电子电路]基于单片机的电子式转速里程表的设计

电子电路]基于单片机的电子式转速里程表的设计内容摘要：

51 系列中的 2051 正属于第二类单片机下 面是针对 2051 芯片的介绍。 功能框图 辅助芯片的选取 微机控制系统干扰、电源的波动引起的程序飞车和数据丢失 , 常造成系统的各种误动作或死机 , 直接影响着系统的正常运行 , 设计人员为此倍感头痛。 25045芯片将微机测控系统中常用的功能 : 看门狗定时器、电源电压监控、上电复位、串行 E2PROM 集成在一片 8 引脚的芯片内 . 这种组合大大减少了对电路板的空间要求 , 简化了硬件设计 , 降低了成本和功耗 ,大大提高了系统的可靠性和安全性 . 1 芯片简介 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 9 J u n 2 0 0 5 S h e e t o f F i l e : C : \ W I N D O W S \ D e s k t o p \ l i t i a n h u i \李天辉图库 \ D A H U I .D D BD r a w n B y :T X D R X DP 0 P 1 P 2 P 3中断控制 C P U时钟 总线控制 I / O 接口电路 串行口1 2 8 R A M定时器 1定时器 2C O M P O N E N T _ 1 在采用 DMX512 协 议通信时，换色器的编号用于从总控制台发送的数据包中选择发给本设备的数据帧。 正常工作时，编号数据不会掉电丢失，而且必要时编号还可修改。 因此采用 XICOR 公司的串行 E2PROM 器件 X25045 对编号数据进行存储。 X25045 是带有串行 E2PROM 的 CPU 监控器。 图 2 是它的引脚图： 5045 引脚图 CS/WDI：片选输入 /看门狗复位输入； SO：串行输出； WP：写保护输入； Vss：地； Vcc：电源； RESET：复位输出； SCK：同步时钟输入； SI：串行输入。 X25045 的状 态寄存器描述器件的当前状态，各位意义如表 1所列。 表 1 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP 其中， WD WD0 是看门狗定时时间设置位； BL BL0 是存储单元写保护区SD 2WP 3V ss 4V c c 8R ST 7SC K 6SI 5CS1设置位； WEL是只读标志， 1 表明写使能开关打开； WIP也是只读标志， 1代表芯片内部正处于写周期。 电复位时，各位都被清零。 X25045 芯片功能包括以下 4种： （ 1）上电复位控制。 在对 X25045 通电时， ERSET 引脚输出有效的复位信号，并保持至少 200ms，使 CPU有效复位。 （ 2）电 源电压监控。 当检测到电源电压低于内部门槛电压 VTRIP 时， RESET输出复位信号，直至电源电压高于 VTRIP 并保持至少 200ms，复位信号才被撤消。 VTRIP 的出厂值根据芯片型号不同共有 5个级别的电压范围。 对于需要电源电压精确监控的应用，用户可以搭建编程电路，对芯片内 VTRIP 电压进行微调。 （ 3）看门狗定时器。 芯片内部状态寄存器的 WD WD0 是看门狗定时设置位，通过状态寄存器写指令 WRSR 修改这 2 个标志位，就能在 3种定时间隔中进行选择或关闭定时器。 对看门狗的复位由 CS 输入电平的下降沿完成。 表 2 是 WDWD0 组合的含义。 表 2 WD1 WD0 看门狗定时值 0 0 0 1 600ms 1 0 200ms 1 1 禁止看门狗工作 （ 4）串行 E2PROM。 芯片内含 512 字节存储单元， 10 万次可靠写，数据保持时间 100 年。 XICOR 设计了 3 种保护方式防止误写。 包括： WP 写保护引脚，当引脚被拉低时，内部存储单元状态寄存器都禁止写入；存储区域写保护模式，通过对状态寄存器的 BL BL0 位的设置，可以选择对不同的存储区域进行写保护；在进行任何写操作前都必须打开写使能开关，而且在上电初始化写操作完成 时，写使能开关自动关闭。 显然，在几方面的保护之下，产生误写的可能性极小，表3是 BL BL0 组合的含义。 表 3 BL1 BL0 写保护的单元地址 0 0 没有保护 0 1 180H～ 1FFH 1 0 100H～ 1FFH 1 1 000H～ 1FFH 对 X25045 的操作是通过 4 根口线 CS、 SCK、 SI 和 SO进行同步串行通信来完成的。 SCK是外部输入的同步时钟信号。 在对芯片定改指令或数据时，时钟前沿将 SI 引脚信号输入；在读邮数据时，时钟后沿将数据位输出到 SO引脚上。 数据的输入 /输出都是高位在先。 芯片内部共有 6条指令，如表 4所列。 表 4 命令名称 命令格式 内 容 WREN 0000 0110 打开写使能开关 WRDI 0000 0100 关闭写使能开关 RDSR 0000 0101 读状态寄存器 WRSR 0000 0001 写状态寄存器 READ 0000 A8011 读存储单元 WRITE 0000 A8010 写存储单元 （ 1） WREN 和 WRDI 是写使能开关的开 /关指令。 它们都是单字节指令。 （ 2） RDSR 和 WRSR 是状态寄存器的读 /写指令。 在从 SI 输入指令后， RDSR的执 行结果，即状态寄存器内容须从 SO 读出；而 WRSR 需要紧接着输入修改数据。 （ 3） READ 和 WEITE 是存储单元的读 /写指令。 输入指令后（指令码第三代表存储单元地址的最高位），接着输入低八位地址，最后就可以连续读出或写入数据。 其中，读指针和写指针的工作方式完全不同，读指针的全部 8位用来计数，0FFH 溢出后变成 00H；写指针只用最低两位计数， XXXXXX11B 溢出后变成 XXXX XX00B，所以连续写的实际结果是在 4 个单元中反复写入。 另外，由于 E2PROM的写入时间长，所以在连续两条写指令之间应读取 WIP 状态，只有内部写周期结束时才可输入下一条写指令。 AT89C2051 内部没有 SPI 接口硬件，因此本系统利用了单片机的 4 根口线和软件模拟读写时序的方式与 X25045 通信。 5045与 2051连接图 在转速里程表中的应用 目前国际上流行大转角 (0～ 270176。 )动磁式指示仪表 ,它克服了一般动圈式指示仪表抗震性能差、过载能力弱、指针易抖 动等缺点。 而引进的一些驱动芯片 ,如 KEFA796专用集成芯片 ,有成本高、不易国产化等弱点。 我们采用 LM1819专用集成芯片 (美国国家半导体公司新产品 ),配以适当的应用电路 ,就可以很好地解决以上问题。 电动里程表接收霍尔传感器送来的方波信号 ,把方波信号频率转换成指针的转角。 我们选用动磁式十字交叉机芯 ,实现瞬间里程指示功能。 十字交叉机芯是一种动磁式的转速表 ,它代表现代转速表的发展方向 ,因为它与动圈式转速表相1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 10 J un 20 05 S he e t o f F i l e : L : \ D A H U I .D D B D r a w n B y :SD 2WP 3V s s 4V c c 8R S T 7S C K 6SI 5CS1P 1. 618U1 89 C 20 51 P 1. 719V c c20P 1. 517P 1. 416P 1. 315P 3. 711P 1. 214P 1. 0( A I N 0)12P 1. 1( A I N 1)13R S T1P 3. 0( R X D )2P 3. 1( T X D )3X T A L 24X T A L 15P 3. 2( I N T 0)6P 3. 1( I N T 1)7P 3. 4( T 0)8P 3. 5( T 1)9GND102045比有下列优点 : (1) 转动组件质量小、抗震性能好、指示平稳。 (2) 无需动 平衡、装配简单。 (3) 机芯体积小、机械结构较简单。 专用集成电路简介 为了使指针准确地指示出瞬时车速 ,需要一套电子电路。 将霍尔速度传感器送来的方波信号的频率转化为驱动线圈 N1 和 N2 的电波信号 ,使合成磁场 H 与水平线夹角 θ 能根据车速变化按线性规律改变 ,以便指针均匀、准确地指示车速。 我们选用 LM1819 专用集成电路实现上述功能。 LM1819 是专门为驱动动磁式仪表而设计的。 LM1819 是由电荷泵、整形器、函数发生器、等组成。 其集成电路功能框图如图 1所示。 (5) 下面对外围电路和工作原理作较详细分析和说明。 (1)电流供给部分 :该电路单元由二极管 D电阻 R稳压管 DW1电容 C3组成。 二极管 D1是为了防止电源反接 ,以保护 LM1819烧毁。 电阻 R3和稳压管 DW1是 LM1819 的脚 13上电源电压值限定在 18V以下 ,起过压保护作用。 电容 C3是电源的吸收电容 ,以避免电源电压频繁波动对 LM1819影响。 (2)正弦、余弦绕组公共端基准电位设定电路 :由电阻 R4和稳压管 DW2组成 ,电阻 R4是稳压管 DW2的限流电阻。 稳压管 DW2选用 ,使正弦和余弦绕组公共端基准电位设在。 (3)霍尔探头方波信号输入电路 :该电路单元由二极管 D4 ,电阻 R R R7,电容 C4组成。 二极管 D4作用是防止信号反接。 电阻 R5和电容 C4组成低通滤波器。 电阻 R7是输入电路限流电阻 ,使加到 LM1819的脚 10上电流限制在 以下。 当LM1819内部 NPN开关晶体管关断时 ,电阻 R6为电容 C4提供一个放电通路。 (4)方波整形电路 :为了提高电路的处理精度 ,需要将霍尔探头送入的方波信号加以整形。 整形的目的是使方波正半周幅度恒定 ,上升沿和下降 沿尽可能陡。 为了实现上述目的 ,LM1819内部电压基准电路产生一个非常稳定的 11输出 ,整形靠 LM1819内部 NPN开关晶体管实现 ,其具体过程如图 4所示。 图 4 方波整形示意图 V10是 LM1819脚 10的输入信号 ,它是霍尔探头输出的信号经输入电路处理而得到的方波。 V9是 LM1819脚 9的输出信号 ,即上述整形电路输出信号。 当 V10为高电平时 ,LM1819内部 NPN开关晶体管导通 ,V9输出低电平。 V10为低电平时 ,开关晶体管截止 ,V9输出高电平 (约等于脚 11 输出电 压 ,因 V11稳定在 左右 ). 同时 ,LM1819内部的 NPN开关晶体管导通和关闭时间都非常短 ,因而 V9幅值非常稳定 ,上升沿和下降沿都非常陡 ,为后续方波频率与电压转换电路提供一个理想的信号源。 (5)方波频率与电压转换电路 :该电路单元的功能是将霍尔探头送来的反映车速的方波信号频率转换为 LM1819内部函数发生器输出的控制电压。 当车速变化(即方波信号频率变化 )时 ,控制电压 V 8也将随之变化 ,以满足 : θ = 54 ( V 8。