毕业设计243一线制汽车控制器是应用.docx

毕业设计243一线制汽车控制器是应用.docx

《毕业设计243一线制汽车控制器是应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计243一线制汽车控制器是应用.docx（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

毕业设计243一线制汽车控制器是应用

第一章绪论…………………………………………………….

（1）

第二章系统硬件设计………………………………………….

（2）

2.1方案论证……………………………………………….

（2）

2.2主控制器的介绍………………………………………

（2）

2.2.1数字I/O接口……………………………………….（8）

2.2.2A/D转换器………………………………………….（8）

2.2.3中断系统…………………………………………….（10）

2.2.4存储器……………………………………………….（11）

2.3被测板的选择……………………………………………（14）

2.4模拟开关的设计…………………………………………（16）

2.5检测电路的设计…………………………………………（18）

第三章软件设计……………………………………………….（20）

第四章结束语………………………………………………….（24）

参考文献………………………………………………………...（25）

附录………………………………………………………………（26）

第一章绪论

一线制汽车控制器是应用WZ位置码通讯技术而派生出来的一套全新概念的汽车控制器。

WZ位置码通讯技术上是一个全新的通讯概念。

现在已取得国际专利，而一线制汽车控制器已获得国家专利。

WZ位置码技术的主要特点是：

包括计算机芯片在内的所有数字元件、设备之间的通讯管脚及导线只有一个，而其通讯速度可以达到或接近计算机并行通讯的速度。

目前，这一通讯技术的理论已完全成形，实际应用首选在汽车上，也就是一线制汽车控制器。

应用WZ位置码通讯技术，首选开发出WZ32-0-1系统，它的特点是：

1主频3.3K，汽车操作响应时间0.01S；

2全车逻辑控制线只有一根，这一控制线完全实现双工特性；

3全车设有任何过载及短路保护元器件，完全依靠线路自行控制；

4全车不存在本系统以外的时间及逻辑控制元件；

5全车所有主令元件由传统的负荷元件变为信号元件，其通过的平均电流由安培级下降到微安级；

6司机操作功能全部集中在方向盘上，方便了司机的操作；

7整车成本有所下降，预计下降幅度10%-20%。

目前，以上系统已经完全试车，在轻型车CA1046L试车25000公里，在红旗CA7221试车35000公里，情况良好。

所以，以上产品已经由实验室阶段转入生产阶段，本设计内容是上述检测装置的一部分，即设计检测一线制汽车控制器发射板的检测装置。

第二章系统硬件设计

2．1方案论证

根据发射板的工作过程，以DSP为主控制器，设计一个检测装置，对一线制汽车控制器的发射板进行产品质量检测。

一线制汽车控制器发射板的工作原理是：

发射板发射以主频3.3K发出一系列2V或4V的电平脉冲。

当相应控制开关没有动作时，脉冲为2V，当相应控制开关有动作时，脉冲为4V，4V的脉冲被接收板接收，实现相应控制开关的功能。

根据这个原理，控制发射板发出3.3K一系列2V或4V的电平脉冲，在相应位置的2V电平脉冲基础上叠加为4V电平脉冲，然后对发射板的输出信号进行检测，以判断发射板的好坏。

要设计一个检测装置，对一线制汽车控制器的发射板进行检测。

发射板以主频3.3K发出一系列2V电平的脉冲，用继电器来模拟相应的开关。

继电器选用两种型号，一种用于控制发射板，选择哪一块发射板进行检测，这相由译码器来完成。

另一种继电器用于控制脉冲的高低，当继电器工作时，如果发射板是好的，则相应位置的2V电平变为4V，如果发射板是坏的，则还保持2V电平，这个过程通过DSP控制AD采样运算来实现。

