基于单片机的电子式里程表设计方案

1 基于单片机的电子式里程表设计 方案 第一章 绪论 究的目的与意义 自 1886 年发明汽车以来 ,汽车走过了 100 多年的发展历程。汽车的出现和发展，使汽车仪表也在不断开发和发展之中。随着光学、电子技术的迅速发展，特别是计算机技术在汽车仪表中的广泛应用，汽车仪表正向数字化和智能化方向展。汽车仪表的发展趋势，从一个侧面反映出汽车电子化水平的快速提高。 传统的汽车转速里程表的功能有两个，一是用指针指示汽车行驶的瞬时车速，二是用机械计数器记录汽车行驶的累计里程。现代汽车正向高速化方向发展 ,随着车速的提高，用软轴驱动的传统车速里程表受到前所未有的挑战。这是因为软轴在高速旋转时，由于受钢丝交变应力极限的限制而容易断裂，同时，软轴布置过长会出现形变过大或运动迟滞等现象 ,而且 ,对于不同的车型 ,转速里程表的安装位置也会受到软轴长度及弯曲度的限制。凡此种种 ,使得基于非接触式转速传感器的电子式转速里程表得以迅速发展。 内外研究概况及发展趋势 为了充分了解汽车仪表发 展现状，准确地把握其未来发展趋势，有必要对其发展过程作一简单回顾。按汽车仪表在工作原理上取得的重大技术创新来分，可以划分为 4个阶段，或称为经过 4代。第 1代汽车仪表是基于机械作用力而工作的机械式仪表，人们习惯称这类仪表为机械机心表；第 2代汽车仪表的工作原理基于电测原理，即通过各类传感器将被测的非电量变换成电信号加以测量，通常称这类仪表为电气式仪表；第 3代为模拟电路电子式；第4代为数字汽车仪表。 一 、 现代汽车仪表的现状 汽车仪表正在经历由第 3 代向第 4 代转型时期。第 3 代汽车用仪表工作原理与电气式仪表基本相同， 只不过是用电子器件取代原来的电气器件。其出现的时间大致在 20 世纪 5060 年代，随着集成电路技术突飞猛进的发展，这种仪表现在均采用各种专用集成电路 (为汽 2 车仪表专门设计的集成电路 )，国内汽车仪表目前的主流产品就是这种仪表，经过 20 多年的发展，其结构形式经历了动圈式机心 (线圈连同指针一起转动 )和动磁式机心 (磁钢连同指针一起转动 )2 个基本阶段。电子器件经历了分立器件和专用集成电路 2 个阶段。在整个发展过程中，国内外工程技术人员一直从未停止对其进行改进。如围绕降低成本，不断改进制作工艺，机械零件起初以金属件为主，发展 到今天以塑料件为主；围绕提高指示精度和指针平稳性，由动圈式发展成动磁式等。虽然，每次较大改进后整体性能价格比都有所提高，但受其工作原理的限制，其线性、精度、重复性、响应速度等性能指标难以有根本的突破。 严格地说，第 4 代全数字式汽车仪表从其应用的技术手段上看，还是电子技术范畴，也属于电子式仪表，但信号处理方式已从模拟变成数字。仅凭信号处理方式的改变还不足以将全数字式汽车仪表划分成一个新阶段，其最显著的特征是工作原理与第 3 代汽车仪表完全不同。如果一个产品在工作原理上有创新和突破，则其设计思路、组成形式、功能和性 能的改变将是根本性的。鉴于此，将全数字式汽车仪表暂且列入第 4 代。关于全数字式汽车仪表早在 20 世纪 80 年代就已经被提出，最初为“数字显示”形式的汽车仪表。虽然该仪表的工作方式是全数字式，技术水平和仪表的性能远远超过了第 3 代汽车仪表，但其致命的缺点是只能显示一组孤立的数字，没有动感，在被测物理量 (如车速、发动机转速 )发生变化时，只有数字翻动，而没有指示上升、下降直观感，再加上读数时间比较长，容易分散驾驶员的注意力等，这种形式的汽车仪表很难被驾驶员接受，因而国内外都没有普及与推广。为了克服上述不足，后来出现了采用 光点、光条或光带模拟动态显示被测物理量形式的全数字汽车仪表，显示器件主要有 电致发光材料等。由于受到成本的限制，目前光显示汽车仪表只能选用字段显示方式的显示屏，无法选用显示分辨率更高的点阵式显示屏。因此，其视觉效果和显示精度还不能令人满意。 