车辆工程毕业设计论文-基于容积法的汽车油耗检测仪器设计(编辑修改稿)

车辆工程毕业设计论文-基于容积法的汽车油耗检测仪器设计(编辑修改稿)内容摘要：

表 所示： 表 YH2 型流量传感器的技术参数 项目 参数 电源 /V DC， +5 输出信号 /脉冲当量 /（ ml/脉冲） ＜ ， TTL 电平，正脉冲 最大流量 /（ l/h） 180 质量 /kg 使用温度 /℃ 0～ 40 应用特点 有两路脉冲信号输出，需通过程序判断正反转，直接输出数字信号，送入单片机 流量检测数学模型的建立 根据检测系统确定的容积式型号为 YH2 的流量传感器，在测量范围内，传感器输出的脉冲频率与体积流量成正比，这个比值即体积仪 表系数： 17 VNKQ fK  或3600 （ ） 式中， f — 为流量信号频率， Hz； Q — 为体积流量， L/h； N — 为脉冲数； V — 为体积总量， L。 把仪表系数 K 预先置入单片机的存储器 中，单片机根据所获得的流量脉冲频率f 与仪表系数 K 之比即可求得管路中燃油的流量 Q 之值。 因此，燃油流量检测的数学模型可采用数学公式： K fQ 3600 （ ） 单片机的选择 单片机的匹配原则 单片机控制系统的设计原则： 单片机控制系统的硬件设计包括单片机系统的 扩展部分设计 (包括存储器扩展和接口扩展 )和各功能模块设计 (测量功能模块、信号控制功能模块和人机对话模块 )。 为了使系统设计尽可能合理，依据以下原则 : （ 1）尽可能采用功能强的芯片，以简化电路； （ 2）要留有余地，考虑到以后的修改、扩展的方便。 包括 ROM 空间、 RAM 空间、I/O 端口以及 A/D 和 D/A 通道； （ 3）兼顾工艺设计，包括机体、面板、配线、接插件等。 必须考虑安装、调试、维修的方便。 另外，抗干扰设施必须一并考虑。 单片机的选择原则 当今单片机品种繁多，产品性能各异。 主要分集中指令集 (CISC)和精 简指令集(RISC)。 采用 CISC 结构的单片机数据线和指令线分时复用，它的指令丰富，功能较强，但取指令和取数据不能同时进行，速度受限，价格也高。 采用 RISC 结构的单片机数据线和指令线分离，这种结构的单片机取指令包含更多的处理信息，执行效率更高，速度也更快。 同时，这种单片机指令多为单字节，程序存储器的空间利用率大大提高，有利于实现超小型化设计。 一般来说，对于控制方式较简单的家电，可以采用 RISC 型单片机；对于控制关系较复杂的场合，如通信产品，工业控制系统，应采用 CISC 单片机。 根据功能需要和性价比以及匹配 关系，在这里选择 CISC 型的单片机，它主要包括 Intel 系列、 Motorola 18 系列、 Atmel 系列的 AT89 系列等等。 选择单片机还应注意以下几方面： （ 1）了解单片机对控制系统的的适用性。 单片机是否含有所需的 I/O 端口数目；是否含有所需的外围端口部件； CPU 是否有适合的吞吐量；极限性能是否满足要求； （ 2）了解单片机的可购买性。 单片机是否可以直接买到；是否有足够的供应量；是否维修方便；是否仍在生产中； （ 3）了解单片机的可开发性。 编辑软件；程序写入工具；调试工具；技术支持；语言体系与成熟程度。 根据以 上原则对单 片机进行选择， 可选择出较合适的单片机，从而保证系统的可靠性、最优的性价比、最好的升级换代性。 MCS196 单片机的特点 MCS196 系列单片机是 Intel 公司继 8X9X 之后推出的 16 位嵌入式微控制器。 它除了保留 8X9X 全部功能外，在功能部件和指令支持上又有很大改进，性能上也有了显著提高，使得它适用于更复杂的实时控制场合。 MCS196 单片机有多种型号，不同型号配置有不同的功能部件，且具有不同存储器空间和寻址能力，可满足不同场合的要求。 MCS196 系列单片机都有 1 个基于寄存器到寄存 器结构的内核。 这种结构消除了累加器的瓶颈现象，加快了数据传输。 另有多种功能部件，在不同型号中进行不同配置。 这些功能部件除包括在 8X9X 中就有的 I/O 口、 10 位 A/D 转换器、 PWM（脉宽调制器）、 SIO（全双工串行 I/O 口）、中断源、看门狗定时器、 16 位定时 /计数器、 HSI/O（高速输入 /输出口）等以外，还包括在 MCS196 中出现的 PTS（外围事务服务器）、 EPA（事件处理器阵列）、 WG（波形发生器）等。 