单片机课程设计,飞思卡尔,加速踏板

1、天津职业技术师范大学汽车与交通学院汽车电控系统课程设计报告同组学生姓名（学号）：杨启瑞（03）文林哲（08）班 级：汽电1001班任务分工：杨启瑞：杳找资料，整理设计报告。文林哲：编写程序，调试结果。设计时间：2013年06月24日 2013年07月05日指导教师：宋建峰冯勇鑫目录一、课程设计目的 1二、课程设计要求及设计任务描述11、课程设计要求12、课程设计课题（加速踏板位置传感器信号采集） 23、实验设备及其连接2三、加速踏板工作原理及控制方式 3四、总体方案设计及流程图 5五、系统硬件方案设计61、系统原理图 62、单片机（mcu模块6六、系统软件设计1017七、课程设计结论及总结 1

2、5八、附录一、课程设计目的随着半导体技术的不断发展， 各种微处理芯片的性价比越来越高， 在各个领域的应用也越来越广泛，mc你为嵌入式系统的核心控制器在工业控制、航天航 空、民用家电、医疗设备等方面占有十分重要的地位,o低端的8位mcuk具有价格低、适配器件成熟种类多等优势，因此尽管现在32位、16位mcu断发展， 但8位的mcu5占有大约50%勺市场份额，同时它也是我们学习mcu勺必要的入 门途径。微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用， 为汽车在电子方面的应用开辟了广阔前景， 使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现， 既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性， 可靠性及多功能

3、性。 市场上有很多现成的汽车的电子机构， 但价格都偏高。 而应用汽车嵌入式系统进行控制， 即可以实现用相对便宜的价格组成一个性能不错的汽车电子控制系统。本次课程设计就是应用飞思卡尔 aw60 单片机进行一次实际项目设计，要经过硬件设计、软件设计、 实验电路调试、 软件调试直至最后项目完成， 这对我们所学习的理论知识进行进一步的巩固、 深化及综合应用， 同时学习以单片机为控制核心的应用的实际设计流程及基本的实践动手能力，为我们进行嵌入式应用工程设计奠定基础。二、课程设计要求及设计任务描述1、课程设计要求(1)、熟悉aw6呐部结构、各模块应用方法(2) 、掌握 codewarrior 集成开发环境

4、的使用(3)、掌握c语言及理解hcs08匚编指令(4) 、熟悉汽车嵌入式系统综合开发实验台的应用(5) 、熟悉电子技术相关知识6) 、熟悉加速踏板以及节气门位置传感器的工作原理2、课程设计课题(加速踏板位置传感器信号采集)运用实验室提供的飞思卡尔嵌入式实验系统、加速踏板位置传感器、设计具有一个模拟量采集应用，进行ad转换的硬软件。(1) 设计内容：运用实验室提供的飞思卡尔嵌入式实验系统、设计具有一个模拟量采集应用，进行ad转换的硬软件(2) 设计要求：踏板开度采用小灯指示，小灯全亮为100%，全灭为 0%(3) 设计步骤及方法：1)系统硬件设计，设计键盘及led或lcg mcu勺接口2) 系统

5、软件设计， 在硬件设计的基础上进行汽车嵌入式系统综合开发试验台的总体软件设计，画出程序流程图；3)按系统软件设计方案，设计各模块程序、调试，各模块程序调试通过后， 进行系统联调 (编写程序中要注意存储定义、 程序注释等，养成良好的编程习惯) ；4)根据调度中发现的问题对设计进行修改、完善至达到设计要求。3 实验设备及其连接1 . pcm一台2 飞思卡尔嵌入式实验开发系统一台3 串行通信线一根4 万用表一只5 . 示波器一台6 .汽车嵌入式系统综合开发实验台一台三加速踏板工作原理及控制方式加速踏板也就是我们常说的油门，传统拉线油门是通过钢丝一端与油门踏板相连另一端与节 气门相连，它的传输比例是