随着电子技术的发展，特别是单片机性能的提高，主要表现在抗强电磁干扰、工作温度范围和对工作电源稳定性要求等方面的改善，再加上价格的大幅度降低，目前有条件在汽车仪表上使用单片机控制的全数字仪表。虽然全数字式汽车仪表曾经出现多种款式，但业内人士和专家一致看好“基 于单片机的数字式汽车仪表”。它是针对目前广泛使用的模拟电子式汽车仪表机心存在多方面不足，在其工作原理上作出技术创新 ,即彻底放弃了“动磁式”或“动圈式”模拟电子式汽车仪表，通过线包与磁钢间产生电磁转矩驱动指针工作的形式。该汽车仪表由传感器完成各种被测物理量的采集，经过换算后直接送入单片机，再由驱动器驱动指针，在刻度盘上指示被测物理量，同时辅以被测物理量 字显示。该汽车仪表在指示方式上仍然保留了第 3 代仪表指示直观、有动感、符合驾驶员习惯等特点，而且批量生 3 产的成本有望低于同等功能的模拟电子式汽车仪表，更可贵 的是在工作原理上的创新和突破，带来了技术性能质的提高。 二 、 汽车仪表的发展趋势 继全数字式汽车仪表后，未来汽车仪表应向何方向发展呢？虽然具体过程不清楚，但总的趋势还是比较明朗的，那就是充分应用光技术和机、电一体化技术，并突出现代信息技术和网络技术的应用，其功能将极大拓宽，指示形式将演变成计算机终端显示器。虽然人们对未来汽车仪表作出种种预测，并赋予它远远超出现在汽车仪表多得多的功能。个人认为仅从技术本身的角度出发，就目前技术条件而言，实现这些功能并没有什么问题，制约新技术在汽车仪表上应用的主要因素是制造成本。 因为汽车仪表是一个量大、对成本极为敏感的产品，在其改进和创新的过程中，不仅要考虑技术的可行性、功能的拓宽、性能的改善、使用的可靠性等，更重要的是其制造成本。脱离制造成本谈汽车仪表，那只能是概念性的汽车仪表。在有关技术使用费用，特别是其依赖硬件成本进一步降低的前提下，汽车仪表未来可能发展趋势如下。 1. 从近期来看，未来汽车仪表的功能将不局限于现在的车速、里程、发动机转速、油量、水温、方向灯指示，可能增添如下功能。 （ 1） 能指示安全系统运行状态，如轮胎气压、制动装置、安全气囊、安全带等。这些信号传输形式 ，将不再是简单的开关接通和断开直流信号，而是包含反映这些安全装置工作状态较多信息的调制信号，供单片机读取，以便单片机能准确地综合判断这些安全装置的工作状态，并给出故障显示提醒驾驶员，或指导维修人员排除故障，也就是说带基于单片机的汽车仪表将有一定水平的智能化。 （ 2） 将防盗系统纳入汽车仪表单片机的监管下，如车门、后行李箱等处防盗锁指纹识别开启系统，防撬振动报警装置，防盗点火起动装置等。 2. 随着显示器件，如液晶显示器件的性能，特别是工作温度范围的拓宽，在价格进一步降低的前提下，汽车仪表的功能将被极大地拓 宽，形式将发生根本改变，外观上就是一个高清晰度的计算机显示器。 3. 电光学技术将在汽车仪表上得到广泛应用。 （ 1） 显示和内照明器件不再用白炽灯泡，而是选用高效冷光源发光器件，如 致发光器件等。导光系统更多体现出光学领域的新技术，如仪表面板颜色可变等满足个性化要求设计等。 （ 2） 像后视系统，现在的后视光学反光镜有可能被取消，而改用电子摄像显 4 示后视系统，驾驶员的视野范围将更宽。 4. 自动导航和定位系统可能也是未来汽车仪表上不可缺少的部分，包括全球卫星定位系统和电子地图等。 5. 具备完善的通讯系统，将来汽车上的计算机系统会与公共互连网相连，以便充分共享信息资源，处理通讯作业将是汽车仪表计算机系统工作内容的一部分。 6. 汽车仪表的计算机系统具备对娱乐、空调等舒适性设备进行监管的功能， 可以自动控制这些设备或支持驾驶员远程操纵。以上在基于当今成熟技术的基础上，对未来汽车仪表的发展方向做些简单设想。也许，未来汽车仪表的发展将远远超出我们今天的想象。 在当今世界范围内，汽车仪表正处于技术更新的转型期。为此，业内人士和专家对此都给予极大关注。什么样的仪表是今后汽车仪表的主流产品，什么技术是今后汽车仪表的主导技术，对于这些问题业内人士的看法可能不尽相同，但有一点是肯定的，带有基于单片机的数字技术在汽车仪表上的广泛应用，将是汽车表发展的必然。 