《电控设计说明书》doc版.docx

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《电控设计说明书》doc版汽车电控系统课程设计说明书目录1前言22整体方案设计32.1方案论证32.1.1温度传感器的选择32.1.2控制核心的选择42.1.3显示电路的选择42.1.4调速方式的选择43单元模块设计63.1系统器件简介63.1.1DS18B20单线数字温度传感器简介63.1.2AT89C52单片机简介63.1.3驱动芯片Ｌ２９８的简介73.1.4液晶显示器简介83.2各部分电路设计93.2.1按键复位电路与时钟电路的设计93.2.2液晶显示电路设计103.2.3温度采集电路设计113.2.4电机调速电路的设计124软件设计144.1主程序144.2读出温度子程序144.3温度命令子程序154.3温度计算子程序155系统调试165.1keil调试165.2原理图绘制和印制板绘制和检查165.2.1在protel99se绘制原理图并进行ＥＲＣ检查165.2.2在protel99se生成PCB图175.2.3proteus仿真调试186结论206.1系统实现的功能216.2系统功能分析21致谢219参考文献22附录1：

程序代码23附录2：

电路原理图及PCB板图28附录3：

Proteus仿真图291前言温度是反映发动机热负荷状态的重要参数，为了保证电控单元能够精确地控制发动机正常运行，必须随时、连续、准确地监测发动机冷却液的温度，以便修正诸控制参数，准确计算喷油脉宽以及进行排气净化处理等。

冷却液温度传感器（CoolantTemperatureSensor，CTS）通常又称为水温传感器，属负温度系数型热敏电阻式温度传感器，安装在发动机冷却液出水管上，其功能是检测发动机冷却液的温度，并将温度信号转换为电信号传送给发动机电控单元，电控单元根据该信号修正喷油时间和点火时间，使发动机工况处于最佳运行状态。

本课程制作是由ATMEL公司的8052系列单片机AT89C52编程控制液晶显示器完成温度和直流电机转速的动态显示，并采用DALLAS公司的DS18B20作为温度采集部分；通过桥式PWM逆变电路控制电机的转速和方向。

本系统可以快速的采集环境温度并动态的显示到液晶显示器上。

通过温控直流电机的设计，使我更加熟悉有关单片机开发设计原理及方法，并能使自己加深对单片机的理解和运用以及掌握单片机与外围接口的方法和技巧，这些主要体现在以下方面：

1.温控直流电机包含了8052系列单片机的最小应用系统，同时在此基础上扩展了一些实用性强的外围电路。

2.可以了解到液晶显示器的结构、工作原理以及这种显示器的接口实例。

3.怎样扩展显示接口、如何驱动外围元件等。

4.温度采集元件DS18B20的读写时序的编程方法。

5.电机的PWM调制和电机驱动电路的使用等。

2整体方案设计本设计的整体思路是：

利用DS18B20温度传感器直接输出数字温度信号给单片机AT89S52进行处理,在液晶显示器上显示当前环境温度值以及预设温度值。

同时由PWM脉宽调制来改变直流电机的转速。

结构框图如下:

复位晶振直流电机PWM驱动电路AT89C52温度显示DS18B20图2系统构成框图2.1方案论证本设计实现直流电机的温度控制，需要较高的温度变化分辨率和稳定可靠换挡停机控制部件。

2.1.1温度传感器的选择温度传感器可由以下几种方案可供选择：

方案一：

选用热敏电阻作为感测温度的核心元件，通过运算放大器放大由于温度变化引起热敏电阻的变化、进而导致的输出电压变化的微弱电压变化信号，再用AD转换芯片ADC0809将模拟信号转化为数字信号输入单片机处理。

方案二：

进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，电路简单，精度高，软硬件都以实现，而且使用单片机的接口便于系统的再扩展，满足设计要求。

对于方案一，采用热敏电阻有价格便宜，元件易购的优点，但热敏电阻对温度的细微变化不敏感，在信号采集、放大、转换过程中还会产生失真和误差，并且由于热敏电阻的R-T关系的非线性，其本身电阻对温度的变化存在较大误差，虽然可以通过一定电路予以纠正，但不仅将使电路复杂程度降低，而且在人体所处环境温度变化过程中难以检测到小的温度变化。

故该方案不适合本系统。

对于方案二，由于数字式集成温度传感器DS18B20的高度集成化，大大降低了外接放大转化等电路的误差因数，温度误差很小，并且由于其感测温度的原理与上述方案的原理有着本质的不同，使得其温度分辨力极高。

温度值在器件内部转化成数字量直接输出，简化了系统程序设计，又由于改传感器采用先进的单总线技术，与单片机的接口变得非常简洁，抗干扰能力高，关于DS18B20的详细参数后面参看下面。

