基于单片机的汽车发动机的控制与检测系统设计

1、 毕业设计报告（论文）(2012届)题 目： 基于单片机的汽车发动机控制与检测系统设计所 属 系： 自动化技术系 班 级： 电子0913班 学 生 姓 名： 洪亚 学 号： 2009232134 同 组 成 员： 洪良平 指 导 教 师： 仲波 梅笙 - 2012届毕业设计（论文）摘 要 设计以单片机为核心的汽车发动机控制与检测系统。系统可进行转速检测，温度检测，报警与控制等功能。设计了通过单片机控制各个执行器从而获得最佳的点火提前角，系统可使发动机的动力性、经济性、排放性及稳定性均处于最佳。在整个工作过程中，系统对点火线圈初级电路的通电时间和电流进行控制，提高了点火的可靠性，有效地减少电能消

2、耗，防止点火线圈烧损。系统采用爆燃控制功能，使点火提前角控制在爆燃的临界状态，获得了最佳的燃烧过程。设计了单片机的复位电路，振荡器电路，点火硬件电路，磁电机信号处理电路等。关键词 发动机 单片机 点火系统 检测与控制I- - 2012届毕业设计（论文）目 录1 前言2 系统方案2.1 整体方案设计2.2 控制器选择2.2.1 微型控制器介绍2.2.2 主流单片机介绍2.2.3 AT89S52单片机的特点2.3 传感器的类型及用途2.4 点火电路方案设计2.4.1 方案一采用磁感应式电子点火2.4.2 方案二采用霍尔式电子点火系统2.4.3 方案三采用光电式电子点火系统2.4.4 方案四采用微机

3、控制点火系统3 硬件系统设计3.1 单片机控制部分3.1.1 主要性能3.1.2 单片机最小系统3.1.3 振荡器电路的设计3.1.4 复位电路的设计3.2 点火系统部分3.2.1 点火系统的原理3.2.2 点火器硬件电路设计3.2.3 点火控制器硬件电路设计3.2.4 磁电机信号处理硬件电路设计4 控制流程4.1 软件设计流程图4.1.1 预设温度流程图4.1.2 报警程序流程图4.2 程序清单4.2.1 主程序5 结论参考文献致谢III- 2012届毕业设计（论文）1 前言随着汽车保有量的不断增多，导致石油能源消耗的急剧增加，引起能源枯竭，油价上扬；汽车排放的大量尾气造成环境污染问题，美国

4、、日本欧洲相继陆续制定了严厉的排放法规；同时众多的汽车也造成交通拥挤，交通事故日益增多等问题。面对这些日益严重的问题汽车制造商不得不改进制造技术，开发新材料等，来解决或者减缓这些问题。如采用反馈式化油器、机械式燃油喷射等来提高发动机的燃油经济性、排放方面的性能。尽管如此，由于机械控制系统的特性限制，使用传统的方法已经不能使汽车的性能得到明显的改善和提高。而另一方面，随着社会的进步，人们对汽车安全、舒适、便捷、豪华的更高追求，也对汽车性能提出了进一步的要求。至此，要使汽车的性能跟上时代的脚步，采用电子控制技术成为必然的趋势。而近年来电子技术的迅猛发展，特别是微型计算机技术的巨大进步，为汽车电子技

5、术的发展提供了条件。将电子控制刑天和传统的机械技术相结合，使得汽车的环保、节能、安全、舒适等方面的问题均能得到很好的解决。智能化集中传感器和智能化执行机构付诸使用，数字信号处理方式用于声音识别、安全碰撞、实时诊断、导航系统等体现了汽车技术的蓬勃发展。法制推动、社会需求和技术进步，是导致现代汽车采用电子技术的三个主要的原因。汽车电子的出现，是汽车技术发展进程中的一次革命。可以说是汽车电子技术使汽车工业进入了一个全新的时代.从国际上看，汽车电子化的过程基本上可以分为三个阶段：第一阶段从60年代中期到70年代末期，汽车应用电子技术主要从“技术革新”着眼，对汽车产品采用电子装置改善部分机械部件的性能，

