它们都有它们独特的电路结构，有属于自己的内部结构，这种结构，便于它们再数据输出时候锁存，简单来说就是新的信号不来，旧的信号一直被保持不变。它只针对输出的信号，不针对输入信号的锁存。我们该如何选择这四个引脚口的使用呢？让我们通过下面的介绍来了解吧。（5）输入/输出引脚P0口：是一组双向四口的I/O端口，是8位的漏极开路，也就是地址/数据总线的综合口。当作为输出端口使用时，可以通过接收电流的方法来使8个TTL逻辑门电路全部工作。当需要看做高阻抗的输入端时，我们需要在端口P0输入“1”即可。在访问外部数据或程序这两个其中一个储存器时，P0端口通常会被看做低8位地址/数据复用，在此时，P0内部的上拉电阻已经消失了。（6）P1口：是一个内部含有上拉电阻的8位双向I/O端口，P1作为缓冲驱动器可以驱动的TTL逻辑电平和P0不同，却和P2、P3一样只可以驱动四个。在P1端口作为输入的端口的时候，我们就需要在P1端口输入“1”，并且经过内部上拉电阻把端口电平提升较高。用P1来输入的时候，由于P1端口内部拥有上拉电阻，在外部的信号降低到某一个引脚的时候就会输出电流。除了这些，P1.0和P1.1也能够分别成为定时/计数器2外部的计数输入和输入,可参见表3-1。表3-1P1.0与P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2[（定时/计数器2外部计数脉冲输入)，时钟输出]P1.1T2EX[（定时/计数2捕获/重装载处罚)，还有和方向控制]（7）P2口：也是一个8位的双向四口的I/O口，它的内部和P1一样有内部上拉电阻，可以TTL逻辑门电路也和P1、P3一样，只能控制四个，都是通过P2的输出缓冲器来调控。在端口P2输入“1”的时候，和P1类似可以由内部的上拉电阻将P2端口的电平升高,这个时候P2端口能够用作输入口。用作输入口应用的时候，因为其存在有内部的上拉电阻，当外部的信号拉低某一个引脚的时候会发出一段电流。在浏览外部程序的储存器或者16位地址的外部数据储存器时，P2口输出高8位地址的数据；在访问8位地址外部数据储存器的时候，P2口输出P2锁存器的内容。（8）P3口：是一个8位的双向四口的I/O口，它具有内部上拉电阻，和P1、P2一样控制4个TTL的逻辑门电路，它的该电路由P3的输出缓冲器来控制。对P3端口输入“1”的时候，会通过内部上拉电阻将电位提升到较大的电位，并且与P2端口不同的是它是能够当做输出的端口来使用。这个时候，由于内部的电阻当某一引脚被外部减小的时候会使用上拉电阻来发出电流。P3口除了用作一般的I/O接口使用以外，它的另一个性能是更为关键的地方，如表3-2所示。表3-2P3口的第二功能引脚号第二功能介绍P3.0RXD口（串行输入）P3.1TXD口（串行输出）P3.2INT0口(外部中断0)P3.3INT0口(外部中断0)P3.4T0口（定时器0外部输入）P3.5T1口（定时器1外部输入）P3.6WR口（外部数据储存写选通）P3.7RD口（外部数据储存写选通）进行Flash编译的时候，使用P0端口接收指令字节，但是进行程序的检验的时候，输出指令字节，并且当我们进行检验的时候，按照规定因此时上拉电阻消失了，我们就应该外接上拉电阻。P1P2P3和P0就简单多了，进行Flash的编译或程序的检验的时候，传输的低8位地址都可通过P1接收。接收高8位地址以及一些控制信号可以通过P2口实现。某些可以用于的控制信号可以通过P3口接收。就这些初步了解的，我们知道P1是标准口，P0当作数据端口，P0端口可以通过定义分别成为各个口线的输入或者输出线。