原因主要有 4 点： 1. 仪表的功能由软件和硬件共同实现，而且主要是通过软件实现。这对于量大且对成本极为敏感的汽车仪表有特殊意义，因为软件的开发费用分摊到每个仪表上是非常少的。 2. 与仅由电子线路硬件组成的汽车仪表相 比，带有基于单片机的汽车仪表，其功能的实现手段更加灵活多样。 3. 产品的“柔性”更好，即在推出新款产品时，能最大限度地利用以前产品的硬、软件设计成果，仅做少量修改便可，这在产品更新换代很快的今天和未来特别重要。 4. 随着汽车电子化水平的提高，必须要求汽车仪表与汽车上其它装置交换数据，即要求接入到汽车的计算机系统总线上。 5 第二章 系统的总体设计 统的总体结构 本系统以单片机 液晶显示、 片机采用美国 司生产的 片机。该芯片不仅具 列单片机的所有特性，而且片内集成 2K 字节的电擦除闪烁存储器 (其价格低，引脚少 (20 脚 )，是目前性能价格比较高的单片机芯片之一。它为很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活的有效的解决方案。 工作频率为 12/24 系统利用单片机的内部振荡器外加石英晶体构成时钟源，为了工作可靠，晶体振荡频率选为 12示驱动电路为简化硬件设计，减少使用系统 I/O 口，节约系统硬件资源的基础上，显示部分由驱动器 动 双线圈汽车转速表头显示转速，通过单片机编程液晶显示模块 示累计里程和本次里程 . 速里程表的介绍 单片机自从推出以来，以其超小型化、结构紧凑、可靠性高、成本低等优 点被人们广泛接受，从而应用于工业、电讯、数据处理、仪器仪表等多方面。汽车里程表是汽车的重要配件，在汽车仪表中占重要位置。这里讲述的是一种以 2051 单片机为核心，10 位 为显示器，再加上其掉电信息不丢失，并且数据可方便改写，利用此特性在其中存放汽车总里程数据 . 速里程表的工作原理 一、里程计数实现原理 1. 霍尔传感器输出的脉冲信号是传感器转轮旋转时磁场使舌簧管分开闭 合而产生的脉冲。每一个脉冲代表行驶了一定的距离，设汽车行驶 1驱动轮转数为 N，霍尔传感器转数为 I 其中 I 为传动比。设轮胎外径为 D，则汽车行驶1动轮转数为 N = 1 000/ d，实际中由于轮胎承载变形使得轮胎外径 D 变化，此时 1 000/ D，其中为变形系数，一般为 0。 96 磁电式传感器在汽车行驶 1 F = (1 000/ D)I，传感器转轮匀安排 m 个磁片时 ,汽车行驶 1 传感器输出脉冲为 。 2 输入为里程计数脉冲， 2051 断 1 置为高中断优先级以保证计数准确。 6 定时器 为低中断优先级， 10断 1 次 ,中断 1 次送 1 位显示。每行驶 15045 中写 1 次数据。 3 0H 62H 单元为计数脉冲暂存单元。 68H、 69H 单元为判断数据暂存 单元 ,6为本次里程小数点位数值。当 6元内容达到 0清零。 70 72 二 、 速测量实现原理 车速指示可采用双线圈汽车转速表头 ,它由空气轴表芯和驱动电路组成 , 空气轴表芯通常由三部分组成 :磁铁、与转轴相连的指针和两个互成九十度的线圈。转轴是表芯唯一的可动部件 ,磁铁的转角总是趋向于两个线圈的磁场强度矢量的合成方向 ,磁场强度正比于加在线圈上的电压 ,因此 ,通过改变电压的极性和幅度 ,可在理论上使转轴组件在0 360 度范围内转动。 显然 ,只要能按一定的规律驱动两个线圈 ,就可以使指针偏转位置与输入 量成线性关系 ,即满足下列公式 : = 其中为指针偏转角 ,单位为度； K 为转角常数 ,单位为度 /V ； 输入 电压 ,单位为 V。 每个线圈的磁场强度矢量之和必 须跟随偏转角。考虑到转轴组件总是指向 两个正交矢量之和的方向 ,则其方向可由下式求得 : = 并由此可以得出 : = 由上述公式可见 ,当 的正弦函数变化 ,而 的余弦数 变化时 ,所得到的总磁场强度的方向与角的方向相同 ,由于转轴组件与磁场强度矢量和的方向相同 ,因此 ,指针将始终指向角的方向。 