基于单片机的电子油门检测系统的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的电子油门检测系统的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

主要就是 A/D 转换和接收数据和发送数据的功能。 下图 33是 MSP430F149 单片机引脚的分配 : 14 图 33MSP430F149 引脚图 由于不同的 设计实现功能的而不同，所以选用单片机的引脚也不尽相同，下图34介绍一下本设计中用到的引脚，如下表 : 引脚名称 引脚编号 说明 AVCC 64 模拟电源的正极，仅提供给模数转换器的模拟部分 AVSS 62 模拟电源的负极，仅提供给模数转换器的模拟部分 DVCC 1 数字电源的正极，供给所有数字部分 DVSS 63 数字电源的负极，供给所有数字部分 ，模拟信号的输入端 ~ 一般数字 I/O，接显示屏的位选端 15 ~48 XIN 8 低速晶体振荡器的输入端 XOUT/TCLK 9 低速晶体振荡器的输出端 ~~43 一般数字 I/O，接显示屏的段码端 ~ ~27 通用数字 I/O，接 DA 数据输入端 XT2IN 53 高速晶体振荡器输入端 XT2OUT 52 高速晶体振荡器输出端 ，发送数据输出 USART1/UART 方式 ，接收数据输入 USART1/UART 方式 RST /NMI 58 复位输入端 图 34 单片机引脚分配 单片机的最小系统 单片机的最小系统，是整个设计中最核心的部分，因为它控制着液晶显示屏和直流电机，而对于 MSP430F149 单片机来说，晶振电路和复位电路就构成了MSP430F149 单片机的最小系统。 单片机上各个部件能构自动工作，并且不出问题，这实际上是在单片机的系统时钟的作用下，由控制器控制芯片内各个部件能够正常工作，使内部的逻辑硬件上产生的所需的脉冲信号得以实现。 晶振电路的 设计如图 35所示 16 图 35 晶振电路 本系统中采用的是 XTAL 的晶体，该晶体两端分别连接到 MSP430F149 单片机的XT2IN、 XT2OUT 引脚，并且连接两个 100pF 的电容，使单片机能够正常工作。 在所有含有控制器的单片机系统中，都有相对应的复位电路，这样才能使系统在接上电后能正常的复位，使单片机系统处在一个稳定运行的状态。 单片机系统复位电路的好坏，直接关系到整个单片机系统工作的稳定性，因此复位电路的设计十分重要。 MSP430F149 单片机最小系统设计的复位电路是通过人为控制按键，来防止程序跑飞或出 错时可以让程序从头开始执行程序，达到正常运行状态。 复位电路如图 36所示： 图 36复位电路 17 液晶显示模块 液晶显示屏的选择 LCD1602 液晶显示屏是一种工业级别的字符型液晶显示屏，它能够在屏幕上同时显示 16X02 也就是 32 个字符，这也是 1602 名字的由来。 在基于单片机的电子油门检测系统的设计当中需要的液晶显示屏是要将滑动变阻器阻值变化时的模拟信号经过 MSP430F149 单片机然后将转化的数字信号在显示屏上显示，而 1602 液晶显示屏就是一种专门用来显示字母、数字等的字符型液晶显示屏。 它是由很多个点阵字符位组成，每一个点阵字符位都可以在 1602 显示屏上显示一个字符。 1602 液晶显示屏就是指显示的内容为 32 个字符 ,可以显示两行，每行有 16 个字符的液晶模块。 1602 液晶显示屏采用标准的 16 脚接口 ,下图 37为 1602 管脚分布图： 图 37LCD1602 管脚分布图 在不同的设计中，由于实现功能的不同，所以同一种单片机所使用的显示器的引脚也各不相同，下图 38 所示为本次设计当中 LCD1602 液晶显示屏上各引脚的功能图： 18 图 38LCD1602 管脚功能图 液晶显示模块电路设计 早起广泛使用的 LED 显示屏由于功耗方面和体积方面的原因已不能再满足人们的需要，所以在各行各业开始越来越多的使用液晶 LCD。 LCD 有很种类型，常用的有图形式液晶、字符式液晶、段式液晶等。 但是根据本次设计的要求，决定采用 1602液晶显示屏。 1602 的液晶模块内部的字符发生存储器自身就存储了 160 个不同的点阵字符图形，这其中有我 们设计需要的数字和英文字母，并且每个字符对应一个固定代码，这样就很方便我们去编程。 液晶模块电路图如图 39 所示，它还可以通过调节变阻器 10K 的电阻 R6接入电路中阻值的大小来调节液晶显示屏的亮度。 19 图 39液晶模块接口电路 数据采集系统设计 图 310 数据采集系统框图 本次数据采集系统的基本流程如上图所示，当滑动变阻器阻值发生变化时，会在电路中产生电压的变化，单片机 MSP430F149 采集滑动变阻器移动后的变化的电压值，并通过单片机自身身所具有的模数转换功能，将模拟信号 转化为数字信号，并将转换后的数字信号的值存储，通过 LCD1602 液晶显示屏显示出来。 数据采集系统是以 MSP430F149 单片机为控制核心，通过 A/D 电路将输入的模拟信号转换为数字信号后显示在 LCD1602 液晶显示屏上。 而滑动变阻器的三个接线柱分别与电源和地线和单片机 MSP430F149 的 58 号端口的 ，作为模拟信号的输入端。 PWM 直流电机调速 PWM 是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进 滑动变阻器模拟信号 AD 转换电路 单片机 MSP430F149 1602 显示 屏 20 而达到控制要求的一种电压调整方法。 PWM 可以应用在许多方面，如电机调 速、温度控制、压力控制等。 