与其他系列（如 MCS51 系列、 PIC 系列等）相比， HSI/O、 PTS、 EPA、 WG 是 MCS196 最具特色的 功能部件。 HSI/O（ High Speed Inputs and Outputs）：其中 HSI 用于记录某一外部事件相对于时间基准（如定时器 1）的发生时刻。 此功能部件在检测到引脚上规定的跳变事件（包括正跳变、负跳变、每次正跳变、 8 个正跳变）后，将发生事件的类型与时刻记录下来，并产生相关中断。 此部件适用于信号的时间参数测量。 HSO 则用于按程序规定的时间去触发某一事件（如置位 /清零口线、启动 A/D 转换等），要求 CPU 的开销极小，速度极高。 此部件便于实时输出控制，可用来产生多种信号波形。 EPA（ Event Processor Array）：实质上是捕捉 /比较模块。 所谓“捕捉”就是捕获产生于引脚上的跳变事件（有正跳变、负跳变、正负跳变等），记载这些输入事件相对于时基定时器发生的时刻；“比较”则是和预先规定好的时间作比较，预定时间一到就去执行某种输出功能（比如输出置为高、输出置为低、输出翻转、启动 A/D 转换、 19 复位定时器等等）。 可见， EPA 和 HSI/O 的功能类似，但 EPA 在 CPU 开销上要求更少，性能更好一些。 表 1给出在不同时钟频率下两者分辨能力的比较。 PTS（ Peripheral Transaction Server）：实质上是中断服务机制的改进。 对正常的中断服务， CPU 都要“亲自”去执行，而现在的 PTS 提供了一种类似 DMA 的操作。 当中断发生后，由微代码执行 PTS 周期。 该周期就像 DMA 周期那样插入正常的指令流中，完成中断服务，这样 CPU 的开销比一般的中断响应要少得多。 WG（ Waveform Generator）：可产生独立的、具有相同频率和工作方式的 3 对 PWM波形。 特别适合控制三相交流感应电机、直流无刷电机和其他需要多个 PWM 输出的场合。 另外， MCS196 单片机总线控制器还具有可编程的等待状态发生器，可方 便地与慢速外设接口。 在运行中可动态选择 8位或者 16 位的总线宽度，并能通过 HOLD/HLDA协议方便地实现多处理器通信。 目前， MCS196 系列主要有 3 种：① HSI/O 系列，这类芯片具有高速输入、输出口；② EPA 系列，这类芯片内部具有事件处理器阵列；③ Motor Control 系列，这类芯片适用于电机控制。 要注意上述分类也不是绝对的，往往在同一个型号的部件中，可同时具有多种功能。 HSI/O 系列本系列主要芯片有 8XC196KB、 8XC196KC、 8XC196KD 8XC196KB 是 MCS196系列的第 1个成员，片内具有 8KB 程序空间， 232个字节的寄存器 RAM。 它采用高速输入 /输出口进行事件处理。 HSI/O 最多有 4个高速输入口， 6个高速输出口。 2个 16位的定时 /计数器均可用作时基发生器。 其余的片内资源有： 1路 PWM，1个全双工串行通信口， 1个看门狗定时器， 1个 8通道 10位 A/D 转换器。 48条输入 /输出口（与部件复用）。 8XC196KC 的性能比 8XC196KB 要更进一步。 它的片内有 16KB 的程序空间， 488个字节的寄存器 RAM，最高工作频率可达 20MHz。 除了具有 8XC196KB 的全部特点外， 还具有如下特点：有 3路 PWM 发生器； A/D 转换器具有 8位和 10位 2种方式；可对采样率和转换时间编程。 在片内还加入外围事务处理服务器 PTS，可大大减轻 CPU 在中断处理上的负担。 8XC196KD 除具有 8XC196KC 所具有的全部特点以外，它的片内还具有 32KB 的程序空间， 1000个字节的寄存器 RAM。 由于片内存储空间的增大，所以，更适合于使用高级语言编程。 这种芯片的最高频率也可达 20MHz。 