7 图 1 示是 动器的内部组成原理框图 ,它由电荷泵、整 形器、函数发生器等组成 ,输入的转速信号通过内部的三极管缓冲后 ,输入到电荷泵即可进行 F/V 频率电压转换 ,两个输出端按输入量的正弦和余弦函数变化 ,2 脚和 12 脚的最小驱动能力为 20 4V),线圈的公共端接到 1 脚可为内部函数发生器提供反馈信号 ,同时为 该电路中 ,K=54/V ,输入 际上是 4 脚和 8 脚的电位差 ,8 脚既是诺顿放大器的输出 ,又是函数发生器的输入 ,一般 4 脚的电压是 以有 : = K(= 54(2. 1) 由于 在 范围内变化的 ,故 以驱动十字表头以 使其在 0 270范围内转动。 当然也可以通过软件来实现： 时速表的编程思想如下 :里程表程序中 ,每计数 1 次 ,汽车行驶 02 564 1 10断 1 次 ,送显示 ,其中断 100 次时间为 1s,计算这 1s 计数次数 ,乘 3 600 再乘0. 001 602 564 1 即可求出时速 时速 = 次数 时速表显示以 外接按键来控制 ,为高电平 ,低电平时显示汽车时速 位 ,精度较传统汽车时速表提高 2 个数量级。（具体程序本设计就不在獒述） 8 第三章 系统的硬件设计 本系统以单片机 核心 ,由液晶显示、 1单片机 单片机采用美国 司生产的 芯片不仅具有 而且片内集成有 2 K 字节的电擦除闪烁存储器 (其价格低 ,引脚少 (20 脚 ),是目前性能价格比较高的单片机芯片之一。它为很多嵌入式控制应用提供了一个高度灵活的有效的解决方案。 工作频率为 12/24 本系统利用单片机的内部振荡器外加石英晶体构成时钟源 ,为了工作可靠 ,晶体振荡频率选为 12 2显示驱动电路 显示驱动电路为简化硬件设计 ,减少使用系 统 I/O 口 ,节约系统硬件资源的基础上 ,显示部分由驱动器 程显示选用 行控制业经显示模块，它具有以下独特特点： (1) 它只有 3个输入端 : 线简单 , 工作可靠。 (2) 被动显示 : 液晶显示器本身不发光而是靠调制外界光进行显示，也就是说，它不象发光的主动型器件那样，靠发光刺激人眼而实现显示，而是单纯依靠对光的不同反射呈现的对比度达到显示的目的。符合人的视觉习惯，不容易引起疲劳，而且外界光亮度越强，其显示内容越清晰。特别适用于 室外和强光直射的场合。 (3) 低电压功耗 : 极低的工作电压 , 只有 3 5V, 工作电流则只有几个 A/(，可以和大规模集成电路直接匹配。 (4) 液晶显示器采用平板式结构，由两片玻璃组成夹层盒，目前都将液晶显示器件制作成液晶显示模块 (使用方便。 本显示器分为两组 : 第一组为 6 位，用以显示总行驶里程数，最大显示值为 : 999999 第二组为 4 位，用以显示本次行驶里程数，最大显示值为 : 999 9 3 本电路直接选用 司的 把 3种常用的功能 : 看门狗 定时器 ,电压监控和 合在单个封装之内 ,这种组合降低了系统成本并减少了对电路板空间的要求。另外 连接方式也是采用模拟串行外设接口 (因此也节约了系统的口资源。该电路由 3 个信号构成 : 定时脉冲提供定时器时钟信号源、清除 9 信号复位定时器、 号产生复位系统。在工作时 , 假定工作软件循环周期为 T ,如果设定定时器定时长度为 ) , 这样 零操作 ,只要系统正常工作 , 定时器永远都不会溢出 , 也就不会使系统复位 ; 否则 , 当系统出现故障时 , 在可选超时周期之后 , 门狗将以 号作出响应。 还有一个显著的特点是它内部的闪烁存储器 2 的 采用司 利技术 , 提供不少于 100 000 次的使用年限和最小 100 年的数据保存期 , 在本系统中 ,用于存储汽车行驶的总里程数。 统 选择 用户在使用单片机时必须了解单片机的供应状态。单片机的供应状态决 定于片内的 内 1 片内 于用户无法自己将程序写入片内 这种单片机（如 051）只是用于某种大批量产品时使用。