【《机动车制动检验台系统硬件设计案例》3800字】

-34-机动车制动检验台系统硬件设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u14315机动车制动检验台系统硬件设计案例 1249431.1设计各部分电路 1179271.1.1设计单片机最小系统 1172851.1.2设计传感器检测电路 274681.1.3设计键盘的接口电路 4240611.1.4设计显示器的接口电路和RS232接口电路 596411.1.5设计放大电路 756291.1.6设计A/D转换器 8322351.1.7设计电源电路 101.1设计各部分电路1.1.1设计单片机最小系统单片机（SCM）的组成部分有中央处理器（CPU）、随机存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、计时器/计数器、输入/输出接口电路、总线等基本环节，每一个部分有着其专门的功能，共同配合以实现单片机的功能[13]。（1）中央计算机处理单元（CPU）是单片机的核心，它包括计算机处理单元、控制器和寄存器。（2）存储器是专门用来存储数据和程序的空间。单片机芯片有随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两种类型的存储器。RAM可以由处理器随机读取和写入，但是当用于存储临时数据信息的单片机发生断电之后，里面存储的数据信息就会消失。ROM信息只能由CPU读取，CPU不能写入，通常用于存储系统程序和固定表数据，ROM内容可由专用程序员提前写入。（3）I/O接口是单片机与外部设备之间进行数据信息交流的桥梁，通过I/O接口可以实现单片机与外部设备（键盘、显示器等）之间的信息传输。（4）总线是一种内部结构，它是CPU、内存、输入、输出公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接。根据本设计要求，我选用了STM32F103RBT6单片机，其引脚图如图3-1所示：图3-1STM32F103RBT6引脚图1.1.2设计传感器检测电路车轴负荷传感器用于车辆跟踪系统中的车轴负荷控制和车辆负荷控制。轴荷传感器可以提供模拟信号，可以向车辆跟踪系统提供诸如车辆位置、装卸时间等重要信息。在利用反作用制动平台的汽车制动性能测试中，为了了解汽车的轴承，轴承测量装置是不可或缺的设备。轴承测量装置可以测量机动车轴承的各方面信息，顾名思义，车轴（轮）的重量显示器也用于测量汽车车轴（轮）的重量。从构造上看，搭载机分为机械式和电子式两种构造。从实用角度来看，电子轮毂搭载机具有结构简单、精度高、可发送电信号的方便计算机网络化等优点，应用广泛[14]。机动车制动平台内藏着多家企业生产的轴（轮）规。对应上面的支撑板，制动平台下面有4个传感器。从传感器的重量中减去了被称为轮重量（轮重量）的平台的重量。图3-2示出了汽车的轴重量的测量。图3-2机动车轴重检测流程根据规范要求，采用YZC-528-3T型轴重传感器，其基本原理如图所示3-3。测量压力的传感器采用S型结构，柔性强，密封技术先进，IP65密封等级，可在高湿度条件下工作，具有多孔结构和双孔结构；该传感器具有柔性成形结构和由弹性板材组成的剪切结构[15]。具有良好的线性和重复性，平衡传感器的准确度和灵敏度，保证传感器的长期稳定性。图3-3传感器电路原理图1.1.3设计键盘的接口电路1.键盘分类根据键盘的构成不同，可以将其分为机械键盘、导电性橡胶键盘、箔键盘等。根据键盘的功能不同，也可以将其分为编码键盘和非编码键盘两种基本形式。①编码键盘编码式键盘是通过数字电路直接产生对应于按键的ASCⅡ码，不仅自动检测键，还通过除去抖动、补充键等，来进行键码（例如可以传递对应于打印处理器的功能的ASCII代码）。②非编码键盘键盘提供了一个简单的支柱键接触矩阵。键盘识别、键盘标记和输入、手抖距离等功能将用其他的软件来进行补充[16]。2.键盘接口的功能和原理键盘接口必须具有四个主要功能：防抖动、防串键、按键识别和密钥代码生成。①抖动：按下开关时，机械键几次打开和关闭，直到开关可靠地打开。防抖动：有硬件和软件两种，抗混软件用于延时（10ms），硬件混合电阻采用RS触发器。②串键：同时按多个键或不按一个键，然后按新的。解决方案：双锁，N和循环。双锁锁定：如果你想按两个或两个以上的键，那么只有最后一个输出的键才被认为是有效的，并创建相应的代码。N键周期：N年，在此期间按多个键可以根据键的排列顺序创建相应的键代码。③按键识别：线路扫描法、线路传输法。扫描字符串的方法：这个方法的基本思想是程序按行扫描键盘并根据列的输出状态定义代理.因此需要创建输入端口和输出端口。本次设计根据任务书的要求选用按键键盘，其电路原理图如下图3-4所示：图3-4键盘电路原理图1.1.4设计显示器的接口电路和RS232接口电路常用的显示器有LED显示器、液晶显示器、CRT显示器等，LED显示器有7段、米字型两种类型[17]。