6、如硅整流发动机、晶体管无触点点火、电控燃油喷射等。这些革新往往是局部的，非关键的，在汽车的总统设计和生产中没有予以系统的考虑。第二阶段从70年代末期到90年代中期，汽车电子技术的雏形开始形成。其主要特征是在汽车大部分件乃至总成的设计和生产中重视“机电一体化”的思想与技术，广泛采用机电一体装置解决机械部件所无法完成的复杂自动控制问题。在技术，广泛采用机电一体装置解决机械部件所无法完成的复杂自动控制问题。在这一阶段，大规模集成电路和4位、8位微处理器被广泛采用。这一时期产生了许多汽车综合电子控制系统。第三阶段从90年代中期起，预计到2010年左右，“汽车电子”作为工程技术已经成熟。汽车的总体设计将

7、在考虑整车机电系统协调匹配的基础上进行，既强调整体设计的机电一体化，重视总体、系统的集成。这一时期将有更加灵巧的电源、智能化的传感器以及具有大容量内存的16位和32位的微处理器。那么，采用电子控制技术相对于其他控制有哪些优势呢？第一，电控技术能使各种参数的调节和对各种过程的控制更为精确和“柔性”，比之原有的机、液或气、液控制更容易实现性能优化。第二，由于机、液控制在结构、工艺上的复杂性和局限性，很多被证明有效的改善性能的措施无法实现，如欲喷射精确控制、喷油率与喷油压力控制等。引入电控技术后，这些理想都可以变为现实。即使是机、液控制能实现的项目，如正、负校正，增压补偿等，也因每一项都得增加附属机

8、械装置而使得成本上升，可靠性降低，远不如电控软件增改那么简单和精确。第三，电控技术引入后控制对象和目标大为扩展，除了常规稳态性能调控外，更能扩展到各种过度过程的优化控制、故障自动检测与处理、操作过程自动化及自适应控制等，最终可发展成为整车电脑管理系统。2 系统方案2.1 整体方案设计图1为此次设计所采用的发动机电子控制系统模块图。从图中可看出，发动机控制系统的基本组成由三部分组成。第一，信号输入装置：各种传感器，采集控制系统所需的信号，并转换成电信号通过线路输送给控制器。第二，电子控制单元：给各传感器提供参考（基准）电压，接受传感器或其他装置输入的电信号，并对所接受的信号进行存储、计算和分析处

9、理后向执行元件发出指令。第三，执行元件：受控制器控制，具体执行某项控制功能的装置，是具体的输出信号。控制器汽油泵继电器汽油泵爆震传感器氧传感器空气流量计发动机转速传感器霍尔式凸轮位置传感器节气门电位器怠速开关水温传感器喷油器点火线圈及电子点火器活性炭电磁阀氧传感器加热器怠速电机图1发动机电子控制电路模块图2.2 控制器选择2.2.1 微型控制器介绍微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器诞生于20世纪70年代中期，经过20多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如电机控制、条码阅读器/扫描器、消费类电子、游戏设备

10、、电话、HVAC、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化和白色家电(洗衣机、微波炉)等。Intel公司作为最早推出微处理器的公司，同样也是最早推出微控制器的公司。继1976年推出MCS-48后，又于1980年推出了MCS-51，为发展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了良好的基础。在8051技术实现开放后，Philips、Atmel、Dallas和Siemens等公司纷纷推出了基于80C5l内核(805l的CMC)S版本)的微控制器。这些各具特色的产品能够满足大量嵌入式应用需求。基于80C51内核的微控制器并没有停止发展的脚步，例如现在Maxim/Dallas公司提供的DS89C430系列微控制

11、器，其单周期指令速度已经提高到了805l的12倍。在本设计中我们将选择单片机作为该系统的控制器。2.2.2 主流单片机介绍最早由Intel公司推出的8051/31 类单片机也是世界上用量最大的几种单片机之一。由于Intel公司在嵌入式应用方面将重点放在186、386、奔腾等与PC 类兼容的高档芯片的开发上，随后Intel公司将80C51内核使用权以专利互换或出让给世界许多著名IC制造厂商，如 Philips 、NEC、ATMEL、AMD、Dallas、siemens、FUJUTSU、OKI、华邦、LG等。在保持与80C51单片机兼容的基础上，这些公司融入了自身的优势，扩展了针对满足不同测控对象