此时，用户将调试好的应用程序有厂家固化到片内 然，前提是片内的 2 片内 态，用户自己可以通过高压脉冲将程序写入片内 用户开发程序不大时（既不需要外扩 使用这种单片机可以简化整个系统的组成。它可以作为开发片内 发成功以后，再改 用带片内 751属于这种芯片）。此类单片机应用最为广泛。 3 片内无 态，使用这种单片机时，必须外部配置程序存储器 容量可视需要灵活配置。 而 051 正属于第二类单片机下面是针对 2051 芯片的介绍 功能框图 。 10 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 在采用 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 225045对编号数据进行存储。 2 2 是它的引脚图： 5045 引脚图 选输入 /看门狗复位输入； 行输出； 保护输入； ； 11 电源 位输出； 步时钟输入； 行输入。 位意义如表 1所列。 其中， 1 表明写使能开关打开； 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。 种： （ 1）上电复位控制。在对 保持至少 200 （ 2）电源电压监控。当检测到电源电压低于内部门槛电压 ， 出复位信号，直至电源电压高于 00位信号才被撤消。 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 （ 3）看门狗定时器。芯片内部状态寄存器的 看门狗定时设置位，通过状态寄存器写指令 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 2是 （ 4）串行 片内含 512 字节存储单元， 10 万次可靠写，数据保持时间 100年。 种保护方式防止误写。包括： 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 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， 12 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 表 3 对 根口线 完成的。 对芯片定改指令或数据时，时钟前沿将 读邮数据时，时钟后沿将数据位输出到 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 （ 1） 关指令。它们都是单字节指令。 （ 2） 状态寄存器的读 /写指令。在从 入指令后， 执行结果，即状态寄存器内容须从 （ 3） 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， 00H；写指针只用最低两位计数， 出后变成 以连续写的实际结果是在 4个单 13 元中反复写入。另外，由于 写入时间长，所以在连续两条写指令之间应读取 有内部写周期结束时才可输入下一条写指令。 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 5045与 2051连接图 的写入时间长，所以在连续两条写指令之间应读取 有内部写周期结束时才可输入下一条写指令。 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 5045与 2051连接图 转速里程表中的应用 目前国际上流行大转角 (0 270 )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 用集成芯片 ,有成本高、不易国产化等弱点。我们采用 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。 