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。 因此， PWM 又被称为“开关驱动装置”。 在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。 只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得设电机始终接通电源时，电机转速最大为，设占空比为 D=t／ T，电枢电压“占空比”与平均电压关系 =VmD (2)式中， —— 电机的平均 速度； — — 电机全通电时的速度 (最大 )； D=／卜占空比。 由公式 (2)可见，当我们改变占空比 D： t／ T时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。 严格地讲，平均速度与占空比 D并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。 PWM 电机 电路设计 ， 放大电路是电子电路中应用最多的单元电路。 利用放大电路可以把微弱的电信号放大到足够的幅度去带动负载工作，完成预定任务。 放大电路有很多种，本系统采用结构最简单的单管放大电路。 晶体三极管，主要的功能是就电流放大作用，是电子电路的核心元件。 在本次 PWM 电机调速的设计中，单片机 MSP430F149 将信号传给放大电路，通过放大电路带动直流电机旋转，放大电路与单片机的 ，电路图如图311 所示： 图 311 电机电路图 本章小结 本章简单的介绍单片机和它在各方面的应用，以及单片机的各种功能和基于单片机的电子油门检测系统设计中选用的单片机 MSP430F149 和液晶显示屏 LCD1602，并且包括各个引脚的功能和选择这些元器件的原因，以及基于单片机的电子油门检 21 测系统的硬件各部分的设计，包括 MSP430F149 单片机的最小系统、数据采 集系统、液晶显示系统、 PWM 电机调速系统的设计，使其实现基于单片机的电子油门检测系统所需的各种功能，达到最初设计的目的。 22 4 软件设计和实物结果分析 编写语言的选择 对于单片机的开发应用中，逐渐引入了高级语言， C 语言就是其中的一种。 汇编语言的可控性较高级语言来说更具优越性。 程序编写语言比较常见的有 C 语言、汇编语言。 汇编语言的机器代码生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。 C 语言编写的程序比用汇编编写的程序更符合人们的思考习惯。 还有很多处理器都支持 C编译器，这样意味着处理器也能很快上手。 且具有良好的模块化、容易阅读、维护等优点，且编写的模块程序易于移植。 基于 C语言和汇编语言的优缺点，本系统采用 C语言编写方法。 软件编写的主体思路是将系统按功能模块化划分，然后根据模块要实现的功能写各个子程序。 整个软件程序的编写采用查询式方式编写的。 编译软件介绍 Keil 软件简介： 单片机开发中除必要的硬件外，同样离不开软件，我们写的汇编语言源程序要变为 CPU 可以执行的机器码有两种方法 ，一种是手工汇编，另一种是机器汇编，目前已极少使用手工汇编的方法了。 机器汇编是通过汇编软件将源程序变为机器码，用于 MCS51 单片机的汇编软件有早期的 A51，随着单片机开发技术的不断发展，从普遍使用汇编语言到逐渐使用高级语言开发，单片机的开发软件也在不断发展，Keil 软件是目前最流行开发 MCS51 系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。 Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（ uVision）将 这些部份组合在一起。 运行 Keil 软件需要 Pentium 或以上的 CPU，16MB 或更多 RAM、 20M 以上空闲的硬盘空间、 WIN9 NT、 WIN20xx、 WINXP 等操作系统。 程序所实现的功能 系统分为初始化， A/D 转换， LED 显示， D/A 转换电机控制，流程图如下： 23 程序见附录 1 实物结果分析 在样机加电之前，首先用万用表等工具，根据硬件电器原理图和装配图仔细检查样机线路的正确性，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。 应特别注意 电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误，并重点检查扩展系统总线是否存在相互间的短路或与其它信号线的短路。 第二步是加电后检查各个插件上引脚的电位，仔细测量各点电位是否正常，尤其应注意单片机插座上的各点电位，若有高压，联机时将会损坏 部分元器件。 第三步是在不加电情况下，除单片机以外，插上所有的元器件，最后 将所有接口按照原理图相连 ，为联机调试做准备。 在将设计所需的元器件都配好以后，安装原理图在面包板上进行焊接调试，元器件在面包板上焊接完成之后再将电源和直流电机连接在电路当中， 并将直流电机粘在面包板上。 将所有 的元器件配好完成焊接后，经过多次调试后，焊接好的实物如图 41 所示 USB 口接上电源之后给单片机最小系统和液晶显示屏供电，插座电源连上之后给直流电机供电。 其中单片机的 端口接 PWM 调速的直流电机。 开始 初始化 调 A/D 转换程序 调 A/D 转换结果处理程序 调用显示子程序 调 D/A 转换程序 结束 24 图 41 实物图 当两个电源连上之后之后，将滑动变阻器的阻值调到 0，此时相当于油门踏板深度为零，此时显示器如图 42 所示，此时液晶显示屏上的数字为 0，直流电机不。