6、1: 1的，也就是说我们用脚踩多少，节气门的打开角度就是多 少，但是在很多情况下，节气阀并不应该打开这么大的角度，所以此时节气阀打开的角度并不一定是最科学的，这种方式虽然很直接但它的控制精度很差。而电子油门它是通过电缆或线束来控制节气门的开度，从表面看是用电缆取代了传统的油门拉线但实质上不仅仅是简的改变连接方式，而是能对整个车辆的动力输出实现自动控制功能。当驾驶员需要加速时踩下油门，踏板位置传感器就将感知的信号通过电缆传递给ecu ,ecu经过分析、判断，并发出指令给驱动电机，并由驱动电机控制节气门的开度，以调整 可燃混合气的流量， 在大负荷时，节气门开口大， 进入气缸内的可燃混合气多，如果使

7、用拉 线油门只能靠脚踩油门踏板的深浅来控制节气门的开度，很难将节气门的开口角度调到能达到理论空燃比状态，而电子油门能通过ecu将传感器采集的各种数据进行分析、比对，并发出指令让节气门执行机构动作，将节气门调到最佳位置，以实现不同负荷和工况下都能接近于14.7: 1的理论空燃比状态，使燃料能充分燃烧。电子油门控制系统主要由油门踏板、踏板位移传感器、ecu（电控单元卜数据总线、伺服电动机和节气门执行机构组成。位移传感器安装在油门踏板内部，随时监测油门踏板的位置。 当监测到油门踏板高度位置有变化，会瞬间将此信息送往ecu, ecu对该信息和其它系统传来的数据信息进行运算处理，计算出一个控制信号， 通

8、过线路送到伺服电动机继电器，伺服电动机驱动节气门执行机构，数据总线则是负责系统 ecu与其它ecu之间的通讯。由于电子油门系统是通过 ecu来调整节气门的，因此电子油门系统可以设置各种功能来改善驾 驶的安全性和舒适性，其中最常见的就是 asr（牵引力控制系统）和速度控制系统（巡航控制）。说本质上拉线油门就是用机械直接控制节气门工作而电子油门是先给电脑传输一个信号 然后电脑再控制节气门工作。 拉线油门的优点是油门响应快但是不够省油电子油门反应稍显 迟缓但能获得更好的节油效果。不管rav4的加速踏板工作原理是哪一种（召回网编者注：本次召回涉及的rav4车辆采用的是电子油门），其中一个事实就是：加速

9、踏板在工作之后可能会无法回位，这就意味着驾驶员在操作过程中会出现一直加速的情况， 这是存在着极大的安全隐患的， 希望各位车 主能尽快将自己的车辆按照召回的路径进行处理。四、总体方案设计及流程图设计的总体方案为对系统进行分块的设计，主要分为系统硬件的设计与系统 软件的设计。总体的设计思路是以飞思卡尔嵌入式系统做为控制器，用aw60等嵌入式系统的控制信号放大并送入单片机。开始图1.1总体方案设计流程图五、系统硬件方案设计1、系统原理图nplhix*al4bgqlkrtmwtfrw4 l*b1书 r之kh 2 町反炉|1仅1 tm-kshromjcfltzs*加田上vwfrfl hhf_.i 扑产

10、t.hj1。如口 r-l*njw- 加？【s&z:talgnd整，54s二一肉舌口1所 hmhe p1wad1h e挛阳口 1z -曲胃 口 g f，m % -tdluafllpl ft&ad1i*1ptcg3看 rgficjtdo2 ftcit/clk ftchraem- btlcqimlptd7k&lllp?irarim3 pre吃nwimiwtw f tq+ gi 3 ptu4hw 2cxk w1 丁2 rim悯 m*y=ii 单士心 ibic ptd1iac1v ptg 劭 f-tfttihbmj.1mfaz口 ! mjptmfttz 二 f3ck1 tewvo：.1 内 wm1f*

11、e” ftf.xtfv.cdl fjuf-01 tte-.frici ptta-iltds囹kh4 adc初始化流程匆于该系统由aw601小系统电路为主要结构，利用 a/d转换进行数据的采集与 转换。首先将踏板及位置传感器的信号端 10接在aw6叶的ptb1 口上，用于加 速踏板电压信号的采集，再将踏板及位置传感器的信号端11、12分别接在aw60的gndffi 5v电源的接口上。然后将两个调试小灯模块中的led0 led1分别与aw60勺pteq pte1连接，用于控制小灯亮灭。2.单片机(mcu )模块2.1 mc9s08aw60单片机性能概述(1)最高达40mhz勺cpu作频率和20hz