动里程表结构 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比有下列优点 : 14 (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。 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 电波信号 ,使合成磁场 H 与水平线夹角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 用集成电路实现上述功能。 专门为驱动动磁式仪表而设计的。 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。 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 阻 压管 3 组成。二极管以保护 电阻 脚 13上电源电压值限定在 18起过压保护作用 ;电容 以避免电源电压频繁波动对 (2)正弦、余弦绕组公共端基准电位设定电路 :由电阻 稳压管 电阻 限流电阻。稳压管 用 (3)霍尔探头方波信号输入电路 :该电路单元由二极管 电阻 容 极管 用是防止信号反接 ;电阻 4组成低通滤波器 ;电阻 使加到 脚 10 上电流限制在 下 ;当 部 关晶体管关断时 ,电阻 4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 ,一个非常稳定的 1输出 ,整形靠 其具体过程如图 4所示。 图 4 方波整形示意图 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 ;的输出信号 ,即上述整形电路输出信号。当 关晶体管导通 ,出低电平 ;低电平时 ,开关晶体管截止 ,出高电平 15 (约等于脚 11 输出电 压 ,因 定在 右 ). 同时 ,部的 因而 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 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 : = 54 ( V 8 - 2. 1) 的最终要求。该电路单元由 其作用是将幅度恒定的方波信号转化为加到脚 6 上的电流信号。诺顿放大器本质上是一个电流放大器 ,随着方波频率变化 , 成的微分电路充放电电流平均值也随之变化 ,诺顿放大器是将正向输入端的平均充放电电流变化转化成其输出电压变化的核心器件。 诺顿放大器反馈网络 ,8 的大小决定诺顿放大器的增益 , 在电动车速里程表中 ,选用 用集成电路驱动动磁式电子转速表的 十字交叉机芯。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 电流信号 ,使合成磁场 以便指针均匀、准确地指示车速。此装置具有稳定性好、可靠性高、响应速度快、指示性能好、精度优良等特点 ,其应用前景十分广阔。 3.晶显示器 应用 液晶显示器已广泛应用于仪器仪表产品、机电一体化产品、自动化控制系统、智能小区监控系统中。下面是对 (1) 它只有 3 个输入端 : , 具有接线简单 , 工作可靠 。 (2) 被动显示 : 液晶显示器本身不发光而是靠调制外界光进行显示 , 也就是说 , 它不象发光的主动型器件那样 , 靠发光刺激人眼而实现显示 , 而是单纯依靠对光的不同反射呈现的对比度达到显示的目的。符合人的视觉习惯 , 不容易引起疲劳 , 而且外界光亮度越强 , 其显示内容越清晰。特别适用于室外和强光直射的场合。 16 (3) 低电压功耗 : 极低的工作电压 , 只有 3 5V , 工作电流则只有几个A/ (2 可以和大规模集成电路直接匹配。 (4) 液晶显示器采用平板式结构 , 由两片玻璃组成夹层盒 , 目前都将液 晶显示器件制作成液晶显示模块 (, 使用方便。