2.1.2控制核心的选择采用AT89C52单片机作为控制核心以软件编程的方法进行温度判断，并在端口输出控制信号。

2.1.3显示电路的选择方案一：

采用五位共阳数码管显示温度，动态扫描显示方式。

方案二：

采用液晶显示屏LCD显示温度。

对于方案一，该方案成本低廉，显示温度明确醒目，在夜间也能看见，功耗极低，显示驱动程序的编写也相对简单，这种显示方式得到广泛应用。

不足的地方是扫描显示方式是使四个LED逐个点亮，因此会有闪烁，但是人眼的视觉暂留时间为20MS，当数码管扫描周期小于这个时间时人眼会感觉不到闪烁，因此可以通过增大扫描频率来消除闪烁感。

对于方案二，液晶体显示屏具有显示字符优美，不但能显示数字还能显示字符甚至图形的优点，这是LED数码管无法比拟的。

本系统采用方案二。

2.1.4调速方式的选择方案一:

采用数模转换芯片AD0832控制,由单片机根据当前温度值送出相应数字量到AD0832,由AD0832产生模拟信号控制晶闸管的导通角,从而配无级调速电路实现温控时的自动无级转速调节。

方案二:

采用单片机软件实现PWM调速的方法。

在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。

通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。

对于方案一,该方案能够实现在直流电机处于温控状态时能无级调速,但是D/A转换芯片价格较高,与其温控状态下无级调速功能相比性价比不高。

对于方案二,相对于其他用硬件或者硬软结合的方法实现对电机进行调整，采用PWM用纯软件的方法来实现调速过程，具有更大的灵活性和更低的成本，能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。

综合考虑选用方案二。

3单元模块设计系统主要部件包括DS18B20温度传感器、AT89S52单片机、液晶显示器、电机。

辅助元件包括电阻、晶振、电源、按键、L298等。

3.1系统器件简介3.1.1DS18B20单线数字温度传感器简介DS18B20温度传感是由DALLAS（达拉斯）公司生产的。

它的体积超小，硬件开消低，抗干扰能力强，精度高。

DS18B20的主要特征：

全数字温度转换及输出，先进的单总线数据通信，最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度，2位分辨率时的最大工作周期为750毫秒，可选择寄生工作方式，检测温度范围为–55°C~+125°C（–67°F~+257°F）内置EEPROM，限温报警功能，64位光刻ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。

多样封装形式，适应不同硬件系统。

DS18B20内部结构主要由4部分：

64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

其管脚有三个端，其中DQ为数字信号端，GND为电源地，VDD为电源输入端。

3.1.2AT89C52单片机简介

（1）8051单片机在此单片机上集成了微处理器（CPU），内部数据存储器（RAM），以及输入输出端口。

8051单片机采用40只引脚的双列直插封装方式，各引脚的功能如下：

①时钟引脚X1及X2：

用于接晶体振荡器，此次设计用的晶振频率为6MHZ。

②RESET脚：

是复位信号输入端，高电平有效。

③ALE脚：

地址锁存允许信号，用于锁存单片机输出的地址信号，高电平有效④PSEN脚：

程序存储器输出控制端，在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出的负脉冲作为读外部程序存储器的选通信号，接至程序存储器的OE端。

低电平有效。

⑤EA脚：

其功能为内外程序存储器选择控制端。

当EA为高电平时，单片机访问内部程序存储器，当EA为低电平时，单片机直接访问片外程序存储器。

本设计用的是8031，由于8031内部无程序存储器，所以此引脚应接地。

低电平有效。

图3-18951单片机⑥I/O口引脚：

共4个，分别是P0、P1、P2、P3，均为8位口。

这4个I/O口可分别作为基本的Input、Output端口。

其中P0口可作为数据总线和地址总线（低8位）分时复用的端口，P2口可作为地址总线的高8位，即P0口和P2口地起构成16位地址总线，可供寻址的地址范围是：

64KB。

P3口具有第二功能，即可以产生中断，定时计数等功能。

⑦RD、WR引脚：

为读和写选通信号，RD用于将单片机的数据写入外设中，WR用于从外设中读取数据。

低电平有效AT89C51系列单片机都是以8031为核心发展起来的，具有和51系列单片机及基本结构和软件特征，其内部结构如图3-1-1所示：

振荡器及定时电路AT89C51CPU4K字节ROM128字节RAM2个16位定时器/计数器64K总线扩展控制可编程I/O可编程串行口图3-1-1AT89C51单片机框图3.1.3驱动芯片L298介绍L298N为SGS-THOMSONMicroelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片（DualFull-BridgeDriver），内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号，L298N内部逻辑如图3-1-2所示，Pin1和Pin15可与电流侦测用电阻连接来控制负载的电路；OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个步进电机；input1~input4输入控制电位来控制电机的正反转；Enable则控制电机停转图3-1-2L298内部逻辑图3.1.4液晶显示器简介液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在嵌入式应用系统中得到越来越广泛的应用，这讲中向大家介绍的LCD1602液晶显示模块（其内部控制器为HD44780芯片），它可以显示两行，每行16个字符，因此可相当于32个LED数码管，而且比数码管显示的信息还多。

采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。

1602字符型LCD模块的管脚分布如图3-1-2所示，其管脚各功能如表1所示。

图3-1-21．管脚：

1602共16个管脚，但是编程用到的主要管脚不过三个，分别为：

RS（数据命令选择端）,R/W（读写选择端）,E（使能