每个LED可以连接到共同的阳极或公共阴极。而且必须是不同段的驱动程序。在通用的阳极显示器中，在通常的时间段内驱动输出较低的情况下，LED电路的LED段需要吸收现场的额定电流。当区分驱动输出电路高于通常时间时，区分电路的LED点火必须提供区分电路的额定电导电流。LED显示接口分为动态和静态两种类型。动态：每个监视器都有相应的段码连接到同一I/O端口，该端口由另一I/O端口控制；静态：每个显示器的段码由另一个I/O控制，并将火控终端连接到固定水平。显示原理静态显示：把要显示的数的段码送相应的I/O口，不需要动态扫描；动态显示:选择第一个要显示的IED灯位，送出该灯位对应的段码，延时1ms，选择第二个要显示的LED灯位，送出该灯位对应的段码，延时1ms，依次类推。动态显示需要不断扫描。根据设计任务书的要求，需要使用两个四位数码管的显示器，其电路原理图如图3-5所示：图3-5四位数码管显示器接线图在串行通信的情况下，通信双方都必须使用标准接口，不过最终结果可以连接不同的设备以便于通信[18]。（“RS-485-C”只表示RS-485的版本，所以它和RS-485一样短），它代表了一种一致的通信标准。本次设计选用RS-485电路来与上位机进行通信，其基础电路图如图3-6所示。RS-485-C接口连接器通常使用DB-9连接器，通常在DCE端连接器，在DTE端连接器RS-485端口是第9个插槽。RS-232/RS-485通风口是DB-9连接器，RS-485线用于屏蔽的双绞线。图3-6RS485接口电路1.1.5设计放大电路基本放大电路是常见电路的一种，可以应用在电路施工中，其电路原理图如图3-7所示。放大器可以实现信号或者功率的增大，在处理信号的过程中可以发挥极大的作用，对其输入小信号，经过放大电路可以得到大信号，这样可以方便人们进行后续的观察分析以及研究。信号放大电路可分为单级放大电路和多级放大电路[19]。（1）场效应晶体管（FET）是一种单极晶体管增益电路，它是由场效应晶体管作为放大元件组成的放大电路。与双极晶体管一样，FET是电路的核心器件，它控制小，控制功能大，为FET工作在直流区提供了合适的位移电压。N沟道结构FET-Mop晶体管的快门由自调谐电路组成，由RG电阻接地，源为RS电阻。这种位移方法称为自反应电路，其核心是电网和电源的位移电压，即RSID电源上电流产生的径流。场效应晶体管：场效应晶体管或低信号模型中使用的非线性器件，如果输入信号电压很低，场效应晶体管也被认为是双端口网络。例如，网络和源之间的FET端口连接，以及河流和源之间的出口端口。无论FET的类型如何，电源电流都可以认为是零，输入被认为是一个开环，电压只存在于电源和电源之间。共源：与双极晶体管上的共发射极放大器相比，共源放大电路具有以下特点：高输入阻抗并联，输出电阻为0，等效开环RDS等效开环FET共源放大电路对应于压控电源。放大电路：一般的散射放大电路，又称源中继器或源中继器，与一般的集电极放大电路具有相同的特性。双极型的单级放大电路，单级放大电路一般是指由一个三极管或一个场效应管组成的放大电路。它又可分为共发射极、共集电极和共基极。每一种放大电路都有其各自的特点，实现功能方面也有所不同。图3-7信号调理放大电路1.1.6设计A/D转换器模拟数字转换器是A/D转换器或ADC，通常指电子部件的数字信号中的模拟信号。A/D转换器包括直接转换型和间接转换型，直接转换型又可以分为并联比较型和反馈比较型，其中反馈比较型又可以细分为计数型和逐次渐进型；而间接转换型可以分为双积分型（V-T变换型）和V-F变换型。A/D转换器的基本原理是在预定时间间隔之后测试模拟输入信号，并与一些标准数字信号进行比较。数字信号逐渐收敛，直到两个信号相同。有很多类型的模拟转换器，例如直接。间接、高速、高精度、超高速等都有多种形式，模拟、数字转换器的功能被称为解码器，模拟、数字转换器的功能被称为数字转换器。数字的量转化为变化的模拟量，有各种各样的种类和形式[20]。模数转换一般要经过采样、保持、量化和编码这几个步骤。取样、保持要遵循取样定理，即为了保证可以从取样信号恢复被取样信号，必须满足取样信号的频率大于等于输入信号的最高频率的两倍。把输出数字量为1时所对应的输入模拟电压称为量化单元，也可以将其称为“最小数量单位”，然后把采样保持后的值用这个量化单元的整数倍来表示，就是量化。将上述量化之后的结果用代码来表示，就是最后一个步骤编码。A/D转换器主要的指标有分辨率、转换速率、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度等。其中分辨率是指数字量变化最小量时模拟信号的变化量；转换时间是指完成一次从模拟量转换到数字量的整个过程所需要的时间，其倒数就是转换速率；需要注意的是采样速率必须要小于或者等于转换速率；量化误差是由于A/D转换器的有限分辨率而引起的误差。当然，A/D转换器还有绝对精度、相对精度、微分非线性、单调性和无错码、总谐波失真和积分非线性等指标