本显示器分为两组 : 第一组为 6 位 , 用以显示总行驶里程数 , 最大显示值为 : 999999 第二组为 4 位 , 用以显示本次行驶里程数 , 最大显示值为 :99919 3 5 传感器的选择 尔传感器的选择 传感器是一种以一定的精度把被测量转换成为与之有确定对应关系的便于应用的某种物理量的测量装置。传感器的功能是感受被测信息并传送出去。 近年来传感器的应用日益扩大，地位也越来越重要。磁敏式传感器按其结构可分为体型和结型两大类。前者有霍尔传感器 ,其主要材料有： e,后者有磁敏二极管（ i）和磁敏晶体管（ 。它们都是利用半导体材料中的自由电子或空穴随磁场改变其运动方向这一特性而制成的一种磁敏传感器。磁敏传感器的应用范围可分 为模拟用途和数字用途两种。例如利用霍尔传感器测量磁场强度，用磁敏电阻，磁敏二极管作无接触式开关等。 霍尔传感器是利用霍尔效应实现磁电转换的一种传感器。霍尔效应自 1879 年被发现至今已有 100 多年的发展历史，但是直到本世纪 50 年代，由于微电子学的发展，才被人们重视和利用，开发了多种霍尔元件。我国从 70年代开始研究霍尔元件，经过 20余年的研究和开发，目前以能生产各种性能的霍尔元件，例如：普通型，高灵敏度型，低温度系数型，测温测磁型和开关式的霍尔元件。 由于霍尔传感器具有灵敏度高，线性度好，稳定性高，体积小和耐 高温等特性，它已经广泛应用于非电测量，自动控制，计算机装置，和现代军事技术等各个领域。 霍尔传感器的工作原理主要是在线圈中放置一软磁（可旋转）这样可以改变线圈内的磁通的变化，从而在线圈中产生的频率与待测转轴转速成正比。 1 基本测量电路 霍尔元件的基本测量电路如图所示： 17 控制电源 供给，电位器 尔元件的输 出接负载电阻 R， R 可以是放大器的输入电阻或者是测量电路的内阻。由于霍尔元件必须在磁场与控制电流作用下，才会产生霍尔电势 U。所以在测量中，可以 把 的乘积，或者 I，或 者 霍尔元件的输出电势分别正比与 或 B。 2 连接方式 : 除了霍尔元件的基本电路形式之外，如果为了获得较大的霍尔输出电势，可以采用几片叠加的方式如图所示 。 霍尔元件是一种四端器件，本身不带放大器。霍尔电势一般在毫伏量级， 在实际使用的时候必须加差分放大器。输出电路如图所示的结构。 18 19 第四章系统的软件设计 软件设计在系统设计中占很大比重 ,好的软件环境能使单片机硬件资源得以 充分发挥 ,在软件编程时应注重程序的结构化 ,以简化编码 ,方便调试 . 本汽车里程表程序短小简练 ,结构简单 ,汇编完后为 713 字节 ,占用程序空间少 ,用 2716 亦能胜任 (采用25045主要为了方便功能扩充 ) . （ 1)里程计数原理 :汽车磁电式传感器输出的脉冲信号是传感器转轮旋转时磁场使舌簧管分开闭合而产生的脉冲 设汽车行驶 1驱动轮转数为 N,磁电式传感器转数为 I,其中 设轮胎外径为 D,则汽车行驶1动轮转数为 N=1000/ D,实际中由于轮胎承 载变形使得轮胎外径 D 变化 ,此时000/ D,其中为变形系数 ,一般为 0. 93 F=(1000/ D)m 个磁片时 ,汽车行驶 1感器输出脉冲为 （ 2)程序中以 输入为里程计数脉冲 ,2051 中断 1 置为高中断优先级以保证计数准确 0置为低中断优先级 ,设 0次 ,中断 1次送 1位显示 045中写 1次数据 . （ 3)以 60H 6268H,696当 6元内容达到 0清零 72H 单元为读出的总里程数 . 本程序包括主程序和 2个中断服务程序 ,程序功能如下 : 主程序 :初始化 ,清零存储单元 ,读出总里程存入暂存单元 ,开 断、置中断优先级 ,启动定时器 ,等待中断 . 断服务程序 :脉冲个数加 1,判断是否小数点数值为 0.1 断是否行驶 断服务程序 :判断是否显示总里程 ,显示方式初始化 ,显示里程数 ,返回 . 20 第五章 印制板图的绘制 首先根据转速里程表的结构特点，将整个硬件图版分为两部分，即打成主板和立板，主板 2051， 5045和驱动器 板为显示版，固