12、要求的外围电路，如满足模拟量输入的A/D、满足伺服驱动的PWM、满足高速输入/输出控制的HSL/HSO、满足串行扩展总线I2C、保证程序可靠运行的WDT、引入使用方便且价廉的Flash ROM等，开发出上百种功能各异的新品种。这样80C51单片机就变成了众多芯片制造厂商支持的大家族，统称为80C51系列单片机。客观事实表明，80C51已成为8位单片机的主流，成了事实上的标准MCU芯片。MOTOROLA 是世界上最大的单片机厂商，品种全、选择余地大、新产品多是其特点。在8 位单片机方面有68HC05和升级产品68HC08。68HC05有30多个系列，200多个品种，产量已超过20 亿片。16位单

13、片机68HC16也有十多个品种。32位单片机的683XX系列也有几十个品种。MOTOROLA单片机特点之一是在同样速度下所用的时钟频率较Intel 类单片机低得多，因而使得高频噪声低、抗干扰能力强，更适合用于工业控制领域及恶劣的环境。ATMEL公司的90系列单片机是增强 RISC内载 Flash 的单片机，通常简称为 AVR 单片机，90 系列单片机是基于新的精简指令RISC 结构的。这种结构是在90 年代开发出来的综合了半导体集成技术和软件性能的新结构，这种结构使得在8 位微处理器市场上AVR 单片机具有最高 MIPS mw能力。AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有

14、8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。综上所述我们将选择单片机AT89S52为我们的控制器。2.2.3 AT89S52单片机的特点AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，Flash 存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统

15、可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个

16、中断或硬件复位为止。2.3 传感器的类型及用途空气流量计（MAFS）：应用在L型电控燃油喷射系统中，测量发动机的进气量，将信号输入控制器,作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。进气管绝对压力传感器（MAPS）：应用在L型电控燃油喷射系统中，测量进气管内气体的绝对压力，将信号输入控制器，作为燃油喷射和点火控制的主控制信号。节气门位置传感器（TPS）：检测节气门的开度及开度变化，信号输入控制器，用于燃油喷射控制及其他辅助控制。凸轮轴位置传感器（CMPS）：提供曲轴转角基准位置信号,作为喷油正时控制和点火正时控制的主控制信号。曲轴位置传感器(CKPS)：检测曲轴转角位移，给控制器提供发动机转速信号和曲

17、轴转角信号，作为喷油正时控制和点火正时控制的主控制信号。进气温度传感器(IATS)：给控制器提供进气温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。冷却液温度传感器(ECTS)：给控制器提供发动机冷却液温度信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号，也是其他控制系统的控制信号。车速传感器(VSS)：检测汽车的行驶速度，给控制器提供车速信号，用于巡航控制和限速断油控制，也是自动变速器的主控制信号。氧传感器(O2S)：检测排气中的氧含量，对喷油量进行闭环控制。爆燃传感器(KS)：检测汽油机是否爆燃及爆燃强度，作为点火正时的修正信号。起动开关(STA)：发动机起动时，给控制器提供一个起动信号，作为燃油喷射和

18、点火控制的修正信号。空调开关(A/C)：当空调开关打开，空调压缩机工作，发动机负荷加大时，由空调开关向控制器输入信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。挡位开关：自动变速器由空挡挂入其他档时，向控制器输入信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。制动灯开关：制动时，向控制器提供制动信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。动力转向开关：当方向盘由中间位置向左右转动时，由于动力转向油泵工作而使发动机负荷加大，此时向控制器输入信号，作为燃油喷射和点火控制的修正信号。巡航（定速）控制开关：当进入巡航控制状态时，向控制器输入巡航控制状态信号，由控制器对车速进行自动控制。2.4 点火电路方案设计2.4.1

19、方案一采用磁感应式电子点火磁感应式电子点火方式主要由磁感应式分电器、点火控制器、高能点火线圈和火花塞等组成。磁感应式分电器主要由磁感应传感器、点火提前调节装置、配电器等组成。磁感应传感器由转子、定子、永久磁铁、传感线称圈等组成。动机工作时，分电器通过转子、定子，使传感线器圈内的磁通发生变化，产生电压信号， 供给点火控制器。其突出优点是结构简单，不需外加电源。2.4.2 方案二采用霍尔式电子点火系统该装置的信号发生器是应用霍尔效应原理制成的，以霍尔信号发生器进行触发的点火系统，称为霍尔式电子点火系统。 在我国生产的桑塔纳、红旗、捷达等轿车及一些进口汽车上广泛采用霍尔式电子点火系统。它由内装霍尔信