12、的内部总线工作频率表；时钟源选项 包括晶振、谐振器、外部时钟或内部产生的时钟。（2）相比 hc08 cpu旨令集，s08 cput曾力口了 bgnd!令。（ 3）单线后台调试模式接口；增强的断点能力，允许单一的断点设置在线调试（在片内调试的模块增加了多于两个的断点） 。（4）内含32个中断/复位源；内含2kb的片内ram内含60kb的片内在线可编 程 flash 存储器，带有块保护和安全选项。（5）可选的计算机正常操作（cop复位；低电压检测和复位或中断；非法操作码检测与复位；非法地址检测与复位。（6） adc多达16个通道，10位a/d转换器与自动比较功能；两个串行通信接口 sci 模块与可

13、选的 13 位中断；一个串行外设接口 spi 模块；集成电路互连总线i2c模块运作高达100kbps的最高总线负载；8引脚键盘中断kbi模块。（7） timers:1 个 2通道和 1 个 6通道 16位定时器 /脉冲宽度调制器模板。具有输入、捕捉、输出比较、脉宽调制功能。2.2 内部结构简图1. 内部结构简图如图所示， 给出了 aw60 的内部结构图， 它对于我们理解和应用 aw60 mcu有重要作用， 在学习了基本有法后， 应在反过来熟悉这个内部结构图， 以便更好地理解 aw60 mcu 的基本原理。从内部结构图可以看出， aw60 主要有以下几个部分：s08 cpu、存储器、定时器接口模

14、块、定时器模块、看门狗模块、通用io模块、串口通信模块（sci）、串行外设接口（ spi）模块、i2c （iic）模块、 a/d 转换模块、键盘中断模块、时钟发生模块、复位与中断模块等。bdmplljtaggpiospi 12csena/dkbidbg6通道定时器2通道定时器sci2存站滞2kbram64kbflashrti cop irqcpu ldvhcs08 内核 bdc2.3 a/d转换模块a/d转换模块(analog to digital convert module )即模/数转换模块，其功能是将电压信 号转换为相应的数字信号。实验应用中，这个电压信号可能由温度、湿度、压力等实际物

15、理量经过传感器和相应的变换电路转化而来。经过a/d转换后，mcu就可以处理这些物理量。adci5cjxqow j-ltlk 宣3e -omv co. !中叫adcicfoadvtadckr7?异多时异岁时钟mcu5topadfiwt 二三-1 i. if %-七一营faien 一 coco-altclk替代的神至逐次考近式，d转挺箜工作原理军1、结构aw60芯片内部集成了一个 8位/10位精度的逐次逼近式的 a/d转换模块，最多可支持 28路独立的模块输入(ad0ad27 )，但在64引脚封装中，只引出 16个通道供用户使用 (ad0ad15 ),这些通道与i/o引脚复用，另外，ad26通道连

16、接了一个内置的温度传感器。a/d转换编程主要设方f配置寄存器adc1cfg、状态和控制寄存器 adc1sc1adc1sc2、数据寄存器adc1rh 、 adc1rl2、 特性aw60adc 的主要特性总结如下：（ 1） 具有10 位分辨率的线性逐次逼近算法。（ 2） 高达28 个模拟输入。（ 3） 10 位或 8 位右对其输入格式。（ 4） 单词转换或连续转换（单次转换后自动返回空闲状态）。（ 5） 采样时间和转换速度/功率可配置。（ 6） 最多可选择4个输入时钟源。（ 7） 在等待或stop3模式下实现了低噪音运行。（ 8） 异步时钟源实现了低噪音运行。（ 9） 可选的异步硬件转换触发。（