单片机在空闲状况与掉电状况下的工作状况：空闲节电的状况：在闲置工作状态下，CPU本身将处于休眠状态，但其所有片上外设仍处于激活状态。此模式由软件生成。此时，胶片中的RAM和所有特殊功能寄存器的内容都将被冻结。空间模式可以通过任意允许的中断请求或硬件重置来停止。在这种情况下，片上硬件不能访问内部RAM，但可以访问端口的pin。片上硬件不能访问内部RAM，从而防止在使用reset停止空闲模式时对端口的多余输入，因此，激活空闲模式后的命令是不能对外部存储器或端口的输入命令。掉电状况：如果停电，振荡器将停止工作。进入断电模式的命令是最后一个要执行的命令，在停止断电模式之前，芯片中的RAM和特殊功能寄存器的内容将被冻结。停止掉电模式的唯一方法是重置硬件。复位后，所有特殊功能寄存器将重新编译，但RAM的内容将不会被修改。在VCC再次达到正常工作水平之前，复位应该不起作用，必须保持一定的时间，这样振荡器才能重新启动并顺利工作。空闲和掉电模式下，各端口的引脚状态如表3-3所示：表3-3空闲和掉电模式外部引脚状态模式程序储存器内外部ALE端口PSEN端口P0端口P1端口P2端口P3端口空闲模式内11数据数据数据数据空闲模式外11浮空数据地址数据掉电模式内00数据数据数据数据掉电模式外00浮空数据数据数据综上，这个单片机共有三总线的结构表现，分别是：地址总线由P2和P0构成的16位，和数据总线由P0口分时和分用形成，还有控制总线由共10个引脚组成。该十个引脚分别为ALE，PSEN，RST，EA与P3口中的INT0，INT1，T0，T1，WR，RD。它的含有功能强，储存空间大等特点，可以满足本文设计要求。控制线：（1）输入RST；复位后，晶振工作期间，持续两个机械周期的高电平，使得AT89S52单片机复位。ALE/PROG:在访问外部程序的储存器或者数据的储存器时，会用ALE（输出脉冲进行锁存地址的低8位字节。通常这种情况下，ALE是作为对外输出时钟或作为定时的用途，可通过依旧用1/6的时钟振荡频率输出脉冲信号是固定的，从而进行操作。但应注意，每次访问外部数据储存器时，将省略信号脉冲。当FLASH内存被编译时，该引脚将作为脉冲来进行输入编译。终止ALE的操作，可以用特定功能寄存器区中8EH单元D0位置位在必要的时候。但在该单元该位置后面的，激发ALE只能依靠一条MOVX和MOVC命令才可以。另外，该引脚会被从而稍微提高，系统进行外部程序时，设置ALE的停止位应该无法使用了。输入，输出EA/VPP：允许外部访问。如果EA端必须保持低级别电平，CPU才能如我们所想的只访问外部程序的内存。需要特别注意的是，如果编译了加密码的LB1位，这么在重置期间EA端将被内部锁存状态。如果EA终端处于更高级别电平，那么内部程序存储器命令将被CPU发出。编译FLASH储存器时，该引脚端口与12V编译电源相连。一起，设备必须用12V编译电压VPP。（3）输出PSEN：程序储存器能输出外部程序储存器的读选通信号。当AT89S52单片机通过外部程序的储存器和通过外部数据的储存器是不同，读取外部程序储存器的命令时，有两次PSEN信号存在每一个机械循环，即发出两个脉冲。在此时，当访问外部数据的储存器时，跳过两个PSEN信号，即该信号不被激活发出。第五节开关模块的设计为了能够对四路轮速信号进行控制,需要使用多路选择开关。设置多路开关,开路电阻无穷大,接通电阻为零,并且还得要求速度迅速、噪音低、寿命足够、工作牢靠、控制开关动作需要的功耗小。基于以上这些因素,本文的设计选择CD4052做为四选一多路开关。CD4052可以看做一个双刀四掷开关,如图3-4所示,由A、B两个输入状态来决定译码器输出端的哪一端去控制电子开关的闭合,对应的多路输入端和输出端的连通。