20、号发生器的分电器、点火器、点火线圈和火花塞等组成。霍尔信号发生器是根据霍尔效应原理制成的，它装在分电器内。它由触发叶轮和霍尔传感器组成。触发叶轮像传统分电器的凸轮一样，套装在分电器轴的上部，它可以随分电器轴一起转动，又能相对分电器轴作少量转动，以保证离心调节装置正常工作。触发叶轮的叶片数与气缸数相等，其上部套装分火头，与触发叶轮一起转动。霍尔信号发生器的优点如下，工作可靠性高，霍尔信号发生器无磨损部件，不受灰尘、油污的影响，无调整部件，小型坚固，寿命长。 发动机起动性能好，霍尔信号发生器的输出电压信号与叶轮叶片的位置有关，但与叶轮叶片的运动速度无关，也就是说它与磁通变化的速率无关，它与磁感应信

21、号发生器不同，它不受发动机转速的影响，明显地增强了发动机的起动性能，有利于低温或其他恶劣条件下起动。霍尔信号发生器目前已经得到广泛的应用。2.4.3 方案三采用光电式电子点火系统光电式电子点火装置是利用光敏元件(光敏晶体管或光敏二极管)的光电效应原理，制成光电式点火信号发生器给点火电子组件提供点火信号，来达到控制点火的目的。安装在分电器内的光电式点火信号发生器通常都由光源、光接收器和遮光盘三部分组成。光源是一只砷化镓发光二极管，它发出红外线光束，用一只近似半球形的透镜聚焦。该发光二极管比白炽灯泡耐震，并能耐较高的温度，在150*C的环境温度下能连续工作，工作寿命很长。光接收器是一只硅光敏晶体管

22、，它与光源相对，并相距一定距离，以使红外线光束聚焦后照射到光敏晶体管上。光敏晶体管的工作与普通晶体管的不同之处，是它的基极电流由光产生，因此不必在基极上输入电信号，也无需基极引线。 遮光盘用金属或塑料制成，装在分电器轴上，位于分火头下面，盘的外缘伸人光源与光接收器之间，盘的外缘上开有缺口，缺口数与气缸数相等。缺口处允许红外线光束通过，其余实体部分则能挡住光束。当遮光盘随分电器轴转动时，即按一定位置产生光电点火信号。点火电子组件的作用是把光接收器的信号电流放大，从而通过功率晶体管接通和切断点火线圈的初级电流。 上述光电式点火系统的优点是，触发器的触发信号完全由遮光盘的位置(也即曲轴的位 置)所决

23、定而与转速无关，故在分电器转速很低时仍能正常发出触发信号，并且在分电器内积 水冰冻时仍能正常工作。此外，结构简单，对制造精度要求不高且成本低，但缺点是弄脏后灵 敏度将会降低。2.4.4 方案四采用微机控制点火系统微机控制点火系统的基本原理：微机根据曲轴位置传感器提供的曲轴位置信号，判断出发动机的活塞位置并且根据信号频率计算出发动机的转速值，再通过电控燃油喷射系统的节气门传感器（或空气流量器）确定负荷的大小从而对发动机的运行工况作出比较精确的判断。根据发动机的转速和负荷的大小微机从存储单元中查找出对应此工况地点火提前角和点火初级电路导通时间，由这些数据对电子点火器进行控制从而实现精确控制。另外微

24、机系统还可以根据其它影响因素对这两个因素进行修正实现点火系统的智能控制。一般电子点火系(有触点或无触点)靠离心和真空机械式调节装置来完成,由于机械滞后、磨损及装置本身的局限性，故不能保证点火时间总是最佳值。采用微机控制点火可考虑影响最佳点火提前角的诸因素，如发动机转速、负荷、起动及怠速、水温、汽油的辛烷值和压缩比等。在发动机的电子集中控制系统中，点火系统由微机控制称为微机控制点火系统。现在生产的大部分轿车都采用微机控制点火系统。该点火系统主要由传感器、电子控制器、点火控制器（点火器）、点火线圈和火花塞等组成。传感器是监测发动机工况信息的装置。传感器的结构形式和装配数量依车而异，主要有曲轴位置传

