电子节气门控制

1/1电子节气门控制基于单片机的电子节气门控制系统实验一、实验目的

（1）初步了解和熟悉汽车电子控制系统的基本结构、组成和开发方法；

（2）学习电子节气门的基本结构、工作原理及基本控制方法；

（3）学习执行器驱动电路的设计基本方法和电路参数匹配，熟悉掌握智能驱动芯片L298N的基本使用方法；

（4）掌握对Microchip公司提供的MPLAB-ICD?集成化开发环境的使用，能够通过单片机的编程来实现各种不同的输入和输出功能；

（5）学习PIC单片机外围模块中AD转换及PWM模块的实现方法，了解和熟悉控制系统的开环和闭环控制方法及其实现；

（6）学习汽车电子输入信号的基本处理方法及从单片机的输出到执行器功率驱动之间的功率接口电路及其实现方法；

（7）经过逻辑电路和功率电路的混合调试，进一步提高对于汽车电子机电结合的认识。

（8）了解电子节气门开度的确定方式、影响因素及基本的控制方式等。

二、实验设备

（1）TetronixTDS2012B型示波器：20MHz，双通道模拟输入，用来观测模拟量及数字量信号；

（2）Wolkswagen电子节气门：输入和控制对象；

（3）XD1022多功能信号发生器：产生占空比可调的控制信号，测试喷油器的控制及其波形；

（4）DH1719G-4直流稳压电源：用来模拟车上的蓄电池，给喷油器的驱动提供功率；

（5）搭建驱动电路所需的面包板、L298N、二极管、电子配件以及各种工具；（6）DY2106数字万用表：电阻、电压、电流及相关信号测量；

（7）MPLAB－ICD仿真器：控制用PIC16F877A单片机仿真开发系统；（8）PIC16F877A开发DEMO板TPDEM1：控制用单片机系统；

（9）PC机一台：和MPLAB－ICD及TPDEM1板形成一个单片机开发实验平台。

三、实验参考资料

（1）《MPLAB－ICD使用指南》

（2）MPLAB－ICD的在线HELP文档；

（3）Microchip单片机的编程（基础篇，提高篇）；

（4）MOSFET的高边、低边、半桥、全桥、智能驱动的方法及L298数据手册

（参考课程讲义）。

（5）输入信号处理：模拟电子及课程讲义

（6）TetronixTDS2012B型示波器使用说明书。

四、实验内容

（1）节气门及电子踏板位置传感器的标定；

（2）搭建节气门位置传感器输入及信号处理电路；

（3）搭建L298N节气门驱动电路；

（4）实现通过信号发生器控制电子节气门工作；

（5）调试基于单片机AD转换及PWM程序实现；

（6）实现用单片机节气门位置传感器信号来控制驱动电路，从而控制电子节气门的工作。

（7）测量执行器的驱动电路相关信号及电子节气门波形信号；

（8）完成开环和闭环实验，比较实验结果。

五、实验步骤

（1）实验原理图：整个实验的硬件框图如图1所示，实验用的节气门电子控制电路如图2所示，其中控制信号既可以由单片机输出，也可以先用信号发生器输出。

图1节气门电子控制系统硬件框图

（2）在面包板上搭建输入信号处理电路和基于L298N的节气门驱动电路，注意接线的可靠性；

图2位置传感器输入信号处理参考电路

图3L298N节气门驱动参考电路

！！注意：L298功率地线、控制信号的地线、示波器的地线的连接；

！！警示：上电之前先由实验指导老师检查电路，同意后方可上电；

（3）调试节气门位置传感器的信号处理电路：搭建信号处理电路后连接节气门及踏板位置传感器，通过示波器观察处理前后信号的异同并记录波形；（4）调试L298Ｎ驱动电路：搭建的驱动电路经老师检查后，用信号发生器输出方波，并将方波的频率调整到1KHz的水平，作为Ｌ298N的驱动信号，同时连接电子节气门，观察节气门位置的变化并记录波形；

注：电路板中红色线接信号发生器正极、黑色线接信号发生器负极；（5）测量驱动电流（电压）信号用示波器测量节气门驱动电机两端的电压，观察电压的变化及其特点并记录波形；

（6）连接位置传感器及其信号处理电路、单片机及L298N驱动电路以及电子节气门执行机构：根据预先准备好的AD转换程序、ＰWM程序及其它主程序，在计算机上把程序写入MPLAB－ICD中，先用示波器测量输出信号的RC2引脚，修改并调整程序的参数，通过示波器观察输入输出并记录结果，改变脚踏板来控制电子节气门叶片的开度并记录相关结果。（7）开环和闭环控制：用单一的电子踏板信号做开环控制和用电子踏板及节气门位置传感器作为反馈信号进行闭环控制的实现并进行比较；