17、10） 于小于、大于或等于可编程值自动比较的中断。（ 11） 内置温度传感器与ad26 通道相连。3、 功能描述当复位或 adch 位全高时， adc 模块被关闭，当一个转换完成而另一个转换还未开始时，该模块是空闲的。空闲时，模块处于最小功耗状态。adc 可以通过软件选择如何一个通道进行模数转换。选择的通道电压可以通过逐次渐进算法转换成11 位数字结果。在8 位模式中，选择的通道电压可以被逐次渐进算法转换成 9 位数字结果。当转换完成，结果放在数据寄存器中（ adc1rh 和 adc1rl ） 。在 10 位模式中，结果四舍五入成10 位放在 adcrh 和 adcrl 中。在 8 位模式中，

18、结果四舍五入成8位放在 adcrl 中。转换完成标志置1 ，同时使能转换完成中断位（ aien=1 ） ，则产生一个中断。adc 模块能够自动比较转换结果和比较 的内容。 通过设置 acfe 位并结合任意一 种转换模式和配置一起运行，就使能了比较功能。2.4 小灯显示模块1、原理图拓展版上提供了 8 盏指示灯，原理图如下图所示。 d-jk 为 16 引脚（ 8 对）插孔，供用户插入导线， 将相应引脚与gpio 端口引脚相连。 d-r1 为 39 欧姆的排电阻， d1d8 为指示灯， rq1rq8 为三极管，型号为9013.以第一个指示灯为例：若d-jk 的 1 或 2 脚为高电平，则三极管rq

19、1 导通， d1 指示灯点亮。反之，若d-jk 的 1 或 2 脚为低电平，则三极管rq1 截止， d1 指示灯熄灭。除电源和地线外，调试小灯模块与外界没有任何连线。2、测试步骤测试小灯模块不需要核心版。按照次序焊接好原件后，接通12v 电源，用导线的一端接+5v,另一端一次接插孔d-jk的116脚，观察18盏小灯是否能够点亮。六、系统软件设计软件设计包括主程序、leem示程序及键盘处理程序、通用延时子程序、定时器中断服务子程序等。程序框架图bujin.mcp |;新 wkc6 的5 source emi三0曾* q* fil“ | link dtit | tiaetefj电ctfdadcu*

20、 h c-mswrr-fi0j9bt k一目|由 c:215d喟hig led * h0 tpv f21d唱ml*d aulbl t招州 zj卜0件工.dxrihftivt h00zj5 i.-ir l0dh| r* 讷.irh0d-工q led b.0a1jb|kqjq typ* k00zlffl j4mf ll f0 拆00j th hqqwo mcasaeaiw h00zlh jlibkiz&ottel 57工h) msii%, libi2&0tams工q毗间强mi c0i消二1卜会曜5*工 l-7stur tua9：32b唱工1+- rj li dimf fl! i b022 fila

21、mw2l90* 1j * ft if f，tk f便片机量亮烁进电机eehwojimsfez* t守adfinclude includss .h；eicterii uint 16 iiipu3d , 00;“wan uibt st*r_bss0.毋戳设se标志也济ern ointe j：诰择i档门 510152325extern uintli& sd. 10-def424 4 0x7al2.0x51g1 qm3dd9 . dx3ddd/数诅510比“3d35404s50ohjsbo-ossjefl.oxlee4.0slb2c.0x186a:void .niincvculd) lenbtrfrf

22、li-2lehmfl-0.ledb(rf2,i/ :工即bufin卜2:d i table list ezrup is;idcltlai t()pke：init();tfmlinj.t() jg=0:正反翻标志也bs-1:“加敷设置 j口;“为总中断； 八厘：口柳蛤化: “匚e 口包蛤化 八厘窗初始，匕 tfh初始化fegff .ftfti-oxofl ;“赤堆电机校制口kbi1qcenab lialntertupt s;“井陞急中断“开中断tftxlle(l)ii=fiaw(ledbuf);/- le口显示une 嵯 ccd 3 | |图1.5程序框架图将adc模块设定为8位、单次转换、低耗