25、感器、空气流量传感器、节气门位置传感器、爆震传感器、冷却水温度传感器、进气温度传感器、氧传感器、车速传感器、空档起动开关、点火开关、空调开关、蓄电池等。 电子控制器用控制器表示。控制器是发动机的控制核心，电子控制器的名称并不统一，生产厂家或公司不同，生产年代和控制内容不同，采用的名称也不尽相同。电子控制器主要包括输入回路、输出回路、模数A/D转换器或模数D/A转换器、单片微型计算机和电源电路等。由于电子控制器的核心部件是单片微型计算机，通常将电子控制器称为微机或电脑。电子控制器的作用是根据发动机各传感器输入的信息和微机内存数据。通过运算处理和逻辑判断，然后输出指令信号，控制有关执行器（如点火器

26、）工作。点火控制器是发动机控制系统的执行器了，其作用是根据微机发出的指令信号，通过内部大功率三极管的导通与截止来控制点火线圈初级绕组电路的通断，使点火线圈产生高压电。各型发动机点火器的内部结构各不相同，的发动机并不配置点火器，大功率三极管直接设在电子控制器控制器内部；有的点火器只有一只达林顿三极管，仅起开关作用，其它电子控制元件则与电子控制器制成一体；有的点火器除开关作用外，还有恒流控制、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。此外，微机控制点火系统又分为分配式（有配电器）点火系统和直接式（无配电器）点火系统。分配式点火系统点火线圈产生的高压电由配电器按发动机作功顺序分配给各缸火花塞跳火，仍然要

27、产生较多电火花，不仅浪费能量，而且还产生电磁干扰信号。而直接式点火系统没有配电器，点火线圈次级绕组的两端直接与火花塞相连，发动机运转时，微机根据传感器信号，直接控制各个点火线圈产生高压电，使相应火花塞跳火。到目前为止，无配电器微机控制点火系统是技术最先进的点火系统。微机控制点火，在发动机的电子集中控制系统中，点火系统由微机控制称为微机控制点火系统,传感器是监测发动机工况信息的装置,电子控制器用控制器表示。控制器是发动机的控制核心。电子控制器的名称并不统一，生产厂家或公司不同，生产年代和控制内容不同，采用的名称也不尽相同。电子控制器主要包括输入回路、输出回路、模数A/D转换器或模数D/A转换器、

28、单片微型计算机和电源电路等。点火控制器是发动机控制系统的执行器，其作用是根据微机发出的指令信号，通过内部大功率三极管的导通与截止来控制点火线圈初级绕组电路的通断，使点火线圈产生高压电。电子控制器的作用是根据发动机各传感器输入的信息和微机内存数据，通过运算处理和逻辑判断，然后输出指令信号，控制有关执行器(如点火器)工作。点火控制器是发动机控制系统的执行器，其作用是根据微机发出的指令信号，通过内部大功率三极管的导通与截止来控制点火线圈初级绕组电路的通断，使点火线圈产生高压电。有的点火器只有一只达林顿三极管，仅起开关作用，其它电子控制元件则与电子控制器制成一体；有的点火器除开关作用外，还有恒流控制、

29、闭合角控制、气缸判别、点火监视等功能。对市场上各种车型的对比，以及微机控制的种种优点，所以选择使用方案四用微型的处理器来控制点火控制。3 硬件系统设计3.1 单片机控制部分在本设计中采用的是AT89S52的单片机，它是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，在一下部分将要对单片机外部电路及进行分析与设计。 3.1.1 主要性能与MCS-51单片机产品兼容；8K字节系统可编程Flash存储器；1000次擦写周期；全静态操作：0Hz-33MHz；三级加密程序存储器；32个可编程I/O口线；三个16位定时器/计数器；六个中断源；全双工UART串行通道；低功耗空闲和掉电模式；掉电后可唤醒；看门狗定时器

30、；双数据指针；掉电标识符。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.1.2 单片机最小系统要使单片机工作起来，最基本的电路构成为：注意：EA/VP(31脚)接+5V图2 AT89S52单片机最小系统电源电路：AT89S52单片机的工作电压范围：4.0V5.5V， 所以通常给单片机外接5V直流电源。连接方式为VCC(40脚)：接电源+5V端VSS(20脚)：接电源地端。时钟电路：

31、单片机工作的时间基准，决定单片机工作速度。时钟电路就是振荡电路，向单片机提供一个正弦波信号作为基准，决定单片机的执行速度。AT89S51单片机时钟频率范围：033MHz。复位电路：确定单片机工作的起始状态，完成单片机的启动过程。单片机接通电源时产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机起始工作状态。手动按键产生复位信号，完成单片机启动，确定单片机的初始状态。通常在单片机工作出现混乱或“死机”时，使用手动复位可实现单片机“重启”。3.1.3 振荡器电路的设计最初89系列单片机的内部振荡器电路如图3所示，由一个单极反相器组成。XTAL1为反相器的输入，XTAL2为反相器的输出。可以利用它内部的振荡器