表 HIS/O 和 EPA 分辨能力的比较 部件名称 时钟频率 /MHz 单位 16 20 25 50 20 HSI 1125 900 750 600 ns HSO 1000 800 600 400 ns EPA 250 200 160 80 ns 这里初选 MCS196系列中 HIS/O系列的 80C196KC的单片机作为系统的控制芯片。 80C196KC 单片机具有 16KB 的程序空间， 488 个字节的寄存器 RAM，最高工作频率可达 20MHz。 有 3路 PWM 发生器。 A/D 转换器具有 8 位和 10 位 2种方式。 可对采样率和转换时间编程。 在片内还加入外围事务处理服务器 PTS，可大大减轻 CPU 在中断处理上的负担。 它采用高 速输入 /输出口进行事件处理。 HSI/0 最多有 4个高速输入口，6个高速输出口。 2 个 16位的定时 /计数器均可用作时间发生器。 其余的片内资源有 : 1个串行通信口， 1 个看门狗定时器。 扩展芯片的选择与匹配 微处理器通过数据总线、地址总线及控制总线与存储器连接。 如下图所示： 地址总线为地址信号，用来指明选中的存储单元地址。 数据总线为数据信号，它是微处理器送往存储器的信息或存储器送往微处理器的信息。 它包括指令和数据。 控制总线发出存储器读 写信号，以便从 ROM、 RAM 中读出指令或数据，或者向 RAM写入数据。 在微机系统中，常用的静态 RAM 有 611 626 62256 等。 在本实验中使用的是6264。 6264 为 8K╳ 8位的静态 RAM。 其逻辑图如下： CPU 存储器 地址总线 控制总线 数据总线 21 其中 A0～ 12为 13 根地址线， I/O0～ 7为 8 根数据线， CS1 、 CS2为两个片选端， OE 为数据输出选通端， WR为写信号端。 其工作方式见下表： 控制信号 CS1 CS2 OE WR 数据线 读 L H L H 输出 写 L H ╳ L 输入 非选 H ╳ ╳ ╳ 高阻态 非选 ╳ L ╳ ╳ 高阻态 输出禁止 L H H H 高阻态 6264 是一种采用 CMOS 工艺制成的 8K 8 位 28引脚的静态读写存储器，其读写访问时间根据不同型号从 20ns～ 200ns。 数据输入和输出引脚共用，三态输出；采用单一电源 +5V，其输入输出电平与 TTL 兼容，具有低功耗操作方式。 当未选通时，芯片处于低功耗状态，这时可减少 80%以上的功耗，只有 2V 电源电压，几十微安电流就可保证数据不变，这个性能用于电池供电的数据断电保护操作。 工作温度范围： 0℃ ～ +70℃。 基于以上原因，并考虑到其性价比，选择 6264 作为静态数据存储器。 其管脚排列如图 所示 [19]。 6264 A0～ 12 VCC I/O0～ 7 WR OE CS2 GND CS1 22 图 6264 管脚排列图 I/O 口选择 型号为 8255（改进型为 8255A 及 8255A5），具有 24 条输入 /输出引脚、可编程的通用并行输入 /输出接口电路。 它是一片使用单一 +5V 电源的 40 脚双列直插式 大规模集成电 路。 8255A 的通用性强，使用灵活，通过它 CPU 可直接与外设相连接。 8255A是 Intel公司采用 CHMOS工艺生产的一种高性能通用可编程输入 /输出并行接口芯片，可以方便地应用在微处理器系统中。 8255A 是 40引脚双列直插式芯片，片内有 A, B, C 3个 8位 I/O 端口，可提供 24条可编程的输入 /输出端口线 8255A 是一个有 40 引脚的塑封芯片，功能较强，广泛的应用在计算机电路中。 256字节的静态 RAM,存取时间为 400ns，它有三个 8 位口 A、 B 、 C，总共可以扩展出 22条接线。 它含一个可预置的计数器 ，计数范围从 2～ 16383，可用于延时、计数或分频。 它内部还有 256 字节的 RAM，可以补充 CPU 内存的不足。 单一 +5V 电源供电。 为了能够设置芯片的工作方式和了解芯片的状态，内部还有命令寄存器和状态寄存器。 基于以上的特点和性价比，初选芯片 8255A。 图 为 8255A 的引脚图 [19]。 6264 11 12 13 14 15 16 17 18 10 9 8 7。