23、、长采样工作方式。 adc模块初始化后， adc立即对通道1弓i脚(即ptb1弓唧)电压进行采样、 a/d转换。一旦adc启动，那么 如何判断adc转换结束，通常可以采用查询和中断两种方法，本设计采用查询的方法。由于 vrefh引脚接至 5v且采用 8位a/d ,所以1lsb= ( vrefh v refl )/2an=5v/2a8=0.0195 , 3.5v 监控点对应 8 位 ad 转换z果 179 (0b3h)。5.1 adc模块初始化：adc1ch1_init:bset1,apctl1 ; 禁止 ad1 引脚 i/o 控制mov#$b0,adc1cfg 力氐耗,2分频，长采样,8位，选

24、busclkmov#$00,adc1sc2 ;软件触发mov#$01,adc1sc1 ;通道1,单次车t换，禁止中断，启动转换rts5.2 小灯模块初始化：io_init:lda #$ffsta ptedsta ptedd ;pte端口设为输出，led全灭rts5.3 总程序：; include derivative-specific definitions include derivative.inc; export symbols;xdef _startupabsentry _startup; variable/data section;org ramstart ; insert your

25、 data definition here examplevar: ds.b 1org $0070ad_result: ds 1;保存 8 位 adcw换结果; code section ;org romstart_startup:ldhx #ramend+1 ; initialize the stack pointer txscli; enable interruptsmainloop:clr asta sopt;mov #$0000,ad_resultjsr io_initjsr adc1ch1_initagain:brclr 7,adc1sc1,*lda adc1rl;sta ad_re

26、sult;禁止看门狗初始化adc启动对adch1脚答案ad转换查询ad结束标志coco,u断转换是否结束读adc1rlw时也清零coco保存结果cmp #$0b3;bhs led_onmov #$ff,ptedmov #$01,adc1sc1bra againled_on:mov #$00,ptedmov #$01,adc1sc1 bra again和 3.5v 进行比较小于则全灭对通道 1 启动下一个单次转换大于等于则全亮对通道 1 启动下一次单次转换feed_watchdogbra mainloop; insert your code hereadc1ch1_init:bset mov m

27、ov mov rts1,apctl1 ; 禁止ad1引脚i/o控制#$b0,adc1cfg ;低耗 ,2 分频 , 长采样 ,8 位, 选 busclk#$00,adc1sc2 ; 软件触发#$01,adc1sc1 ;通道 1, 单次转换 , 禁止中断 , 启动转换io_init:lda #$ffsta ptedsta ptedd ;pte端口设为输出，led全灭rts* spurious - spurious interrupt service routine.* (unwanted interrupt)*spurious:;placed here so that security valu

28、enop; does not change all the time.rti*interrupt vectors*org $fffadc.w spurious;dc.w spurious; swidc.w _startup; reset调试界面，截图ia1七、课程设计结论及总结通过两周的嵌入式课程设计，我发现了自己的很多不足之处。学过的知识不能灵活运用，而且实践经验比较缺乏，理论联系实际的能力还有待提高。在这次课程设计中，我们的课题是加速踏板位置传感器信号采集，按理说通过一学期的单片机课程学习我们应该很快能够把程序写出来才是， 但是当我们把理论的知识和现实的硬件设施联系起来时， 就出现了许多纰

29、漏。 例如在选用控制电机的接口时会产生复用问题；在设置键盘控制时，出现键的误判，抖动，重键以及失效的问题；在设置程序时，出现无法显示的问题等等。通过本次课程设计，让我收获到了很多，也让我积累了一些经验。在本次的设计中我第一次真正发心思去做一件事， 很感谢我的同伴给了我巨大的帮助。 虽然， 每次我们遇到的困难都是一些小细节的东西。 但是， 正是因为这些细微的方面成了我们跨向成功巨大地瓶颈， 让我真切体会到何谓细节决定成败。 其实， 很多事情就是这样。 看似简单， 但是当自己钻入进去时， 就会发现很多毫不起眼的东西往往会给人带来巨大的压力。 换言之， 我们学习做事也是一样。 既要从大处着手，把握全局，同时认真处理好细节的东西才能真正地把一件事做的更好。通过本次的课程设计让我能够更好地补缺补漏， 学习去把所学的知识与实际联系起来。同时，也感受到了微型控制器强大的功能，让我萌生了不少兴趣。通过这种构件化的编程设计思想，让我对编程的理