32、产生时钟，只要在XTAL1和XTAL2引脚上外接一个晶体及电容组成的并联谐振电路，便构成一个完整的震荡信号发生器，如图4所示，此方法为内部方式，也是该设计采用的振荡方式。图3 单片机内部振荡器电路图4 片内振荡器等效电路振荡器的等效电路如图4所示。在图中给出了外接元件，即外接晶体电容C1，C2，并组成并联谐振电路。在电路中，对电容C1 和C2的值要求不是很严格，如果用高质的晶，则不管频率为多少，C1，C2通常都选择30pF。有时，在某些应用场合，为了降低成本，晶体振荡器可用陶瓷振荡器代替。如果使用陶瓷振荡器，则电容C1，C2的值取47pF。3.1.4 复位电路的设计由89系列单片机与其他微处理

33、器一样，在启动时都需要复位，是CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常状态时，且振荡器稳定后，如RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期（24个振荡周期），则CPU就可以相应并将系统复位。复位时序如图5所示，因外部的复位信号是与内部时钟异步的，所以在每个机器周期S5，P2都对RST引脚上的状态采样。当在RST端采样到“1”信号且该信号维持19个振荡周期后，经过1-2个机器周期后退出复位状态，重新启动时钟，并恢复ALE和/PSEN的状态。如果在系统复位时期将ALE和/PSEN引脚拉成低电平，

34、则会引起芯片进入不定状态。图5 内部复位定时时序上电复位电路如图6所示，只要在RST复位输入引脚上接一电容至VCC端，下接一个电阻即可。上电复位的过程是在加电时，复位电路通过电容加给RST端一个短暂的高电平信号，此高电平信号随着VCC对电容的充电过程而逐渐回落，即RST端的高电平信号必须维持足够长的时间。图6上电自动复位电路手动复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般才用的方法是在RST端和正电源VCC之间接一个按钮。当人为按下按钮时，则VCC的V点评就会直接加到RST端。由于人的动作很快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以保证能满足复位的时间要求。手动复位的电路图如图7所示。RSTGN

35、DC10FR10KS图7 手动复位电路3.2 点火系统部分在现有的四冲程发动机中，绝大多数的电子点火器采用的都是磁电机直接供电的电容放电CDI点火器。其原理是由磁电机充电线圈的感应电压向点火器中的电容器充电，电容器的充电电压可至几百伏。在点火时刻由晶闸SCR的通断控制电容器通过点火线圈初级侧放电，从而在二次侧线圈上感应出几十千伏的二次高压，使火花塞放电点火。电容放电点火方式有以下几个优点：结构简单，使用方便，工作可靠，放电火花强，二次电流上升快对火花塞积碳和污染不敏感，适用于高速发动机。但由于CDI 本身的电路特性所决定，储能电容器的充电电压随发动机的转速变化非常明显变化曲线如图8所示。图8

36、CDI点火器储能电容端电压随转速的变化曲线从图中可以看到，在低速区充电电压随发动机转速的增加而迅速增加，在某一转速下，充电电压达到最大值，之后随发动机转速继续增加，充电电压逐渐减小，这样就会导致在低速及高速状态下，电容充电能量不足，导致点火能量不足，从而造成低速启动困难，高速性能下降，影响发动机的性能。随着电子技术的不断进步，先进的电子装置及控制技术在发动机上的应用获得了极大发展，许多新技术，新器件也都应用到了汽车电器电路中，尤其是在发动机上，凡是主流的汽车生产厂家都在对发动机的控制技术就行了很大一部分的改进，相信在不就的将来发动机的规范数字化的控制将会普及。采用电容放电式的电子点火器的控制方

37、式也经历了模拟元件控制，专用集成电路控制，微机数字控制方式三个阶段的发展，在这其中，微机控制方式能够比较精确地调整点火定时，并可根据需要，依据各种控制因素对点火提前角进行灵活控制因此是目前最理想的点火定时控制方式。3.2.1 点火系统的原理电容点火CDI 装置主要由直流升压器、储能电容器、可控硅开关SCR、触发控制电路、点火线圈和火花塞组成。如图9所示。图9 微机控制电容点火器装置原理示意图发动机磁电机单片机晶闸管磁电机信号xinhao数字脉冲冲点火信号输出直流升压器包括振荡器、变压器和整流器，其作用是将蓄电池1 2 V 的直流低压经振荡器逆变为交流电，由变压器升压再经整流得到3 0 0 5