注：电路板中红色线接单片机控制信号输出RC2端口、黑色线接单片机地线；

！！注意：执行器功率地线、单片机输出的地线、示波器的地线的连接；！！警示：上电之前先由实验指导老师检查电路，同意后方可上电；

六、实验要求

（1）预习大众电子节气门的基本结构和工作原理；

（2）预习《MPLAB－ICD使用指南》及相关的HELP文档；

（3）预习L298N的说明文档；

（4）预习信号处理电路的基本原理及其实现方法；

（5）仔细阅读提供单片机程序，掌握如何利用单片机的AD转换和PWM功能来实现驱动外围的执行器；

（6）详细阅读相关实验设备的使用说明书；

（7）按照附件A中的实验报告模板，撰写并提交实验报告。

七、思考及习题：

（1）问题1：电子节气门位置传感器为什么用互补的双传感器形式？

（2）问题2：闭环控制和开环控制的比较，思考PID控制的实现方法？（3）问题3：影响电子节气门开度的基本因素有哪些？

（4）问题4：汽车电子控制系统中常用的输入信号处理方法有哪些？

（5）问题5：汽车电子控制系统中感性负载常用的驱动形式有哪些？

（6）问题6：单片机的AD转换和PWM程序的实现方法及每句程序的作用；（7）问题7：开环和闭环控制的原理及其优缺点比较；

（8）问题8：根据要求进行数据和波形的记录；

附一、实验报告模板

实验报告模板

附二：实验参考源程序

listp=16f877

include"p16f877.inc"

org0x000

nop

Start

bankselPORTC

clrfPORTC;ClearPORTC

movlwB'01000000';Fosc/8,A/Denabled

movwfADCON0

bankselOPTION_REG

movlwB'10000111';TMR0prescaler,1:256

movwfOPTION_REG

clrfTRISC;PORTCalloutputs

movlwB'00001110';Leftjustify,1analogchannel

movwfADCON1;VDDandVSSreferences

bankselPORTC

Main

btfssINTCON,T0IF;WaitforTimer0totimeout

gotoMain

bcfINTCON,T0IF

bsfADCON0,GO;StartA/Dconversion

Wait

btfssPIR1,ADIF;Waitforconversiontocomplete

gotoWait

movfADRESH,W;WriteA/DresulttoPORTC

movwfPORTC;LEDs

clrfPORTC

WaitPush

btfssPORTB,0

gotoWaitPush

movwfPORTC

gotoMain;Doitagain

end

;___________pwm.asm的源程序代码___________________

myperiodequ31h;periodforPWM

mydutyequ32h;dutyforWPM

mycountequ33h;

org000h;locatethestartofprogram

nop;thisnopisnecessaryfortheresetprocess.;_______________________________________________________________;___________STEPI:CLOSEINTERRUPTFORCPU___________________

bcfstatus,5

bcfstatus,6;PointtoBANK0

movlw00h

movwfmycount

movwfintcon1;closeallinterrupts

movwfpir1;clearallflags

movwfpir2;clearallflags

bsfstatus,5;PointtoBANK1

movwfpie1;closeallinterrupts

movwfpie2;closeallinterrupts

;_______________________________________________________________

;___________STEPII:SETRC2asoutput________________________

bsfstatus,5;PointtoBANK1

bcftrisc,2;setRC2asoutput

;movlw00h;portcasoutput

;movwftrisc;

;_______________________________________________________________

;___________STEPIII:SETPWMperiodanddutycycle____________

movlw80h;period=80h

movwfpr2;period->pr2

bcfstatus,5;PointtoBANK0

movwfmyperiod;savetheperiod

movlw40h;dutycycle=40h,50%duty

movwfccpr1l;duty->ccpr1l

movwfmyduty;savetheduty

bcfccp1con,5;clearbit5ofccp1con

bcfccp1con,4;clearbit4ofccp1con

;dutyLSB2bits=00

;_______________________________________________________________

;___________STEPIV:SETTIMER2MODE__________________________

bcfstatus,5;PointstoBANK0

movlw7ch;-1111100:postscale=1/16,prescale=1/1;timer2on;movwft2con;TIMER2startsworking

;______________________________________________________________

;__________STEPV:StartPWMoutput__________________________

movfccp1con,0

movlw0ch;00001100:pwmmodeselected

iorwfccp1con,1;pwmstarted

;_____________________________________________________________

;__________STEPVI:waitforinterruptorPWMflagset______

waitloop

btfsspir1,1;ifbit=1capturesuccess

gotowaitloop;elsewaitforsuccess

;________________________________________________________________

;____________STEPVII:ClearthePWMflag__________________