其具体真值表见表3-4。图3-4CD4052引脚图表3-4CD4052多路开关真值表输入状态接通通道状态INHBA000“0”X，“0”Y001“1”X，“1”Y010“2”X，“2”Y011“3”X，“3”Y1——均不接通第六节电压比较器模块的设计为了方便测量输出电压的原始信号的频率，本文的设计首先得将正弦波信号整形为方波，然后再通过进一步的处理求得。将正弦波信号整形成方波可以用LM339实现这一功能，下面就是对LM339的一些简单介绍。LM339集成块内部，是包含多个电压比较器，它共计含有四个，此电压比较器的特征是什么呢？此电压比较器有失调电压较小的特点；2毫伏为此失调电压的经典值；电源电压包含有两种变化电压，分别是单电源和双电源电压；信号的内阻较好；共模范围比较大；能自由选择输出端的电位；它的差动输入电压较宽，等同于电源的电压的宽。本文用C-14型封装LM339集成块，引脚说明图表3-5和外型及引脚排列图图3-5在下面已经展示。由于LM339使用的出现，世界慢慢出现了研究出许多四电压比较器，这些比较器的参数大致相同，是相互可以互通运用的。图3-5电压比较器LM339引脚图表3-5引脚功能图引脚端口符号功能介绍1OUTPUT2（端口）输出端2口2OUTPUT1（端口）输出端1口3V+（端口）电源正口4INPUT1-（端口）反相输入端1口5INPUT1+（端口）同相输入端1口6INPUT2-（端口）反相输入端2口7INPUT2+（端口）同相输入端2口8INPUT3-（端口）反相输入端3口9INPUT3+（端口）同相输入端3口10INPUT4-（端口）反相输入端4口11INPUT4+（端口）同相输入端4口12GND（端口）电源地口13OUTPUT4（端口）输出端4口14OUTPUT3（端口）输出端3口LM339再使用过程中的作用是什么呢？它可以当作什么来使用呢？其实一般情况下我们把它当成一个运算放大器，而且是那种增益却不可调的放大器。它含有的四个电压比较器，每一个比较器都含有它们独自的输出的端口和输入的端口，和其他的不共用，其中输出端口有一个，输入端口有两个。在两个输入的端口中，其中一个我们命为同相输入的端口，设置特征符号为“Y”。那么剩下的一个则取名为反相输入的端口，设置特征符号为“N”。当我们需要这两个两电压进行对比时，我们只需要随便将其中一个输入端口，加上一个需要进行比较的信号电压，而剩下的输入端口，加上做参考电压（固定电压）。当我们设置特殊符号“Y”端电压比另一端“N”端低时，说明输出管达到极限，即输出端接的是较低电位。反之，当“N”端电压比“Y”端低时，输出管会被停止，此时输出端就是开路，没有外接。我们怎么才能保证输出能从一种状况平稳转变到另一种状况呢？这就需要它的两输入端电压相差必须比10毫伏这个值高，所以LM339可以进行弱信号的检测，这是我们所希望的理想状态下才能完成的。不接通集电极电阻的晶体三极管，就和LM339的输出端口一样，在使用过程中，把这样的三级管输出的端口到正电源只接单个电阻。此三极管输出端口的高电位值，依据上拉电阻阻值不同而变化，形成相对应的值。当停止输出时，由上拉电阻和负载的值的大小，决定该集电极的电压。另外，我们需要注意的是：每个比较器输出的端口，是可以互相连接使用的。第七节液晶显示模块的设计为更准地显示轮速感应器的工作状态，我需要使用液晶显示器，它能在轮速感应器正常工作时显示连续工作时间，当轮速感应器出现问题时能立即报警并显示连续工作时间。所以选用24064点阵液晶显示器，它能显示4行15列的文字，并且能兼容51系列单片机，满足本文的设计要求。其主要