38、0 0 V 的高压直流电，此高压直流电向储能电容充电。储能电容选用0.5 2.2 u f 的电容器。可控硅SCR起开关作用SCR关断时，储能电容充电SCR导通时，储能电容储存的电场能快速释放，在点火线圈初级绕组中形成快速变化的电流，从而在次级绕组上感应出点火高压，产生点火。图10点火系统的硬件组成流程图图10所示为点火系统的硬件组成流程图。磁电机发出的脉冲信号经过磁电机信号处理电路，成为单片机能够接受的标准数字脉冲信号，输入单片机，由此信号可计算出发动机的的转速，并作为输出点火控制信号的基准。晶闸管控制点火电路由单片机发出的点火信号控制，决定充电电容的放电时刻，从而达到控制发动机点火提前角的目

39、的。为隔绝DCCDI点火器与外界之间存在的相互电磁干扰，加金属罩屏蔽保护。开始磁电机脉冲信号中断计算发动机转速确定点火提前角计算相应的延迟时间按延迟时间定时器定时定时中断发生输出点火信号中断返回图11点火控制的软件流程图磁电机信号经输入信号处理电路整形后，经单片机高速输入，申请中断，控制程序响应中断，根据该信号的周期，可以计算出发动机的转速，控制程序根据转速确定该转速下发动机的最佳点火提前角，并计算出相应的延迟时间，以磁电机脉冲信号为点火基准，定时器按与最佳点火提前角相应的延迟时间定时，在设定的时刻发生中断，程序由高速输出发出点火控制信号，点火发生。中断返回，继续下一次点火。3.2.2 点火器

40、硬件电路设计图12所示为DCCDI点火器的硬件电路原理图，蓄电池12V直流电源经DCAC逆变电路产生12V的交流电。在DCAC电源逆变电路中，三极管Q1、Q2与阻容元件构成一个无稳态多谐振荡器，其输出推动由大功率三极管Q3、Q4组成的推挽功率放大极放大，形成12的交流电，再由电源变压器DB升压，在变压器次级输出交流高压，多谐振荡器的振荡频率由C1、C2决定，选用0.047uf的电容，其振荡频率约为1200Hz ,若要降低频率，可增加电容C1、C2的值。电源变压器DB为自制的输入端带中心抽头的升压变压器，额定功率为20w，在此电路中，需要注意大功率三极管Q3、Q4发热量较大，需要安装足够大的散热

41、片，以防止烧毁元件。变压器输出的交流高压经整流桥KBP206G整流得到约400V的直流高压，此直流高压给电容C5充电蓄能。电池12V直流输出端并联大容量电容C3，有利于振荡电路工作时，电源的输出稳定。电阻R5为直流升压器输出高压的负载电阻防止充电电容C5充足电后，直流升压器几乎空载而使电压进一步升高，造成整流桥和充电电容以及晶闸管SCR等元件击穿损坏。电容C4可以滤掉输出直流高压中的高频脉冲高压，防止损坏C5及SCR等元件，电阻R6可以避免晶闸管SCR导通时电源部分的短路。R6阻值的选择不能过大或过小，阻值过大会造成分压过大，能量损耗大，发热严重，易损坏电阻，并减小电容C5的充电电压，如果阻值

42、过小，当晶闸管导通电容放电结束后，不能使电源输出电流迅速小于晶闸管的关断电流晶闸管SCR不能有效截止，根据SCR的选择，本电路选定R6为30。当SCR导通时，输出高压可以认为被晶闸管SCR瞬间短路，此时R6上存在瞬间大电流，因此R6选择使用功率较大的线绕电阻。充电电容C5选0.5，2.2uf的耐高压电容，电容过小，充电能量不足，过大，电路的充电时间常数又过大，不利于电容充放电。当晶闸管SCR在触发信号作用下导通时，C5、SCR和高压圈初级绕组构成放电回路，C5中存储的电能向点火线圈初级绕组中释放，在点火线圈次级绕组中感应出高压，使火花塞电极间击穿产生火花。晶闸管SCR控制极的触发信号结束后，由