2.2主控制器的介绍

DSP芯片是集成高速乘法器，具有多组内部总线，能够进行快速乘法和加法运算，适用于高速数字信号处理的高速、高位单片计算机，这种器件常常被称为单片数字信号处理器。

它具有体积小、功耗低、使用方便、实时处理迅速、处理数据量大、处理精度高、性能价格比较高等优点。

DSP之所以有上述优点，是因为其内部采用了以下5种技术。

（1）采用哈佛（Harvard）结构体系或改进哈佛结构体系

DSP芯片采用程序总线、数据总线分别独立并具有多条总线的哈佛结构。

程序存储器和数据存储器是两个互相独立的存储器，每个存储器独立编址，用独立的程序总线、数据总线或多条总线分别进行访问。

这种内部总线并行技术，即相互独立的总线允许在一个机器指令周期内同时进行程序读出和数据存取而互不干扰。

（2）采用流水线技术

计算机在执行一条指令时，总要经过取指令、译码、访问操作数、执行等几个步骤，需要若干个机器周期才能完成。

DSP的流水线结构是指它的这几个阶段在执行过程中是重叠的：

第一条指令取指后译码时，第二条指令取指；第一条指令访问数据时，第二条指令译码，第三条指令取指；即在任意给定的周期内，可能有1-4条不同的指令是激活的，每一条指令都处于不同的阶段。

也就是说在执行本条指令时，下面的3条指令已经依次完成了取操作数、译码、取指令的操作。

尽管每一条指令的执行时间仍然是几个机器周期，但由于指令的流水作业，使得每条指令基本上都是单周期指令。

（3）硬件乘法器

在DSP中备有硬件连线逻辑的高速“与或”运算器（乘法器和累加器），取两个操作数到乘法器中进行乘法运算，并将乘积加到累加器中，这些操作都可以在单个周期内完成。

在数字信号处理算法中，乘法和累加是基本的大量的运算。

（4）多处理单元

DSP内部一般都包括多个处理单元，如硬件乘法器（MUL）、累加器（ACC）、算术逻辑单元（ALU）、辅助算术单元（ARAU）。

同时在DSP内部还综合地集成有适用于高速信号处理的许多功能，包括因频繁使用而部分硬件化的特殊功能（如数字信号处理算法特有的循环寻址功能，溢出时仍可继续运算的饱和处理、纠错功能等）、单独的DMA总线和DMA控制器、大容量存储器、模/数与数/模转换器、高速串并行端口等。