43、于导通电流小于SCR的截止电流，SCR自动截止，直流升压器恢复正常工作，C5继续充电蓄能，准备下一次点火，由于电容放电时间极短，SCR导通时间也不能过长，也就是晶闸管SCR控制极触发信号的脉宽很窄，本点火器点火触发信号脉宽为20us。图12 点火器硬件电路原理图3.2.3 点火控制器硬件电路设计图13 点火控制电路原理图图13所示为点火控制电路原理图。单片机高速输出HSO.1口输出的点火控制信号不能直接用于控制晶闸管SCR的导通，为避免外界电路对单片机的干扰和进行电平转换，采用光电耦合器T I L 117进行输出光电隔离。点火信号输出，高电平由反相器74LS04反相成低电平，使光电耦合器导通，

44、相应的三极管Q5基极产生低电平，Q5截止，A点出现高电平，由于此高电平直接由+5V的电源引出，可以避免控制信号出现高频杂波，当点火器工作时，在A 点的控制信号会出现约30v左右的频率较高的高压脉冲杂波，此高压会损害晶闸SCR，因此加二极管D5和5.3V稳压管起限压保护作用。R10的选择不能过大或过小，因为晶闸管SCR的控制极输入信号电流有额定限制，电流过小，不足以导通SCR，过大又会损坏S CR，此点火器选用50/2w的电阻。3.2.4 磁电机信号处理硬件电路设计磁电机信号处理硬件电路原理如图14所示。磁电机信号为模拟信号，并不是标准的数字脉冲信号，该信号的电压幅值随发动机转速的变化而变化转速

45、下降，幅值降低，转速增加，幅值增大。此信号不能直接输入单片机，需对它整形变成单片机能够接受的数字脉冲信号。Pulser_P代表磁电机模拟脉冲的正脉冲，Pulser_N代表磁电机模拟脉冲的负脉冲，按图所示顺序接入磁电机信号，由于仅需要正脉冲信号，因此用二极管IN4007滤掉负脉冲信号。为防止高转速下过高的正脉冲信号或高压杂波脉冲对电子元件的损坏，用5.3V的稳压管D2进行限压保护，小容量电容C1用于滤掉磁电机信号中的高频杂波干扰，电阻R1，R2起限流作用，以防止电流过大损坏元件。磁电机正脉冲信号处理由两极电压比较器和之间的阻容滤波电路构成，第一级电压比较器ARA的门限电位由电阻R3，R4设定，其

46、设置比较低，以保证能够测到低速时的信号波形。之后的阻容滤波电路能够削弱杂波干扰经过第一级电压比较器形成的窄脉冲。第二级电压比较器ARB门限电位由R7与R8设定，其设定较高，这样就滤掉了第一级电平脉冲中的干扰脉冲，从而得到可靠的磁电机数字脉冲信号。为了保护单片机和进行电平转换，在磁电机数字脉冲信号输入单片机之前加光电耦合器TIL117隔离，A点为高电平时，光耦截止，单片机高速输入HIS.0口得到高电平信号，此高电平直接由+5V的电源引出，可以避免信号出现高频干扰杂波。R5，R9起上拉电阻的作用，可保证电压比较器ARA，ARB输出高电平的幅值。图14 磁电机信号处理硬件电路原理图4 控制流程4.1

47、 软件设计流程图开始定义并初始化各控制参数初始化各种功能寄存器控制参数检测与处理故障诊断有故障吗？故障处理与应急操作YN读点火脉谱，得基本点火提前角和最佳初级电路通电时间提前角修正控制图15 电子点火控制流程图控制器上电后，主程序首先执行MCU的初始化操作，设置定时器计数周期、各输入输出功能和各中断。初始化完成后，主程序进入循环运行状态，等待各中断服务程序发生，检测各输入参数，进行）故障查询和处理。如系统状态正常，则根据发动机运行工况确定最优的点火提前角及初级电路导通时间。由于各缸点火时刻是通过程序控制进行调节的，因此需要建立CPU内部的点火脉谱。这样，火提前角就能按发动机负荷及转速信号通过查点火脉谱得到，并可按不同工况进行修正。如此便可使发动机在任何工况下均能提供最佳点火时刻。4.1.1 预设温度流程图开始plus_en=1结束是否plus_en=0是是显示负温度否否显示正温度温度预设键按下，且plus_en=0？Plus_add=1,显示温