它们都可以在单周期内执行完各自的任务

（5）特殊的DSP指令

在DSP的指令系统中，有许多指令是多功能指令，即一条指令可以完成几种不同的操作，或者说一条指令具有几条指令的功能

总之，DSP是伴随着数字信号处理技术的发展，为适应数字信号处理技术中所要求的快速实时处理、处理数据量大、处理精度高等优点而开发的。

与单片机相比，DSP器件具有较高的集成度。

DSP具有更快的CPU，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和FIFO缓冲器。

提供高速、同步串口和标准异步串口。

有的片内集成了A/D和采样/保持电路，可提供PWM输出。

DSP器件采用改进的哈佛结构，具有独立的程序和数据空间，允许同时存取程序和数据。

内置高速的硬件乘法器，增强的多级流水线，使DSP器件具有高速的数据运算能力。

DSP器件比16位单片机单指令执行时间快8～10倍，完成一次乘加运算快16～30倍。

DSP器件还提供了高度专业化的指令集，提高了FFT快速傅里叶变换和滤波器的运算速度。

此外，DSP器件提供JTAG接口，具有更先进的开发手段，批量生产测试更方便，开发工具可实现全空间透明仿真，不占用用户任何资源。

软件配有汇编/链接C编译器、C源码调试器。

在设计DSP系统时，如何根据系统要求选择合适的DSP芯片，是决定系统性能的一个重要环节。

由于DSP芯片的发展速度很快，并且种类很多，所以在选用芯片时，要考虑以下几种因素。

（1）性能：

描述DSP性能的最重要的技术指标是运算速度。

在快速的实时处理系统中，要选择运算速度快的DSP芯片。

例如定点运算的DSP芯片特点是运算速度快、功耗低、价格便宜、体积小，但运算精度不高，一般是16位，片内也只有32位，所以用得最多。

而浮点运算的DSP芯片特点是运算速度慢、功耗大、成本较高、体积稍大，但运算精度高，一般是32位，片内一般可达40位，适合于对数据动态范围和精度要求高的特殊应用。

（2）片内硬件资源：

不同的DSP芯片所具有的片内硬件资源是不同的，即使是同一公司的同一系列的DSP芯片，也具有不同的片内硬件资源。

片内硬件资源包括片内RAM、ROM的数量，I/O接口的种类和个数，总线驱动能力，外部可扩展的程序和数据空间等。

选用片内硬件资源丰富的DSP芯片，其系统设计更为简单、可靠，且体积小、抗干扰能

（3）价格：

包括DSP芯片价格和开发工具的价格。

如果采用价格昂贵的DSP芯片，即使性能在高，其产用范围也肯定会受到限制。

因此，要根据实际系统的应用情况，确定一个价格适中的DSP芯片。

在众多的DSP芯片种类中，最成功的是美国德克萨斯仪器公司（TexasInstruments，简称TI）的一系列产品。

TI公司在1982年成功推出启迪一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS32C10/C14/C15/等，之后相继推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS32C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS32C40/C44，第五代DSP芯片TMS32C50/C51/C52/C53以及集多个DSP于一体的高性能DSP芯片TMS32C80/C82等。

采用TI公司的TMS320LF240x芯片作为控制器。

TMS320LF240x芯片作为DSP控制器24x系列的新成员，是TMS320C2000平台下的一种定点DSP芯片。

从结构设计上讲，240x系列DSP提供了低成本、低消耗、高性能的处理能力，对电机的数字化控制作用非常突出。

TI公司的TMS320F240器件是基于TMS320C2型16位定点数字信号处理器（DSP）的新型DSP控制器。

由于F240器件片内集成了544字双口RAM、双10位模数转换模块、串行通信接口以及提供死区功能和12路比较/脉冲宽度调制通道的事件管理器模块，并将存储器和外设集成到控制器内部，使得F240在诸多微机控制系统中得到了广泛的应用。

综合以上因素，主控制器可以根据设计要求及方安论证中的结果选择DSP芯片中的TMS320F240型芯片。

在这次设计中选用了TMS320F240DSP芯片。

它属于定点型芯片。

TMS320F240是TI公司生产的低价格高性能16位定点运算DPS芯片，采用改进型哈佛结构，具有分离的程序总线和数据总线，使用四级流水线作业，并且允许数据在程序存储空间和数据存储空间之间传输，从而提高了运行速度和编程的灵活性。

指令执行速度为20MIPS，几乎所有的指令都可以在50μs的单周期内执行完毕。

存储器可寻址空间224K字（64K字程序空间，64K字数据空间，64K字Ｉ／Ｏ空间，32K字全局空间）；片内有16K字的FlashEEPROM。

双10位A/D转换器，共16个输入通道，转换时间为6μｓ。

事件管理器中有3个定时／计数器，4个捕获单元等。

其主要性能指标：

1.TMS320F240内核CPU：

32位中央算术逻辑单元（CALU）、32位累加器、16位×16位并行乘法器产生32位乘积；

2.存储器：

544字×16位片内双口RAM、16K字×16位片内程序FLASH、224K字×16位最大寻址范围（64K字程序空间、64K字数据空间、64K字I/O空间和32K字的全局数据空间）；

3.程序控制：

四级流水线操作、八级硬件堆栈、六个外部中断；

4.指令集：

源码兼容TMS320F2X/F2XX/F5X定点系列、单指令重复操作、单周期乘/加指令；

5.低功耗：

亚微米CMOS技术、四种省电方式；

6.速度：

50μs指令周期（20MIPS），且大多数指令为单周期；

7.事件管理器：

12路比较/PWM通道（其中9路独立）、3个16位通用定时器、3个具有死区功能的全比较单元、3个单比较单元、4个捕获单元（其中2个可直接连接正交编码器脉冲）；

8.A/D：

双路16通道、分辨率10位、转换时间6.6μs；

9.串口：

同步串行外设接口SPI、异步串行通